杜江紅，郭軍強

(1.北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070；2.北京市高速鐵路運行控制系統(tǒng)工程技術研究中心，北京 100070)

1 概述

基于通信的列車自動控制系統(tǒng)在軌道交通領域得到廣泛的應用，該系統(tǒng)是用通信網(wǎng)絡實現(xiàn)列車與地面設備雙向通信，利用列車位置信息、線路信息實時計算行車許可，實現(xiàn)移動閉塞。基于通信的列車自動控制系統(tǒng)大幅提高了區(qū)間通過能力，靈活組織雙向運行和單向連續(xù)發(fā)車，適用于不用車速、不同運量、不同類型牽引的列車控制。在該系統(tǒng)中，地面設備根據(jù)列車位置信息、進路信息、區(qū)段占用信息、臨時限速等信息計算列車行車許可，車載設備根據(jù)地面設備發(fā)送的行車許可生成目標—距離控制曲線，控制列車安全運行。然而地面設備在計算行車許可時，以前方列車車尾作為目標點，并考慮一定的防護距離作為行車許可的終點，車載設備以此來計算目標—距離控制曲線，存在列車過早制動，或延時牽引等情況，從而降低了區(qū)間列車追蹤效率。

本文針對這一問題，提出基于列車速度的行車許可計算方法，進一步提高列車追蹤能力，縮短追蹤間隔，從而為提升運輸效率提供理論依據(jù)。

2 場景分析

列車車載設備通過無線通信獲取地面設備發(fā)送的最大移動授權范圍內(nèi)與前車的距離，以及前車的速度、制動、牽引、長度等信息。根據(jù)與前車距離及前車速度等信息，計算列車行車許可。該模型下計算的列車行車許可分為3 個關鍵點：列車追蹤點、列車制動點、列車停車點。

列車追蹤點：兩車之間的最小追蹤間隔點。列車制動點：列車目標—距離制動曲線的起點。列車停車點：行車許可終點。

本文對區(qū)間追蹤、進站接車、車站發(fā)車場景下的基于列車速度的行車許可計算進行描述。

2.1 區(qū)間追蹤

如圖1 所示，區(qū)間多列車追蹤時，根據(jù)前車速度計算本列車行車許可。區(qū)間運行ATP-A、ATP-B、ATP-C 三 列 車，區(qū) 間2G 處 有 正 向45 km/h 的臨時限速，ATP-A，ATP-B，ATP-C三列車當前速度分別為160 km/h，80 km/h，120 km/h。現(xiàn)按照基于列車速度等信息計算行車許可方法，計算各列車行車許可。

圖1 區(qū)間多車追蹤行車許可計算示意圖Fig.1 Schematic diagram of movement authority calculation when multi-train tracking in section

對于ATP-C 列車，列車當前速度為120 km/h，前方進站信號機S1 為禁止信號，計算列車停車點（SC停車點）為進站信號機S1 處回縮一定安全距離。根據(jù)列車當前速度、制動性能，以及至停車點（SC停車點）距離計算出以BC制動點為制動起始點的目標—距離制動曲線。

對于ATP-B 列車，列車當前速度為80 km/h，前車ATP-C 列車速度為120 km/h，則ATP-B 列車在TB追蹤點前可將速度提升至120 km/h，TB追蹤點距離ATP-C 列車車尾一定安全距離，在與前車ATP-C 保持安全追蹤間隔距離的同時，保持與ATP-C 列車速度一致。ATP-B 列車以前車ATP-C停車點SC回縮一個ATP-C 列車車長，并考慮安全距離作為ATP-B 的停車點SB。根據(jù)ATP-B 的目標停車點SB，計算出該列車以BB制動點為制動起點的目標—距離制動曲線。

對于ATP-A 列車，列車當前速度為160 km/h，列車運行前方2G 處有45 km/h 的臨時限速，區(qū)間運行前方有ATP-B 列車以及ATP-C 列車。以前方限速起點為目標速度點，根據(jù)ATP-A 列車與限速起點距離、列車當前速度、制動性能計算出以BA1制動點為制動起點的目標—速度制動曲線。根據(jù)限速區(qū)長度以及限速區(qū)終點距離ATP-B 列車的距離。計算出ATP-A 列車追蹤ATP-B 列車的TA追蹤點，計算出的TA追蹤點距離ATP-B 列車當前位置保留一定安全防護距離，并在ATP-A 列車到達TA追蹤點前，保持與ATP-B 列車速度一致，并在ATP-B 行車許可終點基礎上回縮一個ATP-B 列車長度作為ATP-A 行車許可終點SA。以SA停車點為目標點，根據(jù)ATP-A 列車目標速度及制動性能，計算出以BA2制動點為制動起點的目標—距離制動曲線。

2.2 進站接車

如圖2 所示，列車進站場時根據(jù)前車速度信息計算本列車行車許可，ATP-C 車進入3G 停車，ATP-B 車進入IG 停車。當S1 →S3 多列車進路已辦理，地面設備為ATP-A 計算行車許可時，判斷S1 →S3 進路為多列車進路且進路開放，ATP-B 當前速度為0 km/h，考慮ATP-A 列車與ATP-B 列車安全追蹤間隔，計算ATP-A 列車停車點為SA，SA點距離ATP-B 列車尾部保持一定安全距離。ATP-A列車追蹤點為TA，根據(jù)ATP-A 當前列車速度及制動模型以SA停車點為目標點，計算一次制動曲線制動點為BA。

圖2 進站接車時行車許可計算示意圖Fig.2 Schematic diagram of movement authority calculation when receiving the train enters station

2.3 出站發(fā)車

如圖3 所示，列車出站時根據(jù)前車速度信息計算本列車行車許可。ATP-C 在區(qū)間以120 km/h 速度行駛，列車前方至進站S 信號機處空閑，S 信號機禁止信號，計算ATP-C 列車行車許可停車點SC為S 信號機處，根據(jù)ATP-C 制動模型計算以SC點為目標點的一次制動曲線制動點BC。

ATP-B 列車出站發(fā)車，當前速度45 km/h，列車前方至ATP-C 列車處空閑，計算ATP-B 列車行車許可停車點SB，SB停車點距離S 信號機間隔ATP-C 車長并回縮安全距離。根據(jù)ATP-B 制動模型計算以SC為終點的一次制動曲線制動點BB。計算與ATP-C 列車追蹤點為TB，TB追蹤點為距離ATP-C 列車當前尾部保持安全距離，且ATP-B 在TB追蹤點的目標速度與ATP-C 速度一致。

圖3 出站發(fā)車時行車許可計算示意圖Fig.3 Schematic diagram of movement authority calculation when the train leaves the station

為S3 →S7 辦理多列車進路，且S3 信號機開放允許信號，ATP-A 當前速度為5 km/h，列車前方至S 信號機間有同向運行ATP-B 列車及ATP-C列車，計算ATP-A 行車許可停車點SA，SA停車點距離S 信號機間隔ATP-C+ATP-B 列車車長并回縮安全距離。根據(jù)ATP-A 制動模型計算以SA為終點的一次制動曲線制動點BA。計算與ATP-B 列車追蹤點為TA，TA追蹤點為距離ATP-B 列車當前尾部保持安全距離，且ATP-A 在TA追蹤點的目標速度與ATP-B 速度一致。

3 關鍵點計算

列車停車點計算：

列車停車點S停車點計算是根據(jù)S禁止點（列車車頭不可越過的點），及L安全距離（考慮列車定位、速傳等列車位置采集設備引起的誤差，根據(jù)列車提供誤差系數(shù)，取最大值），算出行車許可的終點。

列車制動點計算：

列車制動點B制動點計算是以S停車點為行車許可計算終點，考慮車載設備與地面設備最大通信延伸情況（本模型以地面設備計算行車許可再通過無線傳輸方式發(fā)送給列車為假定），以及ATP 向列車輸出制動指令列車響應時間情況下，列車以輸出最大制動行駛距離計算制動點。

列車追蹤點計算：T追蹤點計算是以前車車尾點為目標點，考慮前車最大退行距離及前車當前速度，在后車到達T追蹤點時，當前列車與前車速度必須一致。若前車速度為0 km/h 時，T追蹤點與S停車點同一點。

4 性能比較

4.1 追蹤距離比較

同一列車在相同速度、相同制動模型，不同計算行車許可方法情況下的追蹤距離比較（本計算模型以車載定位準確無誤，車地無線通信延時在假定范圍內(nèi)，且各設備間輸出結果準確無誤為前提）。

以前方列車尾部為目標停車點，追蹤距離為：

如表1 所示，兩種計算行車許可模型下列車追蹤間隔比較，融合前車位置、速度、牽引、制動等信息的行車許可計算方法的列車追蹤距離更短。

表1 兩種行車許可計算方法下的追蹤距離比較Tab.1 Comparison of tracking distance between two types of movement authority calculation methods

4.2 追蹤間隔比較

同一列車在相同速度、相同制動模型，不同計算行車許可方法情況下的追蹤間隔比較如下。

以列車尾部為目標停車點，追蹤間隔為：

融合前車列車速度的列車追蹤間隔為：

如表2 所示，兩種計算行車許可模型下列車追蹤間隔比較，兩者相比，融合前車位置、速度、牽引、制動等信息的行車許可計算方法的列車追蹤間隔更短。

表2 兩種行車許可計算方法下的追蹤間隔比較Tab.2 Comparison of tracking time between two types of movement authority calculation methods

5 結束語

基于列車速度的行車許可計算方法較以前車尾部作為停車點的行車許可計算方法，通過融合前車位置、速度、牽引、制動等信息計算行車許可，大大縮短了列車追蹤距離及追蹤間隔，進而提高移動閉塞系統(tǒng)的運輸性能，為深度挖掘線路運輸潛力提供理論依據(jù)，但該模型是基于設備可靠輸出，設備間低延時傳輸，且列車定位精準，制動性能無衰減等理想情況下計算出的理論結果，在實際運過程中還需根據(jù)實際情況進行調(diào)整。