廣州地鐵2號線大小交路信號系統改造實施研究

衛春燕

為提供更合理的運輸服務水平，滿足乘客出行的需要，同時實現節能降耗和減排的目的，基于廣州地鐵2號線 “中間大兩頭小”的實際客流特點，提出在原有 “嘉禾望崗—廣州南站”全線交路的運行基礎上，在高峰期增加 “三元里—江泰路”小交路運行，以緩解高峰時段的客流壓力。這樣，就產生了2號線大小交路混跑的運行方式，隨即帶來對地鐵信號系統新的運營要求。為此，提出了對現有2號線信號系統的改造方案，對大小交路運行方式下實施的信號系統改造進行分析研究。

1 大小交路運行方式

大小交路是城軌交通基本交路模式之一，適用于區段客流不均衡、客流斷面突變明顯的線路。廣州地鐵2號線利用這一特點，在早高峰采用了 “廣州南站—嘉禾望崗 （大交路）＋江泰路—三元里（小交路）”的混跑交路方案，如圖1所示。

圖1 2號線大小交路運行方式示意圖

大小交路開行比例按2∶1組織，即中間重合段每開行2列大交路列車，加開1列小交路列車。增設的三元里與江泰路2個小交路列車折返點，可以實現自動折返。如此一來，有效地緩解了線路早高峰尖峰客流壓力。

2 信號系統設備條件

廣州地鐵2號線采用LZB700M準移動閉塞列控系統，配置的信號系統 （ATC）是一套成熟的連續列車控制系統，由下列3個主要系統組成：聯鎖SICAS系統、ATS系統、LZB700MATP／ATO系統。

聯鎖系統完成進路排列，使進路中的道岔轉到正確位置并且鎖閉，征用進路全部區段，并確認監控區段軌道電路空閑、無敵對進路、主進路側面防護已提供的條件均達到后，給出開放信號命令。這時軌旁ATP設備根據聯鎖提供的進路要素信息，以及實時的軌道區段空閑或占用情況，為線上運營的每列列車發送移動授權 （列車允許前進的距離）和每個區段允許的最高速度，保證全線列車行駛安全 （建立安全和非安全停車點），不發生追尾、不越過非安全區域等。

2號線全線具備列車自動監控系統 （ATS）功能，可實現線路運營狀況顯示和人工命令操作、進路自動排列功能 （ARS）、時刻表建立和比較、自動列車調整 （ATR）等。在實現大小交路運行的改造過程中，主要涉及改造的信號系統有聯鎖與ATS子系統。

3 大小交路套跑產生的問題及解決方案

2號線原單一交路運行時，除故障情況組織列車以特殊方式運行以外 （包括使用變更進路），正常情況下的所有列車均在線路兩頭嘉禾望崗與廣州南站進行折返，這就意味著對于同一起始點來說，所有列車在線路中的進路相同，不存在不同列車在同一起始點需要排列不同方向進路的情況；而且因單一交路模式不存在大小交路交叉點，也就不存在同一位置有2種不同且又都屬于正常方向的列車產生潛在沖突的可能性；此外，單一交路運行時列車運行密度相對較低、所有列車在同一站的去向相同等等，這些相對穩定且簡單的運行條件，在改為大小交路運行的情況下都產生了突變。

采用大小交路混跑運行后，對信號系統而言，產生了各種問題和新的需求，包括：列控系統中涉及行車安全的進路排列、折返沖突，以及折返效率受到制約等信號基本問題，也涉及到PIDS乘客導向和車站廣播無法滿足復合交路運行需要的問題。

3．1 聯鎖子系統

在2號線準移動閉塞西門子列車控制系統中，列車的正常運行仍是建立在進路排列、信號機開放的基礎上，因此，進路排列是行車安全的重要前提。

3．1．1 單一進路在交叉點無法滿足大小交路列車的運行需要

1．問題分析。2號線在單一交路運營的條件下，所有列車均是在嘉禾望崗和廣州南站進行自動折返。對于線路上任意的一個起始點，所有列車需要排列的進路方向是相同的。

基于這一點，2號線自2010年開通新線以來，信號系統全線各聯鎖區，均使用信號機追蹤模式排列進路，即由聯鎖系統直接排路，提前根據線路及信號要素編制好聯鎖進路表，當列車到達進路表中該段進路的觸發點時，進路則被聯鎖按預先設定好的方向排列，進行要素檢查并征用，從而開放信號使列車駛入。可以看出，由于聯鎖系統并無目的地（車次號）的概念，所以它所排列的進路方向是單一的。

但大小交路混跑時，在三元里及江泰路2個交叉點 （以江泰路為例），如圖2所示，存在方向1（小交路）和方向2（大交路）2種不同的列車行駛方向，系統需要及時、正確地根據大小交路排列不同方向的進路。

2．改造方案。運營條件的改變，使在交叉點的信號機不能再使用追蹤模式。幸運的是，信號系統還預留了ARS排路功能，這樣，可根據列車的目的地碼排列不同方向的進路。使用大小交路混合運行時，需要在2種交路的交叉點，將該聯鎖區信號機設置為自排模式，并按照 “二大一小”的運營組織秩序編制時刻表，通過ATS系統按照時刻表分配給大、小交路列車不同的目的地碼，就可有效解決該問題。

3．1．2 原系統進路設置原則制約小交路列車折返效率

1．問題分析。由于2號線準移動閉塞列控系統存在進路的保護區段，因此在設置進路時，需將保護區段考慮在內。如圖2所示，當小交路列車要進入短線終點站江泰路存車線進行折返時，出于折返效率考慮，系統設計對于該車進入江泰路下行站臺的X1302—X1216進路，聯鎖被要求排列相應進路，并征用交匯點道岔 W1216（圖中圓圈處）的側股左位作為保護區段，如此一來可減少保護區段（W1216直股右位）的延時解鎖時間和不必要的道岔轉換。

圖2 江泰路大小交路進路示意圖

但變為大小交路方式后，一方面，將要進入江泰路下行站臺的小交路列車，其進站進路X1302－X1216需要征用W1216的側股作為保護區段；另一方面，由于江泰路站上行列車延誤，前一趟小交路列車仍在折返過程中 （停在江泰路存車線折返軌處需要駛出）時，其進路S1210—S1201需要征用下行W1216道岔的直股作為側防條件。可見，兩方對于交匯點道岔W1216的征用存在沖突，這樣就造成不論二者哪種情況先滿足，都會影響另一方進路無法正常排列或者信號無法正常開放。

相關條件不滿足時，會導致進站列車進路的保護區段無法建立，列車在站臺中部自動停車，需要司機人工介入打破ATO自動駕駛模式進站對標；或者導致存車線折返列車的進路無法按時達到主信號層，列車無法按時折返。局部線路的行車效率因此大大降低，且存在司機人工駕駛的沖標風險。

2．改造方案。對于大小交路交匯點江泰路對道岔不同方向的征用沖突問題，只有一種解決方案，就是在收到ARS命令排列小交路列車的X1302—X1216進站進路 （如圖2所示）時，改變聯鎖系統中對其保護區段的設置，將原本默認的側股保護區段改為直股保護區段設置。

這樣的聯鎖軟件修改升級之后，對于大交路列車無影響，對于之前出現問題的小交路列車，不論其進站進路征用交匯點道岔W1216在前，還是前一趟在存車線列車排列折返進路在前，2種命令就不存在征用W1216不同位置的沖突，而改為均征用其直股 （右位）。這樣2個動作可以同時進行，就解決了原系統進路設置原則制約小交路列車折返效率的問題。

3．2 ATS子系統

2號線信號ATS系統的自排進路 （ARS）功能，可以根據列車不同的目的地方向，命令聯鎖系統在同一起始點排列出不同的進路。但這種排路在大小交路混跑時，也出現了無法滿足運營需要的問題。

1．問題分析。交叉點區段出現被大、小交路2個方向的列車進路征用，但沒有合理設置優先級，造成運行組織混亂。在大小交路的2個交叉點，出現折返后的站臺及相關區段可能被大小交路2個不同方向的列車搶用的情況。以圖3三元里站為例，方向1駛來的從三元里存車線折返出的小交路列車進路X2105—X2104，需要征用三元里下行站臺區段及站臺前一個道岔區段，而方向2駛來的從22FXG出站的大交路列車，其X2101—X2104進路也需要征用這2個軌道區段。

這樣，就出現了系統先排列哪個方向列車進路的不確定性，但按照“二大一小”的交路運行原則，系統里應存在一個控制程序，使列車進路能夠按照需要的先后次序，排列交叉點不同方向的進路。

圖3 三元里大小交路進路示意圖

2．改造方案。

方案一，單獨關閉存車線折返進路始端X2105信號機的ARS自排功能，改為調度員判斷應該組織小交路列車駛入交叉點時，手動排出X2105—X2104折返進路，防止系統自動排列進路的順序錯誤。

方案二，對于小交路列車在存車線的折返進路被系統提早排出的問題，組織列車在交叉點 （即小交路列車折返點）使用ATO模式折返，而不再使用DTRO自動折返。因為DTRO模式下，一旦系統提早排出了折返進路 （以三元里為例X2105—X2104進路），則列車會自動駛出存車線到達折返后的站臺，而無法人工干預。而ATO模式下，如果系統按照正確順序排出折返進路，則正常折返；如果系統提早排出了折返進路，則可以由司機人工控制先不進行折返，同時調度員手動取消系統排出的進路，從而防止干預大交路列車的通過進路。

方案三，找到一個合理的控制原則，可以滿足“二大一小”的行車組織要求，使系統ARS被此程序控制，從而自動按正確的大、小交路列車運行順序排列進路。

對比以上3個方案，前2個都需要較多的人工介入操作及時話，不利于行車組織。只有方案三中“合理的控制原則”，考慮到ATS系統中的時刻表功能，恰好可以滿足這樣的控制需要。因此按照方案三進行系統改造。

按照重合段 “二大一小”的原則創建的大小交路時刻表，特別是在復合進路的交叉點三元里與江泰路，可明顯顯示出每2列大交路后穿插1列小交路列車的順序，只要使ATS系統的ARS排路功能在時刻表的控制之下，就可以解決大小交路排路順序錯誤的問題。而由于非重合段只有大交路單一進路，重合段內各條進路并不存在以上問題，那么需要控制的就只有交叉點三元里與江泰路存車線的折返進路。

基于以上分析，對ATS系統OC501軟件進行了升級，增加了這2個折返點信號機ARS排路的“時刻表對比”觸發條件，并配合進行FALKO時刻表的參數修改，解決了大小交路在交叉點的進路觸發順序錯誤而造成行車組織混亂的問題。

3．3 ATS系統與其他專業接口

在2號線大小交路運行條件下，對信號系統接口而言，產生較大變化的是ATS系統與以下2個系統的接口需求。

3．3．1 ATS系統與PIDS接口

1．需求分析。原信號設計中，考慮到提高運營服務質量，為乘客提供列車方向和預計到站時間的信息顯示，增加了信號ATS系統與旅客信息顯示系統 （PIDS）專業的接口。該接口使ATS可以發送線路上每個站臺前方列車的運行目的地和距離該車到站的預計時間，此項功能是通過ATS發出以站臺號為對象，包含目的地碼與到站時間的PIDS報文來實現。

而在大小交路混跑條件下，由于將要到達站臺的列車有可能是大交路列車，也有可能是小交路列車，對于乘客而言，如果將要到達的是一列小交路列車，而乘客的目的地是只有大交路列車才到達的車站，那么優化的乘車方法是繼續等待再下一列的大交路列車。此時單列車目的地及到站時間的PIDS顯示就遠遠無法滿足乘客導向需要，特別是上班高峰時乘客出行時間較緊張的情況下。因此必須考慮PIDS顯示多列車的改造需求。

2．改造方案。PIDS顯示三列車的需要已經比較明顯，因為三列車接近或者符合大、小交路交替的一個周期。

原信號系統ATS提供的PIDS報文只有一列車的信息，包含到達時間、目的站、跳站、停站時間內容。為了達到PIDS顯示三列車的需要，ATS系統的改造主要有以下幾個方面：①報文構成必須擴展2個額外的列車信息模塊；②ZZA程序（PIDS后端處理）必須修改，以便填寫報文中的第2和第3列車信息模塊，而ZZA可以在其內部數據庫里最多存儲8列車的信息，以滿足必要的信息要求；③ANKO （接口程序）必須修改，以便能夠處理新的報文格式；④測試腳本必須可以檢查ZZA數據庫的內容，并有效地對修改進行測試。

對于信號ATS系統來說，接口的物理層和協議層將不會改變，消息結構將在應用層進行修改。總之，在進行了ATS系統以上相關程序軟件的修改升級后，經測試演練，能夠顯示連續三列車的目的地及到達時間的PIDS功能，能達到大小交路使用要求。

3．3．2 ATS與車站廣播接口

1．需求分析。原廣播系統中，2號線的列車到站廣播直接依靠紅外線感應觸發，沒有與ATS系統直接或間接連接，所觸發的列車到站廣播無法區分大小交路列車。而大小交路營運中，除PIDS提供的乘客導向外，對于無法觀看PIDS顯示的乘客，小交路列車的預到站廣播也是必要的。小交路預到站廣播是指在小交路列車 （可能無法直接搭載乘客前往2號線的相應目的地）到站或者快要到站時，通過站臺的廣播告知旅客該列車目的地。

由于ATS系統提供給PIDS的報文中，已經存在含有列車目的地和到站時間的信息數據，因此，考慮通過建立廣播系統與信號系統的數據連接，進而實現小交路列車的預到站廣播功能。

2．改造方案。在2號線大小交路的改造方案中，廣播系統沒有與ATS系統直接建立接口，而是從PIDS一方獲得ATS發送的PIDS報文，對此數據進行判斷和處理，從而實現小交路預到站廣播功能。

在具體實施中，廣播系統以某一站臺為對象。在接收到ATS發送的前一列車出站重設信息后，以其后的第1條含目的地與到站時間的有效信息作為判斷依據，當此報文中目的地是小交路終點站、且到站時間小于5min時，廣播系統則認為接近該站臺的是小交路列車，隨即觸發站臺的小交路預到站廣播，內容提示為本列車的終點站為江泰路／三元里站，以及相應的搭乘建議。

4 結論

廣州地鐵2號線由之前的單一交路運行改為大小交路混跑方式后，原信號系統在突變的運行條件下也出現了種種問題，或者產生了新的、原信號系統無法滿足的運營需求。2號線大小交路信號系統的改造，有LZB700M系統的特殊問題，也有信號系統的共性問題，希望通過本文的研究探討，為其他線路信號系統混合交路運營改造方案的制定與實施提供一點幫助。

［1］ 廣州市軌道交通二、八號線延長線工程信號系統技術規格書［S］．2010．

［2］ 城市軌道交通崗位技能培訓教材－信號檢修工［M］．北京：中國勞動社會保障出版社，2010．

［3］ 陳鋒．LZB700M和TrainGuardMT列車信號控制系統綜述［J］．現代城市軌道交通，2011（4）．

［4］ 何江，魏巍．廣州地鐵2號線大小交路方案研究［J］．現代城市軌道交通，2013（5）．