CITYFLO650信號系統在上海浦江線的應用概述

摘 要 上海軌道交通浦江線信號系統采用CITYFLO650信號系統設備，滿足了國內首條APM300線路對無人駕駛、無人值守、高度安全、低故障率的要求。

關鍵詞 自動列車控制系統;系統功能;實際應用

在城市軌道交通信號系統中，GOA4無人值守UTO運行模式的信號系統需求已在國內外得到了迅速的發展。上海軌道交通浦江線為國內首條APM300膠輪路軌系統與CITYFLO650信號系統相結合的上海申通地鐵路網內營運線路。浦江線正線全長約6.689公里，有6個車站1個車輛基地，全線共46組道岔，浦江線列車11列，列車最大編組4節貫通，不設司機室，實現自動化等級GOA4的無人值守UTO運行，所有11列車均可以在列檢線內自動喚醒、休眠，按照運行計劃自動出庫回庫，最高運行速度80公里/每小時，旅行速度35公里每小時，采用等間隔運行，最小運行間隔低于90秒，自動停站對準精度±20cm，信號系統采用基于無線通信2.4GHz的移動閉塞系統。本文主要對CITYFLO650設備在上海軌道交通浦江線的配置及應用情況進行講述，同時分析和解決運營至今存在的問題。

1CITYFLO650信號系統配置

浦江線全自動駕駛系統信號主體系統設備包括中央ATS設備、數據通信設備（DCS）、列車自動控制設備（RATO/RATP）設備、目標控制器設備（OCS）、門控柜設備（DCC）以及電源系統設備、防雷分線柜（CTR）等設備。底層設備包含車地通信設備（WNRA、NP）和車載信號設備VATC。

1.1 中央ATS架構

CITYFLO650信號系統的ATS僅在浦江線車輛基地的OCC大樓進行配置，無車站ATS系統，中央ATS的架構采用了雙網絡措施，以實現冗余。重要的控制服務器和數據庫都是容錯的機器，其中包括冗余的處理器和電源。中央ATS是采取熱備冗余配置運行的，不需要人工干預。每臺列車控制操作員工作站本身都不是冗余的。但是，每臺操作員工作站都可以接管其他出故障的工作站的控制和監測功能。

1.2 軌旁信號系統架構

CITYFLO650軌旁信號系統由正線和車輛基地兩個軌旁ATC區域構成。軌旁RATC包括一個主用和備用ATC，以實現冗余。主用 ATC 和備用ATC各包含一個ATO和一個ATP。各區域 ATP 都包括一個獨立的主用系統和一個功能上冗余的后備系統。每個主用和后備 ATP 系統通過以太網連接與區域 ATO 接口。在每個車站和車輛基地，設置目標控制器來連接軌旁信號、道岔、門控柜、洗車機等。目標控制器接收來自主用 ATP 的設備輸出指令、處理分配給它的數字輸入/輸出任務，并返回設備狀態，目標控制器通過 DCS 網絡與主用ATP連接 。線路底層軌旁包含NP信標與WNRA（軌旁網絡電臺組件）、信號機、緊停按鈕、高水位檢測裝置以及與道岔、站臺門、洗車機的接口。

1.3 車載信號系統架構

每列營運列車包括四節車輛。頭尾的車輛都有獨立的VATC設備，具備冗余功能，車底包含車載信號采集單元，如每端配置4個霍爾效應速度計、1個信標閱讀器、2個車地無線LOS天線、1個站臺門天線。ATC 數據經過移動數據無線單元MDR與VATC往來傳輸。車載ATP負責列車運行的安全，包括列車運動的安全和占用的生成。車載ATO 負責保持一定限度內列車乘坐舒適性。

2CITYFLO650信號系統的功能

2.1 中央ATS系統功能

ATS系統提供管理列車自動控制（ATC）系統的功能，并且作為中心操作員（CCO）與ATC系統的接口。ATS本質上是監督，所以任何從ATS發出到其他安全型子系統的命令都不涉及安全，其主要功能包含對列車自動運行的監控、交通控制支持功能、如列車車次跟蹤系統及進路排列自動化、停站時間、列車調整、維護與診斷功能、事件統計、回放與外部系統接口等等。

2.2 軌旁信號系統功能

CITYFLO 650軌旁信號系統采用分布式系統架構。軌旁ATP主要實現軌旁目標控制、進路設置和鎖閉、列車位置判定、列車限速、安全列車間隔、站臺門使能/禁止命令的發送、零速檢測、車站和車載門狀態監督、列車完整性檢測、臨時限速、列車長度判定等功能;軌旁ATO主要實現車載和軌旁開關門、高級診斷功能;目標控制系統負責軌旁設備的狀態信息的控制和采集;門控柜DCC實現向站臺發送門使能和開門命令、從站臺接收門鎖閉和門旁路信息、向OCS發送非預期開門信息、從OCS接收門使能信息，通過獨立的RF Modem在車地檢交互數據、通過PLC在DCC和信號系統間交換數據、檢測道岔基坑水位情況等功能;數據傳輸系統DCS負責軌旁設備間和車地設備間的通信，但是由于APM信號系統沒有后備模式，這對DCS子系統的可靠性提出更高要求。

2.3 車載信號系統功能

CITYFLO 650車載ATP主要執行列車位置和速度監測、移動授權、安全制動距離防護、超速防護、列車車門監控、倒溜防護、自檢功能、自動調速、精確停站、車門控制等功能。車載ATO主要實現車載速度曲線、車站精確停車、自動折返功能、車載和軌旁開關門、遠程喚醒/休眠、車載節能速度控制優化、跳躍和爬行模式、停車功能、多站臺停車、高級診斷功能。

3存在的問題及解決方案

CITYFLO 650信號系統在上海軌道交通浦江線運行至今已滿24個月，該系統運行穩定，功能基本滿足運營需求，未出現嚴重影響運營的故障，但仍存在一些問題。

3.1 存在的問題

（1）列車丟失通信故障較多。列車丟失通信故障均是以相關告警信息作為判斷標準，通信丟失3秒以上時ATS可看到相關告警，目前列車丟失通信故障占信號總故障比例的70%。從目前的故障情況來看，列車丟失通信故障發生的位置較為分散，且正線發生的比率明顯高于車輛基地。由于浦江線車地無線通信系統采用2.4Ghz頻段，而WLAN網絡是開放無須授權的，且可使用的非重疊信道少，因此特別容易形成干擾。

（2）車載ATC故障問題。VATC系統的故障主要集中在繼電器故障，其中60%的故障涉及繼電器及板卡的更換，未知原因系統自動恢復或重啟后恢復占據30%、瞬時故障10%。這些故障中10%存在VATC-A故障告警，但ATS與CFMS均未出現故障告警的情況，且列車日志無告警的情況。

VATC故障造成的后果主要有：車門無法打開，列車上EB，ATO定位丟失，運營清客等。

VATC故障目前分析主要受列車晃動、震動、設備運行環境差導致的車載VATC硬件故障。

（3）定位問題。定位問題主要體現在列車速度低于5km/h時，VATP無法正常讀取信標，列車會丟失定位，對運營造成影響。OCC對站前折返道岔區段側向限速10km/h，列車運行等級為節能和巡道模式。節能模式下列車的巡航速度為50%;巡道模式下列車的巡航速度為30%。列車進入匯臻站上行站臺和沈杜公路站下行站臺時，速度過低（不超過5km/h），導致位置誤差增大。當列車在速度低于等于5公里的時候，讀到的信標脈沖波是平的（正常情況下信標脈沖是尖峰的脈沖波），VATC會認為這個脈沖信號是無效的，此時信標信息會丟掉，列車位置誤差就得不到修正，列車會失去定位。

（4）ATS系統告警未按區域劃分。浦江線按區域分為正線和車輛基地，OCC的調度分為正線調度和車場調度。正線是載客運營區域，任何的故障都可能對運營產生影響，因此正線調度會時刻關注系統的告警信息，而車場調度對告警的關注度相對較低。當列車停在車庫中時，車輛維護過程中會產生很多告警，這些告警在ATS告警列表中會統一顯示，導致停車場調度無法及時確認這些告警，這樣車場基地告警將干擾正線調度員對真正發生在正線告警的關注和處理。

3.2 解決的方法

（1）在列車上增加濾波裝置。浦江線整個運營區段為開放式區段，經過分析列車丟失通信故障頻發可能是受環境干擾因素所致，采用將低通濾波器安裝在列車移動數據無線單元與天線之間使用同軸電纜進行連接的方式，從而獲得降低干擾的作用。加裝濾波器前后通過測量駐波比后發現濾波情況有較大改善。同時在加裝完成后，使用列車進行動車驗證。驗證發現在列車端安裝濾波器測試后列車丟失通信的故障率大幅下降。后續計劃出圖后批量對11列車進行安裝，從而基本解決車輛丟失通信的問題。

（2）利用VAST設備驗證車載備件。通過使用VAST（車輛自動系統測試儀），模擬信號會呈現出列車線動態運行狀態，通過模擬信號測試車載ATC可替換設備（板卡、繼電器、線纜等），VAST可測試列車事件（例如，超速情況，不可預料的車門事件、車輛警報等），這在真實的列車上可能是困難或危險的，通過驗證從列車上拆卸下來的可疑故障設備或者備品備件，置于工作臺VAST中，啟動VAST通過設置運行時間或者模擬各種故障狀態來核實或驗證設備件的應激狀態。

（3）采取速度限制，規避丟失定位風險。對低速定位問題，開展了專題研究，內容包括過岔速度必須高于5公里/小時、信標丟失或讀取到無效信標點、低速進站停站精度等。提供了兩套解決方案，短期解決方案：由于列車貫通道性能限制，列車站前折返速度不能高于10km/h。我們要求OCC在降級模式下，不采用節能模式或巡道模式。對于人工駕駛模式下的列車，保證進站速度不低于5km/h。長期解決方案：解決列車軌道貫通道性能限制。運營列車在全線限速應不低于15km/h。目前列車因速度過低導致定位丟失的故障已大幅下降。

（4）通過修改軟件，ATS按區域報警。通過修改ATS服務器和調度臺軟件，服務器軟件增加計算列車分區功能，當收到報警后，服務器軟件依據自身收到的報警信息計算報警區域。調度臺增加對分區告警的設置和過濾功能，將原來的一個區域劃分成三個，分別是正線、車輛基地和試車線，對告警功能分區內容包含過濾：對于固定設備，例如門、站臺、AP等，依據數據中配置的所在控制區域進行分區。對于列車，依據車頭所在的位置進行分區。調度員登錄后可以選擇關注的控區，由此解決了列車維護告警對正線調度的干擾，提供了故障處置的效率。

4結束語

目前CITYFLO650信號系統在上海軌道交通浦江線運行狀態良好，得到了較好的應用效果。通過和系統供應商的合作研究，采取有效手段，減少了信號設備故障率，提高了信號設備的可靠性。通過發現遺留問題，采取補缺技術手段，不斷完善，優化CITYFLO650信號系統功能，為后續相類似系統的建設及運營方提供引導作用。

參考文獻

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作者簡介

湯培峰（1981-），男，上海人;職稱：工程師，現就職單位：上海申凱公共交通運營管理有限公司，研究方向：城市軌道交通設備維護管理。