全自動運行線路不同編組列車運行時信號系統方案研究

郝瑞庭

中鐵通信信號勘測設計院有限公司 北京 100036

隨著我國城市化進程的不斷推進，城市軌道交通建設得到了長足發展。截至2020年底，我國內地已有45個城市累計開通城市軌道交通線路約7978km。但隨著城市規模的日益擴大，線路的潮汐客流、初近遠期客流均存在較大變化，其客流分布不均衡性十分顯著。越來越多的城市軌道交通線路提出了混合編組運行的需求，即根據客流變化采用不同編組列車上線運行的運營策略，以降低能耗、節約運營成本。本文提出全自動運行線路不同編組列車運行時信號系統的方案設計原則，并對具體技術應對方案進行分析研究。

1.概述

以某市一條在建的全自動運行線路為例，本線路列車編組方案為：初、近期采用4輛A型車編組運行，遠期采用4輛A型車編組與6輛A型車編組混合運行；4輛編組列車長度為94.4m，6輛編組列車長度為140m。根據行車組織提供的列車編組方案，在線路進入遠期運營時，將存在兩種不同編組制式列車上線運行，其列車長度、重量、性能參數均不相同，列車的牽引制動曲線也不相同。車輛參數是信號系統進行列車控制及系統設計的重要基礎數據，因此信號系統需采取必要的技術措施以適應不同編組列車運行帶來的需求變化。

2.不同編組列車運行時信號系統設計原則

為滿足4編組和6編組列車混合運行的需求，信號系統技術方案應符合以下設計原則：

（1）信號系統應對不同編組列車在CBTC級別、聯鎖級運行時的控制和管理進行整體一體化設計；

（2）不同編組列車的運行控制和管理應使用相同的控制曲線策略、列車追蹤策略，保證列車控制的一致性，實現同一套軟件下不同編組列車的控制功能；

（3）防護區段設計應按6輛編組列車考慮，以確保列車運行的安全性，同時可避免設置不同防護區段使系統過于復雜；

（4）軌旁設備、站臺設備的布置應滿足不同編組列車運行時的對應關系，應兼容兩種列車運行需要；

（5）列車在站臺停車時，車載設備應能準確區分4/6編組列車，并向站臺門傳遞列車編組信息, 保證站臺門系統按照列車編組安全并準確打開相應門體，并能保證兩種不同編組列車均能實現精確停車以及對位隔離功能；

（6）信號系統宜按照4/6編組列車對站臺端停車設計，以統一停車點，簡化軌旁信號設備布置；

（7）車載軟件配置應考慮兩種不同編組列車，應能準確識別并精確控制，滿足不同編組列車同時上線運行要求。

3.不同編組列車運行時信號系統方案研究

3.1 軌旁及站臺設備布置方案

當列車在CBTC模式下運行時，地面區域控制器（ZC）根據列車位置、軌道區段占用狀態、聯鎖進路狀態等實時計算列車移動授權，信號車載設備根據移動授權生成列車運行曲線控制列車運行。在設置有運營停車點處，如站臺、轉換軌、存車線等，需針對4編組及6編組混合運行需要來進行軌旁及站臺設備的布置。軌旁設備布置方案如下：

（1）計軸及信號機

軌旁設備中計軸和信號機應按照滿足6輛編組列車運行要求進行設計，同時兼容4編組列車。采用該布置方案可在保證系統安全、滿足運營要求的基礎上，降低系統復雜度并節省成本。

（2）應答器

根據應答器設置區域，其布置方案如下：

1）轉換軌處輪徑校正應答器及固定應答器無需區分4/6編組列車進行布置，可完全兼容。列車輪徑校正成功后獲取初始位置，運行至轉換軌同一停車點停車。

2）折返軌處應答器布置應考慮不同編組列車折返作業停車點位置，4/6編組列車應分別按照4編組列車停車點和6編組列車停車點位置停車。固定應答器、休眠喚醒應答器（如有）布置應滿足4編組和6編組列車運行及停放需求（如圖1所示）。

3）站臺軌處固定應答器布置需考慮列車運行方向需求。對于單向運行站臺，在站內連續布置若干固定應答器作為ATO停車位置校正應答器，滿足4/6編組列車單向精確停車；對于雙方向運行站臺，為實現4/6編組列車在站臺雙方向精確停車作業，其應答器布置需考慮雙方向運行需要，如圖2為典型的雙方向運行站臺應答器布置方案。

圖1 4/6編組列車在折返軌處設備布置圖

圖2 4/6編組列車在站臺軌處設備布置圖（雙方向）

（3）站臺設備

布置于站臺的清客確認按鈕、站臺開門按鈕、站臺關門按鈕、緊急停車按鈕設置于站臺兩端及站臺中心，總計3處。4/6編組列車運行時至少有兩個按鈕與列車車身對應，滿足運營需求。

無人折返按鈕及發車計時器布置位置均可滿足4/6編組列車運行及乘務人員需求，全自動運行線路可結合工程實際取消該兩種設備，其功能由車載設備完成。

3.2 與站臺門接口方案

3.2.1 站臺門控制方案

列車在CBTC模式運行時，車載ATP/ATO設備通過與計算機聯鎖（CI）設備的接口，發出控制命令，CI設備通過繼電接口實現對站臺門的開、關門控制，同時將狀態反饋給車載ATP/ATO設備。在不同編組列車混合運行時，CI設備與站臺門系統硬線接口信息中的開門信息需區分列車編組，其余接口信息與單一編組運行時一致。設置的兩個開門繼電器及其作用如下：

1）4編組開門繼電器（SKMJ）：平時落下，發送四編組車對應站臺門開門命令時，CI驅動該繼電器吸起；

2）6編組開門繼電器（LKMJ）：平時落下，發送六編組車對應站臺門開門命令時，CI驅動該繼電器吸起。

在4/6輛編組列車運行時，站臺門系統按照列車不同編組安全準確打開相應門體，在車載ATP/ATO設備與CI設備接口中增加了相應編組信息碼位，具體接口信息如表1所示。

表1 車載ATP/ATO向CI輸出信息

3.2.2 對位隔離信息控制

在全自動運行線路，車門與站臺門應實現故障對位隔離功能。當車門/站臺門故障被隔離后，其對應的站臺門/車門不應打開。信號ATS子系統實時向站臺門系統報告車門故障信息，站臺門系統實時向ATS子系統發送站臺門故障信息。當4編組與6編組列車混合運行時，其對位隔離應能兼容兩種列車編組形式，因此，在系統設計時應按照6編組列車對全線站臺門進行統一編碼，確保每個站臺門編碼全線唯一。站臺門、車門編碼及對應方式示意如圖3所示。

圖3 站臺門、車門編碼及對應方式示意圖

3.3 車載軟件配置方案

不同編組列車采用的安全控制策略是完全相同的，針對4/6輛不同編組列車，只需將列車長度、系統緊急制動最小減速度等基本參數提取出來，作為不同的列車參數代入安全制動模型，即可計算出適用于本編組列車的緊急制動曲線。同樣，對于不同編組列車采用的列車自動駕駛閉環反饋模型也是相同的，根據列車運行前方停車點信息，代入不同編組列車的車輛加/減速度等性能參數，即可計算出適合本編組列車的ATO推薦速度曲線，實現本編組列車的高效、節能、舒適運行。

為滿足不同編組列車運行需求，信號系統需為每列車車載系統分配一個固定ID信息，進行列車識別。列車車載設備喚醒或重啟后自動根據列車ID調用本列車的編組、車長、加速度以及線路配置等參數信息并自動加載，控制列車運行。

4.不同編組列車運行對全自動運行場景的影響分析

全自動運行系統列車按照時刻表進行自動喚醒，完成自檢后進入正線運營，并完成站間行駛、到站精準停車、自動開閉車門、自動發車離站等一系列運營工作。當不同編組列車混跑運行時，部分運行場景存在一定影響及變化。具體分析如表2所示。

表2 混跑對全自動運行場景的影響分析

5.結束語

全自動運行線路采用不同編組列車運行時，對車輛、信號、站臺門、通信等專業均產生一定影響、提出新的技術要求，其整體方案應是一項系統性工程。通過上述分析，信號系統的相應措施及技術方案是合理可行的，為列車混編運行提供了有效的安全技術保障。在系統設計及相關軟件編制時，應充分考慮不同編組列車運行的需求，建議按照遠期一次性完成設計，以減少遠期對系統的適應性改造工作量、減小對既有運營的影響并降低實施難度。