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移动闭塞的原理、系统结构及功能

摘要阐述了移动闭塞技术的原理。介绍了典型的基于无线通信的移动闭塞系统的系统结构。分析了移动闭塞相对于传统闭塞方式的优势。指出基于通信的列车控制将是未来列车控制技术的发展方向。
关键词移动闭塞,数据通信,车载控制器,区域控制器

基于通信的移动闭塞(MB)技术,是全球铁路及轨道交通信号界公认的最先进的信号产品。以Sel2Trac为代表,该技术已经被应用将近20年,并且给运营商们带来了良好的经济和社会效益。本文将从阐述移动闭塞技术的原理入手,分析其系统结构和优势,供国内同仁参照。
1移动闭塞技术的原理
1.1地铁信号和列车自动保护系统
在轮轨交通中,为保证列车运行安全,须保证列车间以一定的安全间隔运行。早期,人们通常将线路划分为若干闭塞分区,以不同的信号表示该分区或前方分区是否被列车占用等状态,列车则根据信号显示运行。不论采取何种信号显示制式,列车间都必须有一定数量的空闲分区作为列车安全间隔。
地铁的信号原理也基于此。但由于地铁的特殊条件,对安全的要求更加严格,因此必须配备列车自动保护(ATP)系统。ATP通过列车间的安全间隔、超速防护及车门控制来保证列车运行的安全畅通。在固定划分的闭塞分区中,每一个分区均有最大速度限制。若列车进入了某限速为零或被占用的分区,或者列车当前速度高于该分区限速,ATP系统便会实施紧急制动。ATP地面设备以一定间隔或连续地向列车传递速度控制信息。该信息至少包含两部分:分区最高限速和目标速度(下一分区的限速)。列车根据接收到的信息和车载信息等进行计算并合理动作。速度控制代码可通过轨道电路、轨间应答器、感应环线或无线通信等传输,不同的传递方式和介质也决定了不同列车控制系统的特点。为了保证安全,地铁ATP在两列车之间还增加了一个防护区段,即双红灯区段防护(见图1)。后续列车必须停在第二个红灯的外方,保证两列车之间至少间隔一个闭塞分区。

图1地铁ATP的双红灯防护

1.2移动闭塞-基于通信的列车控制系统
传统的固定闭塞制式下,系统无法知道列车在分区内的具体位置,因此列车制动的起点和终点总在某一分区的边界。为充分保证安全,必须在两列车间增加一个防护区段,这使得列车间的安全间隔较大,影响了线路的使用效率。
准移动闭塞在控制列车的安全间隔上比固定闭塞进了一步。它通过采用报文式轨道电路辅之环线或应答器来判断分区占用并传输信息,信息量大;可以告知后续列车继续前行的距离,后续列车可根据这一距离合理地采取减速或制动,列车制动的起点可延伸至保证其安全制动的地点,从而可改善列车速度控制,缩小列车安全间隔,提高线路利用效率。但准移动闭塞中后续列车的最大目标制动点仍必须在先行列车占用分区的外方,因此它并没有完全突破轨道电路的限制。
移动闭塞技术则在对列车的安全间隔控制上更进了一步。通过车载设备和轨旁设备不间断的双向通信,控制中心可以根据列车实时的速度和位置动态计算列车的最大制动距离。列车的长度加上这一最大制动距离并在列车后方加上一定的防护距离,便组成了一个与列车同步移动的虚拟分区(见图2)。由于保证了列车前后的安全距离,两个相邻的移动闭塞分区就能以很小的间隔同时前进,这使列车能以较高的速度和较小的间隔运行,从而提高运营效率。

图2移动闭塞系统的安全行车间隔
移动闭塞的线路取消了物理层次上的分区划分,而是将线路分成了若干个通过数据库预先定义的线路单元,每个单元长度为几米到十几米之间,移动闭塞分区即由一定数量的单元组成,单元的数目可随着列车的速度和位置而变化,分区的长度也是动态变化的。线路单元以数字地图的矢量表示。如图3所示,线路拓扑结构的示意图由一系列的节点和边线表示。任何轨道的分叉、汇合、走行方向的变更以及线路的尽头等位置均由节点(Node)表示,任何连接两个节点的线路称为边线。每一条边线有一个从起始节点至终止节点的默认运行方向。一条边线上的任何一点均由它与起点的距离表示,称为偏移。因此所有线路上的位置均可由【边线,偏移】矢量来定义,且标识是唯一的。
移动闭塞系统中列车和轨旁设备必须保持连续的双向通信。列车不间断向轨旁控制器传输其标识、位置、方向和速度,轨旁控制器根据来自列车的信息计算、确定列车的安全行车间隔,并将相关信息(如先行列车位置,移动授权等)传递给列车,控制列车运行。
边线e7连接节点n5和n6,默认方向为从n6到n5方向;节点n5与边线e7、e8和e11相连。

图3线路拓扑图示例
早期的移动闭塞系统是通过在轨间布置感应环线来定位列车和实现车载计算机(VOBC)与车辆控制中心(VCC)之间的连续通信。现今,大多数先进的移动闭塞系统已采用无线通信系统实现各子系统间的通信。在采用轨旁基站的无线通信系统中,系统一般考虑100%的无线信号冗余率进行基站布置,以消除在某个基站故障时可能出现