上海軌道交通16號線列車在線聯掛/解編功能的優化

喬志遠

(上海地鐵維護保障有限公司通號分公司， 200235， 上海∥工程師)

1 概述

在城市軌道交通線路中采用列車靈活編組技術具有很多優勢，如可以節省線路能耗，減少列車運行車公里數，延長車輛的架大修周期等。上海軌道交通16號線(以下簡稱“16號線”)為3節編組、6節編組列車在線混跑，列車實施在線聯掛/解編作業時采用不載客形式。16號線列車在線聯掛作業的具體流程如圖1所示。其具體步驟分別為：①列車1(3節編組列車)以ATO(列車自動運行)模式運行至3節編組列車停車點后，實施上下客作業；②列車1以ATP(列車自動防護)模式運行至6節編組停車點，停車后將駕駛模式轉為RMF(限制人工向前)模式，手動駕駛列車運行至聯掛專用停車牌處；③列車2(3節編組列車)以ATO模式運行至3節編組列車停車點后，實施上下客作業；④列車1以RMF模式手動駕駛反向運行至接近列車2后開展聯掛作業。聯掛作業完成后，信號系統和車輛系統自動識別出列車處于聯掛狀態,行車調度在有效時間內確認聯掛有效后，ATS(列車自動監控)系統將自動匹配聯掛列車的車次信息并自動觸發進路，聯掛列車按計劃投入正線運營。

16號線列車在線解編作業的具體流程如圖2所示。其具體步驟分別為：①6節編組聯掛列車解編后，信號系統和車輛系統自動識別列車處于解編狀態,行車調度在有效時間內確認解編成功后，ATS將自動匹配列車2的車次信息并自動觸發進路，列車2可按計劃投入運營；②司機以ATP模式手動駕駛列車1運行至站臺右側；行車調度在有效時間內確認后，ATS將自動匹配列車1的車次信息并自動觸發進路，列車1可按計劃投入運營。

在列車的解編過程中，列車1、列車2的緊急對講功能將會被觸發，此時司機需往返司機室手動復位取消緊急對講。

2 列車在線聯掛/解編功能存在的問題

2.1 列車在線聯掛時需與調度聯動

如圖1所示，聯掛步驟2中司機需以RMF模式人工駕駛列車1至股道端部聯掛專用停車牌處，聯掛步驟3中司機需以RMF模式人工駕駛列車1接近列車2后開展聯掛作業。RMF模式下，司機必須嚴格按照調度指令行車，即RMF模式下的每次動車均需與調度聯動，這在一定程度上影響了聯掛作業效率。此外，RMF模式下動車全過程的安全防護均由司機負責，在行車安全性上有待進一步提高。

a) 步驟1

b) 步驟2

c) 步驟3

d) 步驟4

a) 步驟1

b) 步驟2

2.2 聯掛列車在線解編時觸發列車緊急呼叫

16號線無線系統采用MOTOROLA提供的TETRA(泛歐集群無線電)系統，該TETRA系統具備列車緊急呼叫功能。一旦觸發列車緊急呼叫，車載臺將直接呼叫調度組，必須在司機手動確認后才能取消此呼叫。16號線3節編組列車緊急停車電氣原理如圖3所示。

圖3 列車緊急停車電氣原理示意圖

繼電器R1的得電條件為列車已聯掛且聯掛列車未觸發緊急停車，線圈失電后延時0.5 s觸點斷開；繼電器R2的得電條件為列車已聯掛，線圈失電后延時2.0 s觸點閉合。為確保聯掛列車在運行過程中如遇聯掛狀態丟失能觸發列車緊急制動，R1的失電延時需小于R2的失電延時。

基于目前的電路設計，由2列3節編組組成的聯掛列車在線解編時，每列3節編組列車內R1、R2線圈同時失電，R1觸點0.5 s后斷開,R2觸點2.0 s后閉合，期間的1.5 s內緊急停車繼電器R3線圈失電。R3一旦失電，無線車載臺中與聯掛列車相關的所有狀態信息均從高電平變為低電平，此時將觸發列車緊急呼叫功能，其接口原理如圖4所示。

目前，在16號線列車解編作業過程中，2列3節編組列車均配備了1名司機。無線車載臺的接口設計導致該過程中2列3節編組列車的4個無線車載臺均觸發緊急呼叫，司機需要往返列車兩端的駕駛室，人工手動取消緊急呼叫，這嚴重影響了列車的在線解編效率。

2.3 與PIS(乘客信息系統)的接口

16號線的運營組織方式較為靈活，支持直達車、大站車和站站停3種運營模式。該線的終點站龍陽路站位于地上二層，共有4個站臺，其站型如圖5所示。其中：站臺2用于大站車、直達車折返；站臺1和站臺3用于站站停列車交替折返；站臺4用于常規存車及后備折返。

圖4 無線車載臺接口原理示意圖

注:X11A、X05A、X13A均為信號機編號。

乘客根據站廳層(地上一層)的PIS顯示屏獲知后續2個班次列車的發車時間和停靠站臺，從而可在目的地方向對應的站臺等候列車。站廳層PIS顯示屏顯示的信息如圖6所示。

圖6 16號線龍陽路站站廳層PIS顯示屏截圖

聯掛/解編列車與運行圖匹配的邏輯如圖7所示。根據目前的信號設計，需要調度在t0時刻(即列車1計劃發車時刻t1前5 min內)對聯掛/解編作業進行“一鍵確認”，這樣列車1才能自動匹配運行計劃并自動觸發相應進路。后續t2時刻列車2在站臺3發車，t3時刻列車3在站臺1發車的原理類同。

圖7 聯掛/解編列車與運行圖匹配邏輯

聯掛/解編列車與運行計劃匹配時，會導致ATS發給PIS系統的班次信息突變，可能會在乘客選擇目標站臺時提供錯誤信息，進而影響車站的客運組織。

3 列車在線聯掛/解編功能的優化

3.1 優化列車在線聯掛場景

對于聯掛過程中需要司機以手動RMF模式駕駛列車的情況，可優化信號系統設計，改為列車以ATO模式運行，這樣可進一步提高聯掛過程的自動化程度，提高作業效率。

優化信號系統設計時，可采用能量監控禁止安全算法縮短列車的安全防護距離。同時，通過控制列車的運行速度，使列車在停車過程中或后車在接近前車過程中，在列車允許的撞擊速度下忽略前方的安全限制點，進而解決列車精確停車問題。

信號系統優化后，列車運行從原來的RMF模式改為ATO模式，此時列車的緊急制動觸發速度應從正常ATP防護下的線路限速調整為信號系統預設的低限速，以確保聯掛過程的行車安全。

3.2 優化與無線車載臺的接口方案

無線車載臺緊急呼叫功能的需求為：在緊急情況下，司機激活蘑菇按鈕后能盡快接通調度臺，向調度人員報告信息。16號線為有人駕駛線路，任一時刻下1個司機只能在1個駕駛室內作業，且司機所處的駕駛室肯定與激活蘑菇按鈕所在駕駛室一致。基于此，對目前16號線無線車載臺的列車狀態輸入條件的部分電路進行優化。如圖8所示，采用串聯車載臺所在駕駛室的2個蘑菇按鈕(主、副駕駛臺各1個)常閉觸點方式取代原來的緊急停車繼電器R3常閉觸點，可在不影響緊急呼叫功能場景需求的前提下，有效避免聯掛列車在解編過程中觸發無線系統緊急呼叫。

圖8 無線車載臺列車狀態電路優化方案

如圖9所示，16號線列車解編作業的系統自動配置時間(已包括信號、車輛專業的處置時間)為100 s。司機往返2個司機室人工取消因列車解編引起的緊急呼叫，耗時約為120 s。列車在折返站的停站時間為45 s。對無線車載臺的電路進行優化后，司機不需要取消緊急呼叫，此時列車的解編時間為100 s，節省了20 s的列車解編作業時間，列車在線解編效率約提高了12%。

圖9 方案優化前后列車解編作業時間對比

3.3 優化與PIS的接口

對于因聯掛/解編列車與運營計劃匹配后引發的站廳PIS顯示屏部分班次列車信息突變問題，可修改調度“一鍵確認”的時限，將原來的時限(小于5 min)改為更長的時間，即令t3,n時刻與t0時刻間的時間差大于2倍列車發車間隔，以確保PIS顯示屏上顯示的后續2個班次的列車信息不發生跳變。目前16號線非高峰時段的運營間隔是7 min，而龍陽路站PIS顯示屏需顯示后續2個班次列車的發車信息，調度“一鍵確認”有效時限應調整為大于3倍的運營間隔(21 min)。考慮突發情況(如晚點)的時間余量，建議實際項目應用時該時間值可定為30 min。優化后的聯掛/解編列車與運行圖的匹配邏輯如圖10所示。

圖10 聯掛/解編列車與運行圖匹配的優化方案

4 結語

本文對上海軌道交通16號線列車在線聯掛/解編的功能應用進行運營后評估，針對存在的3個問題提出了有效的優化方案。采用優化方案后，該線列車在線聯掛/解編效率明顯提高，極大地提高了整條線的運行效率。本文提出的3項優化措施可為其他線路的列車在線聯掛/解編技術的應用提供參考,也可為全自動運行線路的列車在線聯掛/解編功能提供設計思路。