CBTC系统后备模式的点式ATP方案

孙郁林 张 伟

（上海富欣智能交通控制有限公司，上海 300251）

CBTC系统后备模式的点式ATP方案

孙郁林 张 伟

（上海富欣智能交通控制有限公司，上海 300251）

介绍轨道交通信号系统后备模式的必要性，重点介绍CBTC系统后备模式下信号系统的实现方式，通过点式ATP方式加防护小区段的方案解决列车实现单红灯闭塞。

CBTC；后备模式；点式ATP；闭塞；防护区段

1 CBTC系统后备模式的必要性

信号闭塞实现的方式由固定闭赛、准移动闭赛到移动闭赛的发展带动了城市轨道交通的兴盛。目前城市轨道交通较先进的闭赛实现方式是基于通信的列车控制（CBTC）系统，其移动闭赛系统工作在ATC模式下。因ATC模式下需要车载控制系统、区域控制器、联锁控制系统、数据通信网络等的协同工作才能实现，在运行中出现故障也不能完全避免；在日常检修中，ATP故障车、工程车、救援列车等无车载设备的车辆需在线路上运行；以及移动闭赛开通前的临时过渡等，为了保证ATC系统高效、安全、有序的运行 ，需要在CBTC系统中加入后备模式。

后备模式可实现对道岔、信号机等设备的控制以及实现部分或全部联锁功能，驾驶员可根据信号显示与运行规则驾驶和保护列车。

2 CBTC系统后备模式的实现方案

2.1 点式ATP方案概述

CBTC系统后备模式方案可采用点式ATP的方式实现。在车载通信系统连续数据传输设备故障时，联锁控制系统可通过室外计轴确定列车在线路上的相对位置，当列车通过预先设定好的地面信号点和信标时，车载控制系统可以从该信号点或信标，根据车载控制系统中存储好的线路速度图，获知列车运行ATP防护曲线，在信号点时，根据ATP防护曲线，车载计算出为达到规定速度所要求的制动力。而在非信号点时，则按照前一信号点给出的速度和方向运行。后备模式下利用计轴点将线路划分为若干闭塞分区,每架信号机设有预告信标。以不同的信号表示该分区或前方分区是否被列车占用等状态,司机根据轨旁信号机显示以点式ATP模式来驾驶列车。列车间必须有一定数量的空闲分区作为列车安全间隔。为了保证安全,在点式ATP方案中， 两列车之间增加了一个防护区段，后续列车前的信号机必须在前一列车出清防护区段后才能开放,保证两列车之间的安全距离。防护区段的增加满足列车在单红灯的情况下实现列车运行间隔，提高了列车的运行效率和安全。

2.2 点式ATP方案实现场景

本方案为了保证满足技术条件，提高运行效率，在列车后方的线路上至少有一个信号要显示为红灯。

闭塞设计的信号原理是在无岔区段每架信号机后方增加一个计轴点，设置一个小区段。在道岔区段一般不需要设置此小区段，最小的列车间隔是两个信号机之间的一个或多个计轴区段，再加上一个小区段用于防护。用常用制动率、坡度补偿、假定的系统/司机反应延迟时间来计算两个信号机之间的最小距离。

无论什么情况下，如果两个连续信号机间的距离太短，并且这两个信号机都不能挪动，列车的指令速度要降低，进行限速，直到列车的制动距离变得小于信号机之间的距离。

图1所示是两正线上两站之间（无道岔）的典型布置，最小的列车间隔为信号机之间的距离再加上目标信号机内方的小区段。

图2所示描述了有岔区段典型的信号显示。假定有岔区段的长度大于目标信号机所要求的防护区段的距离，这种配置只在前方列车后面提供一个红色信号。最小的列车间隔为信号机之间的距离再加上目标信号机内方的道岔区段。

如果有岔区段的长度小于过冲防护区段的长度，那么进路防护应该延伸到下一区段（此例为站台区域的区段），在这种情况下（与前例相同），将由一个红色信号隔离列车。如图3所示，最小的列车间隔为信号机之间的距离加上目标信号机内方的道岔区段再加上一个区段。

2.3 点式ATP方案计算模型

为了确保正常行车安全，信号机间距离将比常用制动条件下的列车停车距离长，为了确保列车在紧急情况下行车安全，在信号机后方增加一个小区段作为防护区段。主进路的长度保证满足运营要求，且其长度大于常用制动的停车距离。防护区段的小区段长度的设定是在以下两个值距离1，距离2之间取最大值。

距离1：系统设定在每架信号机点的点式ATP防护速度为某一特定值，如为20 km/h，信号机从20 km/h减速到0 km/h以最不利情况下紧急制动所走过的距离。

距离2：列车在预告信标处以当前速度在最不利情况下的制动距离减常用制动距离的值。如图4所示。

常用制动距离计算公式：

其中：

a：常用制动率(在有坡度的地方，要考虑轨道坡度对常用制动率的影响)；

S：常用制动距离；

V1：初始速度；

V2：变化后的速度；

信号机间的常用制动距离的计算如图5所示。

在计算信号机最小常用制动距离时，由信号机X2处的速度限速往信号机X1处推，在每个土建限速变速点计算由此速度采用常用制动的距离是否满足小于到X2的距离，如果不满足，则继续往前推，直至有满足条件的点出现。

为了简化计算，可以在计算完距离1、距离2后比较哪个值大，取值大的作为整条线路的小区段设定值。

闭塞分区的设计要在确保系统满足安全性和性能的要求下完成。

所有的闭塞分区内，最小的列车间隔大于常用制动下的停车距离加上防护区段的距离。由此确保安全性。

图6、7反映了后备模式下列车在点式ATP防护下实现闭塞的方式。

图6： 列车前方信号机红灯的情况。

列车在运行到信号机X2的预告信标时，如果信号机X2为红灯，预告信标失电，列车将采用常用制动停车。

停车后，前方信号机X2由红灯变成绿灯，进路开通。如果前方是车站，如果列车跳停，列车按照规定的限速前行，运行方式同区间状态。如果到站台停车，列车则要按照图6后面的运行曲线停车。

图7：列车前方信号机X2红灯、在运行中信号机X2由红灯变为绿灯。

列车在运行到信号机X2的预告信标时，如果X2为红灯，预告信标失电，列车将采用常用制动停车。

在人工模式下，列车在行进过程中X2由红灯变成绿灯，如果司机看到绿灯，可以使列车在点式ATP防护曲线下加速到不超过20 km/h的速度行进，在越过信号机X2后，列车加速按照正常曲线行车。

3 结束语

在不同的闭塞方式下，有不同的后备方案。后备方案的选择既要满足车载控制系统连续传输故障时安全可用，也要满足车载控制系统完全故障时，利用计轴和轨旁信号机也可以完成联锁和站间闭赛，保证列车的安全运行。方案的设计既要结合客户的需要、实际的工程特点，也要考虑自身公司的技术创新，为客户提供更安全、有效、快速的后备方案。

[1] GB 50157-2003 地铁设计规范[S].

[2]吴汶麒.城市轨道交通信号与通信系统[M]. 北京：中国铁道出版社，1998.

[3]刘剑，张自黎.移动闭塞后备模式系统新方案的探讨[J].现代城市轨道交通，2005（3）：8-10.

The paper introduces the importance of the fallback mode in CBTC system, and emphasizes the implementation method of the signal system in CBTC system in the fallback mode. The scheme is to use intermittent ATP adding protected sections to realize single-red-lamp block.

communication-based train control; fallback mode; intermittent ATP; block; protected section

10.3969/j.issn.1673-4440.2013.04.021

2013-05-10）