王洪波　高　玉

（1.西安市地下鐵道有限責(zé)任公司，陜西　西安　710018；2.西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息系，陜西　西安　710014）

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城市軌道交通CBTC列車分離技術(shù)研究

王洪波1高玉2

（1.西安市地下鐵道有限責(zé)任公司，陜西西安710018；2.西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息系，陜西西安710014）

摘要：列車追蹤運(yùn)行功能是城市軌道交通CBTC核心技術(shù)，可有效地提高列車運(yùn)行效率，其列車分離技術(shù)是保證列車安全運(yùn)行的關(guān)鍵。文章結(jié)合西安地鐵1號(hào)線工程實(shí)際，首先介紹了CBTC列車分離原理，然后對(duì)CBTC列車篩選、位置報(bào)告和混運(yùn)技術(shù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；CBTC；列車分離；列車篩選；混運(yùn)

目前城市軌道交通基于通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（CBTC）采用現(xiàn)代控制理論、通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了列車自動(dòng)追蹤運(yùn)行，最大程度地縮小了行車間隔，保證列車安全、可靠和高效運(yùn)行［1］。

西安地鐵1號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)采用了西門子公司TRAIN?GUARD MT系統(tǒng)。該系統(tǒng)由SICAS計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)、列車自動(dòng)運(yùn)行子系統(tǒng)ATO、列車自動(dòng)防護(hù)子系統(tǒng)ATP、列車監(jiān)控子系統(tǒng)ATS和數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)DCS等構(gòu)成，具有聯(lián)鎖控制（IXL）、點(diǎn)式控制（ITC）和連續(xù)式控制（CTC）等多種列車控制方式，以及列車自動(dòng)運(yùn)行模式（ATO）、ATP監(jiān)督下的人工駕駛（RM）、無ATP監(jiān)督的人工駕駛（NRM）和列車自動(dòng)折返運(yùn)行（AR）等多種列車駕駛模式。在CTC級(jí)下TRAINGUARD MT車載設(shè)備OBCU（ATP/ATO）依靠車載雷達(dá)、里程計(jì)（OPG），車載和軌旁應(yīng)答器等實(shí)現(xiàn)列車精確定位，并通過WLAN無線地車信息傳輸系統(tǒng)接收移動(dòng)授權(quán)和列車控制命令，對(duì)列車進(jìn)行連續(xù)監(jiān)督和控制，實(shí)現(xiàn)列車追蹤運(yùn)行［2］。

1　列車分離

列車分離是TRAINGUARD MT系統(tǒng)CTC級(jí)列車追蹤運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)，列車位置信息是TRAINGUARD MT實(shí)現(xiàn)列車追蹤和列車分離的基礎(chǔ)。

1.1列車定位

列車定位主要功能是確定列車在軌道分區(qū)中的精確位置。TRAINGUARD MT系統(tǒng)依靠計(jì)軸系統(tǒng)檢測(cè)列車位置，通過讀取布置于軌旁應(yīng)答器信息，并結(jié)合里程計(jì)（OPG）和雷達(dá)等列車位置檢測(cè)和測(cè)速裝置檢測(cè)列車位置，實(shí)時(shí)確定列車所處線路區(qū)段，實(shí)現(xiàn)列車定位。

列車定位過程如下。車載OBCU_ATP啟動(dòng)時(shí)，列車未被定位，列車定位狀態(tài)為“失去定位”。當(dāng)列車運(yùn)行連續(xù)通過兩個(gè)應(yīng)答器，測(cè)量?jī)蓚€(gè)應(yīng)答器之間的距離，如果與軌道數(shù)據(jù)庫(kù)TDB相符，列車則被定位，定位狀態(tài)為“已定位”。具體步驟如下：①當(dāng)檢測(cè)到第一個(gè)應(yīng)答器，OBCU從TDB查找應(yīng)答器，可獲得該應(yīng)答器位置信息，但還不能確定列車的運(yùn)行方向；②當(dāng)檢測(cè)到第二個(gè)應(yīng)答器后，根據(jù)兩個(gè)應(yīng)答器的先后順序，以及TDB中兩個(gè)相鄰應(yīng)答器的里程大小，可以確定列車的運(yùn)行方向；③列車在兩個(gè)應(yīng)答器之間運(yùn)行時(shí)，車載測(cè)速雷達(dá)和里程計(jì)OPG共同計(jì)算和測(cè)量列車位移和列車速度，實(shí)時(shí)更新列車定位參數(shù)；④列車運(yùn)行過程中，速度測(cè)量誤差將增加列車位置的不確定值；⑤當(dāng)列車經(jīng)過一個(gè)應(yīng)答器時(shí)，為了獲得更精確列車位置，定位參數(shù)被重新調(diào)整。列車定位誤差調(diào)整為應(yīng)答器檢測(cè)誤差加上應(yīng)答器安裝誤差值。

當(dāng)列車位置的不確定值超過最大誤差，或列車位于道岔區(qū)域，不能確定道岔位置，列車定位狀態(tài)將變?yōu)椤笆ザㄎ弧保?］。

1.2位置報(bào)告

1.2.1“位置報(bào)告”列車。與軌旁子系統(tǒng)雙向通信已建立，且已被定位（驗(yàn)證為安全定位）的列車稱為“位置報(bào)告”列車?！拔恢脠?bào)告”列車可根據(jù)列車位置報(bào)告實(shí)現(xiàn)列車追蹤，這種方法被稱為“基于位置報(bào)告的列車追蹤”。

“基于位置報(bào)告的列車追蹤”通過列車位置報(bào)告可主動(dòng)獲得列車檢測(cè)信息，“位置報(bào)告”報(bào)文中列車最小安全后端位置與最大安全前端位置之間總長(zhǎng)度為列車占用區(qū)段長(zhǎng)度。如果位置報(bào)告中的數(shù)據(jù)有時(shí)間戳，該報(bào)文為有效。

1.2.2“非位置報(bào)告”列車。與軌旁子系統(tǒng)未建立雙向通信，未定位的列車稱為“非位置報(bào)告”列車。“非位置報(bào)告”的列車基于軌道區(qū)段檢查設(shè)備提供的區(qū)段空閑/占用信息（TVD）實(shí)現(xiàn)列車追蹤，這種方法稱為“基于軌道空閑檢查的列車跟蹤（TVS）”。

“基于軌道空閑檢查的列車跟蹤（TVS）”通過軌道區(qū)段檢查設(shè)備被動(dòng)獲得列車位置信息（TVD）。如果軌道區(qū)段為出清狀態(tài)，則表明該區(qū)段沒有列車占用；相反，如果軌道區(qū)段表示為占用狀態(tài)，則表明在該區(qū)段有一列或多列列車占用。軌道區(qū)段檢查設(shè)備符合“故障-安全”原則，一旦設(shè)備發(fā)生故障，則給出軌道區(qū)段占用表示［4］。

1.3列車篩選

TRAINGUARD MT具有列車“篩選”功能，可自動(dòng)檢測(cè)出“位置報(bào)告”列車前后未被檢測(cè)到的隱藏列車，或者“非位置報(bào)告”列車。篩選過程用“可疑標(biāo)志”，假設(shè)在列車前端或后端有隱藏列車，只有篩選驗(yàn)證和篩選判定后，才能刪除“可疑標(biāo)志”。在CTC區(qū)域非降級(jí)列車不需要進(jìn)行篩選。

1.3.1篩選驗(yàn)證。篩選驗(yàn)證包括對(duì)位置報(bào)告列車的前方篩選和后方篩選。篩選驗(yàn)證假設(shè)只有長(zhǎng)度等于或大于最短列車長(zhǎng)度的列車才允許在線路運(yùn)行。如果列車前端或后端距相鄰空閑區(qū)段邊界距離小于該長(zhǎng)度，可以判斷列車端部到所在區(qū)段邊界不可能存在隱藏列車。

1.3.2篩選判定。篩選判定是根據(jù)車站值班員和駕駛員遵守管理規(guī)則判斷無“隱藏”列車。WCU_ATP采用聯(lián)鎖系統(tǒng)提供信號(hào)機(jī)紅色顯示，后繼列車不通過紅色信號(hào)燈的原則實(shí)現(xiàn)向后篩選判定（見圖1）。

圖1　向后篩選判定

1.3.3ITC控制級(jí)的列車篩選判定（前端篩選）。“位置報(bào)告”列車的列車分離功能由WCU_ATP完成。列車分離不受軌道分區(qū)或跟蹤分區(qū)限制，因此移動(dòng)閉塞系統(tǒng)支持“位置報(bào)告”列車及“無位置報(bào)告”列車混跑［5］。

1.4混運(yùn)

列車分離不受軌道分區(qū)或跟蹤分區(qū)限制，因此TRAINGUARD MT系統(tǒng)支持“位置報(bào)告”列車和“無位置報(bào)告”列車，以及不同控制等級(jí)在同一區(qū)段內(nèi)混合運(yùn)行?！胺俏恢脠?bào)告”列車根據(jù)空閑檢測(cè)系統(tǒng)提供區(qū)段空閑狀態(tài)實(shí)現(xiàn)列車追蹤運(yùn)行。

2　結(jié)論

目前西安地鐵1號(hào)線TRAINGUARD MT系統(tǒng)已開通運(yùn)行2年多，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和功能均達(dá)到了相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和合同的要求。CBTC在城市軌道交通領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景，通過列車分離技術(shù)、列車自動(dòng)運(yùn)行（ATO）控制算法、列車定位、列車運(yùn)行安全間隔控制等理論的深入研究，有利于提高國(guó)產(chǎn)CBTC的技術(shù)水平。

參考文獻(xiàn)：

［1］鄭瑩.基于無線通信的CBTC研究綜述［J］.通信技術(shù)，2011（12）：137-138.

［2］高玉，王洪波.西安地鐵1號(hào)線列車運(yùn)行自動(dòng)控制分析［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2014（1）：52-55.

［3］劉妃，劉支援.基于通信的列車控制在軌道交通中的應(yīng)用［J］.信息化研究，2011（4）：53-56.

［4］崔科，呂新軍.卡斯柯自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的iCMTC型CBTC信號(hào)系統(tǒng)［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2014（3）：15-19.

［5］于超，鄭生全，石文靜.城市軌道交通CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通方案研究［J］.鐵道通信信號(hào)，2010（1）：44-47.

中圖分類號(hào)：U284.48；U239.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-5168（2016）01-0116-02

收稿日期：2015-12-26

基金項(xiàng)目：陜西省教育廳2013年科學(xué)研究計(jì)劃（自然科學(xué)專項(xiàng)）項(xiàng)目（2013JK0964）。

作者簡(jiǎn)介：王洪波（1965-），男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：城市軌道交通信號(hào)控制；高玉（1967-），女，本科，副教授，研究方向：鐵路信號(hào)及城市軌道交通信號(hào)控制。

Study on the Train Separation Technology of Urban Rail Transit CBTC

Wang Hongbo1Gao Yu2
（1.Xi'an Metro Co.Ltd.，Xi'an Shanxi 710018；
2.Xi'an Railway Vocational and Technical College Electronic Information System，Xi'an Shanxi 710014）

Abstract:The train tracking function is the core technology of urban rail transit CBTC,which can effectively improve the operating efficiency of the train,which is the key to ensure the safe operation of the train.Based on the practice of Xi'an Metro Line 1,this paper first introduced the principle of CBTC Train Separation,and then analyzed the train Sieving Process,location report and mixed traffic of CBTC.

Keywords:urban rail transit；CBTC；train separation；sieving process;mixed traffic