張馨則，劉木齊，楊 韜，李墨羽

（1．北京全路通信信號研究設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 100070；2．北京市高速鐵路運行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100070）

1 概述

目前常用的列車運行控制系統(tǒng)包括CTCS-0級、CTCS-2和CTCS-3級列控系統(tǒng)，均采用國內(nèi)制式統(tǒng)一的軌道電路作為發(fā)送行車許可以及列車定位的依據(jù)，也是基于我國鐵路系統(tǒng)采用了統(tǒng)一的軌道電路制式和統(tǒng)一的低頻信息定義，因此在列控系統(tǒng)方案設(shè)計上，可以充分運用軌道電路設(shè)備。但是應(yīng)用場景為偏遠(yuǎn)地區(qū)時，大規(guī)模鋪設(shè)軌道電路的難度以及成本會大大提高，且不利于維護(hù)。

因此在方案設(shè)計上采用列車位置報告來完成虛擬區(qū)段的占用檢查，更符合該系統(tǒng)運營需要。但在存在道岔的二維線路條件下，僅依賴位置報告無法精準(zhǔn)判斷列車是在哪一條虛擬區(qū)段上。為了解決該問題，利用無線閉塞中心的列車位置報告輸入信息，結(jié)合與聯(lián)鎖設(shè)備之間存在道岔狀態(tài)的接口信息，研究出一種結(jié)合列車位置報告與聯(lián)鎖動態(tài)信息綜合判斷虛擬區(qū)段占用狀態(tài)的方法具有重大意義。

2 列車的安全包絡(luò)

列車周期性向無線閉塞中心發(fā)送列車位置報告，列車經(jīng)過一個新的應(yīng)答器也會及時更新列車定位，并發(fā)送至無線閉塞中心。無線閉塞中心獲取列車位置報告內(nèi)最近相關(guān)應(yīng)答器組（Last Relevant Balise Group，LRBG）的位置，每個LRBG具有唯一的編號，無線閉塞中心內(nèi)也具有應(yīng)答器組的編號，根據(jù)LRBG的編號查找到相應(yīng)的應(yīng)答器組。由于無線閉塞中心將管轄范圍內(nèi)的應(yīng)答器都配置在內(nèi)部數(shù)據(jù)里，查找到應(yīng)答器組即可獲知該應(yīng)答器組在鐵路上的里程位置。

獲取列車位置報告時，由于此時列車處于運行中，列車車頭已經(jīng)越過LRBG，需要獲取列車車頭位置，列車車頭位置與LRBG的距離稱為距離偏移值（Distance-Last Relevant Balise Group，D-LRBG）。無線閉塞中心以列車位置報告中的DLRBG作為列車定位參考依據(jù)。該位置可以認(rèn)為是車頭所在位置也稱為列車估計前端，如圖1所示，估計前端位置（b位置），考慮列車誤差置信區(qū)間形成列車最大安全前端（c位置）。對于裝備有安全列尾設(shè)備的車載設(shè)備，可將列尾確認(rèn)的安全車長通過位置報告發(fā)送至無線閉塞中心。無線閉塞中心結(jié)合估計前端位置可計算出列車確認(rèn)末端位置（a位置），最大安全前端位置至確認(rèn)末端的位置構(gòu)成列車安全包絡(luò)。

圖1 完整性良好的列車安全包絡(luò)示意Fig.1 Schematic diagram of train safety envelope with good integrity

通過上述同樣的方法結(jié)合位置報告的誤差置信區(qū)間，獲得列車最大安全前端及最小安全前端的位置，如圖2所示的g、e位置。最小安全前端向列車后方延伸車長距離獲得最小安全末端，如圖2中的d位置。車長距離是無線閉塞中心在車載注冊的過程中獲得的一次性列車物理長度，列車安全包絡(luò)為最小安全末端至最大安全前端的長度。

圖2 完整性丟失的列車安全包絡(luò)示意Fig.2 Schematic diagram of train safety envelope with loss of integrity

對于列車的占用檢查功能也就是無線閉塞中心根據(jù)上述原則構(gòu)造列車安全包絡(luò)并映射至相應(yīng)的虛擬區(qū)段進(jìn)行邏輯占用狀態(tài)賦值，達(dá)到對虛擬區(qū)段狀態(tài)維護(hù)的目的。

3 虛擬區(qū)段占用檢查的基本思路

在二維復(fù)雜站場圖形中，無線閉塞中心還需要判斷車頭位置和車尾位置之間有無道岔及道岔開向狀態(tài)，進(jìn)而得出車頭所在虛擬區(qū)段。無線閉塞中心內(nèi)部根據(jù)應(yīng)答器、道岔、信號機、絕緣節(jié)等小元素將線路切割成一個個最小的組成單元，與具體線路劃分原則一致，從而配置成一個完整的地理模型。這些組成單元是首尾相連接的，無線閉塞中心將這些組成單元進(jìn)行前后索引關(guān)聯(lián)，連在一起就組成了一段鐵路線路（Line），進(jìn)而組成復(fù)雜的站場。當(dāng)?shù)弥熊囓囶^和車尾的位置后，查詢無線閉塞中心內(nèi)部維護(hù)的地理模型，即可獲知車頭和車尾之間有無道岔。

如果列車安全包絡(luò)內(nèi)沒有道岔，稱之為一維線路。一維線路由于方向唯一，能夠查找到的虛擬區(qū)段也是唯一的，因此在獲知列車安全包絡(luò)后，遍歷所有虛擬區(qū)段，得出列車車頭所占虛擬區(qū)段和列車車尾所占虛擬區(qū)段，從而得出列車車頭所占虛擬區(qū)段和列車車尾所占虛擬區(qū)段之間的所有虛擬區(qū)段，進(jìn)而得出涉及的虛擬區(qū)段占用狀態(tài)。

但存在道岔的二維區(qū)域內(nèi)，僅靠位置報告無法精準(zhǔn)定位列車位置，此時無線閉塞中心需要利用計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)（CBI）發(fā)送的道岔狀態(tài)信息。無線閉塞中心與計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)之間的接口采用周期通信方式，通信數(shù)據(jù)內(nèi)包含有道岔狀態(tài)，得出當(dāng)前道岔是定位或反位，進(jìn)而確定應(yīng)該設(shè)置道岔前方哪一段虛擬區(qū)段為車頭占用。虛擬區(qū)段占用檢查思路應(yīng)該根據(jù)是否經(jīng)過道岔采用不同方法，具體方法流程如圖3所示。

圖3 虛擬區(qū)段占用檢查基本思路示意Fig.3 Schematic diagram of the basic idea of virtual zone occupancy inspection

綜上所述，無線閉塞中心可以通過遍歷內(nèi)部的地理模型來判斷列車行經(jīng)線路是否存在道岔。若存在道岔，則結(jié)合CBI發(fā)送的道岔定、反位狀態(tài)信息以及車頭位置，綜合判斷車頭所在道岔前方的線路獲得車頭所在虛擬區(qū)段。結(jié)合安全包絡(luò)末端所在虛擬區(qū)段可得出列車安全包絡(luò)所占用的所有虛擬區(qū)段，從而進(jìn)行虛擬區(qū)段的狀態(tài)維護(hù)。

4 結(jié)合聯(lián)鎖動態(tài)信息進(jìn)行虛擬區(qū)段占用檢查的方法

存在道岔的二維區(qū)域，無線閉塞中心結(jié)合聯(lián)鎖動態(tài)信息進(jìn)行虛擬區(qū)段占用檢查的具體方法，可以解決列車位置因為進(jìn)入道岔區(qū)而模糊的問題。如圖4所示，虛線框內(nèi)是一個典型的道岔區(qū)，包含一個道岔。leg0-leg1，道岔狀態(tài)為反位，leg0-leg2，道岔狀態(tài)為定位，只有一維空間上的LRBG+D_LRBG來判斷列車車頭究竟在道岔前方的哪條線路上是不充分的，有可能列車車頭在IG的方向，也可能在3G的方向。

圖4 道岔區(qū)段示意Fig.4 Schematic diagram of turnout section

在道岔區(qū)，無線閉塞中心能夠借用CBI的數(shù)據(jù)來輔助進(jìn)行列車定位的前提有兩個：1）CBI是SIL4級設(shè)備，是安全設(shè)備，因此無線閉塞中心認(rèn)為CBI發(fā)送的道岔等數(shù)據(jù)真實有效；2）CBI與無線閉塞中心之間是周期通信且通信頻率是毫秒級別。因此可以認(rèn)為CBI發(fā)送的數(shù)據(jù)是實時刷新且動態(tài)有效的。基于這兩個前提，當(dāng)列車進(jìn)入道岔區(qū)前，CBI會提前辦理接車進(jìn)路。當(dāng)辦理側(cè)線接車進(jìn)路至3G時，CBI傳遞給無線閉塞中心的道岔開向狀態(tài)一定是反位狀態(tài)，無線閉塞中心通過靜態(tài)數(shù)據(jù)配置將反位狀態(tài)轉(zhuǎn)化到內(nèi)部的leg0-leg1的連接狀態(tài)，而道岔信息（道岔個數(shù)、道岔狀態(tài)等）也包含在無線閉塞中心的基本單元結(jié)構(gòu)中。當(dāng)列車初始車頭位置定位在岔區(qū)前方，RBC會檢查道岔對應(yīng)的開向狀態(tài)，如果為leg0-leg1，那么RBC就應(yīng)該以leg0為入口、以leg1為出口的側(cè)線延伸查找（圖4中橢圓實線框內(nèi)），也就是定位車頭在3G上。當(dāng)正線接車進(jìn)路至IG時，CBI傳遞給無線閉塞中心的道岔開向狀態(tài)一定是定位狀態(tài)，無線閉塞中心通過靜態(tài)數(shù)據(jù)配置將定位狀態(tài)轉(zhuǎn)化到內(nèi)部的leg0-leg2的連接狀態(tài)， RBC將以leg0為入口、以leg2為出口去延伸查找基本線路，并且定為車頭位置在IG上。

因此無線閉塞中心可以根據(jù)聯(lián)鎖動態(tài)數(shù)據(jù)中的道岔定、反位信息轉(zhuǎn)化成內(nèi)部維護(hù)的leg0-leg2或leg0-leg1狀態(tài)判斷列車行徑軌跡，得出車頭所在線路，設(shè)置車頭所處虛擬區(qū)段的占用狀態(tài)。

5 總結(jié)

本文提出的一維空間及二維岔區(qū)空間定位列車所在虛擬區(qū)段的研究方法，可以在不改變無線閉塞中心既有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、不增加外部輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，依托無線閉塞中心自身包含最小結(jié)構(gòu)單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和CBI輸入的動態(tài)數(shù)據(jù)，通過道岔開向狀態(tài)掌握列車行走軌跡，從而判斷出虛擬區(qū)段的占用狀態(tài)。CBI是SIL4級設(shè)備，其傳遞的道岔信息是安全可靠的，而且當(dāng)CBI一旦出現(xiàn)通信異?；蛘呗?lián)鎖數(shù)據(jù)合法性校驗不通過等，可以由RBC-CBI接口間既有的防護(hù)邏輯進(jìn)行安全防護(hù)，保證數(shù)據(jù)來源的安全可靠，不會造成安全風(fēng)險。

因此，基于列車位置報告和計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來檢查虛擬區(qū)段占用的方法，可以大幅度減少對軌道電路的使用，大大降低前期建設(shè)、后期改造升級和維護(hù)的成本。