城市軌道交通CBTC列車(chē)自動(dòng)追蹤技術(shù)研究

高　玉　王洪波

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

城市軌道交通CBTC列車(chē)自動(dòng)追蹤技術(shù)研究

高玉1王洪波2

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

結(jié)合西門(mén)子公司基于通信的列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)移動(dòng)閉塞系統(tǒng)“基于位置報(bào)告”和“基于軌道空閑檢查”的列車(chē)自動(dòng)追蹤技術(shù)進(jìn)行介紹，并對(duì)不同列車(chē)控制等級(jí)下的移動(dòng)閉塞分區(qū)、列車(chē)位置確定和移動(dòng)授權(quán)原理進(jìn)行深入的分析和研究，可為研發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基于通信的移動(dòng)閉塞列車(chē)控制系統(tǒng)提供參考。

CBTC；列車(chē)自動(dòng)追蹤；列車(chē)移動(dòng)授權(quán)

基于通信的列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)（CBTC），作為保證列車(chē)運(yùn)行安全的關(guān)鍵設(shè)備，在城市軌道交通領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。列車(chē)自動(dòng)追蹤運(yùn)行是CBTC的核心技術(shù)，可有效地提高列車(chē)運(yùn)行的效率，保證列車(chē)安全、可靠地運(yùn)行［1］。

西安地鐵1號(hào)線CBTC系統(tǒng)采用西門(mén)子公司TRAINGUARD MT產(chǎn)品。TRAINGUARD MT由SICAS計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、列車(chē)自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)（ATP）、列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)（ATO）、VICOS列車(chē)監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（DCS）等構(gòu)成。TRAINGUARD MT具有聯(lián)鎖控制等級(jí)（IXL）、點(diǎn)式控制等級(jí)（ITC）和連續(xù)式控制等級(jí)（CTC）等方式。在CTC級(jí)下，ATP/ATO車(chē)載設(shè)備（OBCU）采用無(wú)線WLAN地車(chē)通信系統(tǒng)接收列車(chē)移動(dòng)授權(quán)（MA）控制命令，對(duì)列車(chē)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)督和控制，實(shí)現(xiàn)列車(chē)自動(dòng)追蹤運(yùn)行。

列車(chē)自動(dòng)追蹤功能主要是CBTC依據(jù)列車(chē)位置報(bào)告和軌道空閑檢查系統(tǒng)（TVD）提供的軌道區(qū)段空閑狀態(tài)信息，計(jì)算和確定列車(chē)防護(hù)系統(tǒng)軌旁設(shè)備（WCU_ATP）控制區(qū)域內(nèi)列車(chē)自動(dòng)追蹤間隔和空閑狀況。列車(chē)自動(dòng)追蹤功能涉及列車(chē)位置確定、移動(dòng)閉塞分區(qū)劃分和移動(dòng)授權(quán)等技術(shù)［2］。

1　列車(chē)位置確定

TRAINGUARD MT列車(chē)自動(dòng)追蹤功能包括“基于位置報(bào)告”的列車(chē)追蹤和“基于軌道空閑檢查”的列車(chē)跟蹤2種方式。對(duì)于“基于位置報(bào)告”的列車(chē)追蹤功能主要是ATS系統(tǒng)依據(jù)WCU_ATP邏輯軌道分區(qū)空閑（ATP空閑）狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如果與WCU_ATP雙向通信已建立，且已定位的列車(chē)可根據(jù)“位置報(bào)告”信息進(jìn)行定位和跟蹤，該列車(chē)稱(chēng)為“位置報(bào)告”列車(chē)。相對(duì)于“位置報(bào)告”列車(chē)，其他列車(chē)稱(chēng)為“非位置報(bào)告”列車(chē)。對(duì)于“非位置報(bào)告”的列車(chē)追蹤主要是聯(lián)鎖系統(tǒng)依據(jù)TVD提供的軌道區(qū)段空閑狀態(tài)，采用列車(chē)進(jìn)路分段解鎖方式實(shí)現(xiàn)“非位置報(bào)告”列車(chē)進(jìn)行定位和追蹤，該方法稱(chēng)為“基于軌道空閑檢查”的列車(chē)跟蹤。TRAINGUARD MT列車(chē)位置確定流程如圖1所示。

圖1　列車(chē)位置確定流程圖

2　移動(dòng)閉塞分區(qū)劃分

WCU_ATP將軌道區(qū)段劃分為更小的邏輯軌道分區(qū)，用于實(shí)現(xiàn)列車(chē)自動(dòng)追蹤、ATS監(jiān)控。同時(shí)，WCU_ATP還計(jì)算每個(gè)邏輯軌道分區(qū)的“ATP空閑”狀態(tài)。“ATP空閑”狀態(tài)用于表示列車(chē)運(yùn)行的狀態(tài)和列車(chē)追蹤的狀況，“ATP空閑”狀態(tài)定義如下：①如果邏輯軌道分區(qū)占用表示來(lái)自自動(dòng)運(yùn)行列車(chē)（AT）位置報(bào)告，則邏輯軌道分區(qū)“ATP空閑”狀態(tài)為“OAT”狀態(tài)；②如果邏輯軌道分區(qū)占用表示來(lái)自至少一輛非自動(dòng)運(yùn)行列車(chē)占用軌道區(qū)段（TVD工作正常），則每個(gè)邏輯軌道分區(qū)“ATP空閑”狀態(tài)為“ONAT”狀態(tài)；③如果邏輯軌道分區(qū)占用表示來(lái)自至少一輛非自動(dòng)運(yùn)行列車(chē)占用軌道區(qū)段（TVD工作不正常），則每個(gè)邏輯軌道分區(qū)“ATP空閑”狀態(tài)為“OD”狀態(tài)；④如果邏輯軌道分區(qū)空閑表示來(lái)自TVD或自動(dòng)運(yùn)行列車(chē)位置報(bào)告，則邏輯軌道分區(qū)“ATP空閑”狀態(tài)“CL”狀態(tài)；⑤當(dāng)WCU_ATP通信中斷時(shí)，“ATP空閑”狀態(tài)缺省值為“UD”狀態(tài)［3］。其中，邏輯軌道分區(qū)的“ATP空閑”狀態(tài)如圖2所示。

圖2　軌道空閑狀態(tài)示意圖

3　移動(dòng)授權(quán)原理

TRAINGUARD MT的WCU_ATP根據(jù)控制區(qū)域內(nèi)的線路狀態(tài)、列車(chē)位置和行駛方向、聯(lián)鎖進(jìn)路等因素計(jì)算和確定移動(dòng)授權(quán)（MA），并通過(guò)DCS向OBCU發(fā)送。OBCU根據(jù)MA、最不利情況下的停車(chē)距離及前方障礙物位置不確定等因素計(jì)算列車(chē)目標(biāo)速度曲線，控制列車(chē)追蹤運(yùn)行。當(dāng)列車(chē)運(yùn)行到MA邊界時(shí)，OBCU及時(shí)采取制動(dòng)措施，保證列車(chē)在MA邊界前停車(chē)。移動(dòng)授權(quán)包括安全移動(dòng)授權(quán)（V_MAL）和非安全移動(dòng)授權(quán)（NV_MAL），以及其他軌旁條件，如可變應(yīng)答器數(shù)據(jù)等。

3.1確定的ITC_MA

確定的ITC_MA包括安全相關(guān)的MAL和非安全相關(guān)的MAL，并限制于固定目標(biāo)停車(chē)點(diǎn)，如軌道終端、信號(hào)機(jī)等。安全相關(guān)的MAL對(duì)應(yīng)于安全防護(hù)點(diǎn)（POP）；非安全相關(guān)的MAL對(duì)應(yīng)于列車(chē)運(yùn)營(yíng)停車(chē)點(diǎn)，其范圍為列車(chē)當(dāng)前位置距離下一架主信號(hào)機(jī)對(duì)應(yīng)的應(yīng)答器前的一段距離。

當(dāng)OBCU接收到可變數(shù)據(jù)應(yīng)答器發(fā)送的確定性ITC_MAL，將其安全和非安全移動(dòng)授權(quán)更新。如果與填充應(yīng)答器對(duì)應(yīng)的主信號(hào)機(jī)未顯示“通過(guò)”信號(hào)或填充應(yīng)答器缺失，MAL則授權(quán)列車(chē)在主信號(hào)機(jī)應(yīng)答器前停車(chē)。如果在此過(guò)程中主信號(hào)機(jī)顯示變?yōu)椤巴ㄟ^(guò)”信號(hào)時(shí)，則允許列車(chē)越過(guò)主信號(hào)機(jī)處應(yīng)答器，即允許列車(chē)越過(guò)非安全相關(guān)MAL，以獲取主信號(hào)應(yīng)答器的ITC_MA。

3.2非確定的ITC_MA

當(dāng)進(jìn)路中道岔方向未知，下一架主信號(hào)機(jī)不能給出進(jìn)路方向的顯示時(shí)，使用非確定的ITC_MA。非確定性ITC_MA定義了一個(gè)重定位距離，該距離為從當(dāng)前應(yīng)答器到所有可能的重定位應(yīng)答器的距離。

OBCU計(jì)算和確定所有可選路徑的最大限制速度曲線（最大重定位距離），根據(jù)該最大限制速度曲線監(jiān)督列車(chē)運(yùn)行。OBCU對(duì)重定位應(yīng)答器進(jìn)行監(jiān)控，如果沒(méi)有檢測(cè)到重定位應(yīng)答器，則列車(chē)定位狀態(tài)為“定位丟失”。當(dāng)列車(chē)通過(guò)重定位應(yīng)答器后，非確定性的MA變?yōu)榇_定性MA。

4　結(jié)論

目前西安地鐵1號(hào)線TRAINGUARD MT系統(tǒng)已開(kāi)通運(yùn)行近3a，系統(tǒng)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)和規(guī)范的要求。CBTC在城市軌道交通領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景，國(guó)內(nèi)供應(yīng)商有必要借鑒先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)一步對(duì)CBTC的列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行（ATO）控制算法、列車(chē)定位、列車(chē)運(yùn)行模式和控制等級(jí)、列車(chē)安全間隔控制等進(jìn)行研究，不斷提高我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)CBTC的技術(shù)水平。

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

［2］安靜，王令群，吳汶麒.基于無(wú)線通信的列車(chē)控制系統(tǒng)研究及應(yīng)用綜述［J］.上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（2）：132-138.

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

Study on the Technology of CBTC Automatic Train Tracing Operation in Urban Mass Transit

Gao Yu1Wang Hongbo2
（1.Department of Electronic Information，Xi'an Railway Vocational and Technical Institute，Xi'an Shaanxi 710014；2.Xi'an Metro Co.Ltd.，Xi'an Shaanxi 710018）

Combining with Siemens communication based train automatic control system on moving block system，this paper introduced automatic tracking technology of"position report based"and"track vacancy detection based"，and then the principle of moving block section，train locating and train moving authority for the different train control level were analyzed and studied in depth，which could provide reference for the research and development of independent intellectual property rights of mobile block train control system based on communication.

CBTC；automatic train tracking；train moving authority

U284.48

A

1003-5168（2016）07-0103-02

2016-06-05

陜西省教育廳2016年科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目（16JK2155）。

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。