摘要：随着国内地铁建设的快速发展，行车自动化及信号系统近些年来得到了快速发展，基于无线的移动闭塞的CBTC正成为地铁发展的主流趋势。本文基于地铁信号系统由点式到连续式再到CBTC的升级方案，对列车三种控制级别下的ATP控制原理进行说明，分别介绍了测速距离原理和超速防护原理。
关键词：地铁；LTE；列车自动防护
引言
作为关系到列车运营体验和运行安全的特殊系统，CBTC 对可靠性、安全性要求极高。LTE 技术与传统无线局域网相比，具有延迟降低、分组传送、广域覆盖、高数据速率和移动支持能力强等诸多优势。基于LTE的ATP/ATO系统的ATP子系统是基于列车高精度的自主测速定位和车－地双向大容量无线通信的系统，能根据线路状态、道岔位置、前行列车位置等条件，确保追踪列车之间的安全行车间隔距离，实现移动闭塞的列车追踪，防止列车超速和撞车，实现列车运行的安全防护。
1.列车控制级别
本文提到的列车自动防护系统提供三种列车控制级别，分别为：
CTC：无线连续通信下的运行（ATO或ATP驾驶模式可用）；
ITC：点式ATP控制下的运行（ATO或ATP驾驶模式可用）；
IXLC：联锁控制级下的运行。
无线连续式通信下列车控制方式为移动闭塞下的正常控制方式，点连式ATP控制、点式ATP控制方式和联锁控制级的控制方式均为信号系统的后备控制方式。
1.1CTC级
CBTC全功能开通后，系统正常运行模式为CTC级，该控制级别定义为所有子系统都能够与其他系统进行正常通信，并能以全能力和全功能进行运行的最优情况。此时，ATS根据预定的时刻表自动调整列车，ATP保证行车安全，ATO在有司机监督的情况下自动驾驶列车，联锁设置进路并控制轨旁设备，DCS通过骨干网和无线接入点确保所有子系统之间不间断地交换数据。
1.2ITC级
如若轨旁ZC未全功能开通，将不提供连续列车跟踪及安全间隔防护，列车通过地面应答器收到有效的点式MA信息，且与地面ZC通信正常，列车将以ITC级别运行；如列车在该区域内无法收到有效的点式MA信息或与地面ZC通信失败，司机将以RM或NRM驾驶模式按地面信号显示人工驾驶列车运行。
1.3IXLC级
在连续式ATP功能及点式ATP功能均失效的情况下，采用联锁控制模式，提供以地面信号机为行车凭证，满足行车间隔要求的联锁控制功能。联锁系统设置的所有进路（包括延续进路）具有安全防护功能，包括进路锁闭、解锁、道岔侧向防护等。由联锁设备实现进路的自动或人工设置。在联锁控制级的后备模式下，列车采用限制人工驾驶模式（RM）或非限制人工驾驶模式（NRM），司机根据地面信号机的显示行车，列车的运行安全由调度员、司机和联锁系统共同保证。
2.标准点式工作原理
此项目全线配置LTE车地无线系统，而轨旁ZC分阶段开通的需求，将点式控制模式定义为车载无线设备正常，且与联锁及轨旁ZC通信正常；同时通过欧式信标实现非连续式通讯，这些信标从CI处获取信号机状态和道岔位置，并将这些信息发送给越过该信标的列车，其原理如下。
图1 点式系统工作原理
如上图所示，信息交换如下：
0：CI子系统通过继电器采集现场信号机和道岔状态信息；1：CI子系统将信号机及道岔状态通过数据接口发送给欧式编码器（LEU）；2：LEU将信号机、道岔状态发送给轨旁有源信标；3：轨旁有源信标将信号机和道岔状态信息发送给通过其的列车；4：轨旁ZC周期性将前方路径内的临时限速及站台区域信息发送给列车。
每个出站信号机和正方向进路信号机都至少关联一个信标和一个LEU。当列车越过信号机前方的信标，车载ATP（点式及CBTC后备模式下）会获取该信号机防护闭塞区段的变量信息，然后作出如下反应：如果是禁止信号，列车会触发紧急制动，防止列车越过前方的防护停车点。如果是允许信号，列车会前行到下一可变应答器，并获取下一个停车信号信息。
3.列车运行控制原理
3.1 测速距离原理
车载ATP设备通过安装在列车上的两套速度传感器和多普勒雷达来测量列车的速度，对速度信息输出相互校验，并实行断路检查。测速传感器是一个经过广泛验证使用的单元，速度传感器安装在两个不同的从动车轮上，通过计算经车轮旋转在测速传感器里产生的脉冲来测量列车的速度和距离。影响速度传感器测量精度的因素主要有两个，“空转”和“打滑”。空转在列车的加速期间发生，打滑在制动期间发生，均为车轮失去与走行轨的粘着接触而导致列车速度和距离测量的失去准确性。
多普勒雷达利用多普勒效应进行定位，根据多普勒频率的大小，可测出目标对雷达的径向相对运动速度；根据发射脉冲和接收的时间差，可以测出目标的距离。由于多普勒雷达直接测量列车的位移（与车轮的旋转无关），加入雷达之后的多传感器融合测速方案可有效避免列车空转、打滑的影响，并且在1个速度传感器故障时，列车测速功能也能正常进行，极大的提高了系统的可靠性可用性。
3.2 列车曲线及超速防护
本功能确保列车的速度不超过最低的速度限制。当超过了如下速度时，会触发紧急制动：
对每一种驾驶模式（RM，ATP或ATO）定义的最大速度；永久限速；临时限速。
收到的MA信息中，含临时限速信息。当系统运行于CBTC模式下，车载ATP通过连续双向通信获得ZC发送的MA报文，执行临时限速。当系统运行于ITC模式下，临时限速信息将通过ZC无线至车载，车载ATP将获得该进路对应的临时限速，并以此进行超速防护。
车载ATP限制列车在指定的MA范围内安全运行，根据紧急制动触发速度、告警速度，结合列车当前速度得出是否发出EB请求或是否向司机发出告警声提示保证列车速度不超过最具限制的速度曲线范围，也不越过MA终点的限制。当列车的运行方向与MA防护的方向不一致时，将输出紧急制动，禁止列车运行。
ITC级别下提供的释放速度（开口速度）监督功能。
（1）在ITC级别下，列车在区间停车，如果重新运行，接近未设置填充应答器的信号机、且当前的列车速度低于释放速度时，则车载ATP通过DMI向司机提供一个释放速度监督的激活提示显示，由司机目视信号机显示，仅当信号机显示为非红灯信号时才允许司机按下确认按钮。
图2 ITC下无填充应答器时释放速度状态
（2）ITC级别下，当提示“释放速度请求”时，如果车载ATP控制器未接收到确认按钮被按下，则将不允许列车越过主信号应答器，即未激活释放速度功能。只有当确认按钮被按下时，才允许列车越过主信号应答器，从而收到新的ITC-MA。
（3）在装有填充应答器的信号机前方，如果信号机为允许通过的信号，释放速度功能将不会被激活，同时ITC-MA将提前被延伸，但该延伸仅在一定时间范围内有效，防止列车在驶过填充应答器之后但未到达主信号应答器之前，前方进路被延时解锁。
图3 ITC下有填充应答器时速度曲线情况
（4）司机在信号机为红灯显示时错误的按压确定按钮激活释放速度功能或释放速度功能激活后信号机突然变为禁止信号或ITC-CM模式下运行前方为禁止信号时，列车越过主信号应答器后会接收到禁止的ITC-MA，ITC列车将会产生紧急制动，列车停车后需经司机确认后降为RM模式。
4.总结
LTE作为一种先进的无线通信技术，具有的高带宽、高可靠性是其它无线通信技术无法比拟的，轨道交通LTE的发展需要解决频段的问题和行业化的问题。基于LTE的信号控制系统在ATP系统中的安全性需要明确讨论，在利用LTE技术高效的组织行车同时又要保证列车运行安全将会是一直讨论的问题。
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论文作者:朱冬辉
论文发表刊物:《防护工程》2019年8期
论文发表时间:2019/7/29
标签：列车论文; 信号机论文; 速度论文; 进路论文; 联锁论文; 信号论文; 系统论文; 《防护工程》2019年8期论文;