無人駕駛模式下地鐵列車在線聯掛解編技術研究

衛 亮，嚴業智，王洪智

（通號城市軌道交通技術有限公司，北京 100000）

在線聯掛解編是指根據不同區間、時段的客流特征，在保證較高列車服務頻率的條件下，在正線區域通過靈活改變列車編組來實現客流需求和實際運力協同的運輸組織技術[1]。從城市軌道交通形式出現到現在，國內外就城市軌道交通運輸組織進行了大量研究，靈活編組技術也在實際的運輸組織中得到了應用。上海16號線在高峰時期采用大小編組混跑的運輸組織方式；維也納地鐵2號線列車采用6節編組，但可根據需要進行變化，通過改變列車編組，加上調節行車密度，可以適應不同時段和不同客流變化的需要。而全自動運行模式（Fully-Automatic Train Operating Mode，FAM）下的列車聯掛解編技術還處于工程試驗階段，本文根據地鐵信號系統基本原理就無人駕駛模式下地鐵列車在線聯掛解編實現過程和關鍵技術進行探討。

1 各專業基礎條件

（1）土建條件：在前期建設可實現靈活編組的線路時，要對聯掛解編區域（站臺、列檢庫、折返線、存車線）做相應的加長，聯掛解編區域的線路坡度和曲線半徑都需根據車輛條件進行評估。

（2）車輛條件：由于在無人駕駛狀況下進行聯掛解編作業，車輛需采用全自動車鉤裝置，自動車鉤能夠在列車產生碰撞之后完成機械聯掛和電氣聯掛，列車聯掛后貫通電氣及網絡，形成統一的控制平臺[2]。

（3）信號條件：能夠控制列車保證安全的情況下完成低速碰撞，整個聯掛解編過程保持FAM模式不變。

2 聯掛基本過程

聯掛基本分為2類：

（1）列車根據提前編制好的聯掛計劃，兩聯掛列車分別自動運行至聯掛區域完成全自動聯掛，再根據后續運行計劃自動運行。

（2）中心調度人員根據臨時需要通過調度員工作站手動控制兩列車實現在線聯掛作業。

2.1 計劃聯掛

第一步：被聯掛列車在聯掛區域前一定區段范圍內匹配聯掛計劃，如圖1所示。

圖1 被聯掛車匹配計劃

此時，被聯掛列車車次窗上會有相應提示顯示列車已匹配到了聯掛計劃。

第二步：被聯掛列車自動運行至被聯掛停車點，進入被聯掛工況。

被聯掛列車根據“被聯掛命令”運行至聯掛解編區域被聯掛停車點停車，如圖2所示。

圖2 被聯掛車準備階段

被聯掛列車車載控制器（Vehicle On-Board Controller，VOBC）判斷已在被聯掛停車點停準停穩，車鉤處于對中狀態后釋放激活端并施加緊急制動，車輛對列車控制及監控系統（Train Control and Monitor System，TCMS）、車門系統、牽引系統、制動系統、車載火警系統和障礙物脫軌檢測系統等進行檢查，無影響聯掛的危險項時通過TCMS向被聯掛列車VOBC下達“被聯掛允許”命令[3]。

第三步：去聯掛列車準備階段，如圖3所示。

圖3 去聯掛車準備階段

去聯掛列車在聯掛區域前一定區段范圍內匹配到去聯掛計劃，同時行車綜合自動化系統（Train Integration Automatic System，TIAS）為去聯掛列車下達被聯掛列車的列車識別號（Vehicle Identification Number，VID）。區域控制器（Zone Controller，ZC）判斷收到聯掛列車及被聯掛列車車載VOBC發送的兩列車對中狀態，為去聯掛列車計算用于聯掛的可碰撞移動授權（Movement Authority，MA）（障礙點位于被聯掛列車包絡內方一定距離），此時去聯掛列車進入去聯掛工況。

第四步：完成機械碰撞和電氣聯掛，如圖4所示。

圖4 完成聯掛示意圖

TIAS判斷兩列車均進入聯掛工況后，向去聯掛列車VOBC發送“開始聯掛”命令，VOBC自動通過TCMS向車輛發送“聯掛限速指令”車輛進行限速控制。兩列車機械車鉤聯掛成功后，去聯掛列車及被聯掛列車車輛分別通過硬線接口向各端VOBC輸出“機械聯掛”安全信號。隨后，VOBC向TCMS發送對應端“電氣聯掛”指令，TCMS控制被聯掛列車伸出對應端電鉤，從而完成兩列車的數據裝載并被標記為一列車。

第五步：發車階段，如圖5所示。

圖5 匹配后續運營計劃

聯掛后的列車根據計劃生成新的車次號，ATS根據聯掛列車后續運行計劃排列相應進路，司機駕駛列車根據后續發車，投入運營。

2.2 非計劃聯掛

對于非計劃聯掛的系統原理與計劃聯掛一致，調度人員可根據運營的臨時要求操作列車的聯掛作業。

第一步：調度人員通過調度員工作站給被聯掛列車下達“被聯掛命令”，同時為該列車設置去往聯掛區域的頭碼或人工辦理進路，列車自動運行至被聯掛停車點，信號及車輛完成準備工作，并施加緊急制動。

第二步：調度人員為列車2下達去聯掛命令，同時為該列車設置去往聯掛區域的頭碼或人工辦理進路，列車以FAM模式運行到聯掛列車停至聯掛解編區域。

第三步：車輛根據信號的指令，啟動聯掛作業。去聯掛列車以低于車鉤允許碰撞速度與被聯掛列車低速碰撞，完成兩列車機械聯掛。車輛與信號配合，依次完成交直流減載、電氣車鉤聯掛、初運行（網絡貫通）及車輛自檢。信號系統地面設備將兩列車標記為一列車，聯掛列車VOBC間建立通信。

第四步：聯掛后的4+4編組列車為人工車，調度人員根據實際情況安排后續運營工作。

3 解編基本過程

解編過程也基本分為2類：

（1）計劃解編。

（2）非計劃解編（調度人員手動下達解編命令）。

步驟一（聯掛列車準備階段），如圖6所示。

圖6 解編前準備階段

①（計劃解編）多編組FAM模式列車在解編區域前匹配到解編計劃，自動運行至聯掛解編區域指定位置，信號及車輛完成準備工作。

②（非計劃解編）調度人員向4+4編組列車下達“解編指令”，同時為該列車設置去往聯掛區域的頭碼或人工辦理進路。若列車已停于聯掛解編區域指定位置，則直接進行準備工作。

步驟二（解編階段）：車輛根據信號系統指令斷開兩列車電氣及機械車鉤，聯掛列車分離為兩列車，并分別裝載單列車的數據，如圖7所示。

圖7 解編階段

步驟三（發車階段）：ATS根據解編后的列車后續分別運行計劃排列相應進路，列車根據后續運行計劃依次發車，投入運營，如圖8所示。

圖8 解編后的發車階段

4 各接口專業配合

4.1 信號與車輛接口需求

聯掛過程中需要車輛向信號輸入機械鉤及電氣鉤狀態。本端機械鉤、電氣聯掛且與之聯掛車完整性正常時，車輛向本端VOBC輸出車輛本端電氣聯掛狀態。對端機械鉤、電氣聯掛且與之聯掛車完整性正常時，車輛向本端VOBC輸出車輛對端電氣聯掛狀態。

原本車輛與信號的接口信息中車門狀態、駕駛室激活狀態等接口信息都會根據聯掛列車的特點做相應的修改和適配[4]。

4.2 信號-站臺門接口需求

站臺門對于不同編組列車的到達需要聯動相應的站臺門，需針對不同編組列車實現站臺門或部分站臺門的開關。信號系統可通過繼電接口的方式實現該功能，接口電路中需設置不同編組對應的開關門繼電器，信號系統根據不同的編組信息驅動相應的繼電器。

4.3 信號-PIS接口需求

信號系統與PIS的通信協議中增加列車編組信息，PIS通過編組信息向乘客顯示乘降區域提示。

5 運輸組織策略

（1）運行圖編制。不同編組長度的列車混跑情況下列車旅行速度，正線列車間追蹤能力和折返站折返能力會發生變化，運營人員在進行編制開行方案和繪制運行圖時要考慮到靈活編組混跑情況下導致的系統能力降低[5]。

（2）乘客引導。靈活編制的實現使得同一列車不同車廂可能開往不同的目的地，傳統的站臺廣播和PIS屏可能無法對乘客進行正確引導，可以通過全息投影或者屏蔽門上方增設電子屏的方式，對每節車廂乘客進行提示。

（3）靈活編組列車交路方案。靈活編制的主要目的是解決客流時間和空間上的不平衡，在實際的運營組織過程中與多交路方案組合應用才能更大幅度解決運力、客流和能耗匹配的問題。由于多交路運營會導致部分列車在運行過程中直達困難，旅客的換乘時間較長[6]。實現多交路組織方式的關鍵是對列車進行折返作業，實現靈活編組運營模式的關鍵是對列車進行解編作業，這兩個作業的自身特點能夠相互接續，為兩種運營組織方式提供了組合的機會。

6 結束語

無人駕駛下的聯掛解編技術已經逐漸從實驗驗證階段進入了工程實踐階段，一項項新技術的突破也不斷推動著我國城市軌道交通自動化的發展。本文對工程實踐中的聯掛解編過程，各專業接口配合及運輸組織等進行了探討。值得注意的是，無人駕駛下的聯掛解編是一項多專業配合的系統工程，全自動車鉤技術，信號與車輛對于速度的精準控制、聯掛解編時間控制等都需要在實踐過程中不斷完善。運營企業也需要進一步研究相應的客流組織方法，在編制列車運行計劃時作出適應性調整。