基于移动闭塞列控系统的列车追踪间隔研究与优化建议

谢书铟 汪晶

摘 要：移动闭塞系统作为城市轨道交通列控系统的主要发展方向，在缩短列车追踪间隔时间方面发挥了重要作用，也极大程度地保障了列车的运行安全，提高了行车效率，更好地满足了城市轨道交通客流量大的需求。本文介绍了基于移动闭塞列控系统的移动授权生成原理以及列车追踪间隔的模型，分析了列车追踪间隔的影响因素，并提出了列车追踪间隔的优化建议。

关键词：移动闭塞;列车追踪间隔;移动授权

0 引言

近年来，随着城市化进程逐步推进，城市轨道交通的发展空间极为广阔，其在提高出行效率、缓解交通拥堵压力等方面发挥着显著的作用。然而，面对大城市每日数以万计的客流量，现有的运营服务水平仍有一定欠缺，未能最大程度地满足旅客的出行需求。其中，城市轨道交通系统中的列车追踪间隔时间是改善服务水平的关键问题之一。缩短列车追踪间隔时间，提高行车效率，提升线路能力，是目前城市轨道交通列控系统的主要发展方向。

1 列车追踪运行原理

列车追踪间隔时间是追踪运行的两列车间的最小允许间隔时间。列车追踪间隔时间主要分为正线追踪间隔时间和折返追踪间隔时间，其中正线追踪间隔时间又分为区间追踪间隔时间和站台追踪间隔时间[1]。本文主要讨论基于移动闭塞系统的区间追踪间隔时间。移动闭塞列控系统通过无线通信方式实现车—地双向实时通信，车载设备报告本列车的精确位置，区域控制器（ZC）根据接收到的本列车的速度与位置信息，结合前行列车发送的速度与位置信息，实时计算追踪列车移动授权，同时将计算得到的移动授权发送给车载设备。车载设备收到移动授权信息后，根据速度—距离曲线建立列车常用制动模型，计算列车最大制动距离，并实时监督。[2]由于保证了前行列车与后行列车的安全距离，列车可以在较短的时间间隔内追踪运行，从而提高运行效率。移动闭塞列控系统移动授权生成原理如图1所示。

2 列车追踪间隔模型

在移动闭塞列控系统中，将区间分成了无数个细小的、连续的闭塞分区，追踪列车以运行前方列车的车尾作为追踪目标点，保证列车在安全间隔内的行车安全。列车区间追踪间隔的计算模型有绝对追踪方式和相对追踪方式。

2.1 列车区间绝对追踪模型

列车区间绝对追踪模型不考虑前行列车的制动距离，即假设前行列车在区间运行状态为静止[1]。如图2所示，绝对追踪模式下的列车追踪间隔距离由司机采取制动所需的反应时间内列车的走行距离L反、后行列车制动距离L制、后行车头与前行车尾的安全距离L安、列车长度L列四部分组成。

2.2 列车区间相对追踪模型

在实际列车追踪运行过程中，前行列车的位置和速度都在实时发生变化，考虑前行列车的实际运动状态，可进一步优化追踪列车间隔时间。如图3所示，相对追踪模式下的列车追踪间隔距离为绝对追踪模式下的列车追踪间隔距离减去前行列车制动距离L制前可得。

3 列车追踪间隔影响因素

影响列车追踪运行的因素较多，主要总结为以下四个方面：

3.1 列车定位技术

车载定位技术是通过搜寻列车在坐标系统中的具体位置来实现的，再由无线传输系统将定f位信息传输至轨旁系统，其次由系统计算列车移动授权，实现最佳追踪间隔[5]。因此，定位技术的精准程度影响着列车追踪间隔。

3.2 数据信息传输

通信延迟在移动闭塞列控系统中不可避免，这就造成了追踪列车得到的运行状态信息是通信延迟前的，即在收到信息的时刻前行列车运行状态已经发生了改变，从而影响了列车运行效率[1]。

3.3 车站条件

单行列车条件下一般只考虑停站方案，不涉及车站的线路配置。而列车追踪运行条件下，需要考虑各列车途经车站的站线条件，设计进出站径路及其相关道岔、股道平纵断面、相关设备工作时间参数等问题。

3.4 列车性能

一般情况下，轨道交通线路上运行的列车是有一定的差异的，如机车类型、车辆类型及数量等的不同，使牵引、制动性能也呈现一定的差异性，因此会影响列车的追踪间隔。

4 列车追踪间隔时间优化建议

4.1 优化列车制动距离

列车的能量由动能与势能构成。势能与列车所在位置的坡度相关，并随着列车前方线路坡度的变化而变化;动能与列车的速度相关，速度越高动能越大，反之，速度越低动能越小。由于线路进行调坡后，势能成为固定值，所以列车能量的大小将取决于列车动能的大小，即列车运行速度的大小[3]。

列车运行速度与追踪间隔时间的关系可用如下方法表示：以v（s）表示追踪列车在追踪过程中任意位置上的运行速度，再对列车追踪距离取微元为ds，且假设追踪间隔时间为dt，则有ds= v（s）dt ，将该式进行变换再对两端同时积分，则前后行追踪列车间隔时间可表示为：

根据上式可知，追踪间隔时间与列车运行速度的关系类似于反抛物线，当速度过低或过高时追踪间隔时间反而会陡然增大。因此，通过合理分析与计算，找出最优运行速度，对于缩短列车追踪间隔时间起到重要作用。

4.2 优化列车停站时间

列车停站时间主要由屏蔽门开关门时间、乘客上下车时间、司机确认信号时间构成。其中，屏蔽门开关门时间与屏蔽门的性能有关，对于系统而言是常量;乘客上下车时间由运营服务部门根据各站客流量设置，对于线路上的各站而言也是常量;針对司机确认信号时间，随着信号系统的不断完善升级，能够确保在满足条件且无需司机确认信号的情况下也能安全地发车离站，那么追踪列车间隔时间也将进一步缩短[3]。

4.3 缩短通信延迟时间

在移动闭塞列控系统中，通信周期时间与设备反应时间均为固定的真实值，即系统的通信延迟主要取决于信息传输与设备切换两个因子。因此，通过不断优化系统的信息传输方式，降低信息在各个子系统的响应周期，并尽可能减少搜索的信道数，提高无线通信系统的及时率，保障列车安全高效运行，降低列车追踪间隔计算的误差，缩短列车追踪间隔时间[4]。

5 结语

随着城市轨道交通列控系统的不断优化改进，列车追踪运行模式也将逐步优化。本文基于移动闭塞列控系统介绍了列车追踪运行原理，分析了列车追踪间隔的模型，也对列车追踪间隔的影响因素进行了归纳总结，最后提出了列车追踪间隔的优化建议，以期为缩短列车追踪间隔、提高线路运能提供借鉴。

参考文献：

[1]郑艺，胡云卿，耿宏亮，等.车车通信CBTC系统区间追踪间隔研究[J].控制与信息技术，2020（03）：81-83+88.

[2]闫丽霞，高云波，李云骢.城市轨道交通移动闭塞列控系统列车追踪间隔研究[J].城市轨道交通研究，2020，23（03）：34-37.

[3]梁宇，成正波，黄柒光.城市轨道交通正线CBTC列车追踪间隔的优化[J].城市轨道交通研究，2018，21（12）：76-78+82.

[4]张振波.车地无线通信延迟对地铁自动控制系统中列车追踪间隔的影响研究[J].电子世界，2020（12）：65-66.

[5]邵晨.基于无线通信的列车追踪间隔控制研究[D].苏州大学，2018.