對聯鎖報告區段狀態和車載報告列車位置信息不一致問題的分析與研究

張友兵，張 波，劉志剛

（1.北京全路通信信號研究設計院有限公司 運行控制研究設計院，北京 100073 ；2.黑龍江瑞興科技股份有限公司，哈爾濱 150030）

在CTCS-3級列控系統中，由于列車運行過程中車輪直徑的磨損、車輪的空轉、滑行等原因，造成列車測速測距存在誤差，而且累計誤差隨著列車走行距離而線性增長[1]。此外，列車每隔6 s向無線閉塞中心（RBC）報告一次列車位置[2]，這些因素有可能造成聯鎖設備向RBC報告區段占用狀態與車載設備向RBC報告列車位置之間存在信息不一致問題，導致RBC向列車發送緊急停車消息影響行車安全。本文就此問題進行了較為詳盡的分析研究，并提出了改進的方法。

1 問題概述

以圖1為例，說明聯鎖設備向RBC報告區段占用狀態與車載設備向RBC報告列車位置之間存在信息不一致的問題。

列車在線路上運行，到達位置1，即越過區段A與區段B邊界，聯鎖設備檢測到區段B被占用，向RBC報告區段B的占用狀態。

車載設備每隔6 s向RBC報告一次列車位置。列車運行到位置2，滿足6 s就向RBC報告列車位置。由于存在測速測距誤差，如果測速測距誤差比較大，那么將導致車載設備計算的列車位置沒有進入區段B。

RBC收到列車位置報告，計算得出列車還未進入區段B。但是聯鎖設備向RBC報告區段B處于占用狀態。在這種情況下，RBC認為區段B的占用不是由于列車進入區段B引起的，將向列車發送無條件緊急停車消息，要求列車在區段B入口前停車。

2 對問題的數學建模

一般情況下，認為列車走行累計誤差與列車走行距離成線性關系，即列車走行距離越大，列車走行累計誤差也就越大。假設列車走行累計誤差與列車走行距離之間的比例為δ，即列車走行距離為1 000 m，則列車走行累計誤差為（1 000×δ）m。

假設應答器Ba與區段邊界之間距離為Lm，列車以速度Vm/s運行，列車越過區段邊界到列車向RBC報告列車位置運行了Ts時間，由于列車每隔6 s就向RBC報告一次列車位置，所以T在（0,6）范圍內服從均勻分布。

圖1 聯鎖設備報告區段占用與車載設備報告列車位置信息不一致示意圖

列車經過應答器Ba時，應答器Ba對列車位置進行校正，將列車走行累計誤差修正為0 m。從應答器Ba到位置2，列車走行距離為（L+V●T）m，考慮列車走行累計誤差，則列車向RBC報告的列車位置為以應答器Ba為參考點，距離應答器m。如果車載設備向RBC報告的列車位置小于應答器Ba到區段邊界的距離L，則會出現聯鎖設備向RBC報告區段占用狀態與列車向RBC報告列車位置之間信息不一致的問題。

根據以上分析，得到造成聯鎖設備向RBC報告區段占用狀態與列車向RBC報告列車位置之間信息不一致問題的數學模型為：

其中，L：應答器到區段邊界的距離，單位為m；

V：列車運行速度，單位為m/s；

δ：列車走行累計誤差率，等于列車走行累計誤差與列車走行距離之間的比例；

T：從列車越過區段邊界到車載設備向RBC報告列車位置的時間間隔，該時間在（0,6）范圍內服從均勻分布。

3 對問題的分析研究

對公式（1）進行變換，得到公式（2）：

當速度V、時間T、列車走行累計誤差率δ固定時，應答器距區段邊界距離L越大，公式（2）成立條件越容易被滿足。即應答器距離區段邊界越遠，列車走行累計誤差越大，車載設備向RBC報告的列車位置越不準確，越容易發生聯鎖設備向RBC報告區段占用狀態與車載設備向RBC報告列車位置之間信息不一致的問題。

當應答器距區段邊界距離L、列車走行累計誤差率δ固定時，越小，公式（2）成立條件越容易被滿足。即從列車越過區段邊界到車載設備向RBC報告列車位置這段時間內，列車運行距離V●T越小，小于列車走行累計誤差的概率越大，越容易發生聯鎖設備向RBC報告區段占用狀態與車載設備向RBC報告列車位置之間信息不一致的問題。

當長度L、速度V和時間T都固定時，列車走行累計誤差率δ越大，公式（2）成立條件越容易被滿足，也越容易發生聯鎖設備向RBC報告區段占用狀態與車載設備向RBC報告列車位置之間信息不一致問題。

應答器組內距閉塞分區較近的應答器距閉塞分區入口為200 m±0.5 m，假設應答器到區段邊界的距離為200 m，列車運行速度V為45 km/h，列車越過區段邊界6 s時才向RBC報告列車位置，根據公式（2），得到δ>0.037。也就是說，如果列車以45 km/h的速度運行，當列車走行累計誤差率大于0.037時，即列車走行1 000 m，累計誤差超過37 m時，一定會發生聯鎖設備向RBC報告區段占用狀態與車載設備向RBC報告列車位置之間信息不一致的問題。

4 解決問題的方法

（1）應答器距區段邊界的距離L盡可能小。應答器距區段邊界的距離L越小，列車走行累計誤差越小，車載設備實際位置與RBC計算出的列車位置越接近。在實際工程中，在保證列車行車安全的基礎上，可以盡量縮短應答器安裝位置距離軌道區段邊界的長度，以降低該問題發生的概率。

（2）列車走行累計誤差率δ盡可能小。列車走行累計誤差率δ越小，列車在運行過程中，累計誤差就越小，車載設備實際位置與RBC計算出的列車位置越接近。在實際應用中，降低列車走行累計誤差率δ的方法就是提高列車的定位精度。可以采用更為先進精確的定位設備，設計更為合理的定位算法，提高列車定位精度，以降低該問題發生的概率。

（3）從列車越過區段邊界到車載設備向RBC報告列車位置的這段時間內，列車的走行距離盡可能大。采用這種方法去降低該問題發生概率，處理會比較復雜，需要進一步研究在不同的列車運行速度下，列車向RBC發送位置報告的時間間隔的設置和發送時機的選擇。

5 結束語

在列車運行過程中，如果測速測距誤差較大，列車占用一個區段，但是RBC根據列車位置報告，計算出列車未進入該區段，出現列車實際占用區段而RBC認為列車未占用區段的問題。這種問題將導致RBC向列車發送緊急停車命令，降低列車運行效率，影響行車安全。本文針對這一問題進行數學建模，通過對模型的理論分析，認為列車走行累計誤差率越大，應答器距離區段邊界越遠，列車越過區段邊界到車載設備向RBC報告列車位置的時間內運行距離越短，這些都會增加問題發生的概率。在分析研究的基礎上，提出了降低問題發生概率的方法。該方法對工程實施，提高列車運行效率，減少影響行車安全因素等有一定的參考作用。

[1]劉宏杰. CBTC系統中列車安全定位方法的研究[D]. 北京：北京交通大學， 2008.

[2]鐵道部. CTCS-3級列控系統技術創新總體方案[Z]. 鐵道部運輸局，2008.