基于列车位置报告及联锁接口信息的列车占用检查方法

张馨则，刘木齐，杨 韬，李墨羽

（1．北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070；2．北京市高速铁路运行控制系统工程技术研究中心，北京 100070）

1 概述

目前常用的列车运行控制系统包括CTCS-0级、CTCS-2和CTCS-3级列控系统，均采用国内制式统一的轨道电路作为发送行车许可以及列车定位的依据，也是基于我国铁路系统采用了统一的轨道电路制式和统一的低频信息定义，因此在列控系统方案设计上，可以充分运用轨道电路设备。但是应用场景为偏远地区时，大规模铺设轨道电路的难度以及成本会大大提高，且不利于维护。

因此在方案设计上采用列车位置报告来完成虚拟区段的占用检查，更符合该系统运营需要。但在存在道岔的二维线路条件下，仅依赖位置报告无法精准判断列车是在哪一条虚拟区段上。为了解决该问题，利用无线闭塞中心的列车位置报告输入信息，结合与联锁设备之间存在道岔状态的接口信息，研究出一种结合列车位置报告与联锁动态信息综合判断虚拟区段占用状态的方法具有重大意义。

2 列车的安全包络

列车周期性向无线闭塞中心发送列车位置报告，列车经过一个新的应答器也会及时更新列车定位，并发送至无线闭塞中心。无线闭塞中心获取列车位置报告内最近相关应答器组（Last Relevant Balise Group，LRBG）的位置，每个LRBG具有唯一的编号，无线闭塞中心内也具有应答器组的编号，根据LRBG的编号查找到相应的应答器组。由于无线闭塞中心将管辖范围内的应答器都配置在内部数据里，查找到应答器组即可获知该应答器组在铁路上的里程位置。

获取列车位置报告时，由于此时列车处于运行中，列车车头已经越过LRBG，需要获取列车车头位置，列车车头位置与LRBG的距离称为距离偏移值（Distance-Last Relevant Balise Group，D-LRBG）。无线闭塞中心以列车位置报告中的DLRBG作为列车定位参考依据。该位置可以认为是车头所在位置也称为列车估计前端，如图1所示，估计前端位置（b位置），考虑列车误差置信区间形成列车最大安全前端（c位置）。对于装备有安全列尾设备的车载设备，可将列尾确认的安全车长通过位置报告发送至无线闭塞中心。无线闭塞中心结合估计前端位置可计算出列车确认末端位置（a位置），最大安全前端位置至确认末端的位置构成列车安全包络。

图1 完整性良好的列车安全包络示意Fig.1 Schematic diagram of train safety envelope with good integrity

通过上述同样的方法结合位置报告的误差置信区间，获得列车最大安全前端及最小安全前端的位置，如图2所示的g、e位置。最小安全前端向列车后方延伸车长距离获得最小安全末端，如图2中的d位置。车长距离是无线闭塞中心在车载注册的过程中获得的一次性列车物理长度，列车安全包络为最小安全末端至最大安全前端的长度。

图2 完整性丢失的列车安全包络示意Fig.2 Schematic diagram of train safety envelope with loss of integrity

对于列车的占用检查功能也就是无线闭塞中心根据上述原则构造列车安全包络并映射至相应的虚拟区段进行逻辑占用状态赋值，达到对虚拟区段状态维护的目的。

3 虚拟区段占用检查的基本思路

在二维复杂站场图形中，无线闭塞中心还需要判断车头位置和车尾位置之间有无道岔及道岔开向状态，进而得出车头所在虚拟区段。无线闭塞中心内部根据应答器、道岔、信号机、绝缘节等小元素将线路切割成一个个最小的组成单元，与具体线路划分原则一致，从而配置成一个完整的地理模型。这些组成单元是首尾相连接的，无线闭塞中心将这些组成单元进行前后索引关联，连在一起就组成了一段铁路线路（Line），进而组成复杂的站场。当得知列车车头和车尾的位置后，查询无线闭塞中心内部维护的地理模型，即可获知车头和车尾之间有无道岔。

如果列车安全包络内没有道岔，称之为一维线路。一维线路由于方向唯一，能够查找到的虚拟区段也是唯一的，因此在获知列车安全包络后，遍历所有虚拟区段，得出列车车头所占虚拟区段和列车车尾所占虚拟区段，从而得出列车车头所占虚拟区段和列车车尾所占虚拟区段之间的所有虚拟区段，进而得出涉及的虚拟区段占用状态。

但存在道岔的二维区域内，仅靠位置报告无法精准定位列车位置，此时无线闭塞中心需要利用计算机联锁系统（CBI）发送的道岔状态信息。无线闭塞中心与计算机联锁系统之间的接口采用周期通信方式，通信数据内包含有道岔状态，得出当前道岔是定位或反位，进而确定应该设置道岔前方哪一段虚拟区段为车头占用。虚拟区段占用检查思路应该根据是否经过道岔采用不同方法，具体方法流程如图3所示。

图3 虚拟区段占用检查基本思路示意Fig.3 Schematic diagram of the basic idea of virtual zone occupancy inspection

综上所述，无线闭塞中心可以通过遍历内部的地理模型来判断列车行经线路是否存在道岔。若存在道岔，则结合CBI发送的道岔定、反位状态信息以及车头位置，综合判断车头所在道岔前方的线路获得车头所在虚拟区段。结合安全包络末端所在虚拟区段可得出列车安全包络所占用的所有虚拟区段，从而进行虚拟区段的状态维护。

4 结合联锁动态信息进行虚拟区段占用检查的方法

存在道岔的二维区域，无线闭塞中心结合联锁动态信息进行虚拟区段占用检查的具体方法，可以解决列车位置因为进入道岔区而模糊的问题。如图4所示，虚线框内是一个典型的道岔区，包含一个道岔。leg0-leg1，道岔状态为反位，leg0-leg2，道岔状态为定位，只有一维空间上的LRBG+D_LRBG来判断列车车头究竟在道岔前方的哪条线路上是不充分的，有可能列车车头在IG的方向，也可能在3G的方向。

图4 道岔区段示意Fig.4 Schematic diagram of turnout section

在道岔区，无线闭塞中心能够借用CBI的数据来辅助进行列车定位的前提有两个：1）CBI是SIL4级设备，是安全设备，因此无线闭塞中心认为CBI发送的道岔等数据真实有效；2）CBI与无线闭塞中心之间是周期通信且通信频率是毫秒级别。因此可以认为CBI发送的数据是实时刷新且动态有效的。基于这两个前提，当列车进入道岔区前，CBI会提前办理接车进路。当办理侧线接车进路至3G时，CBI传递给无线闭塞中心的道岔开向状态一定是反位状态，无线闭塞中心通过静态数据配置将反位状态转化到内部的leg0-leg1的连接状态，而道岔信息（道岔个数、道岔状态等）也包含在无线闭塞中心的基本单元结构中。当列车初始车头位置定位在岔区前方，RBC会检查道岔对应的开向状态，如果为leg0-leg1，那么RBC就应该以leg0为入口、以leg1为出口的侧线延伸查找（图4中椭圆实线框内），也就是定位车头在3G上。当正线接车进路至IG时，CBI传递给无线闭塞中心的道岔开向状态一定是定位状态，无线闭塞中心通过静态数据配置将定位状态转化到内部的leg0-leg2的连接状态， RBC将以leg0为入口、以leg2为出口去延伸查找基本线路，并且定为车头位置在IG上。

因此无线闭塞中心可以根据联锁动态数据中的道岔定、反位信息转化成内部维护的leg0-leg2或leg0-leg1状态判断列车行径轨迹，得出车头所在线路，设置车头所处虚拟区段的占用状态。

5 总结

本文提出的一维空间及二维岔区空间定位列车所在虚拟区段的研究方法，可以在不改变无线闭塞中心既有数据结构、不增加外部输入数据结构的基础上，依托无线闭塞中心自身包含最小结构单元的内部结构和CBI输入的动态数据，通过道岔开向状态掌握列车行走轨迹，从而判断出虚拟区段的占用状态。CBI是SIL4级设备，其传递的道岔信息是安全可靠的，而且当CBI一旦出现通信异常或者联锁数据合法性校验不通过等，可以由RBC-CBI接口间既有的防护逻辑进行安全防护，保证数据来源的安全可靠，不会造成安全风险。

因此，基于列车位置报告和计算机联锁系统的数据来检查虚拟区段占用的方法，可以大幅度减少对轨道电路的使用，大大降低前期建设、后期改造升级和维护的成本。