城市轨道交通CBTC列车自动追踪技术研究

高　玉　王洪波

（1.西安铁路职业技术学院电子信息系，陕西　西安　710014；2.西安市地下铁道有限责任公司，陕西　西安　710018）

城市轨道交通CBTC列车自动追踪技术研究

高玉1王洪波2

（1.西安铁路职业技术学院电子信息系，陕西西安710014；2.西安市地下铁道有限责任公司，陕西西安710018）

结合西门子公司基于通信的列车自动控制系统，对移动闭塞系统“基于位置报告”和“基于轨道空闲检查”的列车自动追踪技术进行介绍，并对不同列车控制等级下的移动闭塞分区、列车位置确定和移动授权原理进行深入的分析和研究，可为研发自主知识产权的基于通信的移动闭塞列车控制系统提供参考。

CBTC；列车自动追踪；列车移动授权

基于通信的列车运行自动控制系统（CBTC），作为保证列车运行安全的关键设备，在城市轨道交通领域被广泛应用。列车自动追踪运行是CBTC的核心技术，可有效地提高列车运行的效率，保证列车安全、可靠地运行［1］。

西安地铁1号线CBTC系统采用西门子公司TRAINGUARD MT产品。TRAINGUARD MT由SICAS计算机联锁系统、列车自动防护系统（ATP）、列车自动运行系统（ATO）、VICOS列车监控系统（ATS）和数据通信系统（DCS）等构成。TRAINGUARD MT具有联锁控制等级（IXL）、点式控制等级（ITC）和连续式控制等级（CTC）等方式。在CTC级下，ATP/ATO车载设备（OBCU）采用无线WLAN地车通信系统接收列车移动授权（MA）控制命令，对列车进行连续监督和控制，实现列车自动追踪运行。

列车自动追踪功能主要是CBTC依据列车位置报告和轨道空闲检查系统（TVD）提供的轨道区段空闲状态信息，计算和确定列车防护系统轨旁设备（WCU_ATP）控制区域内列车自动追踪间隔和空闲状况。列车自动追踪功能涉及列车位置确定、移动闭塞分区划分和移动授权等技术［2］。

1　列车位置确定

TRAINGUARD MT列车自动追踪功能包括“基于位置报告”的列车追踪和“基于轨道空闲检查”的列车跟踪2种方式。对于“基于位置报告”的列车追踪功能主要是ATS系统依据WCU_ATP逻辑轨道分区空闲（ATP空闲）状态来实现，如果与WCU_ATP双向通信已建立，且已定位的列车可根据“位置报告”信息进行定位和跟踪，该列车称为“位置报告”列车。相对于“位置报告”列车，其他列车称为“非位置报告”列车。对于“非位置报告”的列车追踪主要是联锁系统依据TVD提供的轨道区段空闲状态，采用列车进路分段解锁方式实现“非位置报告”列车进行定位和追踪，该方法称为“基于轨道空闲检查”的列车跟踪。TRAINGUARD MT列车位置确定流程如图1所示。

图1　列车位置确定流程图

2　移动闭塞分区划分

WCU_ATP将轨道区段划分为更小的逻辑轨道分区，用于实现列车自动追踪、ATS监控。同时，WCU_ATP还计算每个逻辑轨道分区的“ATP空闲”状态。“ATP空闲”状态用于表示列车运行的状态和列车追踪的状况，“ATP空闲”状态定义如下：①如果逻辑轨道分区占用表示来自自动运行列车（AT）位置报告，则逻辑轨道分区“ATP空闲”状态为“OAT”状态；②如果逻辑轨道分区占用表示来自至少一辆非自动运行列车占用轨道区段（TVD工作正常），则每个逻辑轨道分区“ATP空闲”状态为“ONAT”状态；③如果逻辑轨道分区占用表示来自至少一辆非自动运行列车占用轨道区段（TVD工作不正常），则每个逻辑轨道分区“ATP空闲”状态为“OD”状态；④如果逻辑轨道分区空闲表示来自TVD或自动运行列车位置报告，则逻辑轨道分区“ATP空闲”状态“CL”状态；⑤当WCU_ATP通信中断时，“ATP空闲”状态缺省值为“UD”状态［3］。其中，逻辑轨道分区的“ATP空闲”状态如图2所示。

图2　轨道空闲状态示意图

3　移动授权原理

TRAINGUARD MT的WCU_ATP根据控制区域内的线路状态、列车位置和行驶方向、联锁进路等因素计算和确定移动授权（MA），并通过DCS向OBCU发送。OBCU根据MA、最不利情况下的停车距离及前方障碍物位置不确定等因素计算列车目标速度曲线，控制列车追踪运行。当列车运行到MA边界时，OBCU及时采取制动措施，保证列车在MA边界前停车。移动授权包括安全移动授权（V_MAL）和非安全移动授权（NV_MAL），以及其他轨旁条件，如可变应答器数据等。

3.1确定的ITC_MA

确定的ITC_MA包括安全相关的MAL和非安全相关的MAL，并限制于固定目标停车点，如轨道终端、信号机等。安全相关的MAL对应于安全防护点（POP）；非安全相关的MAL对应于列车运营停车点，其范围为列车当前位置距离下一架主信号机对应的应答器前的一段距离。

当OBCU接收到可变数据应答器发送的确定性ITC_MAL，将其安全和非安全移动授权更新。如果与填充应答器对应的主信号机未显示“通过”信号或填充应答器缺失，MAL则授权列车在主信号机应答器前停车。如果在此过程中主信号机显示变为“通过”信号时，则允许列车越过主信号机处应答器，即允许列车越过非安全相关MAL，以获取主信号应答器的ITC_MA。

3.2非确定的ITC_MA

当进路中道岔方向未知，下一架主信号机不能给出进路方向的显示时，使用非确定的ITC_MA。非确定性ITC_MA定义了一个重定位距离，该距离为从当前应答器到所有可能的重定位应答器的距离。

OBCU计算和确定所有可选路径的最大限制速度曲线（最大重定位距离），根据该最大限制速度曲线监督列车运行。OBCU对重定位应答器进行监控，如果没有检测到重定位应答器，则列车定位状态为“定位丢失”。当列车通过重定位应答器后，非确定性的MA变为确定性MA。

4　结论

目前西安地铁1号线TRAINGUARD MT系统已开通运行近3a，系统各项技术指标和功能均达到了相关技术标准和规范的要求。CBTC在城市轨道交通领域具有广阔的发展前景，国内供应商有必要借鉴先进技术，进一步对CBTC的列车自动运行（ATO）控制算法、列车定位、列车运行模式和控制等级、列车安全间隔控制等进行研究，不断提高我国自主知识产权CBTC的技术水平。

［1］郑莹.基于无线通信的CBTC研究综述［J］.通信技术，2011（12）：137-138.

［2］安静，王令群，吴汶麒.基于无线通信的列车控制系统研究及应用综述［J］.上海应用技术学院学报，2007（2）：132-138.

［3］刘妃，刘支援.基于通信的列车控制在轨道交通中的应用［J］.信息化研究，2011（4）：53-56.

Study on the Technology of CBTC Automatic Train Tracing Operation in Urban Mass Transit

Gao Yu1Wang Hongbo2
（1.Department of Electronic Information，Xi'an Railway Vocational and Technical Institute，Xi'an Shaanxi 710014；2.Xi'an Metro Co.Ltd.，Xi'an Shaanxi 710018）

Combining with Siemens communication based train automatic control system on moving block system，this paper introduced automatic tracking technology of"position report based"and"track vacancy detection based"，and then the principle of moving block section，train locating and train moving authority for the different train control level were analyzed and studied in depth，which could provide reference for the research and development of independent intellectual property rights of mobile block train control system based on communication.

CBTC；automatic train tracking；train moving authority

U284.48

A

1003-5168（2016）07-0103-02

2016-06-05

陕西省教育厅2016年科学研究计划项目（16JK2155）。

高玉（1967-），女，本科，副教授，研究方向：铁路信号及城市轨道交通信号控制。