國產準移動信號系統在長春輕軌的應用研究

孫會勇

(長春市軌道交通集團有限公司 長春 130012)

FZL型“城市軌道交通列車自動超速防護(ATP)系統”是具有完全自主知識產權的國產化列控系統，由國家發展改革委員會和鐵道部立項并與通號集團聯合投資開發。該系統的開發從1999年7月開始，2002年10月通過了由鐵道部組織的專家測試和技術審查。2003年8月—2004年5月，該系統在長春客車廠內的試車線上進行了現場試驗，并通過了專家組的測試;2005年8月—2006年5月，在長春輕軌一期線路上建設了2站1區間的試驗段，安裝了一列車的車載ATP設備，并通過了技術審查和驗收。2006年12月，系統首先在長春輕軌3號線二期工程上得到實際應用。目前，我國地鐵的信號系統大多是從國外引進，國產化率低，造價較高。下面介紹FZL型信號系統在長春輕軌3號線的實施及應用情況，這對該系統在我國中小運量軌道交通線路上的推廣應用具有一定的意義。

1 工程應用背景

根據2010年《長春市城市快速軌道交通建設規劃修編》，長春線網由7條線路組成，其中輕軌2條、地鐵5條。輕軌一期、二期都屬于長春市軌道交通3號線，分別于2002年和2006年正式投入運營。

長春輕軌一期工程的信號系統由調度集中子系統(CTC)、車站6502繼電聯鎖子系統和25 Hz相敏軌道電路等設備組成，沒有配置列車自動防護子系統(ATP)，所有列車均以站間閉塞方式運行，不能實現在ATP防護下的追蹤運行。

長春輕軌二期工程線路是一期工程的延續，從衛光街站至長影世紀城站全長17.4正線公里，區間有兩條正線，其中地下線路1.2 km、高架線路8.8 km，其他為地面線線路。二期共設17座車站，其中有岔車站8座，無岔車站9座，設6個設備集中站。長春輕軌二期工程共裝備37列車(一期17列，二期20列)，列車采用2輛編組，供電方式為接觸網供電，走行軌回流，供電電壓為DC 750 V，最大牽引回流為2500 A。輕軌二期工程采用了FZL型基于數字軌道電路的準移動閉塞信號系統，在其線路范圍內可實現ATP防護下的追蹤運行或以站間閉塞方式運行。

二期工程開通運營后，由于一期工程的信號系統配置較低，無ATP軌旁設備，給列車的貫通運營帶來了不便。2009年12月，一期工程信號系統改造工程的初步設計通過專家評審。改造工程采用與二期工程相同的FZL型基于數字軌道電路的準移動閉塞信號系統，預計于2012年年底完工。屆時，3號線的一、二期將統一信號系統制式，實現真正意義上的貫通運營，保證行車安全，縮短行車間隔。

2 信號系統特點

FZL型信號系統完全由我國自主研發，是具有自主知識產權的、基于數字無絕緣軌道的準移動閉塞方式的系統，該系統具有以下特點:

1)具有自主知識產權，是國內唯一自主研制的準移動閉塞制式的系統;

2)滿足城市軌道交通列車運行間隔2 min的要求;

3)適應交流和直流等不同的牽引供電方式;

4)采用數字化編碼信息傳輸技術;

5)系統的主要設備均采用高可靠性的冗余技術;

6)采用具有自主知識產權的ATP系統，實現了100%國產化，維護及時，服務到位，備品備件充足，和國外同類準移動閉塞系統相比造價低30%左右。

3 信號系統構成

3號線的FZL型ATC信號系統設備按地域劃分，可分為控制中心設備、正線車站及軌旁設備和車載設備。

3.1 控制中心設備

控制中心設備是ATC系統監控的核心部分，3號線控制中心設于朝陽橋，設備主要包括ATS中心設備、維護設備及電源設備。控制中心采用2臺網絡交換機組成的100 MB高速雙局域網，所有設備都通過TCP/IP協議連接到該局域網，然后通過通信系統提供的獨立網絡接口與各子系統連接。控制中心設有2臺并行運行的數據庫服務器、2臺互為熱備冗余的通信/應用服務器，還有調度員工作站、調度長工作站、維護/網管工作站、運行圖編輯工作站和網絡交換機、打印機及電源等設備。工程控制中心配置有ATS設備，如圖1所示。

3.2 正線車站及軌旁設備

工程的列車自動控制(ATC)系統設置了正線車站及軌旁設備，主要包括列車自動監控(ATS)車站設備、區域控制中心(含聯鎖)設備、維護監測設備、軌道電路設備及電源設備等。ATS車站設備主要用于采集車站的各種表示信息，傳送中心的控制命令，存儲由中心下載的時刻表，或根據列車識別號和目的地號進行控制，并實現車站進路的自動控制。區控中心設備是地鐵列車控制系統中保障列車運行安全的關鍵設備:通過與現場信號設備的信息交互，實現了聯鎖功能;通過和數字軌道電路的信息交互，實現了軌旁ATP(列車超速防護)的功能。

工程的正線軌旁設備采用了區域集中設置的方式。綜合考慮設備的控制要求，根據系統運營維護的便利性原則和系統接口的有利性原則，全線34個車站設10個設備集中站，其中一期工程4個、二期工程6個。下面以正線設備集中站為例，具體說明其管轄區車站及軌旁設備的配置情況，如圖2所示。

1)設備集中站包括:1套區域控制中心設備、1套冗余的車站ATS分機和遠程接口單元、1套冗余車站現地控制工作站、1套維護工作站及A3激光打印機、若干軌道電路設備、1套微機監測設備、若干網絡交換設備、1套電源設備、若干機柜、2個發車計時器、若干軌旁設備和配套纜線。

2)非設備集中站包括:若干軌道電路設備、2個發車計時器、若干軌旁設備和配套纜線。

3.3 車載設備

車載ATP設備用于保障列車運行安全，實現列車運行間隔控制。工程采用通號集團的純國產FZL.Z20型車載ATP設備，在每列列車的頭、尾車各設一套車載ATP設備，每套車載ATP設備包括“2乘2取2”冗余結構的ATP計算機、人機接口單元、ATP天線、測速設備等，ATP設備的系統結構如圖3所示。

4 信號系統應用

圖1 控制中心設備配置

圖3 FZL.Z20型車載ATP系統結構

FZL型信號系統率先應用在長春輕軌3號線的二期工程中，自2006年投入運營以來，設備運營情況總體穩定，系統維護方便，故障檢測較完備，設備整體工作穩定可靠。“安全、可靠”的原則貫穿于整個信號系統的設計和開發過程中，這使其在可靠性、安全性、可用性、可維護性、行車間隔、停車精度以及可擴展性能等方面都能達到信號系統的相關要求。

長春輕軌二期工程是長春輕軌一期工程的延續，其信號系統要保持一致，既要滿足沒有裝配車載設備列車(目前在一期運營的列車)的行車要求，又要滿足裝配了超速防護系統車載列車的行車要求，因此系統具有2種模式。

4.1 模式1:帶超速防護的自動站間閉塞模式

在該模式下，信號顯示方式與長春信號一期工程的方式相同。裝備ATP車載及未裝配ATP車載的列車均可在正線上運行:裝備ATP車載的列車按車載設備指示行車，車載設備可以保證在線列車的行車安全;未裝配ATP車載的列車按信號機的顯示行車，這與一期工程的方式相同。

4.2 模式 2:列車追蹤的超速防護模式

在該模式下，裝備車載ATP的列車可以實現列車追蹤，信號顯示方式與一期工程的方式基本相同。

在該模式下，一個站間走行多個列車。后續列車根據車載設備來保證其行車安全，車載速度監控方式與模式1基本相同。

在一期改造工程實施完畢后，一、二期工程的信號系統制式將得到統一，可真正實現一體化的貫通運營。FZL型信號系統將提供全線在模式2下的3種駕駛方式:ATP模式(ATP速度監控下的人工駕駛模式)、限制人工駕駛模式(ATP限速人工駕駛模式)、非限制人工駕駛模式(ATP切除模式)。當列車在正線、折返線按正常運行方向進行追蹤或折返作業時，應以ATP模式為正常運行模式，而限制人工駕駛模式和非限制人工駕駛模式均為非正常運行模式。

4.2.1 ATP 模式

在該模式下，由司機根據列車目標速度、目標距離指示駕駛列車，ATP系統用來監督列車的實際運行速度。列車一旦超速將有報警，并會采取必要的安全制動措施，以保證列車運行的安全。根據運行方向不同，ATP模式分為兩種不同的駕駛方式。

4.2.2 限制人工駕駛模式

該模式用于無ATP地面速度信息的地點(如停車場)及正線ATP地面設備故障時的超速防護，由司機人工駕駛列車，其運行速度不能超過規定的速度(長春輕軌定為15 km/h)。一旦超速，車載ATP將實施安全性停車控制，以便使列車停車。

4.2.3 非限制人工駕駛模式

按照社會契約理論，國家是由享有充分自然權利的個人為了自己的自由與安全以契約的形式建立的實體。國家有責任從多個渠道預防和阻止犯罪的發生、維護社會穩定，否則必須做出相應的補償。刑事立法政策即是國家制定的一種政策，力求在刑法啟動之前，抑或是其由政策轉化為實體法律之后，綜合運用國家財政、政治、文化等資源，系統地預防和控制犯罪，把犯罪發生的幾率以及對社會造成的不良影響降到最低，以達到維護社會穩定的目的。

用于站間閉塞方式行車或其他特殊運營情況，該模式列車運行無超速防護功能，列車的運行安全由司機負責。

5 結語

FZL型信號系統作為一種國產化的、適合中小運量軌道交通線路的信號系統，經過長春輕軌3號線二期工程的實際運營檢驗，具有良好的穩定性和經濟優勢，適用于以下類型的中小運量軌道交通系統:特大城市主城區的輔助線路、衛星城內部的軌道交通線路、中小城市的軌道交通線路和旅游觀光區內的軌道交通線路等。2008年以來，為了適應用戶對安全的要求，對FZL系統進行了升級和完善。

1)列車自動駕駛(ATO)子系統已經研制成功，并在長春輕軌二期工程的3站2區間進行了1年多的現場試驗，2009年11月通過國內專家的技術審查。

2)區控中心已經完成向采用“2乘2取2”取得SIL4級安全認證的DS6－60型計算機聯鎖系統平臺的移植，并成功取得SIL4級安全認證。

3)車載ATP設備已經完成向采用“2乘2取2”取得SIL4級安全認證的GSSAP平臺移植，并成功取得SIL4級安全認證。

升級后的FZL系統變得更加安全和完善，已經在長春輕軌4號線采用，目前正在工程實施，預計2012年年底開通運行。

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