基于通信的列車控制系統中聯鎖功能的改變

于增明，劉正東

（1.信息產業部電子第六研究所，碩士研究生，北京 100083；2.北京和利時系統有限公司，工程師，北京 100176）

傳統的計算機聯鎖系統是嚴格遵循計算機聯鎖技術條件或依據6502電氣集中聯鎖的規則來設計的，它要求在進路辦理時需要時刻檢查諸多聯鎖條件都滿足后才能開放防護該進路的信號機。如：不允許敵對進路同時辦理成功；辦理一次進路只對一個列車有效；當進路處于“接近鎖閉”時，需要延時3 min或是30s才能解鎖進路［1］。傳統的聯鎖功能能夠保證列車在運行過程中，不會出現由于道岔的任意轉動而導致列車沖突、脫軌等事故，但是卻不利于提高運營效率。

在城市軌道交通中，基于通信的列車控制系統（CBTC）以其能夠有效縮短列車的追蹤間隔、減少軌旁設備的數量、運營效率高等優點而得到很快發展。在該系統中，由車載系統檢測列車的實際位置和速度，并將這些數據實時地發送給區域控制器（ZC），同時聯鎖系統將進路信息、道岔信息等也傳送給區域控制器。區域控制器根據這幾方面的信息，再綜合一些線路靜態數據，為每一列車計算移動授權（MA），并將移動授權發送給車載系統，車載系統依據移動授權計算列車運行的防護曲線，最終使得列車在列車自動防護系統（ATP）的監視下安全、高效地運行［2］。因此，傳統的聯鎖邏輯不適合直接用于城市軌道交通。

1 聯鎖系統與其它系統的接口

在城市軌道交通中，傳統聯鎖系統只與操作員站或列車自動監控系統（ATS）有接口，但是在基于通信的列車控制系統正常工作的情況下，聯鎖還需要和區域控制器進行通信。列車自動監控系統將行車計劃發給區域控制器，區域控制器則根據每一列車的當前位置和列車的配置情況（通信列車與非通信列車配置不同，通信列車裝備了能夠和區域控制器進行正常通信的車載設備）向聯鎖系統發出進路請求命令，指示是否有通信列車正在接近，聯鎖為通信列車和非通信列車建立進路時進行的處理稍有不同（后面敘述）。

聯鎖與列車自動監控系統、區域控制器系統的連接，如圖1所示。

圖1 聯鎖與外部系統的接口

聯鎖系統的功能與區域控制器的功能緊密相連，可由運營商根據實際的情況進行功能分配，必要的時候，聯鎖可以與區域控制器集成到一起，作為統一的軌旁系統使用［2］。如果聯鎖是作為獨立的外部系統提供的，則通常還需要與屏蔽門系統、緊急關閉按鈕等有接口，將現場設備的一些狀態發送給區域控制器［3］。

2 排列進路

在基于通信的列車控制模式下，聯鎖為非通信列車建立進路的情況同傳統聯鎖建立進路的過程完全一樣，并沒有本質的區別，都需要基于物理區段按照傳統的聯鎖條件進行檢查，在所有聯鎖條件檢查通過后，鎖閉進路并開放相應的防護信號機，此時列車按照信號機的顯示運行。

當為通信列車辦理進路時，聯鎖不檢查區段的占用，也不檢查進路的鎖閉情況，但需要檢查道岔的位置是否正確，并且要確保當道岔區段占用或鎖閉時不能轉動道岔，還需要檢查一些其它的敵對條件，如確保敵對信號機未開放等。在該模式下通信列車的運行不依靠軌旁信號機的顯示，而是依靠區域控制器給每列車計算的移動授權。因此，一個信號機防護的進路中可以允許多個通信列車同時追蹤運行。

為通信列車排列進路時可以將進路延伸至非通信列車所占壓的區段入口處，但是通常會更嚴格地限制為非通信列車所在進路的入口點，即通信列車的進路不允許侵入非通信列車的進路內。

2.1 區段占用情況 傳統聯鎖系統通過采集區段的軌道繼電器吸起、落下狀態來判斷區段是否有列車占用，并依據該狀態信息進行進路的處理。

在基于通信的列車控制系統管轄區域內，車載系統會將列車自身的位置發送給區域控制器。因此，區域控制器會知道整個線路上所有通信列車的確切位置。如果安裝了次級列車檢測裝置（軌道電路或計軸器），也可以提供整個線路內物理區段的占用、空閑情況。如此一來，聯鎖系統就可以從2個來源得到區段的占用、空閑狀態，即通過軌道繼電器檢測到物理區段的占用狀態信息和區域控制器檢測的信息。這兩者都可以作為聯鎖系統的安全輸入數據而參與聯鎖運算。

特殊情況下，如果軌道繼電器檢測到區段占用，而區域控制器檢測到區段空閑時，應當優先考慮使用從區域控制器來的數據。因為區域控制器會知道每個通信列車實際的位置，也就能夠得知線路上哪個軌道區段是真正地被列車占用，而軌道繼電器可能會由于一些外部因素（例如軌道電路短路、計軸受擾、繼電器粘連等）導致檢測的結果不準確，即某一處的區段占用可能不是由于列車占用造成的。由于區域控制器是安全完整性等級為四級的設備，因此它提供的信息是可信的。

2.2 信號機的顯示 傳統聯鎖對信號機的顯示需要按照參考文獻［1］中的要求進行處理。

在基于通信的列車控制模式下，聯鎖為非通信列車建立進路時，信號機的顯示與傳統聯鎖沒有區別，但是為通信列車建立進路的信號機顯示則完全是“多余”的，因為通信列車并不依靠信號機的顯示來運行。聯鎖系統在排列好進路之后，輸出開放信號機的指令，但是由于通信列車不根據信號機的顯示行車，通常會由區域控制器給聯鎖發送對信號機的強制滅燈命令，即當進路排列成功后，信號機不開放。如此一來，又會引發另一種情況，即給人的感覺是信號機未開放，通信列車依然能夠駛入信號機內方，為此又有另一種全線亮燈的制式，也就是說，即使列車已經駛入信號機內方，信號機也不關閉，依然顯示其允許燈光。因此，通常系統運營時，全線的信號機都是滅燈或亮燈，具體使用哪一種制式由運營商來指定。

2.3 特殊進路 在基于通信的列車控制模式下，通常還會存在自動通過進路和自動折返進路2種特殊進路。

自動通過進路在列車通過后不進行“三點檢查”自動解鎖，而是僅僅關閉信號機的顯示，當列車出清該進路后，信號機又重新“開放”，繼續為下一列車服務，從而節省進路建立的時間。

自動折返進路主要在城市軌道交通的終點站或中間站進行列車折返作業時使用。當調度員設置了自動折返進路模式時，聯鎖系統建立牽出進路，待列車進入折返信號機（并置或差置）外方后，聯鎖系統自動觸發建立折返進路。當列車完成折返作業后，聯鎖系統又再次自動辦理牽出進路，為下一列車的折返作業作準備，直至調度員取消自動折返進路的屬性為止。

3 解鎖進路

3.1 總人工解鎖 在傳統的聯鎖邏輯中，當列車進路的接近區段占用時，進路處于“接近鎖閉”，此時如果想要取消該進路，則需要辦理人工延時3 min解鎖。在延時的過程中，進路不能解鎖，此時即使列車已經停下來，聯鎖系統也要一直等到所設定的延時時間到達后才會將進路解鎖。對于行車密度大、要求高運營效率的城市軌道交通來說，這一時間指標幾乎是不可接受的。

和國有鐵路干線的重軌系統不同，城市軌道交通系統中列車運行速度通常不大于100 km/h。因此，它的總人工延時解鎖的時間可以適當的縮減。具體縮減的時間指標應當由運營商根據列車制動性能、線路信息等給出。非通信列車進路的解鎖條件需要和傳統聯鎖邏輯一樣來處理。

3.2 提前解鎖 傳統的聯鎖不允許列車進路（非坡道提前解鎖進路）提前解鎖。

對基于通信的列車控制系統區域內的通信列車來說，允許聯鎖系統根據列車位置來取消進路。車載系統會根據列車配置、設備響應時間、通信延遲時間等建立一個列車安全制動模型，基于該模型可以計算出列車以當前速度，在最壞的情況下進行常用制動至列車完成停下所需要的最大制動距離，也就是說車載系統能夠保證在該距離內將列車完全停下來［2］。

如果列車當前位置到信號機的距離大于制動距離，說明列車完全可以在信號機前方停下，此時，區域控制器會給聯鎖發送一個指示，允許聯鎖立即解鎖該進路。這時候即使進路處于傳統意義上的“接近鎖閉”，解鎖該進路也是安全的，它不會導致危害的發生。系統會重新排列其它的運行進路，從而提高了整個線路上的運營效率。

4 結束語

在基于通信的列車控制系統中列車依據各自的移動授權追蹤運行，一般不需要由軌道電路或計軸器來檢測列車的占用情況，也無需設置軌旁信號機。但為保證系統故障后依然能夠進行一定程度的運營，通常還是會選擇在線路上安裝一定數量的信號機和劃分閉塞分區，此時整個系統運營需要降級。

基于通信的列車控制系統中的一些聯鎖功能已經“違背”了計算機聯鎖技術條件的規定，但這并不是說聯鎖系統不再是安全系統了，而是由于其它的一些系統（如區域控制器）接管了某些功能，從而可以弱化聯鎖系統的檢查條件。由于這些系統同樣也達到了最高的安全完整性等級，因此也就有理由相信它的功能是安全的。

［1］中華人民共和國鐵道部.TB/T 3027-2002計算機聯鎖技術條件［S］.2002

［2］IEEE Sdandard for Communications-Based Train Control（CBTC）Perfor移動授權nce and Functional Requirements，IEEE Std 1474.1TM-2004

［3］凌祝軍.CBTC系統中的聯鎖技術研究［J］.鐵道通信信號，2009，45（9）：12-14