基于CTC的列车追踪间隔实时预警系统及预警方法

摘要

本发明公开了高速列车安全控制技术领域中的一种基于CTC的列车追踪间隔实时预警系统及预警方法。所述系统的调度中心子系统包括预警服务器和调度命令输出单元，调度中心子系统的应用服务器包括车次号跟踪单元和无线校核单元，车载设备包括无线车次号车载编码器，所述系统包括无线车次号解码器；方法为：无线校核单元从解码后的列车综合信息中提取车次号，并与车次号跟踪单元得到列车车次号比较，得到准确可靠的车次号；预警服务器计算列车追踪间隔，并根据计算结果控制调度命令输出单元输出控制指令。本发明与ATP计算追踪间隔构成双通道，起到对ATP控制列车追踪间隔的监督作用，提高了列控系统整体的安全性。

说明书

技术领域

本发明属于高速列车安全控制技术领域，尤其涉及一种基于CTC的列车 追踪间隔实时预警系统及预警方法。

背景技术

列车追尾和冒进信号事故经常发生，在中国有，在国外也有。而且此类事 故在全部铁路事故中，占有较高比例。

在中国发生的列车追尾和冒进信号事故包括：

2011年7月23日北京南开往福州的D301次动车组列车运行至甬温线永嘉 至温州南间，与前行的杭州开往福州南D3115次动车组列车发生追尾事故。事 故造成72人死亡，210余人受伤。

2005年7月31日西安开往长春的K127次旅客列车与前行的33219次货物 列车发生追尾，造成5节客车脱轨，6人死亡，30人受伤。

1993年7月10日，北京开往成都的163次旅客列车，运行至京广线新乡南 场至七里营间，与前行的2011次货车发生尾追冲突，造成40人死亡，48人受 伤。

1971年12月7日，451次近郊旅客列车和837次货车在京广线琉璃河站发 生尾追相撞的重大行车事故，死亡14人，伤22人。

在国外发生同类铁路事故包括：

2007年11月30日，一列客车和另一列货车在美国芝加哥发生追尾事故， 造成至少5人重伤、数十人轻伤。

2005年7月13日，一列停靠在巴基斯坦南部信德省格特基附近的列车被另 一列车追尾，造成数节车厢出轨后被另一条轨道上的第三列客车撞上，造成更 多的车厢出轨。事故造成150人死亡，约1000人受伤。

以上仅列举了部分典型事故，显然列车追尾和冒进事故，是世界铁路运营 中普遍存在的问题。只有这个问题得到有效解决，列车运行安全才有保证，这 一点对高速铁路尤为重要。防止列车追尾和冒进信号事故，就是要保证列车与 列车间的安全追踪间隔和列车与禁止信号机间安全距离。在信号设备故障情况 下，调度指挥和ATP(Automatic Train Protection System，列车自动超速防护系 统)信号设备的故障安全设计能否发挥应有的作用，能否控制列车停车和保证 列车安全追踪间隔，是个重要问题。根据各地区列车事故情况分析，完全依靠 ATP难以保证列车安全追踪间隔，特别是当出现ATP故障等非正常情况时更是 如此。上述列举的铁路事故中，尽管当事列车也安装了ATP超速防护或其它监 控设备，但是仍未能避免追尾事故的发生。

中国高铁信号系统包括列控系统(CTCS)、联锁系统(CBI)、调度集中(CTC， Central Traffic Control)三个子系统，以及一些信号辅助系统，如：信号微机监测 系统(MMS)、列控动态监测系统(DMS)、调度命令无线传输系统、电源系统等。 目前，中国高速铁路采用CTCS-2和CTCS-3两种列车控制系统。CTCS-2适用 于控制时速200km/h～250km/h线路的列车，CTCS-3适用于控制时速350km/h及 以上线路的列车。追踪间隔是能够保证司机舒适驾驶和追踪列车前后行车之间 的最小间隔距离。追踪间隔直接影响列车通过能力和运行安全。决定列车追踪 间隔的主要因素包括：司机确认信号和列控设备应变时间内列车走行的附加距 离，列车全制动距离，设备及操作者存在误差的安全防护距离，司机舒适驾驶 距离，列车长度，车站道岔限速，车站咽喉长度，车站作业办理时间，车站股 道有效长度等。

防止列车追尾和冒进信号，必须保证前后行车之间的间隔距离及列车与禁 止信号之间的距离大于列车运行的安全间隔。

高铁信号系统中，设计CTC追踪间隔超限预警的必要性包括以下几个方面：

(1)高铁信号系统是各种信号设备和子系统及其辅助设备的集成。系统集成 是高铁信号关键技术之一，直接关系到系统的安全性。列控系统功能需求规范 (FRS)、系统需求规范(SRS)和系统接口规范(FIS)是进行系统集成的主要依据。 当前高铁信号系统集成侧重于不同设备或系统之间的接口技术，以及不同信号 厂商的信号设备在构成系统时的互联互通。由于这些信号设备和子系统是不同 时期开发并叠加到信号系统中的，所以在此基础上构成的信号系统，非一次性 按照系统工程理论整体设计，难于发挥系统总体和系统层面的优势。这种简单 叠加式的集成缺少系统内数据共享和融合，缺少各子系统之间相互监督和预警， 缺少新增无线通信和应答器等设备综合利用，缺少在系统层面实现“故障-安全” 的统筹设计。

(2)在既有列车控制系统中，仅由ATP进行列车追踪间隔控制和速度控制。 由于信号设备故障、信号采集与传输错误、各种干扰等，产生错误的列控数据， 导致ATP有时无法进行计算或计算后输出错误的列车追踪间隔和安全停车距 离，直接影响行车安全。ATP独自计算和输出控制指令，不受监督，极易造成 行车事故。特别是在非正常情况下，ATP的计算与输出控制指令存在不确定和 不安全因素。

因此，建立另一通道监督ATP控制是必要的。

(3)由行车调度人员完成列车运行监控存在局限。行车调度人员需应用CTC 调度集中系统实现行车计划的制定与下达、列车进路办理、调车作业办理、调 度命令发布、信号设备集中控制、设备维修调度、应急行车指挥、非正常情况 下接发车等作业。此外，调度员需要通过CTC大屏幕和显示器监督列车追踪、 列车位置及速度、信号状态、列车进路、区间闭塞等列车运行及信号设备情况。 随着我国高铁的发展，高速列车数量不断增多(京沪线有72对车)；列车速度 快及信号设备多；显示屏的显示内容需要切换浏览；加之调度员反应速度不够、 长时间监视引起的视觉疲劳等原因，决定了由人完成列车运行监督是不现实的。 采用设备监督列车追踪运行取代调度员人工监督是必然选择。

CTC调度集中系统是调度中心(调度员)对某一区段内的信号设备进行集 中控制，对列车运行直接指挥、管理的技术装备。CTC系统是综合了计算机技 术、网络通信技术和现代控制技术，采用智能化分散自律设计原则，以列车运 行调整计划控制为中心，兼顾列车与调车作业的高度自动化的调度指挥系统。 CTC调度集中由调度中心子系统、车站子系统以及调度中心与车站及车站之间 的网络子系统三部分组成，如图1所示。

调度中心子系统是CTC的核心，由中心机房及各调度台应用终端组成。中 心机房设备包括：数据库服务器、应用服务器、通信服务器、日志服务器、网 络通信设备、网管工作站、系统维护工作站。调度台应用终端包括：列调工作 站、助调工作站、综合维修工作站、显示墙、计划员工作站、值班主任工作站、 培训工作站和备份工作站等。

其中，数据库服务器用于存储各种数据和操作记录。

应用服务器用于运行图的调整和数据存储与数据交换，负责向所有应用工 作站提供行车表示信息、列车编组信息、车次号跟踪信息、列车报点信息等， 并保存到数据库服务器。

通信前置服务器用于调度中心与车站子系统之间的信息交换。

显示墙系统用于显示车站站场作业情况和区间列车运行情况等信息。

网管工作站用于网络管理，具有诊断报警功能，提供网络拓扑图状态、通 道的信息流量和网络连接等信息。

系统维护工作站主要用于系统设置、调试和技术支持；具有系统运行状况 监视及远程维护功能。

调度员工作站主要实现监控管辖区段范围内列车运行位置、指挥列车运行 的功能：人工编制和调整列车运行计划、调度命令的下达、与相邻区段调度员 工作站交换信息。

助理调度员工作站主要实现无人车站的调车作业计划编制、调整和指挥等 功能。实现调度中心人工进路操作控制、闭塞办理、非常处理等功能。

综合维修工作站主要用于设备日常维护、天窗修、施工以及故障处理方面 的登销记手续办理，并具有设置临时限速，区间、股道封锁等功能。

值班主任工作站主要实现行车信息显示、下达调度命令、查询列车运行调 整计划和实际列车运行图的功能。

车站子系统主要设备包括：车站自律机、车务终端、综合维修终端、电务 维护终端、网络设备、电源设备、防雷设备、联锁系统接口设备和无线系统接 口设备等。

车站自律机是CTC调度集中的关键设备，应满足以下功能要求：应能接收 调度中心的列车运行调整计划、直接操作指令和车站值班员直接操作指令，经 检测无冲突后适时发送给车站联锁系统执行；应能实时接收车站信号设备状态 表示信息，进行列车车次号跟踪，收集行车运行实际数据，并上传至调度中心； 应能掌握车站联锁系统对进路命令执行的情况，并根据反馈信息对有关进路进 行必要的调整；应能接收相邻各两站的实际运行图和设备状态信息。

车务终端满足操作、显示功能的需求。以图表形式显示本站及相邻各两站 的实际运行图、列车运行调整计划等内容，同时具备相邻各两站站间透明功能； 自动生成本站行车日志、完成调度命令签收等功能。计算机联锁车站的车务终 端可与联锁控显操作终端实现二合一设置。能显示行车信息、无线车次号校核 信息、调度命令；在非常站控模式下，具备所有联锁操作、显示功能。

网络子系统是调度中心子系统和车站子系统联络的桥梁，由网络通信设备 和传输通道构成双环自愈网络，采用迂回、环状、冗余等方式提高其可靠性。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种列车追踪间隔实时预警系统及预警方法，与 既有的ATP列车追踪间隔控制构成监控双通道，在ATP设备故障或输出错误信 息时，保证列车的运行安全。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是，一种基于CTC的列车追踪 间隔实时预警系统，包括调度中心子系统、车站子系统、用于向车站子系统提 供包括车次号在内的列车综合信息的车载设备以及连接调度中心子系统和车站 子系统的网络；其中，调度中心子系统包括用于接收并存储车站子系统或者车 载设备提供的列车综合信息的应用服务器，车站子系统包括执行调度集中的车 站功能的车站自律机，车载设备包括用于采集含有车次号的列车综合信息的列 车安全信息综合监测装置，其特征在于，所述应用服务器包括车次号跟踪单元 和无线校核单元，车次号跟踪单元和无线校核单元相连；

所述调度中心子系统包括预警服务器和调度命令输出单元，并且预警服务 器和调度命令输出单元分别接入网络；

所述车载设备包括无线车次号车载编码器，无线车次号车载编码器与列车 安全信息综合监测装置相连；

所述列车追踪间隔实时预警系统包括无线车次号解码器，所述无线车次号 解码器与无线车次号车载编码器相连；

所述车次号跟踪单元用于采集轨道电路及信号机的实时数据，并对列车进 路信息和存储的线路参数进行处理，从而得到列车车次号；

所述无线校核单元用于将从车次号跟踪单元获得的列车车次号与车载设备 提供的列车综合信息中的车次号进行比较，得到校核后的列车车次号，同时将 含有校核后的列车车次号的列车综合信息和应用服务器存储的线路描述信息发 送到预警服务器；

所述预警服务器用于根据含有校核后的列车车次号的列车综合信息和线路 描述信息计算列车追踪间隔，并在列车追踪间隔超限时，控制调度命令输出单 元输出控制指令；

所述调度命令输出单元用于在预警服务器的控制下输出控制指令，控制列 车减速或者停车；

所述无线车次号车载编码器用于获取列车安全信息综合监测装置采集的列 车综合信息并进行编码；还用于将编码后的列车综合信息发送到无线车次号解 码器；

所述无线车次号解码器用于解码所述编码后的列车综合信息，并发送至无 线校核单元。

所述列车综合信息包括车次号、机车号、列车速度、列车位置、总重、计 长和辆数。

所述无线车次号解码器为车站子系统的无线车次号车站解码器或者调度中 心子系统的无线车次号调度中心解码器。

所述车站子系统的无线车次号车站解码器与车站自律机相连。

所述调度中心子系统的无线车次号调度中心解码器接入网络。

一种基于CTC的列车追踪间隔实时预警方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：无线车次号车载编码器获取列车安全信息综合监测装置采集的列车 综合信息并进行编码，之后将编码后的列车综合信息发送到无线车次号解码器；

步骤2：无线车次号解码器对所述编码后的列车综合信息解码并将解码后的 列车综合信息发送至无线校核单元；

步骤3：无线校核单元从解码后的列车综合信息中提取列车车次号，并与车 次号跟踪单元得到列车车次号进行比较，得到校核后的列车车次号，同时将含 有校核后的列车车次号的列车综合信息和应用服务器存储的线路描述信息发送 到预警服务器；

步骤4：预警服务器根据含有校核后的列车车次号的列车综合信息和线路描 述信息计算列车追踪间隔，并根据计算结果控制调度命令输出单元输出控制指 令。

所述列车综合信息包括车次号、机车号、列车速度、列车位置、总重、计 长和辆数。

所述预警服务器根据含有校核后的列车车次号的列车综合信息和线路描述 信息计算列车追踪间隔具体利用公式L_x＝(t_fj+t₀)·v₀/3.6+l_z+l_f+l_bl+l_c+l_s；

其中，L_XCTC为列车追踪间隔；

t_fj为附加延时，包括信号系统应变时间及司机确认目标距离和速度变化的 时间；

t₀为执行预警输出时间，包括调度员联系司机的时间和司机动作的时间；

v₀为后行列车初始速度；

l_z为车载列车自动超速防护系统形成的制动模式曲线区域长度；

l_f为列车安全防护距离；

l_bl为闭塞分区长度；

l_c为列车长度；

l_s为司机舒适驾驶附加长度。

所述无线车次号解码器为车站子系统的无线车次号车站解码器或者调度中 心子系统的无线车次号调度中心解码器。

当无线车次号解码器为车站子系统的无线车次号车站解码器时，所述无线 车次号解码器将解码后的列车综合信息发送至无线校核单元具体是，无线车次 号解码器先将解码后的列车综合信息发送至车站组律机，再由车站自律机通过 网络将解码后的列车综合信息发送至无线校核单元。

本发明与ATP计算追踪间隔在结构上构成双通道，起到对ATP控制列车追 踪间隔的监督作用，提高了列控系统整体的安全性。

附图说明

图1是现有CTC系统结构示意图；

图2是基于CTC的列车追踪间隔实时预警系统结构示意图；

图3是ATP与CTC追踪间隔计算示意图；

图4是ATP和CTC追踪间隔计算方法对照图；

图5是不同列车速度对应的CTC追踪间隔预警距离数据对照表；

图6是基于CTC的列车追踪间隔实时预警方法流程图；

图7是ATP和CTC追踪间隔计算硬件可靠性模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施示例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅 仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图2是基于CTC的列车追踪间隔实时预警系统结构示意图。图2中，基于 CTC的列车追踪间隔实时预警系统，包括既有的调度中心子系统、车站子系统、 用于向车站子系统提供包括车次号在内的列车综合信息的车载设备以及连接调 度中心子系统和车站子系统的网络。其中，调度中心子系统包括用于接收并存 储车站子系统或者车载设备提供的列车综合信息的应用服务器，车站子系统包 括执行调度集中的车站功能的车站自律机，车载设备包括用于采集包括车次号 在内的列车综合信息的列车安全信息综合监测装置。

应用服务器包括车次号跟踪单元和无线校核单元，车次号跟踪单元和无线 校核单元相连。调度中心子系统包括预警服务器和调度命令输出单元，并且预 警服务器和调度命令输出单元分别接入网络。车载设备包括无线车次号车载编 码器，无线车次号车载编码器与列车安全信息综合监测装置相连。列车追踪间 隔实时预警系统还包括无线车次号解码器，无线车次号解码器与无线车次号车 载编码器相连。

车次号跟踪单元用于采集轨道电路及信号机的实时数据，并对列车进路信 息和存储的线路参数进行处理，从而得到列车车次号。

无线校核单元用于将从车次号跟踪单元获得的列车车次号与车载设备提供 的列车综合信息中的列车车次号进行比较，得到校核后的准确可靠的列车车次 号，同时将含有校核后的列车车次号的列车综合信息和应用服务器存储的线路 描述信息发送到预警服务器。

预警服务器用于根据含有校核后的列车车次号的列车综合信息和线路描述 信息计算列车追踪间隔，并在列车追踪间隔超限时，控制调度命令输出单元输 出控制指令。

调度命令输出单元用于在预警服务器的控制下输出控制指令，控制列车减 速或者停车。

无线车次号车载编码器用于获取列车安全信息综合监测装置采集的列车综 合信息并进行编码，还用于将编码后的列车综合信息发送到无线车次号解码器。

无线车次号解码器用于解码所述编码后的列车综合信息，并发送至无线校 核单元。

上述列车综合信息包括车次号、机车号、列车速度、列车位置、总重、计 长和辆数。

无线车次号解码器为车站子系统的无线车次号车站解码器或者调度中心子 系统的无线车次号调度中心解码器。车站子系统的无线车次号车站解码器与车 站自律机相连。调度中心子系统的无线车次号调度中心解码器接入网络。

CTC系统汇集了行车调度、联锁、列控核心数据，能够满足列车追踪间隔 计算要求。CTC系统是联锁和列控的上层系统，可直接指挥和控制车站和区间 信号设备和列车。以CTC为载体，全线列车为控制对象，建立系统级实时列车 追踪间隔及停车距离超限预警监督模式是可行的。

车次号是实现该方法的关键，通过车次号追踪和无线校核系统保证车次号 的正确性。列车车次号与列车位置和速度等信息绑定，列车位置由车载应答器 及轴端脉冲传感器和地面轨道电路双重确定。

CTC追踪间隔预警系统从车次号系统获得前后追踪列车的车次号、机车号、 运行速度、列车位置、总重、计长和辆数等列车综合信息，辅之以被存储的线 路参数，采用牵引计算方法按照运行图实时计算相邻列车是否满足列车最短追 踪间隔或安全停车距离。

相对ATP列控系统计算允许速度的目标点为前方列车所占用闭塞分区的入 口端，CTC追踪间隔预警系统计算的目标点为前方列车尾端，并且可以获得前 车的速度信息和加速度信息，计算过程等同于移动闭塞中计算列车监控指令， 计算结果更准确，更可信，如图3。

列车运行距离计算采用如下公式：

$\mathrm{ds}=\frac{1000·(1+r)·(v_2^2-v_1^2)}{25.92·g·c}---\left(1\right)$

$\mathrm{dt}=\frac{1000·(1+r)·(v_2^2-v_1^2)}{3.6·g·c}---\left(2\right)$

其中：

ds和dt分别为由速度v₁变化到v₂的运行距离增量和运行时间增量；

c为单位合力，单位为(N/kN)；

r为回转质量系数，即列车回转质量与列车总质量之比，对于引进和国产化 的各种类型动车组来说，回转质量系数r值不同，故按照实际提供的数值进行计 算；

g为重力加速度9.81m/s²。

公式(1)和(2)中的单位合力c要考虑列车运行阻力、坡道、曲线等阻 力，列车运行阻力按照各种列车运行阻力的公式进行计算，坡道和曲线阻力暂 按现行《列车牵引计算规程》规定进行计算。

动车组的制动一般采用多种制动方式综合应用，目前动车组制动特性资料， 不直接提供动车组在不同速度下的制动力，制动距离计算公式中的某些参数无 法确定，不能套用既有的制动距离计算公式。计算动车组制动距离L_z只能根据 制动减速度a_z，应用匀变速运动的公式求解。

$L_z=L_k+L_e=\frac{v_0·t_k}{3.6}+0.0386\Sigma \frac{v_1^2-v_2^2}{a_z}---\left(3\right)$

$a_z=\frac{(b+w_0+i_j)·g·{10}^{-3}}{1+\gamma }---\left(4\right)$

其中：L_k为制动空走行距离(m)，L_e为有效制动距离(m)，v₀为制动初速度(km/h)， t_k为空走行时间(s)，b为单位制动力(N/kN)，w₀为单位运行基本阻力(N/kN)， i_j单位坡道阻力(含曲线折算)(N/kN)。

ATP采用目标距离-速度曲线模式监控列车运行，如图3上。ATP可根据移 动授权、线路描述信息、临时限速和列车参数4类列控数据，计算列车允许速 度并形成列车目标距离-速度监控曲线。当列车实际运行速度大于允许速度，即 超出监控曲线，ATP将触发制动，迫使列车减速。

追踪列车ATP1的目标点是前行列车所占用闭塞分区的入口端T，即移动授 权点，目标距离为从T点开始向后留出安全防护距离后与列车前端的距离。

为了保证司机正常驾驶列车，列车在区间的追踪间隔为前后两车之间的距 离LXATP，包括：列车车长、闭塞分区长度、安全防护距离、列车制动距离、司 机确认和设备动作延时列车的走行距离。

L_XATP＝t_fj·v₀/3.6+l_z+l_f+l_bl+l_c+l_s     (5)

其中，t_fj：包含信号系统应变时间及司机确认目标距离和速度变化的时间(s)，v₀： 后行列车初始速度(km/h)，l_z：车载ATP形成的制动模式曲线区域长度(m)，lx： 列车安全防护距离(m)，l_bl：闭塞分区长度(m)，l_c：列车长度(m)，l_s：司机舒适 驾驶附加长度(m)。

$l_s=\frac{v_0·l_{\mathrm{bl}}}{350}---\left(6\right)$

如果列车在进站端、出站端追踪运行，计算追踪间隔时应考虑车站办理进 路作业延时导致的列车走行距离。

CTC计算追踪间隔与ATP的不同之处：CTC计算追踪间隔的数据来自列 车，ATP的数据来自地面设备轨道电路、应答器、车站列控中心(TCC)或无线闭 塞中心(RBC)。CTC知道全线所有列车的位置和速度，ATP只知道自己的位置和 速度。CTC追踪的目标点是前行列车的尾部，ATP追踪的目标点是前行列车所 占用轨道电路的始端。因此，CTC计算追踪间隔可按照移动闭塞处理，可不考 虑闭塞分区长度，这也是移动闭塞的效率高于固定自动闭塞的原因。CTC计算 区间追踪间隔距离，如图4所示。其计算公式为：

L_XCTC＝t_fj.v₀/3.6+l_z+l_f+l_c+l_s     (7)

常用制动模式曲线和紧急制动模式曲线、以人工控制为前提，在计算350 km/h高速列车间隔距离时，所采用的技术参数如下：

(1)常用制动曲线的制动率采用0.8，紧急制动时制动率取1.0，进站制动率 采用0.5；

(2)350km/h高速列车纯空气紧急制动距离在5.5km以内；

(3)闭塞分区长度为2000m；

(4)高速列车的单位运行基本阻力(单位：N/kN)公式为ω₀＝0.62+0.0082v +0.00014v²；

(5)列车紧急制动和常用制动空走时间分别为2.0s和1.5s；

(6)列车总质量均为960t，编组辆数16辆，列车长度410m；

(7)列车模式曲线制动减速度采用0.8m/s；

(8)在平道上列车的平均减速度采用0.6m/s；

(9)列车测速、测距误差均为2％，列车安全防护距离最大取值站内60m、 区间110m；

(10)在人控优先的驾驶模式下，附加时间t＝4.3(空闲检查)+1.0(列控中心应变 时间)+3.6(车载设备应变时间)+6.0(司机确认信号时间)＝14.9s，向上取整为15.0 s；

(11)发车作业时间t：4.3(空闲检查)+3.0(解锁延迟)+3.0(CTC确认)+13.0(办理 进路)＝23.3s，向上取整为24.0s；

(12)到达作业时间t出＝3.0(解锁延迟)+3.0(CTC确认)+13.0(办理进路)+4.3(轨 道电路反应时间)+3.6(地面传输到车载)＝26.9s，向上取整为27.0S.

列车在平直线路上运行时，不考虑坡道附加阻力，将参数代入(3)(4)(5)(6) (8)式中计算得出列车区间追踪间隔距离如图5所示。

综合上述分析，本发明给出了基于CTC的列车追踪间隔实时预警方法，如 图6所示，包括：

步骤1：无线车次号车载编码器获取列车安全信息综合监测装置采集的列车 综合信息并进行编码，之后将编码后的列车综合信息发送到无线车次号解码器。 其中，列车综合信息包括车次号、机车号、列车速度、列车位置、总重、计长 和辆数。

步骤2：无线车次号解码器对所述编码后的列车综合信息解码并将解码后的 列车综合信息发送至无线校核单元。

步骤3：无线校核单元从解码后的列车综合信息中提取列车车次号，并与车 次号跟踪单元得到列车车次号进行比较，得到校核后的列车车次号，同时将含 有校核后的列车车次号的列车综合信息和应用服务器存储的线路描述信息发送 到预警服务器。

步骤4：预警服务器根据含有校核后的列车车次号的列车综合信息和线路描 述信息计算列车追踪间隔，并根据计算结果控制调度命令输出单元输出控制指 令。

CTC追踪间隔预警输出应大于ATP计算的追踪间隔和预警输出执行列车走 行的距离，用L_x表示。预警输出应大于ATP最小追踪间隔，应留有预警执行时 间。因此，预警服务器根据含有校核后的列车车次号的列车综合信息和线路描 述信息计算列车追踪间隔具体利用公式

L_x＝(t_fj+t₀)·v₀/3.6+l_z+l_f+l_bl+l_c+l_s；

其中，L_x为列车追踪间隔，t_fj为附加延时，包括信号系统应变时间及司机确认 目标距离和速度变化的时间，t₀为执行预警输出时间，包括调度员联系司机的时 间和司机动作的时间，初步设定为20秒，v₀为后行列车初始速度，l_z为车载列 车自动超速防护系统形成的制动模式曲线区域长度，l_f为列车安全防护距离，l_bl为闭塞分区长度，l_c为列车长度，l_s为司机舒适驾驶附加长度。

当CTC计算任意两车追踪间隔距离L_x与这两车实际间隔距离S满足：L_x＞S 且v₀≥45km/h时，输出预警并启动执行；当v₀＜45km/h时，只输出预警。在计算L_x时，调用图5数据过程中，应考虑由于线路坡度、曲线、隧道等因素引起的列 车追踪间隔距离的变化。调度员得到预警信号后，进行确认。之后，通过GSM-R 调度电话或调度命令联系司机，命令其减速或停车。CTC预警的目的是为了监 督由ATP控制的列车间隔或列车到目标点的距离是否满足安全停车距离，特别 是保证当ATP故障或计算追踪间隔错误时的列车运行安全。以此通过设备取代 人工(调度员)监督全线列车的安全现状，减轻调度员劳动强度。

无线车次号解码器为车站子系统的无线车次号车站解码器或者调度中心子 系统的无线车次号调度中心解码器。当无线车次号解码器为车站子系统的无线 车次号车站解码器时，所述无线车次号解码器将解码后的列车综合信息发送至 无线校核单元具体是，无线车次号解码器先将解码后的列车综合信息发送至车 站组律机，再由车站自律机通过网络将解码后的列车综合信息发送至无线校核 单元。

CTC追踪间隔预警系统计算追踪间隔与ATP计算追踪间隔在结构上构成双 通道，CTC预警起到对ATP控制列车追踪间隔的监督作用，提高了列控系统整 体的安全性。CTC追踪间隔预警的安全性可以从以下几个方面考虑：

(1)CTC列车追踪预警从系统层面提高了列控系统的安全性。CTC与联锁 系统和列控系统连接，是铁路信号的指挥决策层。

(2)CTC计算全线列车间的追踪间隔，ATP仅计算追踪列车与前行列车之 间的追踪间隔。CTC较ATP掌握列车的信息更全面。

(3)CTC与ATP双通道计算列车追踪间隔，CTC监督ATP对列车的控制。 实现对列车建个控制的双保险。

(4)CTC与ATP计算追踪间隔的数据来自不同渠道，两套计算过程独立， 可以避免共因错误。

(5)CTC列车追踪预警实现了系统级故障-安全。与信号设备层“故障-安全” 形成互补，共同提高系统的安全性。

下面对CTC追踪间隔预警可靠性进行评估。系统的安全性是由可靠性保障 的。系统在规定的条件和规定的时间，完成规定功能的能力称为系统可靠性。 对可维修系统的可靠性指标主要有：可靠度R(t)、可用率A(t)、系统平均故障间 隔时间MTBF(Mean Time Between Failure)、系统平均维修时间MTTR(Mean Time  To Repair)等。

$\mathrm{MTBF}={\int }_0^{+\infty }R\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(9\right)$

应用马尔科夫过程描述一个可修复系统可推导出：

N个相同部件串联

$\mathrm{MTBF}=\frac{1}{\mathrm{N\lambda }}---\left(10\right)$

两个不相同部件并联

$\mathrm{MTBF}\approx \frac{{\mu }_1{\mu }_2}{{\lambda }_1{\lambda }_2({\mu }_1+{\mu }_2)}---\left(11\right)$

以下结合京沪高速铁路进行计算。京沪高铁每天开行27对动车组，ATP和 CTC追踪间隔计算硬件可靠性模型，如图6。CT表示每列车安装的列车数据采 集和向CTC传输的无线模块。

模型中n＝54，因为ATP设备达到SIL4，所以有：

ATP的MTBF＝1.0×10⁹    即λ＝1.0×10^-9

ATP的MTTR＝0.1h即μ＝10

CT单元的可靠性较ATP低，达到SIL2，则：

CT的MTBF＝1.0×10⁷     即λ＝1.0×10^-7

CT的MTTR＝4h           即μ＝0.25

将这些数据代入公式(10)得：

ATP1，ATP2，......，ATP54串联时，

λ₁＝5.4×10^-8，μ₁＝10

MTBF＝1.85×10⁷

CT1，CT2，......CT54串联时，

λ₂＝5.4×10^-6，μ₂＝0.25

MTBF＝1.85×10⁵

将这些数据代入公式(11)得：

MTBF＝8.364×10¹¹

可见，使用CTC追踪间隔预警后系统的故障概率降低了4.52×10⁴倍以上。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易 想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护 范围应该以权利要求的保护范围为准。