城市轨道交通CBTC列车分离技术研究

王洪波　高　玉

（1.西安市地下铁道有限责任公司，陕西　西安　710018；2.西安铁路职业技术学院电子信息系，陕西　西安　710014）



城市轨道交通CBTC列车分离技术研究

王洪波1高玉2

（1.西安市地下铁道有限责任公司，陕西西安710018；2.西安铁路职业技术学院电子信息系，陕西西安710014）

摘要：列车追踪运行功能是城市轨道交通CBTC核心技术，可有效地提高列车运行效率，其列车分离技术是保证列车安全运行的关键。文章结合西安地铁1号线工程实际，首先介绍了CBTC列车分离原理，然后对CBTC列车筛选、位置报告和混运技术进行了分析。

关键词：城市轨道交通；CBTC；列车分离；列车筛选；混运

目前城市轨道交通基于通信的列车运行控制系统（CBTC）采用现代控制理论、通信和计算机技术，实现了列车自动追踪运行，最大程度地缩小了行车间隔，保证列车安全、可靠和高效运行［1］。

西安地铁1号线信号系统采用了西门子公司TRAIN⁃GUARD MT系统。该系统由SICAS计算机联锁子系统、列车自动运行子系统ATO、列车自动防护子系统ATP、列车监控子系统ATS和数据通信子系统DCS等构成，具有联锁控制（IXL）、点式控制（ITC）和连续式控制（CTC）等多种列车控制方式，以及列车自动运行模式（ATO）、ATP监督下的人工驾驶（RM）、无ATP监督的人工驾驶（NRM）和列车自动折返运行（AR）等多种列车驾驶模式。在CTC级下TRAINGUARD MT车载设备OBCU（ATP/ATO）依靠车载雷达、里程计（OPG），车载和轨旁应答器等实现列车精确定位，并通过WLAN无线地车信息传输系统接收移动授权和列车控制命令，对列车进行连续监督和控制，实现列车追踪运行［2］。

1　列车分离

列车分离是TRAINGUARD MT系统CTC级列车追踪运行的关键技术，列车位置信息是TRAINGUARD MT实现列车追踪和列车分离的基础。

1.1列车定位

列车定位主要功能是确定列车在轨道分区中的精确位置。TRAINGUARD MT系统依靠计轴系统检测列车位置，通过读取布置于轨旁应答器信息，并结合里程计（OPG）和雷达等列车位置检测和测速装置检测列车位置，实时确定列车所处线路区段，实现列车定位。

列车定位过程如下。车载OBCU_ATP启动时，列车未被定位，列车定位状态为“失去定位”。当列车运行连续通过两个应答器，测量两个应答器之间的距离，如果与轨道数据库TDB相符，列车则被定位，定位状态为“已定位”。具体步骤如下：①当检测到第一个应答器，OBCU从TDB查找应答器，可获得该应答器位置信息，但还不能确定列车的运行方向；②当检测到第二个应答器后，根据两个应答器的先后顺序，以及TDB中两个相邻应答器的里程大小，可以确定列车的运行方向；③列车在两个应答器之间运行时，车载测速雷达和里程计OPG共同计算和测量列车位移和列车速度，实时更新列车定位参数；④列车运行过程中，速度测量误差将增加列车位置的不确定值；⑤当列车经过一个应答器时，为了获得更精确列车位置，定位参数被重新调整。列车定位误差调整为应答器检测误差加上应答器安装误差值。

当列车位置的不确定值超过最大误差，或列车位于道岔区域，不能确定道岔位置，列车定位状态将变为“失去定位”［3］。

1.2位置报告

1.2.1“位置报告”列车。与轨旁子系统双向通信已建立，且已被定位（验证为安全定位）的列车称为“位置报告”列车。“位置报告”列车可根据列车位置报告实现列车追踪，这种方法被称为“基于位置报告的列车追踪”。

“基于位置报告的列车追踪”通过列车位置报告可主动获得列车检测信息，“位置报告”报文中列车最小安全后端位置与最大安全前端位置之间总长度为列车占用区段长度。如果位置报告中的数据有时间戳，该报文为有效。

1.2.2“非位置报告”列车。与轨旁子系统未建立双向通信，未定位的列车称为“非位置报告”列车。“非位置报告”的列车基于轨道区段检查设备提供的区段空闲/占用信息（TVD）实现列车追踪，这种方法称为“基于轨道空闲检查的列车跟踪（TVS）”。

“基于轨道空闲检查的列车跟踪（TVS）”通过轨道区段检查设备被动获得列车位置信息（TVD）。如果轨道区段为出清状态，则表明该区段没有列车占用；相反，如果轨道区段表示为占用状态，则表明在该区段有一列或多列列车占用。轨道区段检查设备符合“故障-安全”原则，一旦设备发生故障，则给出轨道区段占用表示［4］。

1.3列车筛选

TRAINGUARD MT具有列车“筛选”功能，可自动检测出“位置报告”列车前后未被检测到的隐藏列车，或者“非位置报告”列车。筛选过程用“可疑标志”，假设在列车前端或后端有隐藏列车，只有筛选验证和筛选判定后，才能删除“可疑标志”。在CTC区域非降级列车不需要进行筛选。

1.3.1筛选验证。筛选验证包括对位置报告列车的前方筛选和后方筛选。筛选验证假设只有长度等于或大于最短列车长度的列车才允许在线路运行。如果列车前端或后端距相邻空闲区段边界距离小于该长度，可以判断列车端部到所在区段边界不可能存在隐藏列车。

1.3.2筛选判定。筛选判定是根据车站值班员和驾驶员遵守管理规则判断无“隐藏”列车。WCU_ATP采用联锁系统提供信号机红色显示，后继列车不通过红色信号灯的原则实现向后筛选判定（见图1）。

图1　向后筛选判定

1.3.3ITC控制级的列车筛选判定（前端筛选）。“位置报告”列车的列车分离功能由WCU_ATP完成。列车分离不受轨道分区或跟踪分区限制，因此移动闭塞系统支持“位置报告”列车及“无位置报告”列车混跑［5］。

1.4混运

列车分离不受轨道分区或跟踪分区限制，因此TRAINGUARD MT系统支持“位置报告”列车和“无位置报告”列车，以及不同控制等级在同一区段内混合运行。“非位置报告”列车根据空闲检测系统提供区段空闲状态实现列车追踪运行。

2　结论

目前西安地铁1号线TRAINGUARD MT系统已开通运行2年多，系统工作稳定，各项技术指标和功能均达到了相关技术标准和合同的要求。CBTC在城市轨道交通领域具有广阔的发展前景，通过列车分离技术、列车自动运行（ATO）控制算法、列车定位、列车运行安全间隔控制等理论的深入研究，有利于提高国产CBTC的技术水平。

参考文献：

［1］郑莹.基于无线通信的CBTC研究综述［J］.通信技术，2011（12）：137-138.

［2］高玉，王洪波.西安地铁1号线列车运行自动控制分析［J］.现代城市轨道交通，2014（1）：52-55.

［3］刘妃，刘支援.基于通信的列车控制在轨道交通中的应用［J］.信息化研究，2011（4）：53-56.

［4］崔科，吕新军.卡斯柯自主知识产权的iCMTC型CBTC信号系统［J］.现代城市轨道交通，2014（3）：15-19.

［5］于超，郑生全，石文静.城市轨道交通CBTC系统互联互通方案研究［J］.铁道通信信号，2010（1）：44-47.

中图分类号：U284.48；U239.5

文献标识码：A

文章编号：1003-5168（2016）01-0116-02

收稿日期：2015-12-26

基金项目：陕西省教育厅2013年科学研究计划（自然科学专项）项目（2013JK0964）。

作者简介：王洪波（1965-），男，硕士，高级工程师，研究方向：城市轨道交通信号控制；高玉（1967-），女，本科，副教授，研究方向：铁路信号及城市轨道交通信号控制。

Study on the Train Separation Technology of Urban Rail Transit CBTC

Wang Hongbo1Gao Yu2
（1.Xi'an Metro Co.Ltd.，Xi'an Shanxi 710018；
2.Xi'an Railway Vocational and Technical College Electronic Information System，Xi'an Shanxi 710014）

Abstract:The train tracking function is the core technology of urban rail transit CBTC,which can effectively improve the operating efficiency of the train,which is the key to ensure the safe operation of the train.Based on the practice of Xi'an Metro Line 1,this paper first introduced the principle of CBTC Train Separation,and then analyzed the train Sieving Process,location report and mixed traffic of CBTC.

Keywords:urban rail transit；CBTC；train separation；sieving process;mixed traffic