CBTC系統(tǒng)中ARB判定方法

許陽(yáng)陽(yáng)，朱文才

（1. 南京恩瑞特實(shí)業(yè)有限公司，南京 211106；2. 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司南京電務(wù)段，南京 210011）

基于通信的列車控制系統(tǒng)CBTC（Communication Based Train Control）是城市軌道交通中應(yīng)用最為廣泛的信號(hào)系統(tǒng)。利用無(wú)線通信來(lái)實(shí)現(xiàn)車地之間的雙向通信，取代了傳統(tǒng)的軌道電路實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行控制，相較于傳統(tǒng)的點(diǎn)式信號(hào)系統(tǒng)而言，追蹤間隔更短，運(yùn)行效率更高，安全系數(shù)也更高[1-3]。

在地鐵日常運(yùn)營(yíng)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)計(jì)軸故障，影響列車運(yùn)行[4]。常見(jiàn)的計(jì)軸故障有3種：

第一種，計(jì)軸磁頭受到干擾，這很有可能是因?yàn)檩S磁頭被金屬類異物劃破；

第二種，在傳輸數(shù)據(jù)中有阻塞或者錯(cuò)誤狀況；

第三種，計(jì)軸板塊有死機(jī)狀況出現(xiàn)。

如果計(jì)軸系統(tǒng)受到干擾而導(dǎo)致區(qū)段故障占用，區(qū)域控制器（ZC） 可以將該故障占用區(qū)段與ZC已經(jīng)獲得的列車位置信息進(jìn)行比較; 如果位置相差較遠(yuǎn)，以至于不可能是線路上的列車進(jìn)入該區(qū)段而導(dǎo)致的區(qū)段占用，則判斷為該區(qū)段為故障占用，即ARB狀態(tài)[5]。CTC車可按無(wú)車占用的情況處理ARB 狀態(tài)區(qū)段，達(dá)到在保證安全性的前提下，提高運(yùn)營(yíng)效率的目的。

1 ARB判定和復(fù)位方法

1.1 ARB判定方法

計(jì)軸區(qū)段 ARB 狀態(tài)默認(rèn)為無(wú) ARB。若計(jì)軸區(qū)段物理空閑，則計(jì)軸區(qū)段 ARB 狀態(tài)為無(wú) ARB；若計(jì)軸區(qū)段物理占用狀態(tài)無(wú)法獲取，則計(jì)軸區(qū)段 ARB狀態(tài)為無(wú) ARB；若計(jì)軸區(qū)段物理占用且未標(biāo)記為報(bào)告車占用，且原先非ARB，則進(jìn)行 ARB 檢測(cè)[6]。

ARB 檢測(cè)方式為：TVS 物理占用但無(wú)報(bào)告車占用，且 ZC 確定此時(shí)該 TVS 內(nèi)不可能有車，TVS延伸區(qū)域無(wú)任何隱藏車，判定該 TVS 區(qū)段邏輯占用狀態(tài)為“ARB”故障，即同時(shí)滿足以上幾個(gè)條件則可判定該區(qū)段內(nèi)無(wú)列車占用，其 ARB 狀態(tài)設(shè)為有ARB[7]。判定過(guò)程如圖1所示。

圖1 ARB判定過(guò)程Fig.1 ARB judgment process

使用列車（駛出待判定ARB的列車）篩選端點(diǎn)進(jìn)行ARB判定時(shí)，防止列車速度過(guò)快，TVS過(guò)短導(dǎo)致飛車，需要使用“ARB判定延伸區(qū)域”，避免導(dǎo)致ARB誤判定。

如使用列車（駛出待判定ARB的列車）篩選端點(diǎn)進(jìn)行ARB判定，TVS由占用到出清具有延時(shí)性[8]， 如不做延時(shí)處理也會(huì)導(dǎo)致誤判ARB。

“ARB判定延伸區(qū)域”計(jì)算方法：列車車頭至輪軸長(zhǎng)度+TVS出清到占用延時(shí)內(nèi)列車最大速度行駛距離+ CI傳輸TVS狀態(tài)延時(shí)內(nèi)列車最大速度行駛距離+ CI到ZC通信中斷的容忍時(shí)間內(nèi)列車最大速度行駛距離。

1）非道岔運(yùn)行、道岔定向運(yùn)行

例如：6.25 m（列車車頭至輪軸的距離）+5 s（TVS由出清到占用延時(shí)時(shí)間+容忍延時(shí)）×22.5 m/s（列車最大速度 80 km/h）=118.75 m。

2）道岔側(cè)向運(yùn)行

例如：6.25 m（列車車頭至輪軸的距離）+5 s（TVS由出清到占用延時(shí)時(shí)間+容忍延時(shí)）× 10 m/s（道岔側(cè)向允許最大速度 35 km/h）= 56.25 m。

當(dāng)?shù)啦砦恢锰幱谖炊x時(shí)，按照定向最大允許速度計(jì)算隱藏車安全包絡(luò)。

但是隨著市場(chǎng)走向成熟，以寬帶普及為關(guān)鍵指標(biāo)的傳輸層服務(wù)水平從快速增長(zhǎng)期進(jìn)入了平緩期?！皩拵е袊?guó)”戰(zhàn)略將寬帶分類為公共事業(yè)而不再是電信增值服務(wù)，這表明，中國(guó)政府認(rèn)為寬帶是日常生活的基本必需品，是一個(gè)社會(huì)問(wèn)題(用戶和應(yīng)用)而不僅僅是一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施問(wèn)題(網(wǎng)絡(luò)和服務(wù))。在服務(wù)水平上，西部省區(qū)和東部省區(qū)還有一定的差距，但是受制于西部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人民消費(fèi)能力，通過(guò)加大投資力度提升基礎(chǔ)設(shè)設(shè)水平來(lái)帶動(dòng)傳輸層信息經(jīng)濟(jì)水平提升的空間有限。

當(dāng)待判定ARB的TVS的“延伸區(qū)域”含多道岔時(shí)，若道岔有位置，可通過(guò)該道岔，則視為直股；若不可通過(guò)該道岔，則查找到岔心處，停止當(dāng)前路徑的查找。

若道岔失去表示，本道岔所有分支皆屬于障礙物搜索范圍；若從岔前分支進(jìn)入，則所有分支皆視為可通過(guò)。如需繼續(xù)查找，可分別沿著岔后與反位分支向前繼續(xù)查找；若從反位分支進(jìn)入，則視為道岔位置在反位，可通過(guò)該道岔。如需繼續(xù)查找，可沿著岔前分支向前繼續(xù)查找；若從岔后分支進(jìn)入，則視為道岔位置在定位，可通過(guò)該道岔。如需繼續(xù)查找，可沿著岔前分支向前繼續(xù)查找。

1.2 ARB復(fù)位方法

計(jì)軸區(qū)段已經(jīng)判定為ARB，當(dāng)非邏輯出清時(shí)，以下情形不取消ARB故障。

1）頭篩選+尾部未篩選：尾部未到達(dá)ARB區(qū)域時(shí)，ARB不取消。

2）頭篩選+尾篩選：ARB不取消。

即：列車未篩選端點(diǎn)包絡(luò)及疑似隱藏車包絡(luò)覆蓋該TVS區(qū)域時(shí)，該TVS的ARB狀態(tài)復(fù)位。

ARB 故障需通過(guò)人工計(jì)軸復(fù)位來(lái)恢復(fù)。計(jì)軸區(qū)段 ARB 狀態(tài)為有 ARB 時(shí)，不影響 MA 計(jì)算，計(jì)算移動(dòng)授權(quán)時(shí)相當(dāng)于該 TVS 狀態(tài)為空閑。計(jì)軸區(qū)段ARB 故障狀態(tài)可保持，一旦滿足 ARB 取消條件即轉(zhuǎn)為無(wú) ARB 狀態(tài)。

2 ARB判定相應(yīng)場(chǎng)景

ARB判定場(chǎng)景根據(jù)延伸區(qū)域內(nèi)有無(wú)道岔分為兩類：延伸區(qū)域內(nèi)無(wú)道岔ARB判定和延伸區(qū)域內(nèi)有道岔ARB判定。延伸區(qū)域內(nèi)有道岔ARB判定，又根據(jù)道岔有位置跟無(wú)位置兩種，當(dāng)?shù)啦碛形恢脮r(shí)，跟延伸區(qū)域內(nèi)無(wú)岔ARB判定處理相同；道岔沒(méi)有位置時(shí)，需要對(duì)3個(gè)分支都進(jìn)行延伸區(qū)域的判定。

2.1 延伸區(qū)域內(nèi)無(wú)道岔ARB判定場(chǎng)景

如圖2（a）所示，當(dāng)TVS3占用時(shí)，延伸區(qū)域內(nèi)沒(méi)有任何的車，TVS3的占用不是因?yàn)榱熊囻側(cè)?，是因?yàn)橛?jì)軸故障，可以進(jìn)入暫判定ARB。上述條件保持到延時(shí)結(jié)束后，TVS3區(qū)段ARB判定成功。

如圖2（b）所示，當(dāng)TVS3占用時(shí)，延伸區(qū)域內(nèi)有篩選過(guò)的報(bào)告車，列車的篩選標(biāo)志保證周圍沒(méi)有隱藏車存在的可能性，因此TVS3的占用不是因?yàn)榱熊囻側(cè)?，而是因?yàn)橛?jì)軸故障，可以進(jìn)入暫判定ARB。上述條件保持到延時(shí)結(jié)束后，TVS3區(qū)段ARB判定成功。

如圖2（c）所示，當(dāng)TVS3占用時(shí)，延伸區(qū)域內(nèi)有未篩選的報(bào)告車，可能存在隱藏車。由于系統(tǒng)延時(shí)，隱藏車可能會(huì)到TVS3中，因此TVS3不滿足ARB判定條件，待延時(shí)結(jié)束后會(huì)被標(biāo)記上MT（非通信）車。

圖2 延伸區(qū)域內(nèi)無(wú)道岔ARB判定場(chǎng)景Fig.2 ARB judgment scenario without turnout in the extended area

2.2 延伸區(qū)域內(nèi)有道岔ARB判定場(chǎng)景

關(guān)于延伸區(qū)域內(nèi)有道岔的ARB判定如圖3所示，根據(jù)道岔是否有位置分為兩大類：當(dāng)?shù)啦碛形恢脮r(shí)，跟無(wú)岔區(qū)段判定方法一致，只關(guān)注道岔所在位置相應(yīng)延伸區(qū)域，其他位置不在判定范圍內(nèi)；當(dāng)?shù)啦頉](méi)有位置時(shí)，需要關(guān)注所有可能的范圍內(nèi)是否存在隱藏車。

如圖3所示，道岔1處于反位時(shí)，除TVS3以外的其他計(jì)軸都處于空閑時(shí)，TVS3的延伸判定區(qū)域?yàn)閳D3中的延伸區(qū)域1和延伸區(qū)域3，TVS3的占用不是因?yàn)榱熊囻側(cè)?，是因?yàn)橛?jì)軸故障，可以進(jìn)入暫判定ARB，上述條件保持到延時(shí)結(jié)束后，TVS3區(qū)段ARB判定成功。

圖3 延伸區(qū)域內(nèi)有道岔ARB判定場(chǎng)景Fig.3 ARB judgment scenario with turnout in the extended area

道岔1處于反位時(shí)，TVS3占用時(shí)，相鄰的計(jì)軸TVS2和TVS8上有前后端篩選過(guò)的列車，ARB延伸判定范圍（延伸區(qū)域1和延伸區(qū)域3）內(nèi)有篩選過(guò)的報(bào)告車，列車的篩選標(biāo)志位能夠保證相應(yīng)端沒(méi)有任何隱藏車的存在，TVS5雖然有MT車占用，但是被道岔位置隔開(kāi)了，對(duì)于TVS3的判定沒(méi)有影響，所以TVS3的占用是由于計(jì)軸故障引起的，因此TVS會(huì)進(jìn)入暫判定ARB狀態(tài)，上述條件保持到延時(shí)結(jié)束后，TVS3區(qū)段ARB判定成功。

道岔處于反位時(shí)，TVS3占用時(shí)，左側(cè)的待判定區(qū)域內(nèi)（TVS2）有未篩選過(guò)的車，可能存在隱藏車，由于系統(tǒng)延時(shí)，隱藏車可能會(huì)到TVS3中，因此TVS不滿足ARB判定條件，待延時(shí)結(jié)束后會(huì)被標(biāo)記上MT（非通信）車。

道岔處于四開(kāi)位置，TVS3所連接的三個(gè)分支都處于待判定區(qū)域，三個(gè)ARB延伸區(qū)域內(nèi)（延伸區(qū)域1、2、3）都不存在隱藏車，TVS3的占用不是因?yàn)榱熊囻側(cè)?，是因?yàn)橛?jì)軸故障，可以進(jìn)入暫判定ARB，上述條件保持到延時(shí)結(jié)束后，TVS3區(qū)段ARB判定成功。

道岔處于四開(kāi)位置，TVS3所連接的三個(gè)分支都處于待判定區(qū)域，三個(gè)ARB延伸區(qū)域內(nèi)（延伸區(qū)域1、2、3）都存在已篩選的報(bào)告車，篩選標(biāo)志位保證其相應(yīng)反內(nèi)都不存在隱藏車，TVS3的占用不是因?yàn)榱熊囻側(cè)?，是因?yàn)橛?jì)軸故障，可以進(jìn)入暫判定ARB，上述條件保持到延時(shí)結(jié)束后，TVS3區(qū)段ARB判定成功。

道岔處于四開(kāi)位置，TVS3所連接的3個(gè)分支都處于待判定區(qū)域，其中一個(gè)ARB延伸判定區(qū)域內(nèi)（延伸區(qū)域1）存在非通信車，且非通信車不能明確其所在位置，TVS3的占用有可能是因?yàn)榉峭ㄐ诺鸟側(cè)攵加玫?，因此TVS3不滿足ARB判定條件，會(huì)被標(biāo)記MT。

3 結(jié)論

ARB判定功能是為了減小計(jì)軸系統(tǒng)故障占用的故障模式對(duì)CBTC 系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效率的影響而設(shè)置。本文提出的方法可以安全有效地判定出當(dāng)前TVS是否屬于ARB狀態(tài)，不存在誤判的情況，從處理邏輯上可保證ARB 判定的安全性。