ZPW-2000 轨道电路信息传输仿真设计

熊 平，刘 奇

0 引言

目前，国内铁路正处于高速发展时期，对铁路设备的安全性、效率等要求也越来越高，特别是列车控制（下文简称列控）系统，为了保证铁路运输的安全高效及舒适，近年来运输设备正不断更新换代以适应新的需求。

列控系统通过地面子系统向车载子系统传输信息，并由列控中心根据信息产生命令控制列车安全运行。所以，车-地之间的信息传输对铁路运输作业的安全及效率至关重要。CTCS-2 级列控系统采用ZPW-2000 轨道电路作为列车占用、出清的检查和地面控车信息的传输设备。因此通过计算机仿真技术对CTCS-2 级列控系统ZPW-2000 轨道电路信息传输过程进行仿真模拟，其研究成果有助于铁路研究及设计部门对信息传输技术的开发，也可用于现场培训。

1 ZPW-2000 轨道电路码序分析

列车在区间运行时，ZPW-2000 轨道电路码序根据前方闭塞分区的数量会不断变化。主要有区间无车占用、1 辆车占用、2 辆车占用及多辆车占用等情况，下面列举前3 种情况进行分析。

（1）当区段无车占用时，站内区段信息码均为“H”，以下行线为例，区间的码序固定为HU-ULU-L-L2-L3-L4-L5。

（2）当区段有列车运行，且列车A 前方没有其他列车B 时，列车所在区段码序为当前轨道电路码序，并表示出空闲数量，把信息传递给车载设备。

（3）当区段有列车运行，且列车A 前方有列车B 运行时，即2 列列车在区间追踪运行，码序将进行调整。

在第3 种情况下，又存在3 种状态：列车A、列车B 均只占用一个闭塞分区，列车A 的当前码序为L，表示前方有3 个闭塞区段空闲；列车A 占用2 个闭塞分区，列车B 占用一个闭塞分区时，此时，列车A 占用的第2 个闭塞分区码序为“H”，第1 个闭塞分区码序为“LU”，表示前方有2 个闭塞区段空闲；列车A 与B 均占用2 个闭塞分区时，如图1 所示，此时，列车B 占用的第2 个闭塞分区码序为“H”，列车A 第一个闭塞分区码序为“LU”，表示前方有2 个闭塞区段空闲。

将后2 个状态的轨道电路码序进行对照，可以发现：虽然列车B 占用的第2 个闭塞分区码序改变，但并没有改变列车A 与B 之间的间隔距离，即列车A 当前码序依然不变。该情况和列车A 与B 之间无车占用的闭塞区段实际空闲数量相符合。分析可知，无论前后2 辆列车占用闭塞分区是1 个还是2 个，追踪列车的当前码序可由前方列车尾部所在区段，或前方列车已出清区段开始推算（其中前方列车尾部所在区段可假定义为H，或直接利用前方列车已出清区段为恒定值HU 这一结论）。其好处在于：不用考虑上述3 种状态会对追踪列车当前码序造成的影响（但站间闭塞分区码序则有变化）。

图1 轨道电路码序在第3 种情况之状态3 的示意图

站间闭塞分区码序调整模式。从进站口开始倒推每个区段的码序，一直推至列车占用的区段，此时开始分2 种情况继续倒推：情况A，列车占用一个闭塞分区时，码序推至该分区后，从刚出清区段以HU 为开头重新倒推；情况B，列车占用2 个闭塞分区时，码序推至第1 个闭塞分区后，从第2 个闭塞分区开始以H 为开头重新倒推。站间闭塞分区码序推算过程，如图2 所示。

当车载设备接收到列车当前码序之后，可以通过列车当前码序，并结合应答器信息包中的轨道闭塞分区长度、速度等信息计算出目标距离，然后生成目标距离曲线。因此，列车当前码序是该过程所需的主要信息数据。

图2 站间闭塞分区码序推算过程示意图

2 ZPW-2000 轨道电路信息传输仿真系统

ZPW-2000 轨道电路信息传输仿真系统分单车运行模式和双车追踪模式2 种。这2 种模式均要设置初始参数，启动列车运行，根据列车运行状态产生列车当前码序与前方空闲闭塞分区数量，把实时信息传输给车载设备。

2.1 单车运行模式

单辆列车当前码序推算直接来自列车图标在运行示意图中走行距离（以图表.left 数值为参量），当参量在某2 个数值（该数值为8 个闭塞分区的不同坐标）之间，即可反映出当前距离进站口前方空闲闭塞分区数量。在仿真系统中初始速度有60，120，240 km/h 3 种，分别演示慢车、正常车速、快车情况。时间控件（timer）是实现动态化演示的关键。初始设置Timer(n).Enabled = False，时间控件不会执行。在启动控件的click()参数中设置Timer(n).Enabled = True，使控件在启动时开始执行。在列车停车控件的 click()参数中加入Timer(n).Enabled = False 可以通过取消执行时间控件使得列车停车。

其中，情况1 为正常匀速运行，情况2 为减速运行，情况3 为停车。仿真分析前必须在初始加载命令中设置timer 控件的响应频率。单车运行模式界面从左到右分为Q1、Q2…Q8 区段，列车运行之前选择列车初始位置和初始速度，启动列车，列车在运行过程中，按照前方闭塞分区数量的变化，列车运行的当前显示码序也会实时变化，如闭塞分区数量为4 时，列车当前码序为L2。

2.2 双车追踪模式

在双车追踪模式中，将会有追踪列车A、前行列车B 按照所设定的不同速度、不同初始位置在同一条线路上运行。追踪列车A 为产生列车当前码序的列车，为该模式下的研究对象。前行列车B作为前行列车，必须时刻保证在追踪列车A 的前方。当B 车中途停车，则暂停B 车运行，而A 车按照原速前行，并在接近B 车出清的前方区段减速停车。下面分2 种情况讨论。

（1）追踪列车A 追上前行列车B 之后的减速与停车。当追踪列车A 快追上前方前行列车B 时，此时速度按照单车模式所设置方式递减到十分缓慢。前行列车B 可能会在站间或者进站之后停车，追踪列车A 与前行列车B 之间必须保持间隔距离。间隔距离一般为前行列车B 尾部所在闭塞分区到下一闭塞分区的距离。设前行列车B 图标.left 参量为W，第一闭塞分区Q1 横向坐标数值为W1，闭塞分区长度为S1，则（W-W1）/S1取整得到的值N为前行列车B 已完全经过的闭塞分区数量。N×S1+W1-Q（注：Q 为追踪列车A 车长），则得到前行列车B 停车时追踪列车A 图标.left 的最终定位—参量T。当追踪列车A 图标.left 根据timer 控件位移至T 时，图标不再位移，即为追踪列车A 按照规定合理停车。

（2）追踪列车A 前方空闲闭塞分区数量。空闲闭塞分区为2 车均无部分占用的区段。之前已经计算出前行列车B 完全经过的闭塞分区数量N=（W-W1）/S1。按照同样方法计算追踪列车A完全经过的闭塞分区数量M=（W2-W1）/S1（W2为追踪列车A 图标.left 参量），此时需考虑A 车长（原因是因为需要知道A 列车头所占用分区数量），若车长小于闭塞区段，则在M 的基础上加1，若车长大于闭塞分区，则在M 的基础上加大于闭塞分区的倍数再加1。最终空闲闭塞分区数量X为M1-N。如图3 所示。

图3 列车A 前方空闲分区数量编程算法示意图

在设计过程中，列车A、B 启动运行使用同一控件，停车按钮则分别设置，其意图在于模拟B车站间停车时，A 车的不同当前码序。A 车初始区段为进站口到Q3，而B 车初始区段为Q4 到Q7，其意图在于使B 车始终位于A 车前方，符合追踪条件。最终双车追踪模式编程界面与单车运行模式界面类似，前行列车和追踪列车都要选择列车初始位置和初始速度，在列车运行过程中，根据前行列车和追踪列车之间闭塞分区的数量，追踪列车的显示码序也实时发生变化。

3 结束语

ZPW-2000 轨道电路是地面设备向车载设备传输数据的重要通道，在列车运行控制系统中起着关键作用，本文对CTCS-2 列控系统ZPW-2000 轨道电路信息传输方式进行仿真设计初期探索，开展了对轨道电路码序其推算算法的分析以及利用地址码信息实现逻辑运算的分析，利用Microsoft visual basic 6.0 对其进行了软件仿真，仿真系统还有待进一步深入开发，以便能在现场运用。

[1] 铁道部.中国列车运行控制系统CTCS 技术规范总则（暂行）.2003.

[2] 铁道部.客运专线CTCS-2 级列控系统配置及运用技术原则（暂行）.2007.124 号.

[3] 吴石生.CTCS-2 级列控系统地面设备的仿真与研究[C].西南交通大学，2008.