CBTC系统列车移动授权计算简析

肖华芳

(北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073)

CBTC系统列车移动授权计算简析

肖华芳

(北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073)

简要分析CBTC系统下列车移动授权的计算原则和间隔控制原理，提出工程实施中应考虑的特殊点。

CBTC；移动授权；计算

1 CBTC系统概述

基于通信的移动闭塞列车运行控制系统利用通信技术实现“车地通信”和“间隔控制”。系统通过建立车地之间连续、双向的通信,使列车命令和状态信息在车辆和地面之间可靠交换,将CBTC系统地面设备和受控对象列车紧密的结合,可靠而精确地检测列车位置,并根据线路条件对列车进行控制,保证列车的安全间隔。

典型的基于通信的列车控制(CBTC)系统的结构示意图如图1所示。

图1 典型CBTC系统结构示意图

CBTC系统利用通信技术实现车载设备与地面设备的信息交换从而完成列车控制。CBTC地面设备依据列车的连续位置信息和联锁提供的接口等信息,为列车计算移动授权,动态更新发送给车载设备;车载设备根据接收到的移动授权和自身的运行状态,计算出列车运行的速度曲线,实现列车运行的安全防护。可以说,移动授权是CBTC系统保证列车间隔的重要手段。本文将对CBTC系统移动授权计算和工程应用相关情况进行探讨分析。

2 移动授权计算原则

CBTC系统的主要任务是保证列车在系统控制的线路范围内安全运行,这是通过为每列CBTC列车提供一个移动授权来完成的。在CBTC 控制级别下,车载将列车的位置与运行方向发送给地面ATP设备(简称ZC),ZC结合联锁设备提供的线路设备状态信息、区段状态信息、道岔状态等信息为每列车计算移动授权,实现列车追踪间隔控制,保证前行列车和追踪列车间的安全间隔。ZC通过数据通信子系统(简称DCS)向车载发送列车的移动授权,车载ATP设备负责控制列车在自己的移动授权范围内运行。

按照《城市轨道交通工程基本术语》(GB/ T50833-2012)中的定义,移动授权指列车在指定方向上可以走行的距离。移动授权终点可能是前车安全包络的末端、信号机、关闭的线路区域或道岔、站台等。ZC计算的移动授权(简称MA)定义如图2所示。

图2 移动授权含义

ZC设备实时为其管辖范围内具有位置报告的每一列列车计算移动授权。移动授权包含最严格的防护点、列车走行路径和允许运行的方向以及临时限速信息。如果CBTC控制级别下的车载ATP设备超过一定时间没有收到移动授权或特殊控制命令信息,则应紧急制动,并降级到限制人工模式(RM)。

当ZC检测到系统状态(如列车运动、占用、线路关闭区域、道岔动作)的改变后,ZC设备会生成更新后的移动授权,并发送给列车,列车基于新接收到的有效移动授权计算曲线,控制列车运行,保证列车运行的安全。

移动授权的计算需考虑单列车正常运行、列车追踪、跨越ZC边界、列车折返及地面设备状态改变等不同场景。计算列车移动授权时,ZC考虑的危险点包括以下内容。

* CBTC列车安全包络的末端;

*进路末端;

*安全保护区段末端;

*未锁闭或被占用的保护区段入口端;

*线路终点;

*故障道岔的相邻区段;

*封锁区域的入口点,包括站台紧急关闭按下、屏蔽门打开等封锁区域;

*降级列车;

*进路内失去锁闭或锁闭方向不正确区段边界;

*与列车运行前方相邻ZC通信中断时,ZC控制区域边界处。

移动授权控制示意如图3所示。

图3 移动授权控制示意图

CBTC系统具备CBTC列车追踪运行以及CBTC列车与降级列车混运的追踪控制功能,列车追踪运行时移动授权计算的原则如下。

1)CBTC列车追踪时,后续CBTC列车的移动授权设置为前车的安全车尾位置并考虑一定的安全余量。

2)CBTC列车追踪非CBTC列车时,后车的移动授权点根据前行非CBTC列车是否具有定位和尾部筛选,移动授权控制点不同。前行非CBTC列车无定位时,后续CBTC列车移动授权终点为与前车间隔一个计轴区段处(避免后续列车无筛选而降级);前行非CBTC列车具备定位和尾部筛选时,后续CBTC列车移动授权终点为前车尾部并考虑一定安全余量。

3)降级列车间的追踪运行、降级列车追踪CBTC列车运行采用固定闭塞列车间隔原理。

列车追踪运行时移动授权控制示意如图4所示。

图4 列车追踪运行时移动授权控制示意图

3 移动授权计算原则引发的工程实施中的相关考虑

3.1 关注混运时的系统能力要求

CBTC系统具备CBTC列车追踪运行以及CBTC列车与降级列车混运的追踪控制功能,在工程设计中,往往对CBTC模式和降级模式下的能力提出要求,忽略混运时的能力要求。例如,按照列车混运时的移动授权控制原则,CBTC列车追踪无位置报告的非CBTC列车时,后续CBTC列车移动授权终点为与前车间隔一个计轴区段处。在某种特定情况下,混运追踪能力可能将低于全部降级列车的追踪能力,对比示意如图5所示。

因此,工程设计中应对混运情况下的追踪能力提出要求,应不低于系统全部降级模式下的能力。如果混运下系统能力低于全部降级模式时,可考虑在轨旁增设计轴磁头,如在区间信号机处设置独立保护区段。区间信号机处设置独立保护区段后的追踪间隔示意如图6所示。

图5 混运追踪与全部降级列车追踪间隔控制对比示意图(区间信号机无独立保护区段)

图6 混运追踪与全部降级列车追踪间隔控制对比示意图(区间信号机设独立保护区段)

3.2 折返轨存放非通信列车的考虑

CBTC系统进行移动授权计算时,会考虑列车进路内的设备状态变化情况。例如图7所示,下行折返线停放一列非CBTC列车(无车地通信及列车位置报告),当办理了下行站台驶入上行折返线的进路后,如果非CBTC列车溜车至F1内方所在区段,会造成ZC移动授权回缩,影响正常的CBTC列车折返作业。但折返线存放非CBTC列车为运营中可能存在的情况,因此,工程设计时需对此种情况提出要求,满足非通信列车存放和正常折返作业的需要。对于可能存在的列车溜车占用折返进路情况,须输出安全应用条件,要求人工保证折返线的列车不发生溜车占用折返进路的情况。因此,系统计算移动授权时将不考虑上述情况,满足运营使用和正常折返作业的需要。

图7 CBTC列车折返控制示意图

3.3 应关注车地通信延时移动授权控制的安全分析

CBTC系统采用车地通信进行移动授权传输,但车地通信存在传输延时,在CBTC系统中一般采用常量时间判定的方式来确定车地通信信息是否有效,即在系统中设置一个车地通信报文时效性的时间参数,通过该参数判定车地通信报文的最大使用许可时间。在工程应用中一般设置为数秒。但如果在通信延时判定时间内,ZC为列车计算的移动授权回缩,列车将因通信阻塞而无法及时收到轨旁发送的更新的移动授权报文,在通信延时判定时间内,列车仍在按照原有的移动授权运行,则存在一定的安全风险。

ZC计算的移动授权可能回缩情况包括:前行列车通信丢失、道岔由锁闭状态变为未锁闭状态、安全门由关闭状态变为开启状态、紧急关闭按钮按下等。

因此,在工程实施中应针对上述风险进行安全分析,计算其产生的危害性,输出必要的安全应用条件,保证满足信号系统安全完整性SIL4级的要求。

4 结论

本文简要分析了CBTC系统下列车移动授权的计算原则和间隔控制原理,提出了工程实施中应考虑的特殊点,可使读者简要了解CBTC系统下列车移动授权的控制机制,同时为工程建设提供参考。

This paper analyzes the principles of Movement Authority (MA) calculation and interval control in Communications-Based Train Control system (CBTC), and puts forward the special points should be considered in the implementation of projects.

CBTC; movement authority; calculation

10.3969/j.issn.1673-4440.2014.04.017

2014-04-28）