CBTC系統(tǒng)中計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)功能的研究

基于通信的列車自動控制系統(tǒng)（CBTC），主要用于城市軌道交通系統(tǒng)。在CBTC系統(tǒng)中，各設(shè)備提供商基于已有的技術(shù)提出不同的系統(tǒng)構(gòu)架，構(gòu)架的主體主要是ATS設(shè)備、軌旁設(shè)備、列車運(yùn)行控制設(shè)備和CBTC數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。聯(lián)鎖控制功能在該控制系統(tǒng)中依舊是不可或缺的部分，系統(tǒng)架構(gòu)中聯(lián)鎖系統(tǒng)可以作為軌旁設(shè)備的一部分，也可以作為一個獨(dú)立系統(tǒng)與CBTC接口。

CBTC系統(tǒng)引入無線通信子系統(tǒng)，建立車地之間連續(xù)、雙向、高速的通信，列車的命令和狀態(tài)可以在車輛和地面設(shè)備之間可靠交換，使地面設(shè)備可以獲得更多、更精確的列車信息。在CBTC系統(tǒng)中，聯(lián)鎖系統(tǒng)需要使用這些信息以縮短列車的追蹤間隔、提高運(yùn)營效率，傳統(tǒng)的聯(lián)鎖功能應(yīng)基于這些信息做出相應(yīng)的改變。

1 CBTC系統(tǒng)提供給聯(lián)鎖的信息

在CBTC系統(tǒng)中，聯(lián)鎖系統(tǒng)與地面ATP連接。其中地面ATP可以獲得列車位置報告、列車速度、移動權(quán)限和運(yùn)行輔助功能命令等信息。CBTC系統(tǒng)的基本架構(gòu)如圖1所示。

地面ATP對車的位置報告、列車速度、移動權(quán)限、運(yùn)行輔助功能命令等信息[1]進(jìn)行運(yùn)算，可以形成以下信息發(fā)送給聯(lián)鎖系統(tǒng)。

表1 地面ATP發(fā)送給聯(lián)鎖的信息

2 聯(lián)鎖功能研究

文中1描述了地面ATP發(fā)送給聯(lián)鎖的信息，本節(jié)在此基礎(chǔ)上對聯(lián)鎖的區(qū)段占用空閑檢測、進(jìn)路選排、信號顯示、保護(hù)區(qū)段鎖閉解鎖等功能造成的影響進(jìn)行分析研究。

2.1 區(qū)段占用空閑檢測

在CBTC系統(tǒng)中列車位置信息是精確定位信息，直接使用該信息是對基于區(qū)段的傳統(tǒng)聯(lián)鎖本質(zhì)的顛覆。因此在目前的控制系統(tǒng)中，并未將該定位信息直接傳遞給聯(lián)鎖系統(tǒng)，而是將傳統(tǒng)的軌道區(qū)段劃分成較小的邏輯區(qū)段，地面ATP把精確定位轉(zhuǎn)換為邏輯區(qū)段的占用和空閑報告給聯(lián)鎖系統(tǒng)。

在CBTC系統(tǒng)中，列車位置的另一個來源是聯(lián)鎖系統(tǒng)采集的地面區(qū)段狀態(tài)，該狀態(tài)僅能夠表示傳統(tǒng)軌道區(qū)段的狀態(tài)，無法準(zhǔn)確獲知列車在該軌道區(qū)段中的某個邏輯區(qū)段。在CBTC系統(tǒng)中，聯(lián)鎖將該狀態(tài)發(fā)送給地面ATP，由地面ATP將地面區(qū)段狀態(tài)與精確定位進(jìn)行校核。地面ATP存在時，聯(lián)鎖使用地面ATP發(fā)送給聯(lián)鎖的邏輯區(qū)段狀態(tài)，不使用自身采集的區(qū)段信息。

2.2 進(jìn)路選排

在CBTC系統(tǒng)中，基于運(yùn)行效率的考慮，列車追蹤運(yùn)行，后車的移動授權(quán)可以直接到達(dá)前車的尾部。傳統(tǒng)聯(lián)鎖的核心概念是進(jìn)路控制，然而，CBTC裝備的通信列車可以僅防護(hù)道岔而不使用進(jìn)路進(jìn)行防護(hù)，非裝備列車或降級列車的運(yùn)行，則需使用進(jìn)路進(jìn)行防護(hù)。進(jìn)路防護(hù)可以使CBTC系統(tǒng)在列車控制的防護(hù)下多一層聯(lián)鎖的進(jìn)路防護(hù)，因此目前西門子、北京交控科技有限公司等多家設(shè)備廠商系統(tǒng)中的聯(lián)鎖系統(tǒng)仍存在進(jìn)路控制邏輯。

然而為CBTC裝備的通信列車所提供進(jìn)路的選排條件發(fā)生了變化。聯(lián)鎖可以通過地面ATP提供的CBTC裝備列車接近信息獲得選排進(jìn)路的對象，在進(jìn)路選排時，如果是CBTC裝備的通信列車，則僅需檢查進(jìn)路中的道岔位置是否正確。對于非裝備列車或降級列車，則根據(jù)點(diǎn)式系統(tǒng)中的進(jìn)路檢查邏輯進(jìn)行檢查。

2.3 信號顯示

CBTC裝備的通信列車由車載控制，根據(jù)運(yùn)行控制系統(tǒng)給出的移動授權(quán)運(yùn)行，不根據(jù)地面信號行車，對于非裝備列車或降級列車，仍需根據(jù)地面信號的顯示運(yùn)行。在CBTC系統(tǒng)中，信號機(jī)有兩種狀態(tài)：滅燈狀態(tài)和亮燈狀態(tài)。

在2.2節(jié)描述中可知，在聯(lián)鎖系統(tǒng)中仍采用進(jìn)路防護(hù)的邏輯，因此在滅燈情況下也有進(jìn)路開放和進(jìn)路不開放兩種情況，一般情況下，滅紅燈表示進(jìn)路未開放，滅綠燈或滅黃燈表示進(jìn)路開放。地面ATP根據(jù)聯(lián)鎖在滅燈狀態(tài)時的進(jìn)路狀態(tài)（開放或不開放）來計算移動授權(quán)。聯(lián)鎖為CBTC裝備的通信列車開放滅燈信號，如滅綠燈、滅紅燈，為非裝備列車或降級列車開放亮燈信號，如亮綠燈、亮紅燈。

2.4 進(jìn)路解鎖

傳統(tǒng)計算機(jī)聯(lián)鎖中進(jìn)路在列車順序進(jìn)入進(jìn)路、信號關(guān)閉后，采用三點(diǎn)檢查解鎖[2]。然而在CBTC系統(tǒng)中，防護(hù)CBTC裝備的通信列車的進(jìn)路選排和開放僅檢查進(jìn)路中的道岔位置是否正確，一條進(jìn)路中可能有多列CBTC裝備的通信列車運(yùn)行。因此聯(lián)鎖系統(tǒng)的解鎖邏輯應(yīng)進(jìn)行如下處理。

聯(lián)鎖在收到地面ATP發(fā)送的CBTC裝備的通信列車進(jìn)入進(jìn)路消息后，關(guān)閉信號，觸發(fā)進(jìn)路的解鎖邏輯。

聯(lián)鎖對進(jìn)路中運(yùn)行的列車進(jìn)行三點(diǎn)檢查，但僅根據(jù)進(jìn)路中最后一列車的運(yùn)行而解鎖。

當(dāng)追蹤運(yùn)行時，開放給后續(xù)列車的進(jìn)路取消或人工解鎖后，不應(yīng)導(dǎo)致前車運(yùn)行前方的區(qū)段解鎖。

當(dāng)追蹤運(yùn)行時，開放給后續(xù)列車的進(jìn)路取消或人工解鎖后，觸發(fā)前車的三點(diǎn)解鎖，進(jìn)路隨著前車運(yùn)行而解鎖。

2.5 接近判斷和人工解鎖

地面ATP計算CBTC裝備的通信列車的授權(quán)到達(dá)某架信號機(jī)后，則判定列車接近該架信號機(jī)，在該信號機(jī)開放后，移動授權(quán)可以到達(dá)進(jìn)路的終端。傳統(tǒng)聯(lián)鎖判定列車接近是基于接近區(qū)段的占用狀態(tài)。一般情況下，地面ATP判定接近的長度比聯(lián)鎖系統(tǒng)判定接近的長度長。對于CBTC裝備的通信列車，聯(lián)鎖應(yīng)使用地面ATP提供的接近信息來判定接近鎖閉狀態(tài)。

在人工解鎖時，如果列車已經(jīng)接近，聯(lián)鎖需要延時解鎖以避免列車闖入進(jìn)路發(fā)生危險，延時是根據(jù)接近區(qū)段長度和列車速度得出,通常延時時間較長。對于行車密度大、要求高運(yùn)營效率的城市軌道交通來說，這一時間指標(biāo)幾乎是不可接受的[3]。在CBTC系統(tǒng)中，地面ATP系統(tǒng)可以通過列車速度和精確定位獲知列車是否能夠停在信號機(jī)前，并把該信息發(fā)送給聯(lián)鎖。聯(lián)鎖接收到該信息后可以停止延時，提前解鎖進(jìn)路，提高了整個線路的運(yùn)營效率。

2.6 其他運(yùn)行輔助功能

地面ATP計算將CBTC裝備列車發(fā)送的保護(hù)區(qū)段鎖閉請求、停穩(wěn)停準(zhǔn)信息、屏蔽門開關(guān)信息發(fā)送給聯(lián)鎖，聯(lián)鎖應(yīng)使用這些信息進(jìn)行保護(hù)區(qū)段的鎖閉、解鎖或驅(qū)動屏蔽門開門關(guān)門，實(shí)現(xiàn)車地聯(lián)動。

3 結(jié)束語

綜上所述，CBTC系統(tǒng)中車、地更加緊密地聯(lián)系在了一起，地面ATP將列車的位置報告、速度控制、移動授權(quán)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信息提供給聯(lián)鎖，這些信息使聯(lián)鎖功能發(fā)生相應(yīng)的改變，超出傳統(tǒng)聯(lián)鎖系統(tǒng)的范疇，在保證安全的前提下，更加有效地提高了運(yùn)行效率。

[1]IEEE 1474.3-2008 IEEE Recommended Practice for Communications-Based Train Control（CBTC）System Design and Functional Allocations[S].

[2]TB／T 3027—2002計算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)條件[S].

[3]于增明,劉正東.基于通信的列車控制系統(tǒng)中聯(lián)鎖功能的改變[J].鐵道運(yùn)營技術(shù),2011,17（4）：13-15.