论文部分内容阅读
（南昌轨道交通集团有限公司运营分公司）
摘 要：CBTC系统是一种利用高精度的，不依赖于轨道电路的列车定位技术，实现连续式的、大容量的双向车-地数据通信。文章主要对CBTC系统列车下的自动追踪运行过程的研究和分析。
关键词： CBTC；自动追踪；研究
1.序言
近年来，城市化进程的不断加快对城市轨道交通信号系统提出了新的要求。基于通信的列车控制系统以其轨旁设备少、线路追踪间隔时间短、运输效率高等特点，发展迅速，逐渐成为城市轨道交通信号系统的主流。我国第一条地铁线路的成功开通，标志着城市轨道交通信号技术进入发展高峰期。
2.CBTC系统概述
2.1 CBTC系统的优越性
由于传统的固定闭塞方式通过轨道交通电路来判别闭塞分区的占用情况，并传输信息码，这就需要大量的轨旁设备，维护工作量大。此外，主要存在以下缺点：
（1）轨道电路工作的稳定性易受环境影响，如道渣阻抗变化，牵引环流干扰等。
（2）轨道电路传输信息量小。
（3）利用轨道电路难以实现车对地的信息传输。
（4）固定闭塞的闭塞分区长度是按列车长度、满负载、最高速度、最不利制动率等不利条件来设计，分区较长，且一个分区只能被一个列车占用，不利于缩短列车运行间隔。
但是，基于CBTC的移动闭塞克服了固定闭塞的缺点，实現了车-地间双向容量的信息传输，在真正意义上实现了列车运行的闭环控制。同时，CBTC系统还具有以下几个优点：
（1）可以减少轨旁设备，便于安装维修，有利于降低维修成本，延长系统使用寿命。
（2）便于縮短列车编组，进行高密度运行。
（3）由于CBTC系统基本上克服了准移动闭塞和固定闭塞系统对车传输信息发生跳变的缺点，可适用于各种类型，各种车速的列车，从而提高了列车运行的平稳性，增加了乘客的舒适感。
2.2 CBTC系统的原理
从原理上讲，CBTC系统与固定闭塞一样，也有防护列车运行安全的闭塞分区，但是，其闭塞分区是移动的，是随着后续列车和前行列车的实际速度、位置、载重量、制动能力、区间的坡度以及曲线等列车参数和线路参数而改变的，随着列车的移动而运行的。
列车的实时位置是通过机车上的测速传感器和线路上的应答器来得到的。而应答器一般都放置在线路上的固定位置，列车每通过以恶搞应答器就会在数据库中查找该应答器的位置，从而得到列车的精确位置。
列车通过测速传感器来获得实时速度，然后通过速度对时间的积分来获得列车的相对位移，列车没经过一个应答器就可以得到该应答器的实际位置，用这个实际位置加上列车相对与该应答器的相对位移就可以获得列车实时的准确位置。
CBTC系统的轨旁设备，主要是区域控制器会根据列车的当前位置、速度以及运行方向，从联锁设备获得列车进路、道岔状态信息，以及从ATS系统接收的临时限速信息，再考虑到其他一些障碍物的条件下计算出移动授权，并向列车发送该移动授权，从而保证了列车间的安全运行间隔。
3.列车追踪概述
CBTC系统列车追踪的任务是完成对系统内所有列车的实时动态跟踪。列车车次号是CBTC系统对列车进行识别与追踪的基础，对列车的追踪是根据车次号来实现的。一般当列车从车库或车辆段出发进入转换轨时，表明该列车即将进入正线投入运营，调度员需要对该列车进行有效的监控，因此系统开始对列车进行追踪，直至列车到站折返或者列车回车辆段，离开转换轨时，表明列车离开正线，退出运营。
当列车失去车次号或具有一个不正确的车次号时，CBTC系统就不可能对其进行正确的识别与追踪，就无法对列车运行监控及调度指挥。正常运行的列车都与一个特定的车次号相关联，CBTC系统根据该唯一的车次号对全线列车进行追踪，车次号随车列车的运行，将沿着列车运行线路从一个区段的车次窗中传递到另一个区段的车次窗内，列车车次号在车次窗中传递的过程正是系统对列车进行识别与追踪的过程。
4.列车追踪设计
CBTC系统是基于无线通信的列控系统，车-地之间信息交互不再依赖于轨道电路而是采用连续、高速、双向的无线通信技术，实现对列车实时连续的监督和控制，但是在实际工程中，当系统线路杠杠投入使用阶段，或者列车因为设备原因通信故障时，为了保证列车运行安全，绝大部分CBTC系统线路配备轨道电路（TBTC）或计轴设备作为后备系统保证列车的安全运行。所以对基于TBTC系统、CBTC系统以及TBTC系统和CBTC系统二者共存条件下的列车追踪技术的研究具有一定的现实意义。
4.1 基于TBTC模式的列车追踪
基于TBTC系统的列车追踪也就是列车物理跟踪，是根据联锁信号设备状态变化按轨道电路自动跟踪列车运行位置。
4.2 基于CBTC模式的列车追踪
在CBTC模式下，将一个物理区段划分为多个逻辑区段，每个逻辑区段都有单独的占用/出清检测，并且每个区段可进入多辆列车。当物理区段中某辆列车与地面失去通信时，该物理区段内的所有逻辑区段都要变为占用状态，此时该物理区段不允许新的列车进入。
4.3 TBTC系统和CBTC系统共存时的列车追踪
由于运营需求或者通信故障等原因，线路上可能同时运行通信列车和非通信车，因此系统需要支持通信列车和非通信列车混跑追踪。对通信车可以采用CBTC模式追踪，对非通信车可以采用区段占用/出清逻辑检测追踪，追踪过程如图1所示。
5.列车追踪的体现
CBTC系统对列车追踪是以站场线路数据的有效描述为基础实现的。物理追踪的首要任务是根据轨道闭段占用情况，对列车进行占用追踪和出清追踪。当轨道区段由占用变为非占用时，进行出清追踪；反之，当轨道区段由非占用变为占用时，进行占用追踪。
CBTC模式下，为了提高列车运行效率，将系统线路中的物理区段划分为多个逻辑区段，并对每个逻辑区段进行占用/出清检测，这样一个物理区段可以运行多辆列车，同时一辆列车也可以占用多个逻辑区段。当物理区段中某列车与地面通信中断时，为了防止其它新的列车进入该物理区段，防护该物理区段的信号机关闭，信号将物理区段内的所有逻辑区段都置为占用状态，失去通信的列车安装TBTC模式运行。
6.结语
CBTC系统可以实现连续的、大容量的双向车-地数据通信，是一种拥有执行安全公跟那个的车载及轨旁处理器的连续式的自动列车控制系统。由于传统的固定闭塞方式通过轨道电路来判别闭塞分区的占用情况，并传输信息码，这就需要大量的轨旁设备，维护工作量大。但是基于CBTC的移动闭塞克服了固定闭塞的缺点，实现了车-地间双向容量的信息传输，在真正意义上实现了列车运行的闭环控制。
参考文献
[1]城市轨道交通智能控制系统 刘晓娟 中国铁道出版社 2008.
[2]地下铁道移动通信设计 钱国锋 中国铁道出版社 1994.
[3]ATS列车追踪的设计与实现 张太花 西南交通大学 2013.
摘 要：CBTC系统是一种利用高精度的，不依赖于轨道电路的列车定位技术，实现连续式的、大容量的双向车-地数据通信。文章主要对CBTC系统列车下的自动追踪运行过程的研究和分析。
关键词： CBTC；自动追踪；研究
1.序言
近年来，城市化进程的不断加快对城市轨道交通信号系统提出了新的要求。基于通信的列车控制系统以其轨旁设备少、线路追踪间隔时间短、运输效率高等特点，发展迅速，逐渐成为城市轨道交通信号系统的主流。我国第一条地铁线路的成功开通，标志着城市轨道交通信号技术进入发展高峰期。
2.CBTC系统概述
2.1 CBTC系统的优越性
由于传统的固定闭塞方式通过轨道交通电路来判别闭塞分区的占用情况，并传输信息码，这就需要大量的轨旁设备，维护工作量大。此外，主要存在以下缺点：
（1）轨道电路工作的稳定性易受环境影响，如道渣阻抗变化，牵引环流干扰等。
（2）轨道电路传输信息量小。
（3）利用轨道电路难以实现车对地的信息传输。
（4）固定闭塞的闭塞分区长度是按列车长度、满负载、最高速度、最不利制动率等不利条件来设计，分区较长，且一个分区只能被一个列车占用，不利于缩短列车运行间隔。
但是，基于CBTC的移动闭塞克服了固定闭塞的缺点，实現了车-地间双向容量的信息传输，在真正意义上实现了列车运行的闭环控制。同时，CBTC系统还具有以下几个优点：
（1）可以减少轨旁设备，便于安装维修，有利于降低维修成本，延长系统使用寿命。
（2）便于縮短列车编组，进行高密度运行。
（3）由于CBTC系统基本上克服了准移动闭塞和固定闭塞系统对车传输信息发生跳变的缺点，可适用于各种类型，各种车速的列车，从而提高了列车运行的平稳性，增加了乘客的舒适感。
2.2 CBTC系统的原理
从原理上讲，CBTC系统与固定闭塞一样，也有防护列车运行安全的闭塞分区，但是，其闭塞分区是移动的，是随着后续列车和前行列车的实际速度、位置、载重量、制动能力、区间的坡度以及曲线等列车参数和线路参数而改变的，随着列车的移动而运行的。
列车的实时位置是通过机车上的测速传感器和线路上的应答器来得到的。而应答器一般都放置在线路上的固定位置，列车每通过以恶搞应答器就会在数据库中查找该应答器的位置，从而得到列车的精确位置。
列车通过测速传感器来获得实时速度，然后通过速度对时间的积分来获得列车的相对位移，列车没经过一个应答器就可以得到该应答器的实际位置，用这个实际位置加上列车相对与该应答器的相对位移就可以获得列车实时的准确位置。
CBTC系统的轨旁设备，主要是区域控制器会根据列车的当前位置、速度以及运行方向，从联锁设备获得列车进路、道岔状态信息，以及从ATS系统接收的临时限速信息，再考虑到其他一些障碍物的条件下计算出移动授权，并向列车发送该移动授权，从而保证了列车间的安全运行间隔。
3.列车追踪概述
CBTC系统列车追踪的任务是完成对系统内所有列车的实时动态跟踪。列车车次号是CBTC系统对列车进行识别与追踪的基础，对列车的追踪是根据车次号来实现的。一般当列车从车库或车辆段出发进入转换轨时，表明该列车即将进入正线投入运营，调度员需要对该列车进行有效的监控，因此系统开始对列车进行追踪，直至列车到站折返或者列车回车辆段，离开转换轨时，表明列车离开正线，退出运营。
当列车失去车次号或具有一个不正确的车次号时，CBTC系统就不可能对其进行正确的识别与追踪，就无法对列车运行监控及调度指挥。正常运行的列车都与一个特定的车次号相关联，CBTC系统根据该唯一的车次号对全线列车进行追踪，车次号随车列车的运行，将沿着列车运行线路从一个区段的车次窗中传递到另一个区段的车次窗内，列车车次号在车次窗中传递的过程正是系统对列车进行识别与追踪的过程。
4.列车追踪设计
CBTC系统是基于无线通信的列控系统，车-地之间信息交互不再依赖于轨道电路而是采用连续、高速、双向的无线通信技术，实现对列车实时连续的监督和控制，但是在实际工程中，当系统线路杠杠投入使用阶段，或者列车因为设备原因通信故障时，为了保证列车运行安全，绝大部分CBTC系统线路配备轨道电路（TBTC）或计轴设备作为后备系统保证列车的安全运行。所以对基于TBTC系统、CBTC系统以及TBTC系统和CBTC系统二者共存条件下的列车追踪技术的研究具有一定的现实意义。
4.1 基于TBTC模式的列车追踪
基于TBTC系统的列车追踪也就是列车物理跟踪，是根据联锁信号设备状态变化按轨道电路自动跟踪列车运行位置。
4.2 基于CBTC模式的列车追踪
在CBTC模式下，将一个物理区段划分为多个逻辑区段，每个逻辑区段都有单独的占用/出清检测，并且每个区段可进入多辆列车。当物理区段中某辆列车与地面失去通信时，该物理区段内的所有逻辑区段都要变为占用状态，此时该物理区段不允许新的列车进入。
4.3 TBTC系统和CBTC系统共存时的列车追踪
由于运营需求或者通信故障等原因，线路上可能同时运行通信列车和非通信车，因此系统需要支持通信列车和非通信列车混跑追踪。对通信车可以采用CBTC模式追踪，对非通信车可以采用区段占用/出清逻辑检测追踪，追踪过程如图1所示。
5.列车追踪的体现
CBTC系统对列车追踪是以站场线路数据的有效描述为基础实现的。物理追踪的首要任务是根据轨道闭段占用情况，对列车进行占用追踪和出清追踪。当轨道区段由占用变为非占用时，进行出清追踪；反之，当轨道区段由非占用变为占用时，进行占用追踪。
CBTC模式下，为了提高列车运行效率，将系统线路中的物理区段划分为多个逻辑区段，并对每个逻辑区段进行占用/出清检测，这样一个物理区段可以运行多辆列车，同时一辆列车也可以占用多个逻辑区段。当物理区段中某列车与地面通信中断时，为了防止其它新的列车进入该物理区段，防护该物理区段的信号机关闭，信号将物理区段内的所有逻辑区段都置为占用状态，失去通信的列车安装TBTC模式运行。
6.结语
CBTC系统可以实现连续的、大容量的双向车-地数据通信，是一种拥有执行安全公跟那个的车载及轨旁处理器的连续式的自动列车控制系统。由于传统的固定闭塞方式通过轨道电路来判别闭塞分区的占用情况，并传输信息码，这就需要大量的轨旁设备，维护工作量大。但是基于CBTC的移动闭塞克服了固定闭塞的缺点，实现了车-地间双向容量的信息传输，在真正意义上实现了列车运行的闭环控制。
参考文献
[1]城市轨道交通智能控制系统 刘晓娟 中国铁道出版社 2008.
[2]地下铁道移动通信设计 钱国锋 中国铁道出版社 1994.
[3]ATS列车追踪的设计与实现 张太花 西南交通大学 2013.