既有城軌信號系統改造為DTO系統技術分析

李春宇

(中鐵通信信號勘測設計院有限公司，北京 100036)

隨著國內城市軌道交通不斷發展建設，部分線路信號系統已接近使用年限，需要更新改造。接近使用年限的既有信號系統多為GOA2 半自動化列車運行（STO）系統，更新改造選擇升級為GOA3 有人值守的全自動運行（DTO）系統是一個優選方案：既提高系統自動化和RAMS 水平、降低勞動強度及運營成本、提高運營效率，又盡可能減少既有線路、車輛及其他外部系統改造范圍及內容，節省工程投資、降低工程風險。

DTO 模式下，列車在配置列車員的條件（正常運行所有功能均由系統負責實現）下的運行，列車員僅在故障和應急情況下介入列車運行。故應結合改造工程既有條件、列車員職能開展相關研究分析。同時，本文不再對GOA2 信號系統內容贅述，僅對改造升級為DTO 模式，信號系統新增的控制模式、功能需求等進行研究。

1 DTO模式信號系統控制研究

車輛基地劃分為自動化區及非自動化區，自動化區域應包括停車列檢庫、洗車庫、部分線路咽喉區。自動化區域納入控制中心ATS 自動監控，具備CBTC 級別ATP/ATO 功能。

列車在正線及車輛基地自動化區具備全自動駕駛模式(FAM)、折返站具備全自動運行折返模式。

由于車上有列車員，蠕動模式、遠程RM 模式和雨雪模式，可以根據改造工程實際條件和運營組織管理模式選擇配置。

2 改造工程DTO模式信號系統必備功能需求分析

2.1 投入運營

列車投入運營過程如圖1 所示，列車上電后喚醒、自動定位、自檢，自檢通過后進行靜、動態測試，然后進入FAM 模式，中心自動辦理列車進路、ZC 發放移動授權，列車以FAM 模式駕駛出庫。

圖1 列車投入運營示意圖Fig.1 Schematic diagram of train put into operation

新增DTO 必須具備功能包括車輛基地自動化區ATS 及ATP/ATO 監控功能、鳴笛等。

其中喚醒宜采用人工模式；自檢以及進入FAM模式，可結合改造條件選擇自動或人工模式。

2.2 退出運營

列車退出運營過程如圖2 所示，列車自動或人工駕駛回庫，進行自動洗車、清掃等作業后進行休眠。

圖2 列車退出運營示意圖Fig.2 Schematic diagram of train exit operation

新增DTO 必須具備功能包括車輛基地自動化區ATS 及ATP/ATO 監控功能等。其中休眠可采用自動或人工模式，自動洗車功能、列車回庫的ATP/ATO 功能、洗車庫/車庫庫門防護功能應結合改造具體條件確定，在下文3.1 中針對此問題進一步探討。

2.3 正線運營

正線運營過程如圖3 所示，列車在正線以FAM模式自動運行，進站控制列車精確停車。發車條件具備的情況下，在車站自動發車。當列車到達折返站時，自動駕駛列車駛入指定的折返軌、換端、駛回站臺、打開車門及站臺門，繼續進行運營。

圖3 正線運營示意圖Fig.3 Schematic diagram of main line operation

新增DTO 必備功能主要包括：再關車門、自動發車、工作區人員防護、全自動運行折返等。精確停車對位調整、站臺門/車門故障對位隔離功能需結合既有改造工程條件具體分析。

3 改造工程DTO模式可選功能探討

相對于采用DTO 模式的新建工程，改造工程受到既有條件限制，部分方案需根據既有工程的線路、站場、車輛及相關外部系統條件，結合運營組織管理、列車員職能設計。

3.1 車輛基地運行控制方案

1）入庫控制方案

列車入庫方案需結合既有庫內停車線長度等條件分析。如果停車線長度滿足ATP 防護保護距離要求，則可以按正常FAM 模式全自動運行入庫；如果停車線長度不滿足ATP 防護保護距離要求，可采取如下兩個方案。

方案一，停車列檢庫末端設置允許列車以不超過速度5 km/h 撞擊的車擋，允許列車FAM 模式入庫時，最不利情況下以低于5 km/h 車速碰撞車擋。

方案二，列車運行至轉換軌或車庫門口，由FAM 模式轉換為RM 模式，司機人工駕駛列車入庫。此方案可在列車進入車庫時，ATP 限速5 km/h，并在列車接近線路終端時報警提示。

入庫控制具體采取方案應結合停車線長度、運營組織管理要求確定。

2）休眠、喚醒方案

全自動運行系統宜具備休眠、喚醒功能，可采用人工或自動休眠、喚醒模式。該功能的實現需結合改造工程既有條件及改造范圍確定。如，需要車輛蓄電池能夠給列車輔助駕駛模塊不間斷供電，并能夠接收、執行休眠、喚醒指令，反饋列車休眠、喚醒狀態；庫線長度應滿足列車FAO 模式運行條件；停車列檢庫線路具備休眠、喚醒應答器條件。

3）自動洗車方案

自動洗車方案需配置全自動洗車機，同時車輛應能支持、執行信號發出的自動洗車指令。因此，自動洗車功能需結合改造工程既有洗車機和車輛條件及改造工程實施范圍確定。

4）洗車庫、車庫庫門防護方案

需結合既有工程洗車庫、車庫庫門能否接收、執行信號系統的開、關指令，能否將庫門狀態可靠的傳遞給信號系統，確定洗車庫、車庫庫門防護方案。

3.2 人員防護方案

對于列車員防護，駕駛室側門應納入ATP 防護。

關于車輛基地內自動化與非自動化區防護方案，需結合既有站場布局、人員通道、列車員職責確定。建議采用物理隔離，設置人員防護開關，并納入聯鎖。考慮到列車為有人值守，改造條件不具備時，可通過規章制度管理，并由列車員在上電、喚醒、動態測試、列車出庫過程中人工確認、防護。

正線應設置人員防護開關，納入聯鎖，對工作人員人身安全進行防護。

乘客防護方面，可增加車門站臺門間歇防護功能；乘客緊急對講功能建議由列車員負責；清客由列車員與站臺工作人員協作完成。

3.3 遠程控制

如改造條件允許，工況管理及照明、空調宜由系統自動控制。

列車緊急制動及緩解、設備故障復位可由列車員負責。

3.4 故障處理

1）精確對位停車對位調整

對位調整功能是當列車以FAM/CAM 模式進站欠標、過標未超過規定距離（如5 m）時，車載控制器（VOBC）向中心匯報未停穩信息，并向中心報警，并以向前、向后跳躍方式自動調整對標。此功能的實現，需要車輛按照信號車載設備發出的跳躍指令，進行對標調整。

2）車門/站臺門對位隔離

當個別站臺門故障隔離或車門故障隔離時，車載設備和站臺門互傳故障信息，故障站臺門（站臺門控制）及對應的車門（車輛控制）不打開。

此功能的實現，需結合車輛、站臺門既有條件確定，即需要車輛、站臺門能夠發送故障車門/站臺門信息，并根據接收到故障車門/站臺門信息，能夠對對應的站臺門/車門進行隔離。

3）建議可由列車員負責處理列車牽引、制動故障，信號車載故障，信號車載與列車接口故障等。

3.5 應急處理

障礙物檢測需結合既有車輛條件，確定由系統負責監控或列車員防護。

結合改造工程實際情況，火災、脫軌檢測、異常天氣、緊急疏散指揮、救援等應急情況可由列車員人工處置。

4 結論

經過上述研究分析，既有信號系統改造升級為DTO 模式，包括必備功能、根據改造條件及列車員職能確定的建議選配功能，如圖4 所示。

圖4 改造工程DTO功能配置圖Fig.4 DTO function configuration diagram of reconstructing project