淺談點(diǎn)式信號(hào)系統(tǒng)

汪小勇

軌道交通控制系統(tǒng)正向移動(dòng)閉塞模式發(fā)展，在發(fā)展過程中，點(diǎn)式信號(hào)系統(tǒng)作為一種成熟的制式在軌道交通系統(tǒng)中仍有大量的應(yīng)用，如ERTMS-L1和CTCS-2級(jí)，還有地鐵系統(tǒng)中的點(diǎn)式后備系統(tǒng)等。同樣點(diǎn)式系統(tǒng)也有著自身無法克服的缺點(diǎn)，需要在運(yùn)營過程中增加限制以保證安全。

1 點(diǎn)式信號(hào)系統(tǒng)及其構(gòu)成

點(diǎn)式信號(hào)系統(tǒng)是指軌旁和車載之間的信息傳輸是非連續(xù)式的，車載只能在軌旁的某一點(diǎn)或某一處得到信息的信號(hào)系統(tǒng)，普通的點(diǎn)式信號(hào)系統(tǒng)一般只具備從軌旁到車載的單向傳輸能力。

點(diǎn)式信號(hào)典型結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。系統(tǒng)包括軌旁設(shè)備和車載設(shè)備2個(gè)部分。

圖1 點(diǎn)式信號(hào)典型結(jié)構(gòu)圖

軌旁設(shè)備包括信息源、編碼和發(fā)送部分。點(diǎn)式信號(hào)的信息源包括由聯(lián)鎖提供的進(jìn)路、信號(hào)及道岔位置及其他相關(guān)信息，由臨時(shí)限速服務(wù)器提供臨時(shí)限速信息，這些信息源經(jīng)由軌旁的編碼單元 (常用的如LEU)編碼后發(fā)送給鋼軌邊上的有源信標(biāo)或應(yīng)答器。目前國內(nèi)采用的有源信標(biāo)一般有歐式信標(biāo) (Eurobalis)和美式信標(biāo) (B_Tag)2種，這些信標(biāo)在列車通過時(shí)以電磁感應(yīng)的方式將地面的信息傳給車載。軌旁設(shè)備還包括道岔、列車檢測(cè)設(shè)備(軌道電路或計(jì)軸)和信號(hào)機(jī)等基礎(chǔ)信號(hào)設(shè)備，另外還有用于列車定位的重定位信標(biāo)。

車載部分 (通常稱為ATP)包括信息接收處理單元和輸入輸出單元 (與列車的控制接口)2個(gè)部分。信息接收處理單元接收軌旁發(fā)送的信息，并由處理單元中的安全計(jì)算機(jī)生成列車保護(hù)曲線，輸入輸出單元根據(jù)處理單元提供的列車保護(hù)曲線控制列車速度、保護(hù)列車運(yùn)行;部分點(diǎn)式系統(tǒng)還可以提供列車自動(dòng)運(yùn)行功能 (通常被稱為ATO)。

2 點(diǎn)式信號(hào)系統(tǒng)的基本原理

1.列車定位原理。點(diǎn)式信號(hào)系統(tǒng)根據(jù)地面的重定位信標(biāo)提供的信標(biāo)編碼以及車載存儲(chǔ)的或者地面送上來的線路地圖來確定自己的位置。在重定位信標(biāo)之間，利用測(cè)速里程計(jì)輔以加速度計(jì)或雷達(dá)等進(jìn)行精確測(cè)速 (距)定位，這樣列車就能時(shí)刻確定自己的位置。

2.列車間隔防護(hù)原理。在點(diǎn)式模式下聯(lián)鎖根據(jù)系統(tǒng)采用的雙紅燈防護(hù)或者目標(biāo)距離防護(hù)的列車間隔防護(hù)原則來建立進(jìn)路開放信號(hào)。當(dāng)進(jìn)路建立、信號(hào)開放后，聯(lián)鎖將信號(hào)機(jī)的開放狀態(tài)送給有源信標(biāo)，列車在經(jīng)過有源信標(biāo)時(shí)讀取信號(hào)機(jī)的狀態(tài)，并根據(jù)該信號(hào)機(jī)的狀態(tài)計(jì)算列車可運(yùn)行的距離，保證列車不會(huì)進(jìn)入未被防護(hù)區(qū)域。

3.列車速度控制原理。在點(diǎn)式模式下車載計(jì)算機(jī)根據(jù)線路永久限速、臨時(shí)限速、可運(yùn)行距離等信息計(jì)算出列車當(dāng)前可運(yùn)行的速度，并隨時(shí)與當(dāng)前測(cè)得的列車速度進(jìn)行比較，如果超速立即輸出制動(dòng)。其中線路的永久限速可以通過信標(biāo)上傳至車載或者由車載根據(jù)自己當(dāng)前的位置查找線路地圖獲得;臨時(shí)限速信息由有源信標(biāo)上傳至車載。

3 點(diǎn)式信號(hào)系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.點(diǎn)式信息的傳遞與應(yīng)用。從圖1點(diǎn)式信號(hào)典型結(jié)構(gòu)圖中可以看出，軌旁的信息只能通過有源信標(biāo)傳到列車，而有源信標(biāo)只安裝在軌旁的某處，列車在得到該信息后在經(jīng)過下一個(gè)信標(biāo)之前無法再得到軌旁的信息，因此列車只能依靠在這一點(diǎn)得到的信息運(yùn)行至下一個(gè)有源信標(biāo)所在的點(diǎn)。在這一過程中如果軌旁發(fā)生了其他情況，如列車已讀取的信息內(nèi)的信號(hào)機(jī)所防護(hù)的站臺(tái)所在屏蔽門被意外打開、有人按壓了站臺(tái)的緊急關(guān)閉按鈕等情況發(fā)生時(shí)，車載已無法得知這些變化仍會(huì)繼續(xù)前行，此時(shí)就只能要求司機(jī)時(shí)刻關(guān)注軌旁的狀態(tài)并隨時(shí)保持和地面通信，以便在緊急情況發(fā)生時(shí)及時(shí)干預(yù)。

2.車載變量的存活時(shí)間與進(jìn)路解鎖。列車得到點(diǎn)式變量信息后需要保持至下一有源信標(biāo)所在點(diǎn)，但在實(shí)際運(yùn)營中由于各種原因 (如列車故障)列車在得到某進(jìn)路變量信息后可能因不會(huì)進(jìn)入這條進(jìn)路，從效率方面考慮這條進(jìn)路應(yīng)該可以被其他列車先行使用，但由于這條進(jìn)路的信息已經(jīng)被那輛不能進(jìn)入這條進(jìn)路的列車得到并隨時(shí)可能使用，導(dǎo)致了這條進(jìn)路既不能被故障列車使用也不能解鎖后供其他列車使用。

為了解決這一問題，對(duì)于列車得到的所有軌旁變量信息，系統(tǒng)均會(huì)為其定義一個(gè)變量信息存活時(shí)間;從列車獲取軌旁變量信息的這一時(shí)刻開始，變量信息存活時(shí)間計(jì)時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)，在計(jì)時(shí)器結(jié)束之前的這段時(shí)間內(nèi)允許列車使用已經(jīng)從軌旁有源信標(biāo)收到的變量信息，包括進(jìn)路狀態(tài)，軌旁聯(lián)鎖設(shè)備不得解鎖該進(jìn)路;當(dāng)列車上的變量信息存活時(shí)間計(jì)時(shí)器倒計(jì)時(shí)結(jié)束后，將禁止列車?yán)^續(xù)使用這些變量信息，軌旁聯(lián)鎖設(shè)備再加上一定的安全余量時(shí)間后便可以解鎖進(jìn)路，以便于其他列車使用。

由此可見，變量信息存活時(shí)間是一個(gè)在安全的基礎(chǔ)上提高可用性的有效手段，但如果這一時(shí)間設(shè)置過長(zhǎng)將會(huì)導(dǎo)致列車征用進(jìn)路的可能時(shí)間變長(zhǎng)，也就會(huì)導(dǎo)致聯(lián)鎖進(jìn)路解鎖時(shí)間過長(zhǎng)，不利于其他列車使用這一進(jìn)路;如果變量信息存活時(shí)間過短，將會(huì)導(dǎo)致在列車到達(dá)下一有源信標(biāo)點(diǎn)前就失去了變量信息，進(jìn)而不能使用這一進(jìn)路，影響列車的正常運(yùn)行。實(shí)際使用中變量信息存活時(shí)間一般采用列車正常運(yùn)行時(shí)可以到達(dá)下一有源信標(biāo)點(diǎn)所需的時(shí)間。因此，點(diǎn)式系統(tǒng)由于變量信息存活時(shí)間會(huì)帶來的問題有:當(dāng)列車停車停站時(shí)間稍長(zhǎng)造成列車中的變量信息丟失，影響到可用性;受制于該存活時(shí)間，進(jìn)路和防護(hù)進(jìn)路的解鎖時(shí)間比較長(zhǎng)。

3.切換駕駛模式。在點(diǎn)式模式下，當(dāng)列車在折返區(qū)域折返調(diào)頭后，由于折返前列車只收到了其前方的軌旁信息，折返后列車的主控車頭發(fā)生了改變，新的主控車頭并不知道折返后的前方軌旁信息，此時(shí)列車就需要切換駕駛模式，以限制模式讀取新的主控車頭方向的有源信標(biāo)信息后，才能夠切換到點(diǎn)式防護(hù)的駕駛模式運(yùn)行。這種缺陷迫使列車折返時(shí)需要更換控制模式，不能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)式模式的全程防護(hù)。

4 點(diǎn)式信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展

盡管點(diǎn)式信號(hào)系統(tǒng)存在著一些不完善的地方，但不可否認(rèn)點(diǎn)式系統(tǒng)仍是簡(jiǎn)單有效的信號(hào)控制系統(tǒng)，在成本、工期方面存在優(yōu)勢(shì)，作為對(duì)主用信號(hào)系統(tǒng)的補(bǔ)充發(fā)揮著很大的作用。另外作為點(diǎn)式信號(hào)系統(tǒng)的本身也存在著一定的改進(jìn)空間，如在部分區(qū)域增加車載與軌旁的連續(xù)傳輸措施，以解決部分現(xiàn)存的問題，以便盡可能地提高點(diǎn)式系統(tǒng)的效率。

［1］ GB 50157－2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京:中國計(jì)劃出版社，2003．

［2］ 魏京燕．當(dāng)代中國鐵路信號(hào)［M］．北京:中國鐵道出版社，1997.

［3］ International Railway Journal．2006(4):15 ～ 17.

(責(zé)任編輯:張 利)