肖華芳

(北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100073)

CBTC系統(tǒng)列車(chē)移動(dòng)授權(quán)計(jì)算簡(jiǎn)析

肖華芳

(北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100073)

簡(jiǎn)要分析CBTC系統(tǒng)下列車(chē)移動(dòng)授權(quán)的計(jì)算原則和間隔控制原理，提出工程實(shí)施中應(yīng)考慮的特殊點(diǎn)。

CBTC；移動(dòng)授權(quán)；計(jì)算

1 CBTC系統(tǒng)概述

基于通信的移動(dòng)閉塞列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)利用通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)“車(chē)地通信”和“間隔控制”。系統(tǒng)通過(guò)建立車(chē)地之間連續(xù)、雙向的通信,使列車(chē)命令和狀態(tài)信息在車(chē)輛和地面之間可靠交換,將CBTC系統(tǒng)地面設(shè)備和受控對(duì)象列車(chē)緊密的結(jié)合,可靠而精確地檢測(cè)列車(chē)位置,并根據(jù)線(xiàn)路條件對(duì)列車(chē)進(jìn)行控制,保證列車(chē)的安全間隔。

典型的基于通信的列車(chē)控制(CBTC)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 典型CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

CBTC系統(tǒng)利用通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)車(chē)載設(shè)備與地面設(shè)備的信息交換從而完成列車(chē)控制。CBTC地面設(shè)備依據(jù)列車(chē)的連續(xù)位置信息和聯(lián)鎖提供的接口等信息,為列車(chē)計(jì)算移動(dòng)授權(quán),動(dòng)態(tài)更新發(fā)送給車(chē)載設(shè)備;車(chē)載設(shè)備根據(jù)接收到的移動(dòng)授權(quán)和自身的運(yùn)行狀態(tài),計(jì)算出列車(chē)運(yùn)行的速度曲線(xiàn),實(shí)現(xiàn)列車(chē)運(yùn)行的安全防護(hù)?？梢哉f(shuō),移動(dòng)授權(quán)是CBTC系統(tǒng)保證列車(chē)間隔的重要手段。本文將對(duì)CBTC系統(tǒng)移動(dòng)授權(quán)計(jì)算和工程應(yīng)用相關(guān)情況進(jìn)行探討分析。

2 移動(dòng)授權(quán)計(jì)算原則

CBTC系統(tǒng)的主要任務(wù)是保證列車(chē)在系統(tǒng)控制的線(xiàn)路范圍內(nèi)安全運(yùn)行,這是通過(guò)為每列CBTC列車(chē)提供一個(gè)移動(dòng)授權(quán)來(lái)完成的。在CBTC 控制級(jí)別下,車(chē)載將列車(chē)的位置與運(yùn)行方向發(fā)送給地面ATP設(shè)備(簡(jiǎn)稱(chēng)ZC),ZC結(jié)合聯(lián)鎖設(shè)備提供的線(xiàn)路設(shè)備狀態(tài)信息、區(qū)段狀態(tài)信息、道岔狀態(tài)等信息為每列車(chē)計(jì)算移動(dòng)授權(quán),實(shí)現(xiàn)列車(chē)追蹤間隔控制,保證前行列車(chē)和追蹤列車(chē)間的安全間隔。ZC通過(guò)數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)DCS)向車(chē)載發(fā)送列車(chē)的移動(dòng)授權(quán),車(chē)載ATP設(shè)備負(fù)責(zé)控制列車(chē)在自己的移動(dòng)授權(quán)范圍內(nèi)運(yùn)行。

按照《城市軌道交通工程基本術(shù)語(yǔ)》(GB/ T50833-2012)中的定義,移動(dòng)授權(quán)指列車(chē)在指定方向上可以走行的距離。移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)可能是前車(chē)安全包絡(luò)的末端、信號(hào)機(jī)、關(guān)閉的線(xiàn)路區(qū)域或道岔、站臺(tái)等。ZC計(jì)算的移動(dòng)授權(quán)(簡(jiǎn)稱(chēng)MA)定義如圖2所示。

圖2 移動(dòng)授權(quán)含義

ZC設(shè)備實(shí)時(shí)為其管轄范圍內(nèi)具有位置報(bào)告的每一列列車(chē)計(jì)算移動(dòng)授權(quán)。移動(dòng)授權(quán)包含最嚴(yán)格的防護(hù)點(diǎn)、列車(chē)走行路徑和允許運(yùn)行的方向以及臨時(shí)限速信息。如果CBTC控制級(jí)別下的車(chē)載ATP設(shè)備超過(guò)一定時(shí)間沒(méi)有收到移動(dòng)授權(quán)或特殊控制命令信息,則應(yīng)緊急制動(dòng),并降級(jí)到限制人工模式(RM)。

當(dāng)ZC檢測(cè)到系統(tǒng)狀態(tài)(如列車(chē)運(yùn)動(dòng)、占用、線(xiàn)路關(guān)閉區(qū)域、道岔動(dòng)作)的改變后,ZC設(shè)備會(huì)生成更新后的移動(dòng)授權(quán),并發(fā)送給列車(chē),列車(chē)基于新接收到的有效移動(dòng)授權(quán)計(jì)算曲線(xiàn),控制列車(chē)運(yùn)行,保證列車(chē)運(yùn)行的安全。

移動(dòng)授權(quán)的計(jì)算需考慮單列車(chē)正常運(yùn)行、列車(chē)追蹤、跨越ZC邊界、列車(chē)折返及地面設(shè)備狀態(tài)改變等不同場(chǎng)景。計(jì)算列車(chē)移動(dòng)授權(quán)時(shí),ZC考慮的危險(xiǎn)點(diǎn)包括以下內(nèi)容。

* CBTC列車(chē)安全包絡(luò)的末端;

*進(jìn)路末端;

*安全保護(hù)區(qū)段末端;

*未鎖閉或被占用的保護(hù)區(qū)段入口端;

*線(xiàn)路終點(diǎn);

*故障道岔的相鄰區(qū)段;

*封鎖區(qū)域的入口點(diǎn),包括站臺(tái)緊急關(guān)閉按下、屏蔽門(mén)打開(kāi)等封鎖區(qū)域;

*降級(jí)列車(chē);

*進(jìn)路內(nèi)失去鎖閉或鎖閉方向不正確區(qū)段邊界;

*與列車(chē)運(yùn)行前方相鄰ZC通信中斷時(shí),ZC控制區(qū)域邊界處。

移動(dòng)授權(quán)控制示意如圖3所示。

圖3 移動(dòng)授權(quán)控制示意圖

CBTC系統(tǒng)具備CBTC列車(chē)追蹤運(yùn)行以及CBTC列車(chē)與降級(jí)列車(chē)混運(yùn)的追蹤控制功能,列車(chē)追蹤運(yùn)行時(shí)移動(dòng)授權(quán)計(jì)算的原則如下。

1)CBTC列車(chē)追蹤時(shí),后續(xù)CBTC列車(chē)的移動(dòng)授權(quán)設(shè)置為前車(chē)的安全車(chē)尾位置并考慮一定的安全余量。

2)CBTC列車(chē)追蹤非CBTC列車(chē)時(shí),后車(chē)的移動(dòng)授權(quán)點(diǎn)根據(jù)前行非CBTC列車(chē)是否具有定位和尾部篩選,移動(dòng)授權(quán)控制點(diǎn)不同。前行非CBTC列車(chē)無(wú)定位時(shí),后續(xù)CBTC列車(chē)移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)為與前車(chē)間隔一個(gè)計(jì)軸區(qū)段處(避免后續(xù)列車(chē)無(wú)篩選而降級(jí));前行非CBTC列車(chē)具備定位和尾部篩選時(shí),后續(xù)CBTC列車(chē)移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)為前車(chē)尾部并考慮一定安全余量。

3)降級(jí)列車(chē)間的追蹤運(yùn)行、降級(jí)列車(chē)追蹤C(jī)BTC列車(chē)運(yùn)行采用固定閉塞列車(chē)間隔原理。

列車(chē)追蹤運(yùn)行時(shí)移動(dòng)授權(quán)控制示意如圖4所示。

圖4 列車(chē)追蹤運(yùn)行時(shí)移動(dòng)授權(quán)控制示意圖

3 移動(dòng)授權(quán)計(jì)算原則引發(fā)的工程實(shí)施中的相關(guān)考慮

3.1 關(guān)注混運(yùn)時(shí)的系統(tǒng)能力要求

CBTC系統(tǒng)具備CBTC列車(chē)追蹤運(yùn)行以及CBTC列車(chē)與降級(jí)列車(chē)混運(yùn)的追蹤控制功能,在工程設(shè)計(jì)中,往往對(duì)CBTC模式和降級(jí)模式下的能力提出要求,忽略混運(yùn)時(shí)的能力要求。例如,按照列車(chē)混運(yùn)時(shí)的移動(dòng)授權(quán)控制原則,CBTC列車(chē)追蹤無(wú)位置報(bào)告的非CBTC列車(chē)時(shí),后續(xù)CBTC列車(chē)移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)為與前車(chē)間隔一個(gè)計(jì)軸區(qū)段處。在某種特定情況下,混運(yùn)追蹤能力可能將低于全部降級(jí)列車(chē)的追蹤能力,對(duì)比示意如圖5所示。

因此,工程設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)混運(yùn)情況下的追蹤能力提出要求,應(yīng)不低于系統(tǒng)全部降級(jí)模式下的能力。如果混運(yùn)下系統(tǒng)能力低于全部降級(jí)模式時(shí),可考慮在軌旁增設(shè)計(jì)軸磁頭,如在區(qū)間信號(hào)機(jī)處設(shè)置獨(dú)立保護(hù)區(qū)段。區(qū)間信號(hào)機(jī)處設(shè)置獨(dú)立保護(hù)區(qū)段后的追蹤間隔示意如圖6所示。

圖5 混運(yùn)追蹤與全部降級(jí)列車(chē)追蹤間隔控制對(duì)比示意圖(區(qū)間信號(hào)機(jī)無(wú)獨(dú)立保護(hù)區(qū)段)

圖6 混運(yùn)追蹤與全部降級(jí)列車(chē)追蹤間隔控制對(duì)比示意圖(區(qū)間信號(hào)機(jī)設(shè)獨(dú)立保護(hù)區(qū)段)

3.2 折返軌存放非通信列車(chē)的考慮

CBTC系統(tǒng)進(jìn)行移動(dòng)授權(quán)計(jì)算時(shí),會(huì)考慮列車(chē)進(jìn)路內(nèi)的設(shè)備狀態(tài)變化情況。例如圖7所示,下行折返線(xiàn)停放一列非CBTC列車(chē)(無(wú)車(chē)地通信及列車(chē)位置報(bào)告),當(dāng)辦理了下行站臺(tái)駛?cè)肷闲姓鄯稻€(xiàn)的進(jìn)路后,如果非CBTC列車(chē)溜車(chē)至F1內(nèi)方所在區(qū)段,會(huì)造成ZC移動(dòng)授權(quán)回縮,影響正常的CBTC列車(chē)折返作業(yè)。但折返線(xiàn)存放非CBTC列車(chē)為運(yùn)營(yíng)中可能存在的情況,因此,工程設(shè)計(jì)時(shí)需對(duì)此種情況提出要求,滿(mǎn)足非通信列車(chē)存放和正常折返作業(yè)的需要。對(duì)于可能存在的列車(chē)溜車(chē)占用折返進(jìn)路情況,須輸出安全應(yīng)用條件,要求人工保證折返線(xiàn)的列車(chē)不發(fā)生溜車(chē)占用折返進(jìn)路的情況。因此,系統(tǒng)計(jì)算移動(dòng)授權(quán)時(shí)將不考慮上述情況,滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)使用和正常折返作業(yè)的需要。

圖7 CBTC列車(chē)折返控制示意圖

3.3 應(yīng)關(guān)注車(chē)地通信延時(shí)移動(dòng)授權(quán)控制的安全分析

CBTC系統(tǒng)采用車(chē)地通信進(jìn)行移動(dòng)授權(quán)傳輸,但車(chē)地通信存在傳輸延時(shí),在CBTC系統(tǒng)中一般采用常量時(shí)間判定的方式來(lái)確定車(chē)地通信信息是否有效,即在系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)車(chē)地通信報(bào)文時(shí)效性的時(shí)間參數(shù),通過(guò)該參數(shù)判定車(chē)地通信報(bào)文的最大使用許可時(shí)間。在工程應(yīng)用中一般設(shè)置為數(shù)秒。但如果在通信延時(shí)判定時(shí)間內(nèi),ZC為列車(chē)計(jì)算的移動(dòng)授權(quán)回縮,列車(chē)將因通信阻塞而無(wú)法及時(shí)收到軌旁發(fā)送的更新的移動(dòng)授權(quán)報(bào)文,在通信延時(shí)判定時(shí)間內(nèi),列車(chē)仍在按照原有的移動(dòng)授權(quán)運(yùn)行,則存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

ZC計(jì)算的移動(dòng)授權(quán)可能回縮情況包括:前行列車(chē)通信丟失、道岔由鎖閉狀態(tài)變?yōu)槲存i閉狀態(tài)、安全門(mén)由關(guān)閉狀態(tài)變?yōu)殚_(kāi)啟狀態(tài)、緊急關(guān)閉按鈕按下等。

因此,在工程實(shí)施中應(yīng)針對(duì)上述風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行安全分析,計(jì)算其產(chǎn)生的危害性,輸出必要的安全應(yīng)用條件,保證滿(mǎn)足信號(hào)系統(tǒng)安全完整性SIL4級(jí)的要求。

4 結(jié)論

本文簡(jiǎn)要分析了CBTC系統(tǒng)下列車(chē)移動(dòng)授權(quán)的計(jì)算原則和間隔控制原理,提出了工程實(shí)施中應(yīng)考慮的特殊點(diǎn),可使讀者簡(jiǎn)要了解CBTC系統(tǒng)下列車(chē)移動(dòng)授權(quán)的控制機(jī)制,同時(shí)為工程建設(shè)提供參考。

This paper analyzes the principles of Movement Authority (MA) calculation and interval control in Communications-Based Train Control system (CBTC), and puts forward the special points should be considered in the implementation of projects.

CBTC; movement authority; calculation

10.3969/j.issn.1673-4440.2014.04.017

2014-04-28）