熊 平，劉 奇

0 引言

目前，國內(nèi)鐵路正處于高速發(fā)展時(shí)期，對(duì)鐵路設(shè)備的安全性、效率等要求也越來越高，特別是列車控制（下文簡稱列控）系統(tǒng)，為了保證鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩咝Ъ笆孢m，近年來運(yùn)輸設(shè)備正不斷更新?lián)Q代以適應(yīng)新的需求。

列控系統(tǒng)通過地面子系統(tǒng)向車載子系統(tǒng)傳輸信息，并由列控中心根據(jù)信息產(chǎn)生命令控制列車安全運(yùn)行。所以，車-地之間的信息傳輸對(duì)鐵路運(yùn)輸作業(yè)的安全及效率至關(guān)重要。CTCS-2 級(jí)列控系統(tǒng)采用ZPW-2000 軌道電路作為列車占用、出清的檢查和地面控車信息的傳輸設(shè)備。因此通過計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)CTCS-2 級(jí)列控系統(tǒng)ZPW-2000 軌道電路信息傳輸過程進(jìn)行仿真模擬，其研究成果有助于鐵路研究及設(shè)計(jì)部門對(duì)信息傳輸技術(shù)的開發(fā)，也可用于現(xiàn)場培訓(xùn)。

1 ZPW-2000 軌道電路碼序分析

列車在區(qū)間運(yùn)行時(shí)，ZPW-2000 軌道電路碼序根據(jù)前方閉塞分區(qū)的數(shù)量會(huì)不斷變化。主要有區(qū)間無車占用、1 輛車占用、2 輛車占用及多輛車占用等情況，下面列舉前3 種情況進(jìn)行分析。

（1）當(dāng)區(qū)段無車占用時(shí)，站內(nèi)區(qū)段信息碼均為“H”，以下行線為例，區(qū)間的碼序固定為HU-ULU-L-L2-L3-L4-L5。

（2）當(dāng)區(qū)段有列車運(yùn)行，且列車A 前方?jīng)]有其他列車B 時(shí)，列車所在區(qū)段碼序?yàn)楫?dāng)前軌道電路碼序，并表示出空閑數(shù)量，把信息傳遞給車載設(shè)備。

（3）當(dāng)區(qū)段有列車運(yùn)行，且列車A 前方有列車B 運(yùn)行時(shí)，即2 列列車在區(qū)間追蹤運(yùn)行，碼序?qū)⑦M(jìn)行調(diào)整。

在第3 種情況下，又存在3 種狀態(tài)：列車A、列車B 均只占用一個(gè)閉塞分區(qū)，列車A 的當(dāng)前碼序?yàn)長，表示前方有3 個(gè)閉塞區(qū)段空閑；列車A 占用2 個(gè)閉塞分區(qū)，列車B 占用一個(gè)閉塞分區(qū)時(shí)，此時(shí)，列車A 占用的第2 個(gè)閉塞分區(qū)碼序?yàn)椤癏”，第1 個(gè)閉塞分區(qū)碼序?yàn)椤癓U”，表示前方有2 個(gè)閉塞區(qū)段空閑；列車A 與B 均占用2 個(gè)閉塞分區(qū)時(shí)，如圖1 所示，此時(shí)，列車B 占用的第2 個(gè)閉塞分區(qū)碼序?yàn)椤癏”，列車A 第一個(gè)閉塞分區(qū)碼序?yàn)椤癓U”，表示前方有2 個(gè)閉塞區(qū)段空閑。

將后2 個(gè)狀態(tài)的軌道電路碼序進(jìn)行對(duì)照，可以發(fā)現(xiàn)：雖然列車B 占用的第2 個(gè)閉塞分區(qū)碼序改變，但并沒有改變列車A 與B 之間的間隔距離，即列車A 當(dāng)前碼序依然不變。該情況和列車A 與B 之間無車占用的閉塞區(qū)段實(shí)際空閑數(shù)量相符合。分析可知，無論前后2 輛列車占用閉塞分區(qū)是1 個(gè)還是2 個(gè)，追蹤列車的當(dāng)前碼序可由前方列車尾部所在區(qū)段，或前方列車已出清區(qū)段開始推算（其中前方列車尾部所在區(qū)段可假定義為H，或直接利用前方列車已出清區(qū)段為恒定值HU 這一結(jié)論）。其好處在于：不用考慮上述3 種狀態(tài)會(huì)對(duì)追蹤列車當(dāng)前碼序造成的影響（但站間閉塞分區(qū)碼序則有變化）。

圖1 軌道電路碼序在第3 種情況之狀態(tài)3 的示意圖

站間閉塞分區(qū)碼序調(diào)整模式。從進(jìn)站口開始倒推每個(gè)區(qū)段的碼序，一直推至列車占用的區(qū)段，此時(shí)開始分2 種情況繼續(xù)倒推：情況A，列車占用一個(gè)閉塞分區(qū)時(shí)，碼序推至該分區(qū)后，從剛出清區(qū)段以HU 為開頭重新倒推；情況B，列車占用2 個(gè)閉塞分區(qū)時(shí)，碼序推至第1 個(gè)閉塞分區(qū)后，從第2 個(gè)閉塞分區(qū)開始以H 為開頭重新倒推。站間閉塞分區(qū)碼序推算過程，如圖2 所示。

當(dāng)車載設(shè)備接收到列車當(dāng)前碼序之后，可以通過列車當(dāng)前碼序，并結(jié)合應(yīng)答器信息包中的軌道閉塞分區(qū)長度、速度等信息計(jì)算出目標(biāo)距離，然后生成目標(biāo)距離曲線。因此，列車當(dāng)前碼序是該過程所需的主要信息數(shù)據(jù)。

圖2 站間閉塞分區(qū)碼序推算過程示意圖

2 ZPW-2000 軌道電路信息傳輸仿真系統(tǒng)

ZPW-2000 軌道電路信息傳輸仿真系統(tǒng)分單車運(yùn)行模式和雙車追蹤模式2 種。這2 種模式均要設(shè)置初始參數(shù)，啟動(dòng)列車運(yùn)行，根據(jù)列車運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生列車當(dāng)前碼序與前方空閑閉塞分區(qū)數(shù)量，把實(shí)時(shí)信息傳輸給車載設(shè)備。

2.1 單車運(yùn)行模式

單輛列車當(dāng)前碼序推算直接來自列車圖標(biāo)在運(yùn)行示意圖中走行距離（以圖表.left 數(shù)值為參量），當(dāng)參量在某2 個(gè)數(shù)值（該數(shù)值為8 個(gè)閉塞分區(qū)的不同坐標(biāo)）之間，即可反映出當(dāng)前距離進(jìn)站口前方空閑閉塞分區(qū)數(shù)量。在仿真系統(tǒng)中初始速度有60，120，240 km/h 3 種，分別演示慢車、正常車速、快車情況。時(shí)間控件（timer）是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化演示的關(guān)鍵。初始設(shè)置Timer(n).Enabled = False，時(shí)間控件不會(huì)執(zhí)行。在啟動(dòng)控件的click()參數(shù)中設(shè)置Timer(n).Enabled = True，使控件在啟動(dòng)時(shí)開始執(zhí)行。在列車停車控件的 click()參數(shù)中加入Timer(n).Enabled = False 可以通過取消執(zhí)行時(shí)間控件使得列車停車。

其中，情況1 為正常勻速運(yùn)行，情況2 為減速運(yùn)行，情況3 為停車。仿真分析前必須在初始加載命令中設(shè)置timer 控件的響應(yīng)頻率。單車運(yùn)行模式界面從左到右分為Q1、Q2…Q8 區(qū)段，列車運(yùn)行之前選擇列車初始位置和初始速度，啟動(dòng)列車，列車在運(yùn)行過程中，按照前方閉塞分區(qū)數(shù)量的變化，列車運(yùn)行的當(dāng)前顯示碼序也會(huì)實(shí)時(shí)變化，如閉塞分區(qū)數(shù)量為4 時(shí)，列車當(dāng)前碼序?yàn)長2。

2.2 雙車追蹤模式

在雙車追蹤模式中，將會(huì)有追蹤列車A、前行列車B 按照所設(shè)定的不同速度、不同初始位置在同一條線路上運(yùn)行。追蹤列車A 為產(chǎn)生列車當(dāng)前碼序的列車，為該模式下的研究對(duì)象。前行列車B作為前行列車，必須時(shí)刻保證在追蹤列車A 的前方。當(dāng)B 車中途停車，則暫停B 車運(yùn)行，而A 車按照原速前行，并在接近B 車出清的前方區(qū)段減速停車。下面分2 種情況討論。

（1）追蹤列車A 追上前行列車B 之后的減速與停車。當(dāng)追蹤列車A 快追上前方前行列車B 時(shí)，此時(shí)速度按照單車模式所設(shè)置方式遞減到十分緩慢。前行列車B 可能會(huì)在站間或者進(jìn)站之后停車，追蹤列車A 與前行列車B 之間必須保持間隔距離。間隔距離一般為前行列車B 尾部所在閉塞分區(qū)到下一閉塞分區(qū)的距離。設(shè)前行列車B 圖標(biāo).left 參量為W，第一閉塞分區(qū)Q1 橫向坐標(biāo)數(shù)值為W1，閉塞分區(qū)長度為S1，則（W-W1）/S1取整得到的值N為前行列車B 已完全經(jīng)過的閉塞分區(qū)數(shù)量。N×S1+W1-Q（注：Q 為追蹤列車A 車長），則得到前行列車B 停車時(shí)追蹤列車A 圖標(biāo).left 的最終定位—參量T。當(dāng)追蹤列車A 圖標(biāo).left 根據(jù)timer 控件位移至T 時(shí)，圖標(biāo)不再位移，即為追蹤列車A 按照規(guī)定合理停車。

（2）追蹤列車A 前方空閑閉塞分區(qū)數(shù)量?？臻e閉塞分區(qū)為2 車均無部分占用的區(qū)段。之前已經(jīng)計(jì)算出前行列車B 完全經(jīng)過的閉塞分區(qū)數(shù)量N=（W-W1）/S1。按照同樣方法計(jì)算追蹤列車A完全經(jīng)過的閉塞分區(qū)數(shù)量M=（W2-W1）/S1（W2為追蹤列車A 圖標(biāo).left 參量），此時(shí)需考慮A 車長（原因是因?yàn)樾枰繟 列車頭所占用分區(qū)數(shù)量），若車長小于閉塞區(qū)段，則在M 的基礎(chǔ)上加1，若車長大于閉塞分區(qū)，則在M 的基礎(chǔ)上加大于閉塞分區(qū)的倍數(shù)再加1。最終空閑閉塞分區(qū)數(shù)量X為M1-N。如圖3 所示。

圖3 列車A 前方空閑分區(qū)數(shù)量編程算法示意圖

在設(shè)計(jì)過程中，列車A、B 啟動(dòng)運(yùn)行使用同一控件，停車按鈕則分別設(shè)置，其意圖在于模擬B車站間停車時(shí)，A 車的不同當(dāng)前碼序。A 車初始區(qū)段為進(jìn)站口到Q3，而B 車初始區(qū)段為Q4 到Q7，其意圖在于使B 車始終位于A 車前方，符合追蹤條件。最終雙車追蹤模式編程界面與單車運(yùn)行模式界面類似，前行列車和追蹤列車都要選擇列車初始位置和初始速度，在列車運(yùn)行過程中，根據(jù)前行列車和追蹤列車之間閉塞分區(qū)的數(shù)量，追蹤列車的顯示碼序也實(shí)時(shí)發(fā)生變化。

3 結(jié)束語

ZPW-2000 軌道電路是地面設(shè)備向車載設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)的重要通道，在列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，本文對(duì)CTCS-2 列控系統(tǒng)ZPW-2000 軌道電路信息傳輸方式進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)初期探索，開展了對(duì)軌道電路碼序其推算算法的分析以及利用地址碼信息實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算的分析，利用Microsoft visual basic 6.0 對(duì)其進(jìn)行了軟件仿真，仿真系統(tǒng)還有待進(jìn)一步深入開發(fā)，以便能在現(xiàn)場運(yùn)用。

[1] 鐵道部.中國列車運(yùn)行控制系統(tǒng)CTCS 技術(shù)規(guī)范總則（暫行）.2003.

[2] 鐵道部.客運(yùn)專線CTCS-2 級(jí)列控系統(tǒng)配置及運(yùn)用技術(shù)原則（暫行）.2007.124 號(hào).

[3] 吳石生.CTCS-2 級(jí)列控系統(tǒng)地面設(shè)備的仿真與研究[C].西南交通大學(xué)，2008.