國產(chǎn)準移動信號系統(tǒng)在長春輕軌的應(yīng)用研究

孫會勇

(長春市軌道交通集團有限公司 長春 130012)

FZL型“城市軌道交通列車自動超速防護(ATP)系統(tǒng)”是具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)化列控系統(tǒng)，由國家發(fā)展改革委員會和鐵道部立項并與通號集團聯(lián)合投資開發(fā)。該系統(tǒng)的開發(fā)從1999年7月開始，2002年10月通過了由鐵道部組織的專家測試和技術(shù)審查。2003年8月—2004年5月，該系統(tǒng)在長春客車廠內(nèi)的試車線上進行了現(xiàn)場試驗，并通過了專家組的測試;2005年8月—2006年5月，在長春輕軌一期線路上建設(shè)了2站1區(qū)間的試驗段，安裝了一列車的車載ATP設(shè)備，并通過了技術(shù)審查和驗收。2006年12月，系統(tǒng)首先在長春輕軌3號線二期工程上得到實際應(yīng)用。目前，我國地鐵的信號系統(tǒng)大多是從國外引進，國產(chǎn)化率低，造價較高。下面介紹FZL型信號系統(tǒng)在長春輕軌3號線的實施及應(yīng)用情況，這對該系統(tǒng)在我國中小運量軌道交通線路上的推廣應(yīng)用具有一定的意義。

1 工程應(yīng)用背景

根據(jù)2010年《長春市城市快速軌道交通建設(shè)規(guī)劃修編》，長春線網(wǎng)由7條線路組成，其中輕軌2條、地鐵5條。輕軌一期、二期都屬于長春市軌道交通3號線，分別于2002年和2006年正式投入運營。

長春輕軌一期工程的信號系統(tǒng)由調(diào)度集中子系統(tǒng)(CTC)、車站6502繼電聯(lián)鎖子系統(tǒng)和25 Hz相敏軌道電路等設(shè)備組成，沒有配置列車自動防護子系統(tǒng)(ATP)，所有列車均以站間閉塞方式運行，不能實現(xiàn)在ATP防護下的追蹤運行。

長春輕軌二期工程線路是一期工程的延續(xù)，從衛(wèi)光街站至長影世紀城站全長17.4正線公里，區(qū)間有兩條正線，其中地下線路1.2 km、高架線路8.8 km，其他為地面線線路。二期共設(shè)17座車站，其中有岔車站8座，無岔車站9座，設(shè)6個設(shè)備集中站。長春輕軌二期工程共裝備37列車(一期17列，二期20列)，列車采用2輛編組，供電方式為接觸網(wǎng)供電，走行軌回流，供電電壓為DC 750 V，最大牽引回流為2500 A。輕軌二期工程采用了FZL型基于數(shù)字軌道電路的準移動閉塞信號系統(tǒng)，在其線路范圍內(nèi)可實現(xiàn)ATP防護下的追蹤運行或以站間閉塞方式運行。

二期工程開通運營后，由于一期工程的信號系統(tǒng)配置較低，無ATP軌旁設(shè)備，給列車的貫通運營帶來了不便。2009年12月，一期工程信號系統(tǒng)改造工程的初步設(shè)計通過專家評審。改造工程采用與二期工程相同的FZL型基于數(shù)字軌道電路的準移動閉塞信號系統(tǒng)，預(yù)計于2012年年底完工。屆時，3號線的一、二期將統(tǒng)一信號系統(tǒng)制式，實現(xiàn)真正意義上的貫通運營，保證行車安全，縮短行車間隔。

2 信號系統(tǒng)特點

FZL型信號系統(tǒng)完全由我國自主研發(fā)，是具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、基于數(shù)字無絕緣軌道的準移動閉塞方式的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有以下特點:

1)具有自主知識產(chǎn)權(quán)，是國內(nèi)唯一自主研制的準移動閉塞制式的系統(tǒng);

2)滿足城市軌道交通列車運行間隔2 min的要求;

3)適應(yīng)交流和直流等不同的牽引供電方式;

4)采用數(shù)字化編碼信息傳輸技術(shù);

5)系統(tǒng)的主要設(shè)備均采用高可靠性的冗余技術(shù);

6)采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的ATP系統(tǒng)，實現(xiàn)了100%國產(chǎn)化，維護及時，服務(wù)到位，備品備件充足，和國外同類準移動閉塞系統(tǒng)相比造價低30%左右。

3 信號系統(tǒng)構(gòu)成

3號線的FZL型ATC信號系統(tǒng)設(shè)備按地域劃分，可分為控制中心設(shè)備、正線車站及軌旁設(shè)備和車載設(shè)備。

3.1 控制中心設(shè)備

控制中心設(shè)備是ATC系統(tǒng)監(jiān)控的核心部分，3號線控制中心設(shè)于朝陽橋，設(shè)備主要包括ATS中心設(shè)備、維護設(shè)備及電源設(shè)備。控制中心采用2臺網(wǎng)絡(luò)交換機組成的100 MB高速雙局域網(wǎng)，所有設(shè)備都通過TCP/IP協(xié)議連接到該局域網(wǎng)，然后通過通信系統(tǒng)提供的獨立網(wǎng)絡(luò)接口與各子系統(tǒng)連接?？刂浦行脑O(shè)有2臺并行運行的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、2臺互為熱備冗余的通信/應(yīng)用服務(wù)器，還有調(diào)度員工作站、調(diào)度長工作站、維護/網(wǎng)管工作站、運行圖編輯工作站和網(wǎng)絡(luò)交換機、打印機及電源等設(shè)備。工程控制中心配置有ATS設(shè)備，如圖1所示。

3.2 正線車站及軌旁設(shè)備

工程的列車自動控制(ATC)系統(tǒng)設(shè)置了正線車站及軌旁設(shè)備，主要包括列車自動監(jiān)控(ATS)車站設(shè)備、區(qū)域控制中心(含聯(lián)鎖)設(shè)備、維護監(jiān)測設(shè)備、軌道電路設(shè)備及電源設(shè)備等。ATS車站設(shè)備主要用于采集車站的各種表示信息，傳送中心的控制命令，存儲由中心下載的時刻表，或根據(jù)列車識別號和目的地號進行控制，并實現(xiàn)車站進路的自動控制。區(qū)控中心設(shè)備是地鐵列車控制系統(tǒng)中保障列車運行安全的關(guān)鍵設(shè)備:通過與現(xiàn)場信號設(shè)備的信息交互，實現(xiàn)了聯(lián)鎖功能;通過和數(shù)字軌道電路的信息交互，實現(xiàn)了軌旁ATP(列車超速防護)的功能。

工程的正線軌旁設(shè)備采用了區(qū)域集中設(shè)置的方式。綜合考慮設(shè)備的控制要求，根據(jù)系統(tǒng)運營維護的便利性原則和系統(tǒng)接口的有利性原則，全線34個車站設(shè)10個設(shè)備集中站，其中一期工程4個、二期工程6個。下面以正線設(shè)備集中站為例，具體說明其管轄區(qū)車站及軌旁設(shè)備的配置情況，如圖2所示。

1)設(shè)備集中站包括:1套區(qū)域控制中心設(shè)備、1套冗余的車站ATS分機和遠程接口單元、1套冗余車站現(xiàn)地控制工作站、1套維護工作站及A3激光打印機、若干軌道電路設(shè)備、1套微機監(jiān)測設(shè)備、若干網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備、1套電源設(shè)備、若干機柜、2個發(fā)車計時器、若干軌旁設(shè)備和配套纜線。

2)非設(shè)備集中站包括:若干軌道電路設(shè)備、2個發(fā)車計時器、若干軌旁設(shè)備和配套纜線。

3.3 車載設(shè)備

車載ATP設(shè)備用于保障列車運行安全，實現(xiàn)列車運行間隔控制。工程采用通號集團的純國產(chǎn)FZL.Z20型車載ATP設(shè)備，在每列列車的頭、尾車各設(shè)一套車載ATP設(shè)備，每套車載ATP設(shè)備包括“2乘2取2”冗余結(jié)構(gòu)的ATP計算機、人機接口單元、ATP天線、測速設(shè)備等，ATP設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

4 信號系統(tǒng)應(yīng)用

圖1 控制中心設(shè)備配置

圖3 FZL.Z20型車載ATP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

FZL型信號系統(tǒng)率先應(yīng)用在長春輕軌3號線的二期工程中，自2006年投入運營以來，設(shè)備運營情況總體穩(wěn)定，系統(tǒng)維護方便，故障檢測較完備，設(shè)備整體工作穩(wěn)定可靠?！鞍踩?、可靠”的原則貫穿于整個信號系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)過程中，這使其在可靠性、安全性、可用性、可維護性、行車間隔、停車精度以及可擴展性能等方面都能達到信號系統(tǒng)的相關(guān)要求。

長春輕軌二期工程是長春輕軌一期工程的延續(xù)，其信號系統(tǒng)要保持一致，既要滿足沒有裝配車載設(shè)備列車(目前在一期運營的列車)的行車要求，又要滿足裝配了超速防護系統(tǒng)車載列車的行車要求，因此系統(tǒng)具有2種模式。

4.1 模式1:帶超速防護的自動站間閉塞模式

在該模式下，信號顯示方式與長春信號一期工程的方式相同。裝備ATP車載及未裝配ATP車載的列車均可在正線上運行:裝備ATP車載的列車按車載設(shè)備指示行車，車載設(shè)備可以保證在線列車的行車安全;未裝配ATP車載的列車按信號機的顯示行車，這與一期工程的方式相同。

4.2 模式 2:列車追蹤的超速防護模式

在該模式下，裝備車載ATP的列車可以實現(xiàn)列車追蹤，信號顯示方式與一期工程的方式基本相同。

在該模式下，一個站間走行多個列車。后續(xù)列車根據(jù)車載設(shè)備來保證其行車安全，車載速度監(jiān)控方式與模式1基本相同。

在一期改造工程實施完畢后，一、二期工程的信號系統(tǒng)制式將得到統(tǒng)一，可真正實現(xiàn)一體化的貫通運營。FZL型信號系統(tǒng)將提供全線在模式2下的3種駕駛方式:ATP模式(ATP速度監(jiān)控下的人工駕駛模式)、限制人工駕駛模式(ATP限速人工駕駛模式)、非限制人工駕駛模式(ATP切除模式)。當列車在正線、折返線按正常運行方向進行追蹤或折返作業(yè)時，應(yīng)以ATP模式為正常運行模式，而限制人工駕駛模式和非限制人工駕駛模式均為非正常運行模式。

4.2.1 ATP 模式

在該模式下，由司機根據(jù)列車目標速度、目標距離指示駕駛列車，ATP系統(tǒng)用來監(jiān)督列車的實際運行速度。列車一旦超速將有報警，并會采取必要的安全制動措施，以保證列車運行的安全。根據(jù)運行方向不同，ATP模式分為兩種不同的駕駛方式。

4.2.2 限制人工駕駛模式

該模式用于無ATP地面速度信息的地點(如停車場)及正線ATP地面設(shè)備故障時的超速防護，由司機人工駕駛列車，其運行速度不能超過規(guī)定的速度(長春輕軌定為15 km/h)。一旦超速，車載ATP將實施安全性停車控制，以便使列車停車。

4.2.3 非限制人工駕駛模式

按照社會契約理論，國家是由享有充分自然權(quán)利的個人為了自己的自由與安全以契約的形式建立的實體。國家有責任從多個渠道預(yù)防和阻止犯罪的發(fā)生、維護社會穩(wěn)定，否則必須做出相應(yīng)的補償。刑事立法政策即是國家制定的一種政策，力求在刑法啟動之前，抑或是其由政策轉(zhuǎn)化為實體法律之后，綜合運用國家財政、政治、文化等資源，系統(tǒng)地預(yù)防和控制犯罪，把犯罪發(fā)生的幾率以及對社會造成的不良影響降到最低，以達到維護社會穩(wěn)定的目的。

用于站間閉塞方式行車或其他特殊運營情況，該模式列車運行無超速防護功能，列車的運行安全由司機負責。

5 結(jié)語

FZL型信號系統(tǒng)作為一種國產(chǎn)化的、適合中小運量軌道交通線路的信號系統(tǒng)，經(jīng)過長春輕軌3號線二期工程的實際運營檢驗，具有良好的穩(wěn)定性和經(jīng)濟優(yōu)勢，適用于以下類型的中小運量軌道交通系統(tǒng):特大城市主城區(qū)的輔助線路、衛(wèi)星城內(nèi)部的軌道交通線路、中小城市的軌道交通線路和旅游觀光區(qū)內(nèi)的軌道交通線路等。2008年以來，為了適應(yīng)用戶對安全的要求，對FZL系統(tǒng)進行了升級和完善。

1)列車自動駕駛(ATO)子系統(tǒng)已經(jīng)研制成功，并在長春輕軌二期工程的3站2區(qū)間進行了1年多的現(xiàn)場試驗，2009年11月通過國內(nèi)專家的技術(shù)審查。

2)區(qū)控中心已經(jīng)完成向采用“2乘2取2”取得SIL4級安全認證的DS6－60型計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)平臺的移植，并成功取得SIL4級安全認證。

3)車載ATP設(shè)備已經(jīng)完成向采用“2乘2取2”取得SIL4級安全認證的GSSAP平臺移植，并成功取得SIL4級安全認證。

升級后的FZL系統(tǒng)變得更加安全和完善，已經(jīng)在長春輕軌4號線采用，目前正在工程實施，預(yù)計2012年年底開通運行。

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