对联锁报告区段状态和车载报告列车位置信息不一致问题的分析与研究

张友兵，张 波，刘志刚

（1.北京全路通信信号研究设计院有限公司 运行控制研究设计院，北京 100073 ；2.黑龙江瑞兴科技股份有限公司，哈尔滨 150030）

在CTCS-3级列控系统中，由于列车运行过程中车轮直径的磨损、车轮的空转、滑行等原因，造成列车测速测距存在误差，而且累计误差随着列车走行距离而线性增长[1]。此外，列车每隔6 s向无线闭塞中心（RBC）报告一次列车位置[2]，这些因素有可能造成联锁设备向RBC报告区段占用状态与车载设备向RBC报告列车位置之间存在信息不一致问题，导致RBC向列车发送紧急停车消息影响行车安全。本文就此问题进行了较为详尽的分析研究，并提出了改进的方法。

1 问题概述

以图1为例，说明联锁设备向RBC报告区段占用状态与车载设备向RBC报告列车位置之间存在信息不一致的问题。

列车在线路上运行，到达位置1，即越过区段A与区段B边界，联锁设备检测到区段B被占用，向RBC报告区段B的占用状态。

车载设备每隔6 s向RBC报告一次列车位置。列车运行到位置2，满足6 s就向RBC报告列车位置。由于存在测速测距误差，如果测速测距误差比较大，那么将导致车载设备计算的列车位置没有进入区段B。

RBC收到列车位置报告，计算得出列车还未进入区段B。但是联锁设备向RBC报告区段B处于占用状态。在这种情况下，RBC认为区段B的占用不是由于列车进入区段B引起的，将向列车发送无条件紧急停车消息，要求列车在区段B入口前停车。

2 对问题的数学建模

一般情况下，认为列车走行累计误差与列车走行距离成线性关系，即列车走行距离越大，列车走行累计误差也就越大。假设列车走行累计误差与列车走行距离之间的比例为δ，即列车走行距离为1 000 m，则列车走行累计误差为（1 000×δ）m。

假设应答器Ba与区段边界之间距离为Lm，列车以速度Vm/s运行，列车越过区段边界到列车向RBC报告列车位置运行了Ts时间，由于列车每隔6 s就向RBC报告一次列车位置，所以T在（0,6）范围内服从均匀分布。

图1 联锁设备报告区段占用与车载设备报告列车位置信息不一致示意图

列车经过应答器Ba时，应答器Ba对列车位置进行校正，将列车走行累计误差修正为0 m。从应答器Ba到位置2，列车走行距离为（L+V●T）m，考虑列车走行累计误差，则列车向RBC报告的列车位置为以应答器Ba为参考点，距离应答器m。如果车载设备向RBC报告的列车位置小于应答器Ba到区段边界的距离L，则会出现联锁设备向RBC报告区段占用状态与列车向RBC报告列车位置之间信息不一致的问题。

根据以上分析，得到造成联锁设备向RBC报告区段占用状态与列车向RBC报告列车位置之间信息不一致问题的数学模型为：

其中，L：应答器到区段边界的距离，单位为m；

V：列车运行速度，单位为m/s；

δ：列车走行累计误差率，等于列车走行累计误差与列车走行距离之间的比例；

T：从列车越过区段边界到车载设备向RBC报告列车位置的时间间隔，该时间在（0,6）范围内服从均匀分布。

3 对问题的分析研究

对公式（1）进行变换，得到公式（2）：

当速度V、时间T、列车走行累计误差率δ固定时，应答器距区段边界距离L越大，公式（2）成立条件越容易被满足。即应答器距离区段边界越远，列车走行累计误差越大，车载设备向RBC报告的列车位置越不准确，越容易发生联锁设备向RBC报告区段占用状态与车载设备向RBC报告列车位置之间信息不一致的问题。

当应答器距区段边界距离L、列车走行累计误差率δ固定时，越小，公式（2）成立条件越容易被满足。即从列车越过区段边界到车载设备向RBC报告列车位置这段时间内，列车运行距离V●T越小，小于列车走行累计误差的概率越大，越容易发生联锁设备向RBC报告区段占用状态与车载设备向RBC报告列车位置之间信息不一致的问题。

当长度L、速度V和时间T都固定时，列车走行累计误差率δ越大，公式（2）成立条件越容易被满足，也越容易发生联锁设备向RBC报告区段占用状态与车载设备向RBC报告列车位置之间信息不一致问题。

应答器组内距闭塞分区较近的应答器距闭塞分区入口为200 m±0.5 m，假设应答器到区段边界的距离为200 m，列车运行速度V为45 km/h，列车越过区段边界6 s时才向RBC报告列车位置，根据公式（2），得到δ>0.037。也就是说，如果列车以45 km/h的速度运行，当列车走行累计误差率大于0.037时，即列车走行1 000 m，累计误差超过37 m时，一定会发生联锁设备向RBC报告区段占用状态与车载设备向RBC报告列车位置之间信息不一致的问题。

4 解决问题的方法

（1）应答器距区段边界的距离L尽可能小。应答器距区段边界的距离L越小，列车走行累计误差越小，车载设备实际位置与RBC计算出的列车位置越接近。在实际工程中，在保证列车行车安全的基础上，可以尽量缩短应答器安装位置距离轨道区段边界的长度，以降低该问题发生的概率。

（2）列车走行累计误差率δ尽可能小。列车走行累计误差率δ越小，列车在运行过程中，累计误差就越小，车载设备实际位置与RBC计算出的列车位置越接近。在实际应用中，降低列车走行累计误差率δ的方法就是提高列车的定位精度。可以采用更为先进精确的定位设备，设计更为合理的定位算法，提高列车定位精度，以降低该问题发生的概率。

（3）从列车越过区段边界到车载设备向RBC报告列车位置的这段时间内，列车的走行距离尽可能大。采用这种方法去降低该问题发生概率，处理会比较复杂，需要进一步研究在不同的列车运行速度下，列车向RBC发送位置报告的时间间隔的设置和发送时机的选择。

5 结束语

在列车运行过程中，如果测速测距误差较大，列车占用一个区段，但是RBC根据列车位置报告，计算出列车未进入该区段，出现列车实际占用区段而RBC认为列车未占用区段的问题。这种问题将导致RBC向列车发送紧急停车命令，降低列车运行效率，影响行车安全。本文针对这一问题进行数学建模，通过对模型的理论分析，认为列车走行累计误差率越大，应答器距离区段边界越远，列车越过区段边界到车载设备向RBC报告列车位置的时间内运行距离越短，这些都会增加问题发生的概率。在分析研究的基础上，提出了降低问题发生概率的方法。该方法对工程实施，提高列车运行效率，减少影响行车安全因素等有一定的参考作用。

[1]刘宏杰. CBTC系统中列车安全定位方法的研究[D]. 北京：北京交通大学， 2008.

[2]铁道部. CTCS-3级列控系统技术创新总体方案[Z]. 铁道部运输局，2008.