城市軌道交通全自動運行系統(tǒng)信號功能設(shè)計及實際應用

劉晨陽

摘 要：全自動運行信號系統(tǒng)促進了城市軌道交通自動化水平的提升，可顯著節(jié)約人力和各項成本。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，在既有豐碩成果基礎(chǔ)上，可以將更多行車系統(tǒng)集成進來，實現(xiàn)統(tǒng)一數(shù)據(jù)源的綜合行車控制系統(tǒng)，進一步提升總體自動化水平。文章主要分析和討論全自動運行信號系統(tǒng)的設(shè)計改進以及在列車實際運行控制中的應用。

關(guān)鍵詞：全自動運行；信號系統(tǒng)；設(shè)計應用

中圖分類號：U231+.7 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）19-0092-02

Abstract： The automatic signal system promotes the improvement of the automation level of urban rail transit， and can significantly save manpower and various costs. With the development of science and technology， on the basis of abundant achievements， more vehicle systems can be integrated to achieve a unified data source of integrated vehicle control system， and further improve the overall level of automation. This paper mainly analyzes and discusses the design and improvement of the automatic operation signal system and its application in the actual operation control of the train.

Keywords： automatic operation； signal system； design and application

城市軌道交通全自動運行線路的控制系統(tǒng)依賴于信號、車輛、通信、綜合監(jiān)控等各個專業(yè)系統(tǒng)的聯(lián)動，在列車的全自動運行控制中，信號系統(tǒng)是其核心系統(tǒng)，對普通CBTC信號系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件設(shè)備及軟件功能進行了優(yōu)化，增強和擴展了既有其他系統(tǒng)的接口功能，同時新增部分設(shè)備接口，與各個專業(yè)相互配合構(gòu)成全自動運行線路的信號控制系統(tǒng)。

1 全自動運行信號系統(tǒng)與傳統(tǒng)CBTC信號系統(tǒng)的差異

1.1 在系統(tǒng)設(shè)計方面

（1）提高了系統(tǒng)RAMS水平。各控制設(shè)備要求冗余，可靠性、可用性、可維護性及安全性等多項指標高于常規(guī)，且主備系統(tǒng)可無縫切換。（2）全自動運行信號系統(tǒng)可以實現(xiàn)對信號、車輛、通信系統(tǒng)進行完善的自診斷、故障定位、報警、故障自動恢復及中央遠程監(jiān)督控制功能。（3）具備列車自動喚醒啟動和休眠、自動出入停車場、自動清洗、自動運行、自動停車、自動控制車門上下客等功能。（4）具備車輛段、停車場與正線要求完全相同的信號系統(tǒng)。（5）系統(tǒng)具有全自動運行、非全自動運行以及各級降級運營等運營模式。

1.2 在系統(tǒng)架構(gòu)方面

（1）信號系統(tǒng)與綜合監(jiān)控、車輛管理系統(tǒng)等進行深度集成，形成以行車指揮為中心的綜合自動化系統(tǒng)。（2）控制中心增加乘客調(diào)度、車輛調(diào)度以及維修調(diào)度等工作站。（3）采用全自動車輛段、停車場后場段信號設(shè)備按照正線設(shè)備集中站統(tǒng)一配置。

2 以行車指揮為中心的綜合自動化系統(tǒng)

在全自動運行信號系統(tǒng)模式下，加強了列車火災、乘客報警及異常、車輛故障、站臺門狀態(tài)等的聯(lián)動和信息整合，還增加了控制中心操作員對車廂乘客進行廣播、視頻監(jiān)視的功能，實現(xiàn)了對車輛設(shè)備的管理、監(jiān)控和聯(lián)動，使綜合監(jiān)控系統(tǒng)更加完善。列車的實時信息可以及時的上傳到中央控制中心，比如車載圖像CCTV上傳、列車緊急對講聯(lián)動、列車緊急拉手（逃生門）聯(lián)動、列車煙感報警聯(lián)動等。

在全自動運行信號系統(tǒng)中就應用了以行車指揮為中心的綜合自動化系統(tǒng)，具備以下七個功能：（1）集成ATS與綜合監(jiān)控子系統(tǒng)。（2）增加了對乘客服務調(diào)度以及車輛檢修調(diào)度所需的相關(guān)功能要求。（3）車輛運行信息和故障信息監(jiān)視系統(tǒng)。（4）增加OCC對車輛內(nèi)廣播的控制。（5）對列車上、車站及區(qū)間、車輛段內(nèi)視頻監(jiān)控（CCTV）設(shè)備進行控制。（6）在應急情況下可遠程手動控制部分列車功能。

因此，以行車指揮為中心的綜合自動化系統(tǒng)將信號系統(tǒng)控制界面與綜合監(jiān)控設(shè)備顯示界面整合到一起，行車組織人員可根據(jù)統(tǒng)一的報警顯示進行相應的處理工作，使聯(lián)動機制更加完善，同時也便于調(diào)度人員對全自動運行系統(tǒng)列車及車站設(shè)備的控制。

3 全自動運行信號系統(tǒng)在列車實際運行中的設(shè)計應用

3.1 增加了信號系統(tǒng)的功能

全自動運行信號系統(tǒng)對列車的控制主要通過ATS時刻表實現(xiàn)的，新增功能主要有自動運行控制功能、安全防護功能、系統(tǒng)維護功能及系統(tǒng)接口功能，典型新增功能如下：（1）列車的休眠與喚醒。列車結(jié)束運行任務后，為了節(jié)省能源，信號系統(tǒng)會自動啟動休眠程序。在休眠前，ATC信號系統(tǒng)會向地面列車維護系統(tǒng)發(fā)送列車維護提示，根據(jù)需要對列車進行維修養(yǎng)護工作。同時，列車休眠后要保證ATC系統(tǒng)的喚醒模塊保持帶電狀態(tài)。每天運營前或有列車插入時，全自動運行信號系統(tǒng)會根據(jù)列車運行時刻表給每列車自動分配識別號。當列車兩端駕駛室都調(diào)到自動模式后，列車在發(fā)車前OCC自動給列車發(fā)送喚醒指令，然后后列車車載各子系統(tǒng)執(zhí)行啟動、自檢和靜態(tài)測試等程序，自檢結(jié)果再反饋至信號系統(tǒng)及OCC。（2）綜合自檢。列車被喚醒后會進入自檢程序，車載ATC、車輛、ISCS、通信設(shè)備自動完成自檢和靜態(tài)發(fā)車測試。當列車整個系統(tǒng)準備完畢后，最后進行車門和緊急制動接口測試。當所有測試都正常進行后，列車反饋綜合自檢狀態(tài)。綜合自檢功能可自行對列車設(shè)備進行檢測，節(jié)約了人工成本，提高了檢測效率和質(zhì)量。（3）自動化車輛段/停車場功能。自動化車輛段、停車場一般劃分為自動化運行區(qū)域及非自動化運行區(qū)域，其中全自動運行區(qū)域可以實現(xiàn)列車的全自動駕駛、自動休眠、自動喚醒、綜合自檢、自動化洗車等功能，非全自動化區(qū)域則提供了場段內(nèi)調(diào)車作業(yè)功能。可通過轉(zhuǎn)換軌方式實現(xiàn)兩個區(qū)域的轉(zhuǎn)換。（4）正線列車自動運行。目前依靠信號系統(tǒng)ATO功能的列車已能基本實現(xiàn)自動運行，自動停站、自動開關(guān)門、自動發(fā)車以及自動折返等功能，但由于部分設(shè)備缺少自診斷、自動恢復故障及中央遠程監(jiān)督控制功能，安全冗余性及可靠性仍有待提高。（5）安全防護功能。通過ATP子系統(tǒng)完成安全防護功能，在系統(tǒng)中設(shè)置SPKS保護開關(guān)、車輛段內(nèi)ATP防護功能以車庫門防護功能等，實現(xiàn)了全自動運行信號系統(tǒng)的安全防護工作。

3.2 新增硬件設(shè)備

以北京上海兩條線路為例，在全自動車輛段、停車場均設(shè)置與正線設(shè)備集中站完全相同的信號設(shè)備，包括軌旁ATC設(shè)備，比如區(qū)域控制器ZC、線路控制器LC、軌旁信標和編碼器以及連接這些設(shè)備的DCS系統(tǒng)。同時，車載信號系統(tǒng)增加列車喚醒模塊，連接到車輛和DCS無線調(diào)制解調(diào)器，軌旁信號系統(tǒng)可以通過無線通信系統(tǒng)喚醒列車。

3.3 新增設(shè)備接口

（1）車門及屏蔽門控制。在傳統(tǒng)車門和屏蔽門控制基礎(chǔ)上，增加了故障處理功能及人工介入操作功能，也就是對位隔離功能。對于個別發(fā)生故障的屏蔽門，要采用人工的方式將故障屏蔽門關(guān)閉并鎖定，屏蔽門系統(tǒng)向信號系統(tǒng)報告故障屏蔽門信息，在列車進站前，信號系統(tǒng)將屏蔽門故障信息發(fā)送至車輛，使列車停站時不開放對應車門。（2）信號與SPKS區(qū)域封鎖開關(guān)控制。在車站及車輛段增設(shè)可以保護工作人員的SPKS區(qū)域封鎖開關(guān)，SPKS作業(yè)封鎖開關(guān)功設(shè)置在全自動運行區(qū)域內(nèi)，工作人員在進入軌行區(qū)之前，需激活該開關(guān)，保證列車不會運行。

3.4 列車運行模式

全自動運行信號系統(tǒng)列車運行模式與普通CBTC系統(tǒng)相比增加了全自動運行模式、蠕動模式以及睡眠模式，根據(jù)不同運營場景，自動轉(zhuǎn)換至相應模式。

3.5 設(shè)計過程中的注意事項

（1）全自動運行信號系統(tǒng)是一個整體系統(tǒng)，完成整個系統(tǒng)的安裝后要進行第三方安全認證。（2）建議車輛段、停車場停車庫長度采用統(tǒng)一設(shè)計標準，列車至車擋距離至少為15米，兩車之間距離至少為20米。目的是提高列車全自動運行的安全性和可靠性，同時提高列車的入庫效率。（3）采用全自動運行信號系統(tǒng)后，車載信號設(shè)備的狀態(tài)信息與故障信息要能夠?qū)崟r上傳至控制中心，PIS、列車安防（視頻監(jiān)控）、車載綜合監(jiān)控以及車輛等專業(yè)設(shè)備也要與控制中心OCC保持實時通信，所以，在設(shè)計時應統(tǒng)籌考慮各專業(yè)對帶寬的需求，對采用2.4G、5.8G以及LTE等不同方案進行評估。

4 結(jié)束語

綜上所述，設(shè)計人員在設(shè)計全自動運行信號系統(tǒng)時要具有創(chuàng)新意識，應用先進的計算機控制技術(shù)，實現(xiàn)列車運行全程的自動化，不斷提升列車的行車安全和效率，實現(xiàn)城市軌道交通控制技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1]張艷兵，戴克平.自主化全自動運行系統(tǒng)研究與應用[J].都市快軌交通，2017（6）：1-6.

[2]高嶸華.全自動運行系統(tǒng)對CBTC功能需求的研究[J].西安鐵路職業(yè)技術(shù)學院學報，2017（4）：11-14.

[3]牛英明.一種軌道交通車輛段或停車場的全自動運行控制系統(tǒng)，CN102897197A[P].2013.

[4]張大朋.全自動運行模式下的地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)分析[J].工程技術(shù)：全文版：252.

[5]閆宏偉，燕飛，張仕杰，等.系統(tǒng)理論過程分析在城市軌道交通列車運行控制系統(tǒng)設(shè)計中的應用[J].城市軌道交通研究，2017，20（11）：55-59.

[6]董衛(wèi)剛，李術(shù)霞，吳志國.炭塊堆垛機組全自動運行實現(xiàn)方法[J].起重運輸機械，2016（4）：17-20.

[7]中國城市軌道交通協(xié)會.城市軌道交通全自動運行專家研討會在京召開[J].都市快軌交通，2017（6）：1.