通信列车后备模式追踪

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CBTC(communicationbasedtraincontrol)技术为现代轨道交通的列控技术，能实现连续的自动列车控制．对于CBTC系统的原理和相关的关键技术［1-4］，国内外已有诸多的研究，其相比于传统的基于轨道电路的列控技术来说，CBTC系统实现了移动闭塞［5-6］，从而达到更优的系统表现．同时，也应该看到，对于CBTC系统来说，虽然具有诸多优点，但也不是万能系统．在实际应用中，考虑到系统故障或线路开通初期不具备CBTC的运行条件，为系统增设了后备模式［7-8］，提高了CBTC系统的安全可靠性和完整性，确保列车运行高速、高效的同时，实现绝对的安全可靠．对于列控系统来说，追踪间隔为最重要的性能指标之一．相关追踪间隔的算法［9-11］已有诸多研究，文献［12-15］是对于轨道交通列车保持安全追踪间隔进行追踪运行的研究．本文模型基于IEEE的CBTC推荐模型［16-17］，对CBTC系统移动闭塞模式及其后备模式下追踪间隔这一指标进行算法的研究和仿真．

1CBTC系统概述

1．1CBTC系统的原理CBTC系统为“利用高精度的列车定位(不依赖于轨道电路)，双向连续、大容量的车-地数据通信，车载、地面的安全功能处理器实现的一种连续自动列车控制系统”．其利用调度控制中心控制多个车站控制中心，实现相邻车站控制中心之间的控制交接．车站控制中心又控制其管辖范围内的多个基站，基站与覆盖范围内的车载设备实现实时双向的通信．列车在管辖区段内时，车载设备将定位和速度等信息通过无线方式传输给基站，基站再传输给控制中心，同时车站控制中心通过基站周期地将相关运行信息发送给后行列车．列车车载设备根据收到的数据和前车与本车的运行状态(位置、速度、工况)和线路参数(曲线、坡道)、列车参数等，采用车载安全计算机计算或地面控制中心计算或同时计算，并根据故障-安全原则，确定合理的驾驶策略，实现列车高速、平稳地以最优间隔追踪运行．基于通信的列控系统原理如图1所示．

1．2移动闭塞技术移动闭塞即指列车间的运行间隔由列车在线路上的实际运行位置和运行状态决定，前后两列车之间的最小安全追踪距离不受固定闭塞分区的影响，而是动态变化的，随前一列车的移动而移动．移动闭塞原理如图2所示．在CBTC系统中，无线数据通信通过可靠的无线数据通信网，列车不间断地将采集到的数据(如机车信息、车辆信息、现场状况和位置信息)发送给区域控制器ZC(zonecontroller)．ZC根据来自列车的信息计算、确定列车的安全行车间隔，并将相关信息(如现行列车位置、移动授权等)传递给列车，控制列车运行．其中，ZC计算给后行列车的移动授权(movementauthority)必须大于列车在该位置最不利情况的制动距离．

1．3CBTC系统后备模式CBTC系统实现了移动闭塞制式，为先进的列控模式，但是在通信失效和设备故障时，为了保证系统的安全可靠性，常考虑使用后备模式来接管控制行车安全．后备模式为CBTC系统的降级备用模式，后备模式的设置，增加了CBTC系统的安全性、完整性、通用性和灵活性．

1．3．1后备模式的设置后备模式在下列情况下发挥作用:(1)移动闭塞系统正式开通前的临时过渡期间的列车运行;(2)车-地通信单元、中央控制单元等设备故障，而联锁完好时;(3)非CBTC列车(车载CBTC完全故障的列车或未安装CBTC的列车，如工程车、不兼容本线信号系统的列车等)进入运营线路运行时;(4)中央ATS(automatictrainsupervision)、车站ATS故障情况下．

1．3．2后备系统的实现后备模式是在保证车站联锁系统和车载ATP(automatictrainprotection)系统工作正常的基础上实现的，利用轨道电路或计轴设备判断区间状态，联锁设备控制道岔定/反位、轨道区段的开放/锁闭、信号机的开放/关闭．现阶段主要使用的后备系统大多为基于点式ATP(intermettentATP，IATP)，同时利用轨道电路或者计轴作为辅助检查设备的模式．IATP为系统提供列车的ATP闯红灯防护功能．车载控制器工作于IATP模式，列车由人工驾驶，车-地通信通过轨旁动态信标和车载查询器实现．

2追踪间隔追踪间隔指追踪运行列车之间的最小允许间隔时间，是列车能够按照计划运行而不受前行列车影响的最小时间间隔．

2．1CBTC后备模式下的追踪间隔利用IATP的后备模式可以实现准移动闭塞，采用曲线型的分级控制，相比于固定闭塞模式而言，追踪间隔距离起始点到当前列车所在位置，增大了追踪间隔距离，明显优于固定闭塞的阶梯式控制模式．同时这种后备模式继承了CBTC系统轨道旁设备少，利于维护的优点．对后备模式下的闭塞设计原则如图3所示．图3中，Sservice是列车运行在其最高自动驾驶速度时的常用制动距离;闭塞分区的长度Lblock不小于常用制动停车点到安全制动距离的差Ssafety;X为列车当前所在位置;Xt为前行列车头部所在位式中:a表示列车运行加速度;t为运行时间;vt为后续列车运行到移动授权终点的速度;v0为后续列车当前位置速度;x为时间t内列车走行的距离．

2．2CBTC移动闭塞模式下的追踪间隔

2．2．1区间追踪间隔图4所示为区间追踪间隔示意图．

2．2．2站台追踪间隔当前后两列列车以跳停方式经过站台时，追踪间隔可按照区间追踪来考虑．以下仅分析列车停站的情况．在移动闭塞条件下，站台追踪间隔为前行列车刚刚出清车站，且驶过安全制动距离Ssafety，追踪列车以区间最大允许速度vmax_ATO行驶，并且距离车站入口的距离等于列车制动距离加系统处理时间内列车行驶过的距离．图5所示为站台追踪间隔示意图．tentry为进站时间，是追踪列车以vmax_ATO开始制动到停稳的时间;tdewell表示追踪列车在该站台的停站时间，是从列车停稳到列车开始启动的时间;texit为列车的出站时间，表示前行列车出清车站并驶过安全防护区段的时间，此时前行列车头部的位置为Xt．于是有后续列车在位置X的追踪间隔为

3列车运行追踪间隔仿真

按照如表1所示线路参数进行仿真，S0为起点，S15为终点，列车从起点运行到终点，经过14个车站(S1到S14)．仿真参数按照国内地铁设计标准，取正线的直线段土建限速为80km/h，站台限速为60km/h，图6为CBTC列车仿真结果．在图6中可以清楚看到各个仿真参数的设置，包括土建限速、紧急制动触发曲线、指令速度曲线、列车实际速度等信息．根据模拟数据，在西南交通大学CBTC系统仿真与性能分析平台上进行仿真．利用移动闭塞追踪间隔计算方法和图6显示的仿真结果，可以计算出列车CBTC模式下运行时在每一点的追踪间隔．得到如图7所示的CBTC移动闭塞追踪间隔-距离仿真图，图中可以得到列车在各个区间和站台的各个点详细的追踪间隔数据．同样，利用式(9)可以计算列车在CBTC系统后备模式下的追踪间隔．利用模拟数据，在仿真平台上可以得到CBTC后备模式下的追踪间隔-距离仿真．图8为CBTC移动闭塞模式下与后备模式下的追踪间隔-距离的对比图，是对于移动闭塞情况和后备模式下区间和站台的不同追踪间隔的仿真图中可以看出两种不同模式下各个点的追踪间隔数据．通常情况下，当列车运行在正线的CBTC移动闭塞模式下时，系统要求追踪间隔要小于90s，而在只布置进站和出站计轴的后备模式中追踪间隔必须小于240s．由图8可以看出，CBTC移动闭塞模式及其后备模式能够达到系统要求，实现较小的追踪间隔时间．同时，也明显可以得出移动闭塞模式优于后备准移动闭塞模式，实现相对更小的追踪间隔要求．

4结束语

本文分析了CBTC系统基本原理及其相关的移动闭塞技术，同时对于目前实际工程中加设的后备模式的原理及其使用状况进行阐述．对于CBTC系统的追踪间隔这一性能参数建立相应计算模型，进行了算法分析，得出计算公式．利用仿真测试平台仿真CBTC移动闭塞模式和后备模式中的追踪间隔，验证了CBTC移动闭塞模式和后备模式达到工程要求，实现了相应的追踪间隔要求时间．对于CBTC系统的相关性能研究具有一定的意义．