_CBTC系统中移动闭塞与后备模式追踪间隔研究

Fig． 1
图 1 CBTC 系统基本原理 Basic principle of the CBTC system
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 前后两列车 路上的实际运行位置和运行状态决定 ， 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 列车不间断地将采集到的数据 （ 如 线数据通信网， 机车信息、 车辆信息、 现场状况和位置信息 ） 发送
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西
南
交
通
大
学
学
报
第 47 卷
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 （ automatic train supervision） 、 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 （ automatic train protection） 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 信号机的开放 / 关闭． 现阶段主要使用的后备系 闭、 统大多为基于点式 ATP （ intermettent ATP，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．
异， 在研究 CBTC 系统基本工作原理、 相关移动闭塞和后备模式技术的基础上 ， 建立了 CBTC 后备模式下的追踪 并对 CBTC 系统在移动闭塞和后备模式下的追踪间隔进行了仿真计算 ． 结果表明： CBTC 移动闭 间隔仿真模型， 塞模式和后备模式都能满足系统要求 ， 实现较小的追踪间隔时间 ； 移动闭塞模式优于后备准移动闭塞模式 ， 能够 实现相对更小的追踪间隔时间 （ ＜ 90 s） ． 关键词： 基于通信的列车控制； 移动闭塞； 后备模式； 列车追踪间隔 中图分类号： U292 文献标志码： A
图 2 移动闭塞原理示意 Fig． 2 Diagram for moving block system
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
（ 5）
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． 1 CBTC 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 明显优于固定闭塞的阶梯式控 大了追踪间隔距离， 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．
给区域控制器 ZC （ zone controller） ． 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 （ movement authority ） 必须大于列车在该位 置最不利情况的制动距离． 1． 3 CBTC 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
第3 期
何成才等： CBTC 系统中移动闭塞与后备模式追踪间隔研究
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通列车保持安全追踪间隔进行追踪运行的研究 ． 本 ［1617 ］ ， 文模 型 基 于 IEEE 的 CBTC 推 荐 模 型 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 ．
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 车载设备将定位和 的通信． 列车在管辖区段内时， 基站再传输 速度等信息通过无线方式传输给基站 ， 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 并根据故障安全原则， 确定合理的驾驶 同时计算， 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．
1215］是对于轨道交 已有诸多研究， 文献［
0113 收稿日期： 2021基金项目： 湖北省 2010 年度教育科技重点课题 D20106302 Email： 609690522@ qq． com 作者简介： 何成才（ 1964 － ） ， 男， 副教授， 研究方向为列车驾驶与控制， 电话： 13098878908 ，
［14 ］
communication based train control （ CBTC ） ； moving block； fallback mode； train
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
［78 ］
， 提高了 CBTC 系统的安全
两边同时微分， 则， Xt 1 t = dx， X 2 ax 槡
∫
（ 3）
得到列车在位置 X 处的追踪间隔为 Xt 1 t headway （ x） = dx + t process ， X 2 ax 槡
∫
（ 4）
2
追踪间隔
式中： t process 为系统处理时间； X t = X + S service + L block + S strlen ． 2． 2 2． 2． 1 CBTC 移动闭塞模式下的追踪间隔 区间追踪间隔 图 4 所示为区间追踪间隔示意图．
1
1． 1
CBTC 系统概述
CBTC 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 车载、 地面的安全功能处理器实现的一种连续 信， ． 其利用调度控制中心控制多 自动列车控制系统 ” 个车站控制中心， 实现相邻车站控制中心之间的控
2724 （ 2012 ） 03044606 文章编号： 0258-
CBTC 系统中移动闭塞与后备模式 追踪间隔研究
1 何成才 ， 杨
淘
2
（ 1． 武汉铁路职业技术学院 ，湖北 武汉 430205 ； 2． 西南交通大学信息科学与技术学院 ，四川 成都 610031 ） 摘 要： 为了探讨基于通信的列车控制 （ CBTC） 系统后备模式下追踪间隔的特性及与正常情况下追踪间隔的差
Fig． 4
图 4 区间追踪间隔示意 Train headway of the innerstation
图 4 中： S uncert 为前行列车的位置的不确定性． 则有： 列车的安全制动距离 = S service + S safety ， 即可得列车在位置 X 处的追踪间隔为
图 3 CBTC 后备模式闭塞设计原则与列车追踪间隔 Fig． 3 Block design principles and train headway of the CBTC fallback mode
t headway （ x） =
∫
Xt X
1 dx + 2 ax 槡 （ 6）
Comparison of Headways in Moving Block and Fallback Modes for CBTC System
HE Chengcai1 ， YANG Tao2Leabharlann Baidu
（ 1． Wuhan Institute of Railway Technology，Wuhan 430205 ，China； 2． School of Information Science and Technology， Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031 ，China）
置； S strlen 表示列车长度； v max_ATO （ X ） 为列车在位置 X 处的最高自动驾驶速度． 运动学公式：
2 v2 t － v0 = 2 ax ，
v t = v0 + at，
}
（ 1）
式中： a 表示列车运行加速度； t 为运行时间； v t 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． 设 v t = 0 ，v0 = v max_ATO （ X ） ，代入式（ 1 ） ， 得 x= v max_ATO （ X ） 2 ， 2a （ 2）
， 国内外已有诸多的研究， 其相比于传统的基
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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
［911 ］
CBTC 系统实现了移 于轨道电路的列控技术来说， 动闭塞 ， 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，
第 47 卷 第 3 期 2012 年 6 月
西 南 交 通 大 学 学 报 JOURNAL OF SOUTHWEST JIAOTONG UNIVERSITY
DOI： 10． 3969 / j． issn． 02582724． 2012． 03． 015
Vol． 47 No． 3 Jun． 2012
Abstract： In order to research the feature of headway in a Fallback mode and the difference to a normal mode for a CBTC （ communication based train control） system，the basic principle of the CBTC system and the relative technology about moving block and Fallback modes were investigated，models for train headway in a CBTC Fallback mode were constructed，and headways in the moving block and Fallback modes for the CBTC system were simulated and calculated． The research shows that CBTC moving block and Fallback modes can meet the system requirements and achieve small train headway． Compared with the Fallback movinglike block mode， the moving block mode can achieve much smaller train headway （ ＜ 90 s） ． Key words： headway CBTC （ communication based train control ） 技术 能实现连续的自动列 为现代轨道交通的列控技术， 车控制． 对于 CBTC 系统的原理和相关的关键技 术