劉長波

（北京全路通信信號研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070）

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無線閉塞中心控車計(jì)算公式的優(yōu)化研究

劉長波

（北京全路通信信號研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070）

以工程設(shè)計(jì)遇到的問題為契機(jī)，總結(jié)原無線閉塞中心（RBC）控制列車數(shù)量計(jì)算公式存在變量取值定義不清、混亂甚至錯(cuò)誤的情況，原公式已不滿足路網(wǎng)建設(shè)和新技術(shù)發(fā)展，尤其在樞紐地區(qū)或多線并行時(shí)，計(jì)算的RBC控車數(shù)誤差較大，給工程設(shè)計(jì)帶來一定麻煩。通過對影響RBC控制列車數(shù)量因素的研究，對各變量進(jìn)行優(yōu)化分類，使之更準(zhǔn)確明晰，在此基礎(chǔ)上提出新的RBC控制列車數(shù)量計(jì)算公式，新計(jì)算公式較原計(jì)算公式的計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確。

RBC控車計(jì)算公式；RBC容量；優(yōu)化

1　概述

截止到2015年底，全國高速鐵路里程近1.9萬km，其中采用CTCS-3級列車控制系統(tǒng)的線路里程近萬km。無線閉塞中心（RBC）作為CTCS-3級列車控制系統(tǒng)的核心設(shè)備，其設(shè)置數(shù)量的合理性不僅可優(yōu)化列控系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)方案，也可節(jié)省工程投資。RBC的處理能力（RBC容量）決定RBC數(shù)量，而單RBC能同時(shí)處理的列車數(shù)量是RBC容量最重要的一個(gè)指標(biāo)。隨著高鐵路網(wǎng)和交通樞紐建設(shè)，以及列控系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》中RBC控制列車數(shù)量計(jì)算公式已顯示出其明顯不足，不同取值計(jì)算出的控車數(shù)量差異較大，在滿足RBC處理能力指標(biāo)情況下，工程需要的RBC數(shù)量也產(chǎn)生差異，這給工程實(shí)施和投資預(yù)算帶來難度。本文在總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)變化的基礎(chǔ)上，對計(jì)算公式優(yōu)化進(jìn)行研究，提出優(yōu)化后的新計(jì)算公式。

2　當(dāng)前計(jì)算公式存在的問題

2.1RBC處理能力指標(biāo)及計(jì)算公式

根據(jù)《無線閉塞中心技術(shù)規(guī)范》，單RBC處理能力主要指標(biāo)為：

單個(gè)RBC應(yīng)能同時(shí)處理至少30列已注冊的列車（指RBC控車數(shù)量）；

單個(gè)RBC應(yīng)能同時(shí)處理至少480個(gè)設(shè)置的閉塞分區(qū)；

單個(gè)RBC應(yīng)能同時(shí)連接至少3個(gè)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖；

單個(gè)RBC應(yīng)能同時(shí)連接至少2個(gè)相鄰RBC。

除RBC控車數(shù)量指標(biāo)外，其他指標(biāo)相對計(jì)算簡單。為了計(jì)算RBC控車數(shù)量，在《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》中給出明確的參考計(jì)算公式及變量取值說明，參考計(jì)算公式及變量取值說明如下：

式中：

T總：單個(gè)RBC控制范圍內(nèi)同時(shí)與其鏈接的列車總數(shù)；

T股：單個(gè)RBC控制范圍內(nèi)各車站側(cè)線股道存放的同時(shí)與RBC鏈接的列車數(shù)；

T支：單個(gè)RBC控制范圍內(nèi)支線出入口處同時(shí)與RBC鏈接的列車數(shù)；

T其他：單個(gè)RBC控制范圍特殊區(qū)段內(nèi)同時(shí)與RBC鏈接的列車數(shù)；

T系統(tǒng)：單個(gè)RBC系統(tǒng)設(shè)計(jì)允許的同時(shí)鏈接的列車數(shù)；

T余：單個(gè)RBC控制范圍內(nèi)預(yù)留的可同時(shí)與RBC鏈接的列車數(shù)，取值范圍為T系統(tǒng)的10%～15%；

L：單個(gè)RBC控制范圍內(nèi)單條正線的長度（m）；

L1：RBC切換預(yù)告點(diǎn)與執(zhí)行點(diǎn)之間的長度（m）；

LI：列車運(yùn)行間隔長度（m）；

n：單個(gè)RBC控制范圍內(nèi)鐵路正線數(shù)量。

2.2存在的問題

通過對上述公式的研究發(fā)現(xiàn)，該計(jì)算公式存在明顯不足之處。

1）變量取值定義不清

如T支是指C2/C3等級轉(zhuǎn)換還是聯(lián)絡(luò)線內(nèi)管轄的列車數(shù)；

當(dāng)RBC間通信時(shí)，RBC切換預(yù)告點(diǎn)已不明確體現(xiàn)，所以L1取值已無法確定且與L長度重復(fù)；

當(dāng)單RBC管轄范圍內(nèi)存在大于2條線路時(shí)，n的取值為不明確甚至導(dǎo)致無法取值。

2）變量取值混亂或錯(cuò)誤，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果誤差嚴(yán)重

LI定義為列車運(yùn)行間隔，當(dāng)單RBC管轄范圍內(nèi)各線路的運(yùn)行間隔不一致時(shí)，取值統(tǒng)一導(dǎo)致計(jì)算誤差嚴(yán)重。

3　計(jì)算公式優(yōu)化研究

3.1優(yōu)化計(jì)算公式的研究

為計(jì)算單RBC的控制列車數(shù)量，應(yīng)從如下幾個(gè)方面研究。

1） 股道停車數(shù)。假設(shè)單RBC控制范圍內(nèi)的車站每個(gè)到發(fā)線股道（正線股道按區(qū)間計(jì)算）停放一列與RBC建立通信鏈接的車。

2） 正線追蹤列車數(shù)。單RBC控制范圍內(nèi)每條正線（按車站正線股道）能運(yùn)行的列車數(shù)。

3） 等級轉(zhuǎn)換處列車數(shù)。等級轉(zhuǎn)換應(yīng)考慮C2→C3等級轉(zhuǎn)時(shí)，提前呼叫RBC的列車數(shù)，C3→C2等級轉(zhuǎn)換未成功，RBC仍需控制的列車數(shù)，可納入?yún)^(qū)間追蹤列車數(shù)一同計(jì)算。

4） RBC移交處列車數(shù)。

5） 其他特殊區(qū)段列車數(shù)。如動車段、試車線等特殊區(qū)段需要呼叫RBC的列車數(shù)。

3.1.1正線追蹤列車數(shù)

根據(jù)高速鐵路列車追蹤間隔時(shí)間的計(jì)算，區(qū)間追蹤間隔時(shí)間I追，正線通過追蹤間隔時(shí)間I通過如公式（3）、（4）：

將公式（3）、（4）追蹤間隔時(shí)間統(tǒng)稱為I追，其中車站正線通過速度與區(qū)間速度保持一致。

另記：列車追蹤間隔距離L追為追蹤間隔時(shí)間I追內(nèi)運(yùn)行的距離，L總為某線路總長度，T為正線追蹤列車數(shù)，所以可推出：

通過公式（5）、（6）可知，正線追蹤列車數(shù)T和追蹤間隔時(shí)間I追、線路綜合平均運(yùn)行速度V均速以及線路總長度L總有關(guān)。同一線路，在線路允許速度固定的情況下，I追越大，T越小，即追蹤列車數(shù)與追蹤間隔時(shí)間成反比；同一線路，在追蹤間隔時(shí)間一定的情況下，V均速越大，T越小，即追蹤列車數(shù)與線路綜合平均運(yùn)行速度成反比。

經(jīng)分析可知，公式（1）中將RBC管轄內(nèi)n線路的列車運(yùn)行間隔LI取同樣值是不合適或錯(cuò)誤的。

3.1.2等級轉(zhuǎn)換處列車數(shù)

等級轉(zhuǎn)換處列車數(shù)分為C2→C3等級轉(zhuǎn)換列車數(shù)和C3→C2等級轉(zhuǎn)換列車數(shù)。根據(jù)《CTCS-3級列控系統(tǒng)總體技術(shù)規(guī)范》C2→C3等級轉(zhuǎn)換，需設(shè)置RBC連接應(yīng)答器組、等級轉(zhuǎn)換預(yù)告應(yīng)答器組、等級轉(zhuǎn)換執(zhí)行應(yīng)答器組。CTCS-3級系統(tǒng)應(yīng)只向真正進(jìn)入CTCS-3級區(qū)域的列車提供行車許可。由于CTCS-3級系統(tǒng)不對CTCS-2級線路進(jìn)行控制，不能獲得CTCS-2級線路實(shí)際進(jìn)路，為此在至轉(zhuǎn)換邊界前唯一進(jìn)路的線路上，設(shè)置用于向車載設(shè)備提供準(zhǔn)確進(jìn)路的級間轉(zhuǎn)換預(yù)告應(yīng)答器組。當(dāng)列車前端通過預(yù)告應(yīng)答器組時(shí)，車載設(shè)備向RBC報(bào)告列車位置，RBC據(jù)此確定列車接近的準(zhǔn)確進(jìn)路，同時(shí)根據(jù)CTCS-3級控制區(qū)域的聯(lián)鎖進(jìn)路條件，向車載提供包括線路參數(shù)的運(yùn)行許可及級間轉(zhuǎn)換命令。所以即使列車未行駛至RBC控制范圍，只要越過RBC連接應(yīng)答器組就和RBC建立鏈接。至此，RBC連接應(yīng)答器組至C2/C3等級轉(zhuǎn)換邊界的距離決定C2→C3等級轉(zhuǎn)換點(diǎn)列車數(shù)量。

目前，根據(jù)《CTCS-3級列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則（V2.0）》相關(guān)規(guī)定，RBC連接應(yīng)答器組至C2/C3等級轉(zhuǎn)換邊界的距離應(yīng)大于列車按該區(qū)段線路允許速度運(yùn)行40 s的距離。實(shí)際工程中，C2→C3等級轉(zhuǎn)換一般位于聯(lián)絡(luò)線上，受實(shí)際線路條件的影響，距離一般不會超過40 s，該時(shí)間遠(yuǎn)小于該區(qū)段線路的列車運(yùn)行追蹤間隔時(shí)間，也就是說正常情況下，RBC連接應(yīng)答器組至C2/C3等級轉(zhuǎn)換邊界的距離內(nèi)僅有一列車。

C3→C2等級轉(zhuǎn)換時(shí)，當(dāng)列車頭部通過C3/ C2邊界時(shí)，地面設(shè)備將命令車載轉(zhuǎn)為CTCS-2級系統(tǒng)控車，一旦列車轉(zhuǎn)為C2等級控車，將釋放與RBC的鏈接?？紤]到等級轉(zhuǎn)換失敗，即使列車越過C3→C2等級轉(zhuǎn)換點(diǎn)，RBC仍將控制該列車。那么，RBC延伸至C2區(qū)域的距離決定C3→C2等級轉(zhuǎn)換處的列車數(shù)。目前工程中，該距離一般按等級轉(zhuǎn)換點(diǎn)允許速度的一個(gè)完整常用制動距離，該距離可納入正線長度內(nèi)按正線追蹤一同計(jì)算。

3.1.3RBC移交處列車數(shù)

根據(jù)歐標(biāo)Subset-026第三章和《無線閉塞中心技術(shù)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，若RBC向車載設(shè)備發(fā)送的完全監(jiān)控模式行車許可到達(dá)RBC移交邊界時(shí)（即進(jìn)入另一個(gè)RBC控制區(qū)域），則RBC應(yīng)作為移交RBC啟動移交流程。此時(shí)，移交RBC應(yīng)向車載發(fā)送一個(gè)RBC切換命令（包括接收RBC的標(biāo)識號和電話號碼），使車載設(shè)備在給定位置（位于RBC邊界）切換到接收RBC，車載根據(jù)切換命令呼叫接收RBC。

where v0is the velocity of body-reference system,er and eu are the tensor representations of r and u.

歐標(biāo)中移交RBC發(fā)送RBC切換命令至RBC移交邊界距離是可變的，目前也有RBC按固定距離發(fā)送。那么RBC移交處列車數(shù)與這個(gè)距離有無關(guān)系呢？歐標(biāo)中這個(gè)距離雖然是可變的，但在行車許可未延伸過邊界時(shí)是不啟動移交流程的，避免了緊急追綜時(shí)，多車在同一移交點(diǎn)同時(shí)呼叫接收RBC。

《無線閉塞中心技術(shù)規(guī)范》同時(shí)也規(guī)定，RBC應(yīng)能同時(shí)處理多輛列車在不同移交點(diǎn)的移交，但同一移交點(diǎn)同一時(shí)刻只能有一列車處于移交狀態(tài)。這樣，RBC移交處的列車數(shù)和移交RBC何時(shí)發(fā)送RBC切換命令就無關(guān)了。

3.1.4優(yōu)化后的RBC控車公式

綜上分析，RBC控制列車數(shù)量的計(jì)算參照公式優(yōu)化如下。

式中：

T系統(tǒng)：本RBC自身允許同時(shí)鏈接的列車數(shù)；

T總：單個(gè)RBC控制范圍內(nèi)同時(shí)與其鏈接的列車總數(shù)；

T股：本RBC控制范圍內(nèi)各站側(cè)線股道存放的同時(shí)與其鏈接的列車數(shù)；

T其他：本RBC控制范圍內(nèi)動車段CTCS試車線等特殊區(qū)段同時(shí)與其鏈接的列車數(shù)；

T余：本RBC控制范圍內(nèi)預(yù)留可同時(shí)鏈接的列車數(shù)，按“T系統(tǒng)”的10%～15%計(jì)；

TC2/C3：本RBC控制范圍內(nèi)CTCS-2級→CTCS-3級等級轉(zhuǎn)換處的數(shù)量；

TRBC-RBC：本RBC控制范圍內(nèi)與相鄰RBC移交處的數(shù)量；

Li：本RBC控制范圍內(nèi)第i條線路的正線長度（km）；

LI：本RBC控制范圍內(nèi)第i條線路相鄰列車之間的運(yùn)行間隔（km）；

n：本RBC控制范圍內(nèi)的正線數(shù)；

3.2 舉例說明

某RBC2管轄正線上下行各100 km，線路允許速度為300 km/h，聯(lián)絡(luò)線上下行各10 km，線路允許速度為120 km/h，列車運(yùn)行追蹤間隔均為3 min。管轄范圍內(nèi)5個(gè)車站，車站1為8股道（含2正線股道，下同），車站2為4股道，車站3為4股道，車站4為6股道，車站5為14股道。RBC2與RBC1、RBC3均為通信移交，聯(lián)絡(luò)線上下行線路各存在1處等級轉(zhuǎn)換點(diǎn)。

根據(jù)公式（7）計(jì)算：

T股=6+2+2+4+12=26（列），未考慮重聯(lián)解編

TC2/C3=2列

TRBC-RBC=4列

正線LI=300/3.6×180=15 km，聯(lián)絡(luò)線LI= 120/3.6×180=6 km；正線長100 km，聯(lián)絡(luò)線長10 km，考慮到C3-＞C2等級轉(zhuǎn)換時(shí)，RBC需向C2區(qū)域延伸一個(gè)制動距離，按10‰下坡，120 km/h制動到0 km/h的距離為2 km記，即聯(lián)絡(luò)線長按12 km考慮。

根據(jù)RBC-TH型RBC處理能力指標(biāo)，單RBC能控制60列車，滿足T總＜T系統(tǒng)并滿足T余指標(biāo)。

特別說明：

1）上述計(jì)算結(jié)果未考慮重聯(lián)動車組解編后同時(shí)呼叫RBC相背發(fā)車的情況，若存在此種情況，T股將增大。由于重聯(lián)解編位置不確定，在工程設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)需要適當(dāng)考慮。

2）上述計(jì)算結(jié)果線路速度按統(tǒng)一值考慮，實(shí)際工程中，全程線路允許速度不可能是統(tǒng)一值，存在不同的路段速度，實(shí)際計(jì)算時(shí)應(yīng)綜合考慮。

4　結(jié)束語

根據(jù)在樞紐工程設(shè)計(jì)中遇到問題，對CTCS-3級別列控系統(tǒng)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，原RBC控車計(jì)算公式已不能滿足新技術(shù)和路網(wǎng)建設(shè)的需要。本文通過對影響RBC控制列車數(shù)量因素的分析，對各變量進(jìn)行優(yōu)化分類使取值更準(zhǔn)確明晰，在此基礎(chǔ)上提出了新的RBC控制列車數(shù)量計(jì)算公式，新計(jì)算公式較原計(jì)算公式的計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確，對新建線路和樞紐地區(qū)RBC布置提供了指導(dǎo)意義。

［1］國家鐵路局.TBT 3330-2015 無線閉塞中心技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國鐵道出版社，2015.

［2］國家鐵路局.TB 10621-2014 高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國鐵道出版社，2014.

［3］鐵運(yùn)［2012］212號 無線閉塞中心技術(shù)規(guī)范（暫行）［S］.

［4］科技運(yùn)［2010］21號 CTCS-3級列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則（V2.0）［S］.

［5］科技運(yùn)［2008］34號 CTCS-3級列控系統(tǒng)總體技術(shù)規(guī)范［S］.

［6］ Subset-026-v2.3.0d ERTMS/ETCS System Requirements Specification［S］.

［7］張?jiān)浪?，田長海，姜昕良，等.高速鐵路列車間隔時(shí)間的計(jì)算方法［J］.中國鐵道科學(xué)，2013，34（5）：120-125.

Based on the problems in engineering design， this paper points out that the original formula for calculating the number of trains controlled by RBC has problems such as unclear， confusion variable defi nition， even wrong. So the original formula cannot meet the demands in railway network construction and development， especially in a junction with several lines because there will be large errors as calculating the number of trains controlled by RBC， which must result some problems in engineering design. The paper studies the factors having infl uences on the number of trains controlled by RBC， classifi es the variables to make them more accurate， and puts forward a new formula for calculating the number of trains controlled by RBC to get more accurate results than the original formula.

formula for calculating the number of trains controlled by RBC； RBC capacity； optimization

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.02.001

2016-01-12）