基于环线的移动闭塞行车安全性及其防护分析

2012-07-30王春

铁道通信信号 2012年9期

王春

王春:广州地下铁道总公司运营事业总部助理工程师510000 广州

随着城市轨道交通朝着高密度、高速度、高舒适性的方向发展，大量的先进技术被应用到列车自动控制中。下面分析和探讨在自动控制模式下，基于环线的移动闭塞系统的行车过程安全性及其防护。

1 移动闭塞的列车安全间隔模型

在SELTRAC信号系统中，依据移动闭塞原理来实现列车分隔。前方列车后部的安全分隔距离将根据列车最大运行速度、制动曲线和列车位置等进行动态计算。由于有了高精度的列车位置报告(6.25 m)及该段线路的最大允许速度，追踪列车就可以安全地向前方列车接近，直到距离前车尾部一个安全制动距离。不难看出，由于列车不需要在一个被占用的固定闭塞区间入口处停车，因此大大地缩短了运行间隔。图1显示了移动闭塞列车安全间隔的基本原理。

如图1所示，列车之间总是保持一个“安全距离”。该距离是介于后车的目标停车点和确认的前车尾部之间的一个固定距离，是在正常条件下的停车距离加上列车可能超出它的制动性能曲线而走行的最大距离之和。在选择安全距离时，应充分考虑列车控制和制动系统的误差，以及最坏情况组合在内的一系列因素，使列车能够被安全地分隔开来。

图1 安全列车间隔

2 列车安全防护分析

2.1 目标点的设置原理

目标点 (TP)定义为位置，它通过VCC送到列车，指示列车可以安全运行到轨道上的特定目标区间 (至少是一个位置的分辨率)。对于列车而言，运行到目标点总是安全的。VCC保证至少在目标点外的一个安全距离内轨道是无障碍的。

计算每列车的目标点通常要考虑以下2个主要因素:①在列车前方可能设置目标点的区域大小;②扫描潜在设置区域每个位置外的安全距离，并确定在这个扫描区间内是否存在障碍、停车终点或速度限制。如果有，则目标点将设在离障碍物为一个安全距离处;否则，目标点将设置在潜在设置区域的尽头。

信号系统的一个重要特性是给列车有限的移动授权，保证与前面列车预留的运行距离最多3 s，最大限度地减少了列车的责任，允许信号系统对变化的情况作出立即反应。对于每列自动或人工模式下的列车，在轨道上能安全运行的位置 (目标点)，永远不能超过计算的潜在目标点，如图2所示。

图2 最远的潜在目标点

2.2 列车自动控制 (ATC)模式下的进路列表元素及其防护

列车行车目标点的确定不仅与前方列车的位置有关 (安全的列车间隔)，而且还与行车线路的许多因素发生联系，这些相关联的因素就称之为“进路列表元素”，主要包括:冲突区Conflict Zone(CZ)、入口点Entry Point(EP)、安全距离Safety Distance(SD)、道岔区Switch(Point)Zone(SZ)、道岔Switch(Point)(SW)、非允许区Unallowed Zone(UZ)、(最高)速度元素 (Maximum)Velocity Element(VE)等。而只有在列车进路设置中充分考虑所有关联因素，才能最大限度地保证列车运行安全，从而兼顾效率与安全。因此，对进路列表元素的防护分析也就成为重中之重。

1．冲突区CZ元素。VCC在扫描进路数据库时，如果有冲突区CZ的起始点，而该区尚未预留(除了正在实施扫描的该列车)，VCC将把目标点设置在该冲突区的安全距离范围内。如果冲突区是为另一列列车预留，同时冲突区比潜在目标点更接近列车前部，则列车目标点将设置在离包含CZ元素位置以外的安全距离，如图3所示。当该占用/预留列车的尾部已经离开CZ后，针对该CZ的占用/预留也将解除，而解除CZ与相应的道岔位置无关。

图3 到一个已预留冲突区CZ最接近点

2．入口点EP元素。对ATC系统，列车进入自动运行线路的地方是通过使用入口点 (EP)线路元素来识别的。EP通常位于所有环线的边界，使一列人工驾驶的列车在运行不超过一个环线长度以后，就能被置于自动运行。

3．安全距离SD元素。如果在VCC扫描线路时有一个SD元素，而与该列车相关的安全线路元素值大于当前SD数值，则当扫描结束时，与该列车相关的安全线路元素将决定目标点的设置。

4．SZ道岔区安全距离。当没有障碍物存在时，ATC把列车前面的目标点设置在足够远的位置，以保证列车实施制动前能以最大速度运行3 s。如果道岔必须转换，则接近的列车将减速，因为在道岔转换到位完成之前，它的目标点不会超出该SZ道岔区的安全距离范围。

为防止由于道岔转换延迟引起的不必要制动，VCC应扫描比目标点设置更远的地方(一个“预警SCOUT距离”)，以寻找道岔区SZ和道岔SW线路元素。一旦找到这些元素，道岔要被预留并命令转换到要求的位置。它们之间的联系表示见图4。用于“预警距离”的数值将涉及到道岔动作时间和列车速度的计算。

图4 预警SCOUT距离

5．非允许区UZ。VCC不会把目标点设置在非允许区范围内。在目标点设置过程中，如果VCC扫描到一个UZ线路元素，同时判定从非允许区另一端起的安全距离加上列车长度的范围内有一个障碍物，则目标点就会设置在离UZ元素始端一个位置 (6.25 m)。因为在非允许区终端以远的范围内没有足够的“空余”距离能够设置目标点，以使整个列车停在非允许区UZ外。关于这种情况参见图5。

6．最高速度VE线路列表元素。在ATC系统的线路元素列表里，通过使用最高速度元素 (VE)来识别固定的速度限制。沿着轨道的每个点，在速度变化的位置定义一个VE元素。在同一段轨道的2个相反方向，可以用不同的VE元素来定义不同的速度限制。

图5 最靠近到一个UZ区间的位置

图6 在速度限制下的目标点设置

对一个速度限制而言，潜在的目标点不会设置在速度限制占用的位置，而是采用如下2种计算方法:首先，VCC计算出一个“虚拟目标点”，即制动曲线需要满足速度限制而假设需要延伸到零速度的列车停车点;其次，计算一个附加距离，称之为“虚拟目标点停车距离”(VTSD)。这个额外附加的距离使列车有时间在以限制速度前进的同时，接收从VCC发来的有更新最高速度Vmax信息的新报文 (见图6)。在列车达到限制速度前，接近的列车会根据虚拟目标点结束的制动曲线进行限速，从而达到常规制动。