基于車(chē)組號(hào)的地鐵車(chē)輛段列車(chē)跟蹤方法

景順利 王 恒

(南京恩瑞特實(shí)業(yè)有限公司, 211106, 南京//第一作者，工程師)

地鐵信號(hào)系統(tǒng)中，正線(xiàn)與車(chē)輛段采用不同信號(hào)廠(chǎng)商提供的信號(hào)系統(tǒng)，且正線(xiàn)ATS(列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控)系統(tǒng)不監(jiān)控車(chē)輛段內(nèi)信號(hào)元素狀態(tài)及列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)。車(chē)輛段內(nèi)的信號(hào)元素狀態(tài)、列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)操作在車(chē)輛段聯(lián)鎖上位機(jī)上進(jìn)行監(jiān)控和操作。此種模式下，調(diào)度中心的調(diào)度員無(wú)法在第一時(shí)間掌握車(chē)輛段內(nèi)列車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)、位置等相關(guān)信息，不方便中央調(diào)度員統(tǒng)一指揮調(diào)度。

為了滿(mǎn)足調(diào)度員的需求，正線(xiàn)ATS系統(tǒng)不僅要顯示車(chē)輛段內(nèi)信號(hào)元素狀態(tài)，如信號(hào)機(jī)開(kāi)/關(guān)、軌道電路占用/出清、道岔定反位及進(jìn)路等狀態(tài)，還要準(zhǔn)確顯示車(chē)輛段內(nèi)列車(chē)的位置及狀態(tài)信息。本文提出了車(chē)輛段內(nèi)車(chē)組號(hào)的跟蹤方法，便于界面車(chē)組號(hào)實(shí)時(shí)顯示。

1 車(chē)輛段與正線(xiàn)上列車(chē)跟蹤的區(qū)別

1.1 控制列車(chē)的范圍不同

正線(xiàn)列車(chē)跟蹤范圍為列車(chē)由車(chē)輛段駛?cè)胝€(xiàn)轉(zhuǎn)換軌開(kāi)始，至列車(chē)由正線(xiàn)轉(zhuǎn)換軌駛?cè)胲?chē)輛段轉(zhuǎn)換軌結(jié)束。ATS系統(tǒng)根據(jù)正線(xiàn)聯(lián)鎖和/或列車(chē)數(shù)據(jù)，對(duì)列車(chē)在正線(xiàn)的運(yùn)行予以模擬，更新界面車(chē)次號(hào)并實(shí)時(shí)顯示。

車(chē)輛段列車(chē)跟蹤范圍為列車(chē)由正線(xiàn)轉(zhuǎn)換軌駛?cè)胲?chē)輛段轉(zhuǎn)換軌開(kāi)始，至列車(chē)由車(chē)輛段轉(zhuǎn)換軌再次駛?cè)胝€(xiàn)轉(zhuǎn)換軌結(jié)束。車(chē)輛段ATS系統(tǒng)根據(jù)車(chē)輛段聯(lián)鎖數(shù)據(jù)對(duì)列車(chē)在段內(nèi)的運(yùn)行予以模擬，更新界面車(chē)組號(hào)并實(shí)時(shí)顯示。

1.2 顯示列車(chē)的目的不同

車(chē)次號(hào)是列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行的根本。正線(xiàn)顯示車(chē)次號(hào)，ATS根據(jù)車(chē)次號(hào)為列車(chē)自動(dòng)排列進(jìn)路，下發(fā)列車(chē)指令，如停站時(shí)間、站間運(yùn)行時(shí)間等。正線(xiàn)通過(guò)ATS自動(dòng)控制功能降低調(diào)度員的勞動(dòng)強(qiáng)度，在緊急情況下通過(guò)人工操作干預(yù)線(xiàn)路上列車(chē)的運(yùn)行。

車(chē)輛段內(nèi)列車(chē)以人工駕駛模式運(yùn)行，不需要ATS對(duì)聯(lián)鎖及車(chē)載下發(fā)指令。所以車(chē)輛段只需實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)車(chē)組號(hào)的跟蹤，實(shí)時(shí)顯示列車(chē)在車(chē)輛段內(nèi)的位置。

1.3 車(chē)地通信方式不同

正線(xiàn)車(chē)輛與ATS之間存在信息交互，ATS可獲取車(chē)載相關(guān)信息，如位置、狀態(tài)等信息。例如：基于固定閉塞或準(zhǔn)移動(dòng)閉塞的信號(hào)系統(tǒng)中，通過(guò)軌道電路、環(huán)線(xiàn)等實(shí)現(xiàn)列車(chē)與ATS的信息交互；基于無(wú)線(xiàn)通信或者LTE(長(zhǎng)期演進(jìn))通信的移動(dòng)閉塞信號(hào)系統(tǒng)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)或LTE系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)列車(chē)與ATS的信息交互。車(chē)輛段內(nèi)，列車(chē)與ATS之間無(wú)信息交互。

1.4 閉塞方式不同

正線(xiàn)有固定閉塞、準(zhǔn)移動(dòng)閉塞、移動(dòng)閉塞三種閉塞方式。其中，移動(dòng)閉塞是其普遍采用的方式，提高了列車(chē)運(yùn)營(yíng)密度。該閉塞方式下，正線(xiàn)聯(lián)鎖向ATS發(fā)送邏輯軌道占用/出清狀態(tài)、軌道方向、道岔等信息。

車(chē)輛段內(nèi)采用固定閉塞方式，車(chē)輛段聯(lián)鎖向ATS發(fā)送物理軌道電路的占用/出清狀態(tài)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)布置

車(chē)輛段列車(chē)跟蹤系統(tǒng)軟件布置于車(chē)輛段ATS系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)與車(chē)輛段聯(lián)鎖系統(tǒng)、正線(xiàn)ATS系統(tǒng)通信。車(chē)輛段ATS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)布置圖

2.2 物理接口

車(chē)輛段ATS系統(tǒng)與中央ATS系統(tǒng)設(shè)備之間通過(guò)以太網(wǎng)接口連接，車(chē)輛段ATS與車(chē)輛段聯(lián)鎖系統(tǒng)通過(guò)RS-422串口連接，如圖2所示。

圖2 物理接口

3 系統(tǒng)功能

3.1 車(chē)組號(hào)跟蹤原理

車(chē)組號(hào)跟蹤對(duì)象是軌道電路，軌道電路占用/出清狀態(tài)變化會(huì)觸發(fā)列車(chē)跟蹤作業(yè)。列車(chē)跟蹤作業(yè)過(guò)程包含列車(chē)識(shí)別和列車(chē)步進(jìn)。軌道電路變化過(guò)程如下:

(1) 一個(gè)軌道電路由“空閑”狀態(tài)變?yōu)椤罢加谩睜顟B(tài)。此時(shí)一列列車(chē)的第一個(gè)輪對(duì)剛進(jìn)入該軌道電路，即觸發(fā)列車(chē)跟蹤作用，將列車(chē)車(chē)組號(hào)關(guān)聯(lián)到當(dāng)前占用的軌道電路。

(2) 一個(gè)軌道電路由“占用”狀態(tài)變?yōu)椤翱臻e”狀態(tài)。此時(shí)一列列車(chē)的最后一個(gè)輪對(duì)剛出清該軌道電路，判斷“空閑”的軌道電路是否關(guān)聯(lián)車(chē)組號(hào)，若關(guān)聯(lián)車(chē)組號(hào)，則將車(chē)組號(hào)關(guān)聯(lián)到當(dāng)前占用的軌道電路。 以圖3為例進(jìn)行說(shuō)明。

圖3 車(chē)組號(hào)跟蹤原理

3.1.1 列車(chē)識(shí)別

列車(chē)識(shí)別用于確定移動(dòng)的列車(chē)。由軌道電路“占用”或“空閑”狀態(tài)觸發(fā)的跟蹤，列車(chē)識(shí)別的目的不同。

(1) 軌道電路“占用”引起的車(chē)組號(hào)跟蹤，主要是為了確定列車(chē)來(lái)自的源軌道電路。

(2) 軌道電路“空閑”引起的車(chē)組號(hào)跟蹤，主要是為了確定列車(chē)運(yùn)行到的目標(biāo)軌道電路。

針對(duì)圖3中的列車(chē)移動(dòng)，處理以下兩個(gè)事件：

(1) 軌道電路D3G占用事件。 車(chē)輛段ATS接收到軌道電路D3G占用后，查看其默認(rèn)前置軌道電路D2G的狀態(tài)和默認(rèn)后置軌道電路D4G的狀態(tài)，根據(jù)軌道電路D2G和軌道電路D4G的不同狀態(tài)識(shí)別列車(chē)來(lái)源。處理流程如圖4所示。

圖4 軌道電路占用列車(chē)識(shí)別

·如果軌道電路D2G占用并且軌道電路D4G空閑，則軌道電路D3G的列車(chē)來(lái)源于軌道電路D2G 。

·如果軌道電路D2G空閑并且軌道電路D4G占用，則軌道電路D3G的列車(chē)來(lái)源于軌道電路D4G 。

·如果軌道電路D2G占用并且軌道電路D4G占用，則無(wú)法識(shí)別D3G的列車(chē)來(lái)源。此時(shí)需要人工干預(yù)，通過(guò)人工步進(jìn)車(chē)組號(hào)功能實(shí)現(xiàn)車(chē)組號(hào)的移動(dòng)。

· 如果軌道電路D2G空閑并且軌道電路D4G空閑，則無(wú)法識(shí)別D3G的列車(chē)來(lái)源。此種情況下，系統(tǒng)將自動(dòng)創(chuàng)建虛假車(chē)組號(hào)用于界面顯示，調(diào)度員可使用人工操作功能進(jìn)行車(chē)組號(hào)修正。

(2) 軌道電路D2G出清事件。車(chē)輛段ATS接收到軌道電路D2G出清后，獲取軌道電路D2G關(guān)聯(lián)的車(chē)組號(hào)。若不關(guān)聯(lián)車(chē)組號(hào)，則不進(jìn)行處理；若關(guān)聯(lián)車(chē)組號(hào)，查看其默認(rèn)前置軌道電路D1G的狀態(tài)和默認(rèn)后置軌道電路D3G的狀態(tài)，根據(jù)軌道電路D1G和軌道電路D3G的不同狀態(tài)識(shí)別列車(chē)運(yùn)行到的目標(biāo)軌道電路。處理流程如圖5所示。

圖5 軌道電路出清列車(chē)識(shí)別

·如果軌道電路D1G占用并且軌道電路D3G空閑，則軌道電路D2G的列車(chē)運(yùn)行到軌道電路D1G 。

·如果軌道電路D1G空閑并且軌道電路D3G占用，則軌道電路D2G的列車(chē)運(yùn)行到軌道電路D3G 。

·如果軌道電路D1G占用并且軌道電路D3G占用，則系統(tǒng)無(wú)法識(shí)別軌道電路D2G列車(chē)運(yùn)行的目標(biāo)軌道電路，此時(shí)通過(guò)人工步進(jìn)車(chē)組號(hào)實(shí)現(xiàn)車(chē)組號(hào)的移動(dòng)。

·如果軌道電路D1G空閑并且軌道電路D3G空閑，則無(wú)法識(shí)別軌道電路D2G的列車(chē)運(yùn)行，此時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)刪除軌道電路D2G關(guān)聯(lián)的車(chē)組號(hào)。

3.1.2 列車(chē)步進(jìn)

通過(guò)列車(chē)識(shí)別獲得列車(chē)當(dāng)前關(guān)聯(lián)的軌道電路以及車(chē)組號(hào)移動(dòng)的目標(biāo)軌道電路。列車(chē)步進(jìn)將列車(chē)車(chē)組號(hào)關(guān)聯(lián)到目標(biāo)軌道電路，將當(dāng)前軌道電路關(guān)聯(lián)車(chē)組號(hào)刪除，同時(shí)將車(chē)組號(hào)顯示位置發(fā)送界面進(jìn)行顯示。

3.2 三種場(chǎng)景下的列車(chē)跟蹤方法

3.2.1 列車(chē)進(jìn)入車(chē)輛段

列車(chē)經(jīng)由正線(xiàn)轉(zhuǎn)換軌駛?cè)胲?chē)輛段，即列車(chē)占用車(chē)輛段轉(zhuǎn)換軌時(shí)，軌道電路的狀態(tài)由“出清”變?yōu)椤罢加谩保|發(fā)列車(chē)跟蹤作業(yè)。車(chē)輛段ATS通過(guò)列車(chē)識(shí)別確定列車(chē)來(lái)源軌道電路(如圖6中的G1619)，同時(shí)判斷當(dāng)前軌道電路為車(chē)輛段轉(zhuǎn)換軌，則向正線(xiàn)請(qǐng)求正線(xiàn)轉(zhuǎn)換軌關(guān)聯(lián)的列車(chē)車(chē)組號(hào)。當(dāng)車(chē)輛段ATS接收到正線(xiàn)發(fā)送的轉(zhuǎn)換軌關(guān)聯(lián)車(chē)組號(hào)后，在車(chē)輛段轉(zhuǎn)換軌上創(chuàng)建車(chē)組號(hào)，并發(fā)送給車(chē)輛段和正線(xiàn)界面進(jìn)行顯示，如圖6所示。

圖6 列車(chē)駛?cè)胲?chē)輛段

3.2.2 列車(chē)在車(chē)輛段內(nèi)運(yùn)行

列車(chē)在車(chē)輛段運(yùn)行時(shí)，車(chē)輛段聯(lián)鎖將軌道電路、信號(hào)機(jī)、道岔等信號(hào)元素狀態(tài)發(fā)送給車(chē)輛段ATS。車(chē)輛段ATS根據(jù)來(lái)自車(chē)輛段聯(lián)鎖的軌道電路占用/出清狀態(tài)觸發(fā)車(chē)組號(hào)跟蹤作業(yè)，通過(guò)列車(chē)識(shí)別和列車(chē)步進(jìn)實(shí)現(xiàn)車(chē)組號(hào)在界面上的移動(dòng)顯示，如圖7所示。

圖7 車(chē)輛段內(nèi)車(chē)組號(hào)顯示

3.2.3 列車(chē)駛出車(chē)輛段

列車(chē)由車(chē)輛段駛?cè)胝€(xiàn)轉(zhuǎn)換軌時(shí)，車(chē)輛段內(nèi)車(chē)組號(hào)顯示在車(chē)輛段轉(zhuǎn)換軌處。此時(shí)，列車(chē)納入正線(xiàn)ATS監(jiān)控范圍，正線(xiàn)轉(zhuǎn)換軌占用時(shí)ATS自動(dòng)為列車(chē)分配車(chē)次號(hào)，同時(shí)向車(chē)輛段ATS請(qǐng)求車(chē)輛段轉(zhuǎn)換軌關(guān)聯(lián)的車(chē)組號(hào)，用于正線(xiàn)車(chē)次號(hào)與車(chē)組號(hào)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。當(dāng)列車(chē)完全駛出車(chē)輛段，車(chē)輛段轉(zhuǎn)換軌出清時(shí)，車(chē)輛段ATS自動(dòng)將車(chē)輛段轉(zhuǎn)換軌關(guān)聯(lián)車(chē)組號(hào)刪除，同時(shí)關(guān)閉車(chē)組號(hào)界面顯示，車(chē)輛段內(nèi)的跟蹤作業(yè)結(jié)束。

3.3 終端無(wú)電軌道電路內(nèi)的列車(chē)跟蹤方法

列車(chē)進(jìn)入無(wú)電軌道電路區(qū)段時(shí)，車(chē)輛段ATS無(wú)法接收來(lái)自車(chē)輛段聯(lián)鎖的占用/出清狀態(tài)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)車(chē)組號(hào)跟蹤作業(yè)。當(dāng)列車(chē)完全進(jìn)入無(wú)電軌道電路后，前一軌道電路已出清，車(chē)組號(hào)保留在前一軌道電路上。當(dāng)列車(chē)由終端無(wú)電軌道電路駛?cè)肭耙卉壍离娐窌r(shí)，上次保留車(chē)組號(hào)與此列車(chē)關(guān)聯(lián)。如圖8所示。列車(chē)在車(chē)輛段內(nèi)移動(dòng)時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)列車(chē)車(chē)組號(hào)跟蹤作業(yè)。

圖8 終端無(wú)電軌道電路軌道圖

3.4 車(chē)組號(hào)管理方法

3.4.1 車(chē)組號(hào)初始化

車(chē)輛段列車(chē)采用車(chē)組號(hào)跟蹤。車(chē)組號(hào)采用6位標(biāo)識(shí)，即車(chē)頭編號(hào)+車(chē)尾編號(hào)，如001002。車(chē)輛段ATS接收到軌道電路占用并且無(wú)法確定列車(chē)來(lái)源時(shí)，車(chē)輛段ATS自動(dòng)為當(dāng)前列車(chē)分配虛假車(chē)組號(hào)，如00X000，其中X用于標(biāo)識(shí)系統(tǒng)中存在的列車(chē)數(shù)。

3.4.2 車(chē)組號(hào)同步

車(chē)輛段ATS自動(dòng)創(chuàng)建車(chē)組號(hào)時(shí)為運(yùn)行列車(chē)分配虛假車(chē)組號(hào)，因此需要對(duì)系統(tǒng)中存在的虛假車(chē)組號(hào)進(jìn)行修正。本系統(tǒng)提供以下兩種方式的車(chē)組號(hào)同步功能：

(1) 列車(chē)由正線(xiàn)駛?cè)胲?chē)輛段時(shí)，通過(guò)與正線(xiàn)ATS系統(tǒng)交互，獲取正線(xiàn)車(chē)組號(hào)用于車(chē)輛段車(chē)組號(hào)顯示。

(2) 針對(duì)車(chē)輛段終端無(wú)電軌道電路，系統(tǒng)提供無(wú)電軌道電路車(chē)組號(hào)保留功能，當(dāng)列車(chē)駛出無(wú)電軌道電路后仍使用保留的車(chē)組號(hào)。

3.4.3 車(chē)組號(hào)人工操作

車(chē)輛段ATS除提供車(chē)組號(hào)自動(dòng)跟蹤功能，還提供人工車(chē)組號(hào)操作。該功能位于車(chē)輛段調(diào)度工作站，方便調(diào)度員對(duì)車(chē)組號(hào)進(jìn)行人工創(chuàng)建、修改、步進(jìn)操作。

3.5 中央遠(yuǎn)程監(jiān)控

車(chē)輛段ATS將接收到的信號(hào)機(jī)、道岔、軌道電路等信號(hào)元素狀態(tài)及車(chē)組號(hào)實(shí)時(shí)發(fā)送給正線(xiàn)ATS，用于正線(xiàn)工作站及大屏實(shí)時(shí)顯示，以便調(diào)度員、維護(hù)員實(shí)時(shí)監(jiān)督車(chē)輛段內(nèi)列車(chē)運(yùn)行及信號(hào)元素狀態(tài)信息。

4 結(jié)語(yǔ)

車(chē)輛段列車(chē)車(chē)組號(hào)自動(dòng)跟蹤，實(shí)現(xiàn)了正線(xiàn)列車(chē)車(chē)次號(hào)與車(chē)輛段列車(chē)車(chē)組號(hào)的信息交互，方便調(diào)度員第一時(shí)間掌握車(chē)輛段內(nèi)運(yùn)行列車(chē)、上線(xiàn)列車(chē)及下線(xiàn)列車(chē)的情況。其作為一種先進(jìn)的實(shí)現(xiàn)車(chē)輛段內(nèi)列車(chē)車(chē)組號(hào)自動(dòng)跟蹤的新系統(tǒng)，適于在地鐵的車(chē)輛段大力推廣。