基于相關進路的列車包絡計算方法

摘 要：在高鐵列控系統中，軌旁設備無線閉塞中心（RBC）根據列車位置報告計算列車包絡是為列車計算行車許可（MA）的重要依據。然而車載發送的列車位置報告為基于應答器的偏移且和實際列車位置存在偏差，因此列車安全包絡是列車實際位置的安全范圍。在計算列車包絡在區段上的位置時列車包絡范圍道岔狀態和實際列車駛過的道岔狀態不同時，如何準確計算列車安全包絡對于RBC計算行車許可十分關鍵。該文提出一種基于相關進路的列車包絡計算方法，為列控系統計算列車行車許可提供依據。

關鍵詞：列車安全包絡；位置報告；列控系統；行車許可；相關進路

中圖分類號：U284.48 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）23-0014-04

Abstract： In the high-speed rail train control system， the trackside equipment Radio Block Center （RBC） calculates the train envelope based on the train position report， which is an important basis for calculating the train Movement Authority （MA）. However， the train position report sent by the onboard system is based on the offset of the balise and deviates from the actual train position， so the train safety envelope is the safety range of the actual train position. When calculating the position of the train envelope on a section， it is crucial for RBC to accurately calculate the train safety envelope when the switch status within the train envelope range is different from the actual switch status that the train has passed through. This article proposes a train envelope calculation method based on relevant routes， providing a basis for train control systems to calculate train MA.

Keywords： train safety envelope; position report; train control system; Movement Authority; related route

目前我國高速鐵路發展迅速，對列車追蹤間隔提出了更高的要求。現代控制技術的進步，列車運行閉塞制式逐漸從固定閉塞轉變為移動閉塞，在保證行車安全的前提下，大大縮短了追蹤間隔時間，行車效率也得到了極大提高。目前既有CTCS-3線路，無線閉塞中心（RBC）是以區段為邊界計算列車行車許可的固定閉塞系統。隨著鐵路運營對線路利用效率提升的要求，提出了基于衛星定位的高精度列車移動閉塞的新型列控系統。在新型列控系統中衛星定位已成為鐵路列車位置服務的重要支撐。

RBC是新型列控系統中的核心軌旁系統，其獲取線路上所有列車的位置信息、聯鎖的進路信息和軌道電路占用信息后進行綜合處理，以無線報文的形式向列車發送行車許可（行車許可中包含了允許列車運行的距離信息及該范圍內的所有坡度和允許速度信息）。實時監控所有的列車及其行車許可，在發現故障降級時及時做出相應的防護措施，確保線路上所有列車有序、安全地追蹤運行。

然而計算列車的安全包絡時計算行車許可的前提條件，在新型列控系統中，車載位置報告包含了列車估計前端相對于最近相關應答器（LRBG）的距離，列車確認后端由列尾設備提供。列車的端頭位置主要包括：估計前端、最大前端、最小前端、估計后端、最小后端、最大后端、確認后端。RBC需要根據列車位置報告計算列車所有端在區段上的位置，但是由于這些端是由列車測速測距傳感器以及衛星定位等設備計算出來的，會存在一定誤差，列車實際的位置是一個變化的包絡，所以能準確地將列車包絡映射到區段上進行管理是新型列控系統中地面設備RBC管理列車位置的一項重要研究內容。本文提出了一種通過列車相關進路來確定列車包絡的計算方法。

1 列車安全包絡計算方法

1.1 列車安全包絡

列車安全包絡是一段能確定列車可能占用的軌道區域，RBC計算的列車行車許可作為列車行車的重要依據，不能越過其他列車的安全包絡，否則會發生列車碰撞等嚴重后果。

新型列控系統中，列車位置信息由車載系統通過GSM-R網絡經過安全傳輸周期發送到軌旁RBC系統，RBC使用列車發送的位置報告結合線路信息計算列車在軌道上的包絡位置，根據列車位置信息和前方線路情況為各個列車發送行車許可，保證列車安全運行，如圖1所示。

RBC從車載收到的列車位置信息包括列車經過的最近相關應答器（LRBG）、估計前端相對于LRBG的距離（D_LRBG）、相對于LRBG方向的列車估計前端的方向取向（Q_DLRBG）、列車經過LRBG的方向（Q_DIRLRBG）、列車安全車長、列車完整性狀態（Q_LENGTH）、過讀誤差（L_DOUBTOVER）和欠讀誤差（L_DOUBTUNDER）等。列車的安全包絡包括從列車確認后端到列車最大前端的范圍，RBC使用上述信息來計算列車安全包絡。當Q_LENGTH為列車有完整性時，列車安全包絡為最大前端到確認后端的范圍，Q_LENGTH為列車丟失完整性時，列車安全包絡為最大前端到最小后端的范圍。

1.1.1 Q_DIRLRBG和Q_DLRBG均為正向情況下

列車估計前端為EstimateFront位于LRBG向正向偏移D_LRBG距離的位置，最大前端計算方法為：

MaxFront=EstimateFront+L_DOUBTUNDER。

確認后端計算方法為：

ConfirmRear=EstimateFront-SafeLength。

最小后端計算方法為：

MinRear=EstimateFront-司機輸入車長-L_DOUBTOVER。

1.1.2 Q_DIRLRBG和Q_DLRBG均為反向情況下

列車估計前端為EstimateFront位于LRBG向反向偏移D_LRBG距離的位置，最大前端計算方法為：

MaxFront=EstimateFront-L_DOUBTUNDER。

確認后端計算方法為：

ConfirmRear=EstimateFront+SafeLength。

最小后端計算方法為：

MinRear=EstimateFront+司機輸入車長+L_DOUBTOVER。

1.1.3 Q_DIRLRBG為正向Q_DLRBG為反向情況下

列車估計前端為EstimateFront位于LRBG向反向偏移D_LRBG距離的位置，這種情況下列車退行正向經過LRBG。

最大前端計算方法為：

MaxFront=EstimateFront+L_DOUBTUNDER。

確認后端計算方法為：

ConfirmRear=EstimateFront-SafeLength。

最小后端計算方法為：

MinRear=EstimateFront-司機輸入車長-L_DOUBTOVER。

1.1.4 Q_DIRLRBG為反向Q_DLRBG為正向情況下

列車估計前端為EstimateFront位于LRBG向反向偏移D_LRBG距離的位置，這種情況下列車退行反向經過LRBG。

最大前端計算方法為：

MaxFront=EstimateFront+L_DOUBTUNDER。

確認后端計算方法為：

ConfirmRear=EstimateFront-SafeLength。

最小后端計算方法為：

MinRear=EstimateFront+司機輸入車長+L_DOUBTOVER。

列車定位時各個端的位置具體計算方法如圖2所示。

1.2 列車安全包絡計算方法

在新型列控系統中，車載ATP計算列車基于應答器的位置是基于衛星定位結合測速測距定位等多元融合方法進行定位的，雖然多元融合定位方法在一定程度上能提高列車的定位精度，但是由于受到衛星信號弱、ATP查詢列尾位置存在一定延遲、車地通信延遲、列車空轉打滑等因素的影響，列車定位存在一定偏差，為了保證列車安全運行，列車包絡要比實際列車所在的范圍要大。RBC在計算出各個端頭的位置后，需要結合線路情況準確將列車包絡映射到線路區段上，但是線路中存在道岔，若道岔當前狀態不是列車實際經過道岔時的狀態或者道岔失表示，會導致計算出現偏差影響RBC計算行車許可。本文提出了基于相關進路的列車安全包絡定位方法來提高包絡計算的準確性。

該方法主要通過記錄列車行駛過程中經過的進路序列即“相關進路”，使用“相關進路”信息將二維平面變為一維直線線路，然后計算列車包絡時當遇到道岔時，使用“相關進路”路徑將列車包絡映射到線路上，相關進路的計算流程如圖3所示。

當列車駛過進路后，若后方為其他列車排列了其他進路或者后方道岔狀態失表示狀態，但列車位置報告中LRBG為股道應答器時，該列車依然可以根據相關進路正確計算其包絡。如圖4所示，當列車1實際運行到區間時，當前進路為列車2的發車進路X1-S。列車1發送給RBC的位置報告LRBG為IG應答器，若根據當前道岔狀態定位列車1會錯誤定位到S口區間，但使用相關進路X1-XF則可以正確定位。

此外，當列車駛出進路時由于尾部位置需要考慮誤差和安全余量，因此列車包絡要比實際后端位置靠后，當列車實際已駛出進路時，若后續為其他列車排列了發車進路，道岔會發生變化，若使用當前道岔來定位后端則也會導致定位錯誤，但使用列車相關進路可以保證列車安全包絡準確定位到列車實際駛出的進路上。

2 結論

本文提供的基于相關進路的列車安全包絡的計算方法，根據列車歷史行駛路徑以及前方進路狀態，為列車計算出了“相關進路”，使用相關進路計算列車端頭在區段上的位置，當遇到道岔時使用“相關進路”中道岔狀態，即列車實際行駛的道岔狀態作為列車定位的依據而不是使用道岔實時狀態，這樣可以保證列車端頭在定位時能夠定位到真實的區段上，從而準確計算出列車安全包絡，為RBC計算列車行車許可、區段占用管理防護以及維護終端真實顯示列車位置提供了依據。對于新型列控系統RBC安全可靠控制列車運行具有重要的應用價值。

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第一作者簡介：侯曉偉（1988-），男，碩士，工程師。研究方向為列車運行控制。