CBTC系統(tǒng)在車站保護(hù)區(qū)段的解鎖優(yōu)化方案

劉江謝鯤

CBTC系統(tǒng)在車站保護(hù)區(qū)段的解鎖優(yōu)化方案

劉江謝鯤

（卡斯柯信號有限公司，200071，上海//第一作者，工程師）

在基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC）中，保護(hù)區(qū)段的設(shè)置在保障列車安全停車、提高運營效率方面有著重要的作用。為此，在分析保護(hù)區(qū)段CBTC功能實現(xiàn)及解鎖方式的基礎(chǔ)上，基于項目實際經(jīng)驗，設(shè)計了保護(hù)區(qū)段解鎖的觸發(fā)區(qū)段，以及增加站臺區(qū)域點式列車自動防護(hù)模式下車載設(shè)備與聯(lián)鎖設(shè)備間無線通信接口的優(yōu)化方案，以實現(xiàn)保護(hù)區(qū)段解鎖的優(yōu)化。

基于通信的列車控制；點式列車自動防護(hù)；保護(hù)區(qū)段；解鎖優(yōu)化

Author′s addressCASCO Signal Ltd.，200071，Shanghai，China

列車運行控制系統(tǒng)是城市軌道交通運營的關(guān)鍵系統(tǒng)，直接影響到軌道交通運營的安全和效率，而基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC）目前已成為城市軌道交通信號控制系統(tǒng)的主流制式。實踐證明，CBTC系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用大大提高了列車的運營安全，同時顯著降低了列車的運營間隔，提高了運營效率。

在CBTC系統(tǒng)中，由于站臺區(qū)域的土建條件限制，車載列車自動運行（ATO）系統(tǒng)控制曲線的制動點只能設(shè)置在出站信號機(jī)前方，導(dǎo)致車載列車自動防護(hù)（ATP）系統(tǒng)防護(hù)曲線的安全制動點必須延伸至出站信號機(jī)外方（如果信號機(jī)位置與ATO制動點之間的距離大于保護(hù)區(qū)段的最大長度，可不用設(shè)置在信號機(jī)外方）。車載ATO控制曲線的制動點與車載ATP防護(hù)曲線的安全制動點之間的距離稱為保護(hù)距離。保護(hù)距離在聯(lián)鎖系統(tǒng)中是以軌道電路區(qū)段或者計軸區(qū)段來表示的，因此稱為保護(hù)區(qū)段。

1 保護(hù)區(qū)段的功能實現(xiàn)

CBTC系統(tǒng)關(guān)于保護(hù)區(qū)段的設(shè)置主要是為了實現(xiàn)以下3項功能。

（1）列車冒進(jìn)信號機(jī)時的安全防護(hù)。出站信號機(jī)通常設(shè)置于ATO制動點和ATP安全制動點之間，因此，在非正常情況下（列車闖紅燈后），保護(hù)區(qū)段依然能防護(hù)列車的運行安全（通過檢查道岔鎖閉在規(guī)定位置、保護(hù)區(qū)段空閑等聯(lián)鎖條件來實現(xiàn)）。

（2）使列車運行可以靠近信號機(jī)。通常情況下，列車的ATO制動點即為運營的停車點，該停車點設(shè)置在出站信號機(jī)前方。如果不設(shè)置保護(hù)區(qū)段，則ATP防護(hù)曲線的安全制動點必須設(shè)置在信號機(jī)前方，導(dǎo)致列車在正常工況下不能靠近出站信號機(jī)。

（3）車門與站臺屏蔽門的精確對準(zhǔn)。有了保護(hù)區(qū)段的存在，當(dāng)列車在接近出站信號機(jī)時，可實現(xiàn)車門與站臺屏蔽門的精確對準(zhǔn)，保證乘客安全高效地上下列車。

2 保護(hù)區(qū)段的解鎖策略

從保護(hù)區(qū)段的功能實現(xiàn)可知，CBTC系統(tǒng)保護(hù)區(qū)段的設(shè)置主要是為列車安全、精準(zhǔn)地停在站臺區(qū)域而服務(wù)的，因此保護(hù)區(qū)段須在列車進(jìn)入進(jìn)路前提前設(shè)置。提前設(shè)置保護(hù)區(qū)段一般有兩種方式：通過列車占用其觸發(fā)區(qū)段提前辦理設(shè)置保護(hù)區(qū)段并鎖閉（其過程包括列車占用檢測、列車運行方向檢測、保護(hù)區(qū)段空閑檢測、無敵對進(jìn)路建立、檢測道岔位置正確、操作道岔并鎖閉、開放進(jìn)路始端信號）；通過辦理進(jìn)路時順帶設(shè)置保護(hù)區(qū)段并鎖閉。

當(dāng)保護(hù)區(qū)段建立后，需要對其進(jìn)行解鎖。保護(hù)區(qū)段的解鎖通常會設(shè)置一個解鎖延時，類似于接近鎖閉區(qū)段的解鎖延時。該解鎖延時可以保證列車以最大速度在不采取緊急制動的情況下安全停車。保護(hù)區(qū)段的解鎖可通過列車停穩(wěn)信息或通過列車出清站臺區(qū)段檢查來實現(xiàn)。

2.1 通過列車停穩(wěn)信息解鎖

在CBTC運營模式下，當(dāng)列車在站臺區(qū)域（停車區(qū)段）停穩(wěn)后，此時保護(hù)區(qū)段可正常解鎖，其過程為：安裝于輪軸的速度傳感器將列車停穩(wěn)信息傳送至車載ATP，車載ATP將列車停穩(wěn)信息通過無線車地通信傳送至區(qū)域控制器，區(qū)域控制器將該信息傳送至聯(lián)鎖系統(tǒng)；聯(lián)鎖一旦收到該停穩(wěn)信息，立即中斷保護(hù)區(qū)段解鎖延時（該解鎖延時在列車進(jìn)入停車區(qū)段開始觸發(fā)），并將保護(hù)區(qū)段禁止?fàn)顟B(tài)信息傳遞至車載ATP，車載ATP重新計算防護(hù)曲線的移動授權(quán)終點，同時解鎖保護(hù)區(qū)段。當(dāng)列車出清停車區(qū)段后，后續(xù)列車可繼續(xù)觸發(fā)該保護(hù)區(qū)段的建立。解鎖過程如圖1所示。

圖1中所示的保護(hù)區(qū)段解鎖是列車正常運營情況下的解鎖流程。當(dāng)CBTC模式不可用時，列車通過點式ATP模式降級運行，此時由于車載ATP無法將列車停穩(wěn)信息傳給聯(lián)鎖系統(tǒng)，因此，保護(hù)區(qū)段的解鎖只有在解鎖延時結(jié)束、停車區(qū)段占用、保護(hù)區(qū)段空閑這3個條件同時滿足后才能進(jìn)行。點式ATP模式下的保護(hù)區(qū)段解鎖延時通常會比CBTC模式下的延時更長，以保證列車即使在非正常情況下闖入保護(hù)區(qū)段時，保護(hù)區(qū)段的道岔仍保持在鎖閉狀態(tài)或者敵對進(jìn)路不會建立，但這也會導(dǎo)致運營效率的降低。

2.2 通過列車出清站臺區(qū)段解鎖

當(dāng)列車自動監(jiān)控（ATS）系統(tǒng)對列車設(shè)置甩站作業(yè)時（即車站跳停作業(yè)），列車在站臺區(qū)域不停車運行。這種情況下聯(lián)鎖不能通過列車停穩(wěn)信息來對保護(hù)區(qū)段進(jìn)行解鎖，此時保護(hù)區(qū)段的解鎖需根據(jù)列車占用出清進(jìn)路的三點檢查方式來進(jìn)行解鎖：當(dāng)列車順序占用并出清站臺區(qū)段（停車區(qū)段），在對站臺區(qū)段實現(xiàn)三點檢查后，站臺區(qū)段解鎖，同時保護(hù)區(qū)段即可實現(xiàn)解鎖，后續(xù)列車可繼續(xù)觸發(fā)該保護(hù)區(qū)段的建立。解鎖過程如圖2所示。

3 保護(hù)區(qū)段解鎖優(yōu)化方案

圖1 列車CBTC模式下保護(hù)區(qū)段解鎖過程

圖2 保護(hù)區(qū)段三點檢查解鎖過程

通過分析保護(hù)區(qū)段的解鎖方式，可知在不考慮跳停作業(yè)的前提下，保護(hù)區(qū)段的解鎖延時過長會導(dǎo)致列車長時間停留在站臺區(qū)域，影響列車運營間隔，使運營效率降低。因此，在確保列車運行安全的前提下，為了優(yōu)化保護(hù)區(qū)段的解鎖延時，本文根據(jù)以往的項目經(jīng)驗，提出以下解鎖方案。

3.1 設(shè)置保護(hù)區(qū)段解鎖的觸發(fā)區(qū)段

類似于進(jìn)路取消中的接近區(qū)段概念，可對保護(hù)區(qū)段設(shè)置其解鎖接近區(qū)段。當(dāng)列車進(jìn)入解鎖接近區(qū)段前的觸發(fā)區(qū)段，可提前觸發(fā)保護(hù)區(qū)段的解鎖延時。

3.1.1 保護(hù)區(qū)段解鎖延時的計算

點式ATP模式下，保護(hù)區(qū)段解鎖延時的時間長度主要由線路中3個信標(biāo)之間的最長距離除以列車運營速度，并加上最大停站時間組成?，F(xiàn)以某城市軌道交通為例進(jìn)行說明。

假設(shè)：TJS為保護(hù)區(qū)段解鎖延時；DB=2400 m為線路中3個連續(xù)信標(biāo)之間的最長距離；VO=55 km/ h為列車平均運營速度（含站內(nèi)）；最大停站時間45 s。因此有TJS=DB/VO+45 s=2 400 s/（55/3.6）+ 45 s=202 s，即列車在點式ATP模式下在站臺需額外停車157 s（減去停站時間），之后當(dāng)保護(hù)區(qū)段解鎖后，才可允許設(shè)置列車進(jìn)路。

3.1.2 保護(hù)區(qū)段解鎖的觸發(fā)區(qū)段設(shè)置

保護(hù)區(qū)段解鎖的接近區(qū)段長度包括：①列車（最大占用檢測的傳輸與處理延時）以最大限速所走行的距離；②列車最不利條件下的常規(guī)制動距離；③一定的安全距離。

假設(shè)：TRc=4.1 s，為計軸設(shè)備檢測到列車占用信標(biāo)并將該列車占用信息傳遞給聯(lián)鎖計算機(jī)的傳輸與處理延時；Vmax=100 km/h，為列車最大限速；a=1 m/s2，為常規(guī)制動減速度；DYL=20 m，為安全余量距離；DJS為保護(hù)區(qū)段解鎖的接近區(qū)段長度。則DJS=TYC·Vmax+（Vmax）2/2a+DYL=520 m。

如圖3所示，保護(hù)區(qū)段解鎖的接近區(qū)段長度覆蓋了T2、T3、T43個計軸區(qū)段，該接近區(qū)段長度的起始點即為保護(hù)區(qū)段解鎖的最后觸發(fā)點。在該最后觸發(fā)點之前，可設(shè)置T1計軸區(qū)段為保護(hù)區(qū)段解鎖的觸發(fā)區(qū)段。當(dāng)列車占用該觸發(fā)區(qū)段后，保護(hù)區(qū)段解鎖延時TJS開始倒計時?，F(xiàn)已知T1、T2、T3、T44個計軸區(qū)段的總長度為1 900 m，則列車從占用觸發(fā)區(qū)段始至列車在站臺停車時，TJS的倒計時間為TJSYH（TJSYH＜TJS），TJSYH=1 900 s/（55/3.6）-4.1 s=120 s。因此，列車在站內(nèi)的額外停車時間為37 s（減去停站時間45 s），明顯縮短了列車運營間隔。

3.2 增加車載ATP與聯(lián)鎖的無線通信接口

圖3 保護(hù)區(qū)段解鎖的接近區(qū)段長度及觸發(fā)區(qū)段計算

在CBTC模式下，車載ATP設(shè)備與軌旁設(shè)備的車地通信主要通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（DCS）來實現(xiàn)，而點式ATP模式僅作為CBTC系統(tǒng)的后備模式，其車地通信是通過信標(biāo)來進(jìn)行非連續(xù)式的單向信息傳輸（來自聯(lián)鎖的信息通過軌旁電子單元由有源信標(biāo)傳遞至車載設(shè)備）。因此，當(dāng)列車在站臺區(qū)段停穩(wěn)后，無法將停穩(wěn)信息從車載ATP傳遞給聯(lián)鎖系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)點式ATP模式下將列車停穩(wěn)信息傳遞給聯(lián)鎖系統(tǒng)，可在站臺區(qū)域增加車載ATP設(shè)備與聯(lián)鎖的無線通信信道。該通信信道可在CBTC系統(tǒng)的DCS中增加雙向通信接口來實現(xiàn)。

當(dāng)列車占用停車區(qū)段后，觸發(fā)解鎖延時TJS開始倒計時。假設(shè)：停車區(qū)段長度為149 m，站內(nèi)列車平均速度VCZ=20 km/h，則TJSYH=149 s/（20/3.6）-4.1 s=23 s。

當(dāng)列車停穩(wěn)后，車載ATP通過無線通信設(shè)備向聯(lián)鎖發(fā)送列車停穩(wěn)信息。當(dāng)聯(lián)鎖系統(tǒng)在檢查保護(hù)區(qū)段空閑、停車區(qū)段占用等解鎖條件滿足時，終止解鎖延時，同時解鎖保護(hù)區(qū)段，此時解鎖延時倒計時間為28 s。

從車載ATP發(fā)送停穩(wěn)信息至保護(hù)區(qū)段解鎖，其通信延時與處理延時共為7 s，且可被停站時間（45 s）覆蓋，因此運營效率大大地提高。解鎖過程如圖4所示。

3.3 優(yōu)化方案對比

兩種保護(hù)區(qū)段解鎖的優(yōu)化方案比較如表1所示。

表1 不同優(yōu)化方案的保護(hù)區(qū)段解鎖時間對比s

圖4 點式ATP模式下保護(hù)區(qū)段快速解鎖

4 結(jié)語

若采取設(shè)置保護(hù)區(qū)段解鎖的觸發(fā)區(qū)段方案來實現(xiàn)解鎖延時的提前觸發(fā)，可在一定程度上減小解鎖延遲時間。而采取點式ATP模式下增加車載設(shè)備與聯(lián)鎖設(shè)備之間無線通信接口來實現(xiàn)列車停穩(wěn)信息的傳遞，可顯著地提高保護(hù)區(qū)段解鎖效率。

增加車載設(shè)備與聯(lián)鎖設(shè)備的無線通信接口在實現(xiàn)成本上比設(shè)置保護(hù)區(qū)段解鎖的觸發(fā)區(qū)段要高，因此，在實際應(yīng)用中可根據(jù)具體情況靈活采用不同的解鎖優(yōu)化方案。

［1］黃克勇.城市軌道交通信號控制系統(tǒng)中4種接近區(qū)段的定義和計算［J］.城市軌道交通研究，2015，18（5）：53-55.

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Optimum Scheme of Overlap Releasing in Urban Rail Transit CBTC System

LIU Jiang，XIE Kun

In CBTC，the overlap design plays a very important role in the guarantee of train safety stopping and the operation efficiency improvement.Based on an analysis of overlap function and releasing strategy，an optimum scheme of overlap releasing triggering section is designed according to the experiences of practical project，the radio interface between spot transmission ATP on-board equipment and interlocking equipment in station region is added，aiming to implement the overlap releasing optimization.

communication based train control(CBTC)；spot transmission automatic train protection(ATP)；overlap；releasing optimization

U284.44

10.16037/j.1007-869x.2017.08.012

2015-09-14）