城市轨道交通CBTC系统中接近区段设置的计算

谭理天

（西南交通大学 信息科学与技术学院，成都 611756）

城市轨道交通CBTC系统中接近区段设置的计算

谭理天

（西南交通大学 信息科学与技术学院，成都 611756）

城市轨道交通普遍采用基于通信的列车运行控制系统，因其在列车定位和追踪方式上的特点，使得联锁功能的实现有所改进。传统接近区段的设置已经不能满足城市轨道交通的要求了，而城轨的相关规范对接近区段没有给出具体的要求。本文针对CBTC模式和后备模式下的特点，分析影响接近区段设置的因素，为接近区段的长度和延时解锁时间的计算给出了具体计算方式，并针对实际应用情况进行了讨论和分析。

CBTC系统；联锁；接近区段；延时解锁

接近区段是信号系统中的重要内容，用于进路建立和进路解锁。与铁路相比，城市轨道交通追踪间隔小，运行速度较低的特点使得传统的接近区段的设置和接近锁闭解锁时间已经不能满足城市轨道交通的需求了。设置合理的接近区段对行车的效率和安全性都具有重要影响。

本文针对城市轨道交通中基于通信的列车控制（CBTC）模式和后备模式两种运行模式进行分析，以计算出合适的接近区段长度和延时解锁时间。

1 接近区段的设置原则

接近区段是指进路前的一段轨道区段，用于接近锁闭的建立和解锁。当联锁收到进路请求，进路内道岔位置正确、区段方向未锁闭、无敌对进路等进路检查条件通过时，若接近区段无车占用，进路实行接近锁闭以防止建立敌对进路。

当进路已建立，信号开放后，进路处于预先锁闭状态。若此时列车距离进路有一定距离，能保证在信号机前停车，那么可以由列车自动监控系统（ATS，Automatic Train Supervision）直接取消进路；若列车已经驶入接近区段，进路处于接近锁闭状态，此时不能立即取消进路，需要延时解锁，以防止列车冒进。

接近锁闭区段的设置需要兼顾安全性和行车效率。如果接近锁闭区段设置的太短，这时取消进路可能会导致列车制动距离不够而越过防护进路信号机，影响行车安全；如果接近锁闭区段设置的过长，可能系统能够保证列车能在防护信号机前安全停稳，而联锁判断列车无法及时停车，从而实行接近锁闭，只能通过延时解锁，影响了运营效率。因此接近锁闭区段的长度需要合理设置。

2 接近区段长度计算

2.1 后备模式下的接近区段长度

当车–地通信发生故障或为了满足CBTC装备列车和非CBTC列车混跑，列车控制系统将提供后备模式。后备模式由轨道电路或计轴设备检查区段空闲状态，由联锁控制道岔和信号机状态。

在后备模式下，接近区段需要满足列车在最不利情况下采取制动后能在信号机前安全停稳，接近区段长度的设置主要考虑列车以最高速度接近时，司机和设备的反应时间以及安全制动距离。由于这时进路已经建立，故不用考虑道岔转换时间。

如图1所示，信号机X2已经开放，列车向X2接近，但还未进入接近区段，这时联锁检查到接近区段未占用，可以直接取消进路。

图1 接近区段长度示意

其中：

LA—接近锁闭区段长度；

LB—列车安全制动距离；

LR—反应时间内走行距离。

LR由线路最高允许速度v与反应时间相乘得出：LR=v·tR/3.6，其中，tR为司机和设备反应时间。

列车安全制动距离由运动学公式v2–v20=2as可得：LB=v2/(2a·3.62)。一般列车加速度非恒定值，计算时取最小减速度值。

由上述分析可得接近区段长度为：

如果列车距离信号机大于LA时可以取消进路，若距离小于LA则需要延时解锁。考虑到可能的通信中断和安全速度裕量，接近锁闭区段可适当延长。

联锁系统中没有列车具体位置，而是将线路按区段划分，根据列车占用的区段判断列车位置，因此要根据计算出的接近锁闭区段长度把若干个区段作为接近区段。在城市轨道交通的实际应用中，通常会按照不同的限制速度计算接近区段的长度，为不同进路分别配置接近区段。

2.2 CBTC模式下接近区段的判断

在CBTC模式下，车载设备周期性地向控制中心报告列车的位置和速度信息，区域控制器ZC实时获取列车状态信息和线路状态信息，根据线路障碍物的位置为列车计算移动授权MA。

CBTC模式下接近区段长度的计算与后备模式下类似基本相同，只是反应时间tR除了设备反应时间还包含车载设备和ZC的双向通信时间。另外，CBTC模式下对列车接近的判断与后备模式下有所不同，系统根据计算的接近区段长度为信号机设置判断点，当移动授权的范围到达进路防护信号机，且列车到达判断点时，系统判断列车有效接近，由ZC将“列车接近信号机”的信息发送给联锁，否则联锁认为列车未接近，此时可立即取消进路，而不会导致危险。

3 延时解锁时间

当列车进入接近区段，信号突然关闭，进路处于接近锁闭状态，此时不能取消进路，需进行延时解锁，使得列车在停稳前进路保持锁闭状态，以保证进路解锁前，列车能在信号机前停车，或者列车闯入进路内方时，不因进路内道岔转换危及行车安全。

延时解锁在接近锁闭后、信号关闭时开始计时，定时的时间依据在最坏情况下的最长安全制动距离计算。即信号关闭时，列车运行在最高允许速度下安全制动停车所需要的时间。

如图 2所示，列车占用接近区段，此时信号机X2关闭，延时解锁定时器开始计时，直至列车停稳。

图2 接近锁闭解锁时间

延时解锁计时器的设定时间包括设备反应时间列车和安全制动时间：

最大常用制动至完全停稳时间：tB=v/(a·3.6) ；设备反应时间和处理时间tR；故延时解锁时间：

考虑到通信的延迟，速度的偏差以及留有安全裕量，延时解锁的时间应在此计算结果上适当延长。

另外对于CBTC模式，列车接近时ZC将防护信号机作为障碍物计算移动授权，如果联锁收到ZC发送的“确保列车在信号机前停车”的信息，接近锁闭计时可以立即取消，否则，仍然执行延时解锁。

4 实际应用中的接近区段设置举例

在城市轨道交通中正线运行的线路最高速度通常为80 km/h，假设反向运行时速度为65 km/h，通过道岔侧向时为60 km/h，减速度取1.0 m/s2，设备反应时间为2 s，代入式（2），可以得出正线上接近区段长度为290 m，反向运行时接近区段长度为198 m。在实际应用中，接近区段的设置应结合具体站场设计进行分析，站场图的举例如图3所示。

图3 举例站场图

4.1 从多个方向接近的接近区段

如图3，考虑信号机S1防护进路的接近区段。从道岔P04定位接近时，根据上文计算结果，接近区段长度不得小于290 m，可将轨道区段T06，ST04，T04作为接近区段，接近区段中有同向防护的信号机S4，故以S4为始端的进路未接近锁闭时可判断列车未接近S1。若列车是经过道岔P02/P04反位接近，计算时速度v代入60 km/h，可知只需检查T06的占用情况。

若列车已占用ST04，且道岔P04在定位，信号机S1关闭，此时不能直接取消进路而应延时解锁。设常用制动率为0.6 m/s2，设备反应时间为2 s，代入式（4）得出延时解锁时间为37 s，考虑到安全裕量，取两倍值80 s。

4.2 经过对向道岔的接近区段

如图3，考虑信号机S3防护进路的接近区段。根据上文的计算结果，反向运行接近区段长度不少于198 m，可将T01，ST02作为以S3为始端的进路的接近区段，但如果道岔P02/P04锁闭在反位，则ST02的占用情况可以不作为S3接近的检查条件，只需检查T01的占用情况。

当列车经道岔P02定位接近信号机S3，并已经占用ST02时，由式（4）计算得延时解锁时间为32 s，取65 s。

5 结束语

本文对城市轨道交通接近区段的设置原则进行了分析，对CBTC模式和后备模式下的接近区段的长度和延时解锁时间进行了分析和计算，并对实际应用情况进行了探讨。可以为设置合理的接近区段和解锁时间提供计算方式。接近区段的设置应结合实际情况进行具体分析，以保证列车的安全运行和运营效率。

[1]IEEE 1474.3 IEEE Recommended Practice for Communications-Based Train Control (CBTC) System Design and Functional Allocation[S].New York:Institute of Electrical and Electronics Engineers,2008

[2]中华人民共和国铁道部.TB/T 3027-2002 计算机联锁技术条件[S].北京：中华人民共和国铁道部，2002．

[3]刘 剑.城市轨道交通移动闭塞系统后备模式的研究[D].北京：铁道部科学研究院，2005： 52-58.

[4]张 亮，郭秀清．一种基于CBTC的动态接近锁闭区段的计算方法[J]．铁道通信信号，2013（12）：34.

[5]王俊高，王 鲲，刘海祥．城市轨道交通中进路延时解锁的安全性分析[J]．铁道通信信号，2014（8）：31．

[6]黄克勇．城市轨道交通信号控制系统中4种接近区段的定义和计算[J]．城市轨道交通研究，2015（5）：53．

[7]张啸林.CBTC系统中计算机联锁系统功能的研究[J]．铁路通信信号工程技术（RSCE），2012（10）：39.

责任编辑 徐侃春

Calculation of approach section settings in Urban Transit CBTC System

TAN Litian
( School of Information Science &Technology,Southwest Jiaotong University,Chengdu 611756,China)

Communication based train control system (CBTC) are widely used in Urban Transit.Because of its advantages on train locating and train tracking,the implementation of the interlocking function has been improved.Traditional setting of approach section was unable to meet the requirements of Urban Transit,however,the relevant specifcations for approach section of Urban Transit are not given.In this paper,according to the characteristics of the CBTC mode and backup mode,the infuence factors for the settings of approach sections were analyzed,the lengths and release delay time of approach section were calculated.In addition,actual situations were discussed and analyzed.

CBTC System;interlocking;approach section;release delay time

U231.7：TP39

A

1005-8451（2016）08-0064-03

2016-01-22

谭理天，在读硕士研究生。