通信列車后備模式追蹤

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CBTC(communicationbasedtraincontrol)技術為現代軌道交通的列控技術，能實現連續的自動列車控制．對于CBTC系統的原理和相關的關鍵技術［1-4］，國內外已有諸多的研究，其相比于傳統的基于軌道電路的列控技術來說，CBTC系統實現了移動閉塞［5-6］，從而達到更優的系統表現．同時，也應該看到，對于CBTC系統來說，雖然具有諸多優點，但也不是萬能系統．在實際應用中，考慮到系統故障或線路開通初期不具備CBTC的運行條件，為系統增設了后備模式［7-8］，提高了CBTC系統的安全可靠性和完整性，確保列車運行高速、高效的同時，實現絕對的安全可靠．對于列控系統來說，追蹤間隔為最重要的性能指標之一．相關追蹤間隔的算法［9-11］已有諸多研究，文獻［12-15］是對于軌道交通列車保持安全追蹤間隔進行追蹤運行的研究．本文模型基于IEEE的CBTC推薦模型［16-17］，對CBTC系統移動閉塞模式及其后備模式下追蹤間隔這一指標進行算法的研究和仿真．

1CBTC系統概述

1．1CBTC系統的原理CBTC系統為“利用高精度的列車定位(不依賴于軌道電路)，雙向連續、大容量的車-地數據通信，車載、地面的安全功能處理器實現的一種連續自動列車控制系統”．其利用調度控制中心控制多個車站控制中心，實現相鄰車站控制中心之間的控制交接．車站控制中心又控制其管轄范圍內的多個基站，基站與覆蓋范圍內的車載設備實現實時雙向的通信．列車在管轄區段內時，車載設備將定位和速度等信息通過無線方式傳輸給基站，基站再傳輸給控制中心，同時車站控制中心通過基站周期地將相關運行信息發送給后行列車．列車車載設備根據收到的數據和前車與本車的運行狀態(位置、速度、工況)和線路參數(曲線、坡道)、列車參數等，采用車載安全計算機計算或地面控制中心計算或同時計算，并根據故障-安全原則，確定合理的駕駛策略，實現列車高速、平穩地以最優間隔追蹤運行．基于通信的列控系統原理如圖1所示．

1．2移動閉塞技術移動閉塞即指列車間的運行間隔由列車在線路上的實際運行位置和運行狀態決定，前后兩列車之間的最小安全追蹤距離不受固定閉塞分區的影響，而是動態變化的，隨前一列車的移動而移動．移動閉塞原理如圖2所示．在CBTC系統中，無線數據通信通過可靠的無線數據通信網，列車不間斷地將采集到的數據(如機車信息、車輛信息、現場狀況和位置信息)發送給區域控制器ZC(zonecontroller)．ZC根據來自列車的信息計算、確定列車的安全行車間隔，并將相關信息(如現行列車位置、移動授權等)傳遞給列車，控制列車運行．其中，ZC計算給后行列車的移動授權(movementauthority)必須大于列車在該位置最不利情況的制動距離．

1．3CBTC系統后備模式CBTC系統實現了移動閉塞制式，為先進的列控模式，但是在通信失效和設備故障時，為了保證系統的安全可靠性，常考慮使用后備模式來接管控制行車安全．后備模式為CBTC系統的降級備用模式，后備模式的設置，增加了CBTC系統的安全性、完整性、通用性和靈活性．

1．3．1后備模式的設置后備模式在下列情況下發揮作用:(1)移動閉塞系統正式開通前的臨時過渡期間的列車運行;(2)車-地通信單元、中央控制單元等設備故障，而聯鎖完好時;(3)非CBTC列車(車載CBTC完全故障的列車或未安裝CBTC的列車，如工程車、不兼容本線信號系統的列車等)進入運營線路運行時;(4)中央ATS(automatictrainsupervision)、車站ATS故障情況下．

1．3．2后備系統的實現后備模式是在保證車站聯鎖系統和車載ATP(automatictrainprotection)系統工作正常的基礎上實現的，利用軌道電路或計軸設備判斷區間狀態，聯鎖設備控制道岔定/反位、軌道區段的開放/鎖閉、信號機的開放/關閉．現階段主要使用的后備系統大多為基于點式ATP(intermettentATP，IATP)，同時利用軌道電路或者計軸作為輔助檢查設備的模式．IATP為系統提供列車的ATP闖紅燈防護功能．車載控制器工作于IATP模式，列車由人工駕駛，車-地通信通過軌旁動態信標和車載查詢器實現．

2追蹤間隔追蹤間隔指追蹤運行列車之間的最小允許間隔時間，是列車能夠按照計劃運行而不受前行列車影響的最小時間間隔．

2．1CBTC后備模式下的追蹤間隔利用IATP的后備模式可以實現準移動閉塞，采用曲線型的分級控制，相比于固定閉塞模式而言，追蹤間隔距離起始點到當前列車所在位置，增大了追蹤間隔距離，明顯優于固定閉塞的階梯式控制模式．同時這種后備模式繼承了CBTC系統軌道旁設備少，利于維護的優點．對后備模式下的閉塞設計原則如圖3所示．圖3中，Sservice是列車運行在其最高自動駕駛速度時的常用制動距離;閉塞分區的長度Lblock不小于常用制動停車點到安全制動距離的差Ssafety;X為列車當前所在位置;Xt為前行列車頭部所在位式中:a表示列車運行加速度;t為運行時間;vt為后續列車運行到移動授權終點的速度;v0為后續列車當前位置速度;x為時間t內列車走行的距離．

2．2CBTC移動閉塞模式下的追蹤間隔

2．2．1區間追蹤間隔圖4所示為區間追蹤間隔示意圖．

2．2．2站臺追蹤間隔當前后兩列列車以跳停方式經過站臺時，追蹤間隔可按照區間追蹤來考慮．以下僅分析列車停站的情況．在移動閉塞條件下，站臺追蹤間隔為前行列車剛剛出清車站，且駛過安全制動距離Ssafety，追蹤列車以區間最大允許速度vmax_ATO行駛，并且距離車站入口的距離等于列車制動距離加系統處理時間內列車行駛過的距離．圖5所示為站臺追蹤間隔示意圖．tentry為進站時間，是追蹤列車以vmax_ATO開始制動到停穩的時間;tdewell表示追蹤列車在該站臺的停站時間，是從列車停穩到列車開始啟動的時間;texit為列車的出站時間，表示前行列車出清車站并駛過安全防護區段的時間，此時前行列車頭部的位置為Xt．于是有后續列車在位置X的追蹤間隔為

3列車運行追蹤間隔仿真

按照如表1所示線路參數進行仿真，S0為起點，S15為終點，列車從起點運行到終點，經過14個車站(S1到S14)．仿真參數按照國內地鐵設計標準，取正線的直線段土建限速為80km/h，站臺限速為60km/h，圖6為CBTC列車仿真結果．在圖6中可以清楚看到各個仿真參數的設置，包括土建限速、緊急制動觸發曲線、指令速度曲線、列車實際速度等信息．根據模擬數據，在西南交通大學CBTC系統仿真與性能分析平臺上進行仿真．利用移動閉塞追蹤間隔計算方法和圖6顯示的仿真結果，可以計算出列車CBTC模式下運行時在每一點的追蹤間隔．得到如圖7所示的CBTC移動閉塞追蹤間隔-距離仿真圖，圖中可以得到列車在各個區間和站臺的各個點詳細的追蹤間隔數據．同樣，利用式(9)可以計算列車在CBTC系統后備模式下的追蹤間隔．利用模擬數據，在仿真平臺上可以得到CBTC后備模式下的追蹤間隔-距離仿真．圖8為CBTC移動閉塞模式下與后備模式下的追蹤間隔-距離的對比圖，是對于移動閉塞情況和后備模式下區間和站臺的不同追蹤間隔的仿真圖中可以看出兩種不同模式下各個點的追蹤間隔數據．通常情況下，當列車運行在正線的CBTC移動閉塞模式下時，系統要求追蹤間隔要小于90s，而在只布置進站和出站計軸的后備模式中追蹤間隔必須小于240s．由圖8可以看出，CBTC移動閉塞模式及其后備模式能夠達到系統要求，實現較小的追蹤間隔時間．同時，也明顯可以得出移動閉塞模式優于后備準移動閉塞模式，實現相對更小的追蹤間隔要求．

4結束語

本文分析了CBTC系統基本原理及其相關的移動閉塞技術，同時對于目前實際工程中加設的后備模式的原理及其使用狀況進行闡述．對于CBTC系統的追蹤間隔這一性能參數建立相應計算模型，進行了算法分析，得出計算公式．利用仿真測試平臺仿真CBTC移動閉塞模式和后備模式中的追蹤間隔，驗證了CBTC移動閉塞模式和后備模式達到工程要求，實現了相應的追蹤間隔要求時間．對于CBTC系統的相關性能研究具有一定的意義．