移動(dòng)閉塞下車(chē)地通信丟失后的信號(hào)防護(hù)規(guī)則簡(jiǎn)析*

顧家泉 李立明

（上海工程技術(shù)大學(xué)城市軌道交通學(xué)院，201620，上?！蔚谝蛔髡?，本科生）

移動(dòng)閉塞下車(chē)地通信丟失后的信號(hào)防護(hù)規(guī)則簡(jiǎn)析*

顧家泉 李立明

（上海工程技術(shù)大學(xué)城市軌道交通學(xué)院，201620，上?！蔚谝蛔髡?，本科生）

針對(duì)上海地鐵多條線(xiàn)路采用的基于無(wú)線(xiàn)通信的Seltrac S40移動(dòng)閉塞信號(hào)設(shè)備，分析了車(chē)地通信丟失后對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響。闡述三種不同情況下信號(hào)系統(tǒng)采取的應(yīng)對(duì)措施及相應(yīng)的防護(hù)規(guī)則，提供了基于無(wú)線(xiàn)通信的列車(chē)控制信號(hào)系統(tǒng)中一種典型故障的技術(shù)解決方案。

城市軌道交通；移動(dòng)閉塞；車(chē)地通信故障；信號(hào)防護(hù)

First-author’s addressCollege of Urban Railway Transportation，Shanghai University of Engineering Science，201620，Shanghai，China

上海軌道交通6、7、8、9、11號(hào)線(xiàn)均采用了阿爾卡特/泰雷茲聯(lián)合體提供的基于無(wú)線(xiàn)通信的Seltrac S40移動(dòng)閉塞信號(hào)設(shè)備。該系統(tǒng)采用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，為列車(chē)提供基于移動(dòng)閉塞的安全間隔防護(hù)。但是，由于無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在軌道交通信號(hào)領(lǐng)域的應(yīng)用時(shí)間較短，技術(shù)尚未成熟，常常會(huì)造成車(chē)地通信超時(shí)，甚至單列車(chē)失去與地面信號(hào)設(shè)備通信的能力。此時(shí)，移動(dòng)閉塞的間隔防護(hù)對(duì)失去通信的列車(chē)及其后續(xù)列車(chē)將不再適用，必須依靠傳統(tǒng)的計(jì)軸器位置檢測(cè)和信號(hào)機(jī)防護(hù)等手段保證列車(chē)安全，確保列車(chē)間隔［1］。

從閉塞方式來(lái)說(shuō)，對(duì)于已經(jīng)失去通信的列車(chē)，需根據(jù)雙紅燈防護(hù)的規(guī)則按軌旁信號(hào)機(jī)運(yùn)行，是典型的固定閉塞［2］；對(duì)之后的第1列通信列車(chē)，計(jì)軸器位置檢測(cè)只能判斷計(jì)軸區(qū)段的出清或占用，但列車(chē)接收連續(xù)式的無(wú)線(xiàn)信號(hào)報(bào)文實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，是準(zhǔn)移動(dòng)閉塞；其后的通信列車(chē)不會(huì)受到非通信列車(chē)的影響，將繼續(xù)以移動(dòng)閉塞運(yùn)行。在1條線(xiàn)路上同時(shí)出現(xiàn)3種不同的閉塞方式，是比較罕見(jiàn)的，值得深入探討［3］。

1 列車(chē)通信丟失后對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響

在典型的CBTC（基于無(wú)線(xiàn)通信的列車(chē)控制）信號(hào)系統(tǒng)中，通信列車(chē)（CT）通過(guò)信號(hào)安全數(shù)據(jù)網(wǎng)（DCS）不斷向移動(dòng)授權(quán)單元（MAU）報(bào)告自身位置；MAU根據(jù)所有列車(chē)報(bào)告的位置，以及需要考慮的信號(hào)機(jī)、站臺(tái)、風(fēng)井等停車(chē)點(diǎn)，為每一列CT提供移動(dòng)授權(quán)限制（LMA）。這是CT唯一的行車(chē)憑證。CT無(wú)需考慮軌旁信號(hào)基礎(chǔ)設(shè)備的具體狀況，可安全地以自動(dòng)駕駛（ATO）模式運(yùn)行。一旦某一列車(chē)出現(xiàn)通信丟失，該列車(chē)將無(wú)法獲得LMA的更新，不能再以ATO模式運(yùn)行，并不再獲得安全行車(chē)模式的保護(hù)；同時(shí)，該列車(chē)無(wú)法報(bào)告自身位置，MAU將無(wú)法為其后續(xù)CT延伸LMA，既有的移動(dòng)閉塞運(yùn)營(yíng)規(guī)則將被破壞［4］。

2 基本解決方案

為克服列車(chē)通信丟失后對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響，軌旁保留了信號(hào)機(jī)和計(jì)軸器（ACB）等信號(hào)基礎(chǔ)設(shè)備，信號(hào)機(jī)可以使非通信列車(chē)（NCT）以地面信號(hào)顯示為行車(chē)憑證，在雙紅燈規(guī)則的保護(hù)下安全運(yùn)行，及時(shí)疏通線(xiàn)路。計(jì)軸器作為列車(chē)位置檢測(cè)設(shè)備［5］，對(duì)NCT進(jìn)行定位，使其后續(xù)第1列CT可以在準(zhǔn)移動(dòng)閉塞規(guī)則下運(yùn)行，而之后的CT繼續(xù)以移動(dòng)閉塞運(yùn)行。

當(dāng)列車(chē)失去與MAU的通信時(shí)，MAU將停止對(duì)其后續(xù)CT的LMA更新；12 s后列車(chē)之前接收的LMA被判為無(wú)效，并施加緊急制動(dòng)。此時(shí)，該列車(chē)從CT變成NCT，前方已經(jīng)開(kāi)放的信號(hào)機(jī)全部被關(guān)閉；MAU之前發(fā)出的LMA自動(dòng)變?yōu)槿斯ち熊?chē)授權(quán)，作為該NCT的進(jìn)路請(qǐng)求。之后，聯(lián)鎖單元根據(jù)雙紅燈間隔防護(hù)原則結(jié)合進(jìn)路請(qǐng)求，為NCT重新開(kāi)放信號(hào)。若通信在63 s后還未恢復(fù)，MAU將根據(jù)具體情況為NCT創(chuàng)建一個(gè)未清掃的非通信障礙物（NCO），對(duì)后續(xù)CT來(lái)說(shuō)，未清掃的NCO是1個(gè)障礙物，LMA將在其起點(diǎn)處終止，以達(dá)到防護(hù)CT安全的目的［6］。

需要說(shuō)明的是，如果CT根據(jù)調(diào)度員的命令以人工限制駕駛（RM）模式通過(guò)了未清掃的NCO，則該NCO的狀態(tài)會(huì)變成已清掃的NCO，對(duì)后續(xù)CT來(lái)說(shuō)，該NCO將不再是1個(gè)障礙物，不會(huì)影響LMA的通過(guò)［7］。

為了維持線(xiàn)路運(yùn)行，NCT可以根據(jù)信號(hào)機(jī)顯示以RM模式繼續(xù)運(yùn)行。當(dāng)NCT通過(guò)一個(gè)開(kāi)放的信號(hào)機(jī)后，系統(tǒng)會(huì)為NCT提供一種軌旁信號(hào)保護(hù)（WSP）模式，對(duì)列車(chē)冒進(jìn)紅燈防護(hù)和超速防護(hù)［8］。隨著NCT的移動(dòng)，ACB負(fù)責(zé)對(duì)NCT的位置檢測(cè)，并把計(jì)軸區(qū)段的占用出清情況報(bào)告給MAU，MAU根據(jù)ACB的報(bào)告更新NCO的狀態(tài)和位置，并根據(jù)線(xiàn)路情況為CT提供可靠的LMA。

3 不同情況下的信號(hào)防護(hù)規(guī)則

3.1 后續(xù)列車(chē)間隔1個(gè)或多個(gè)計(jì)軸區(qū)段

當(dāng)后續(xù)列車(chē)間隔1個(gè)或多個(gè)區(qū)段時(shí)，第1列CT與NCT間隔較長(zhǎng)的保護(hù)距離，對(duì)整個(gè)行車(chē)組織影響不大。此時(shí)，NCT根據(jù)信號(hào)機(jī)的指示在雙紅燈防護(hù)規(guī)則下運(yùn)行；第1列CT根據(jù)MAU提供的LMA，以NCT相鄰的計(jì)軸區(qū)段入口處作為目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)行；第1列CT后續(xù)的CT繼續(xù)以移動(dòng)閉塞運(yùn)行。其信號(hào)防護(hù)如圖1所示。

（1）列車(chē)2追蹤列車(chē)1運(yùn)行，兩者至少間隔1個(gè)空閑的計(jì)軸區(qū)段，如圖1-a）所示。

（2）列車(chē)1與MAU失去通信，列車(chē)1從CT變?yōu)镹CT，前方信號(hào)機(jī)關(guān)閉。MAU將列車(chē)1所在計(jì)軸區(qū)段的后一個(gè)軌道區(qū)段入口處作為列車(chē)2的 ATO停車(chē)點(diǎn)，CT將無(wú)法以ATO模式越過(guò)該停車(chē)點(diǎn)（見(jiàn)圖1-b））。一旦CT進(jìn)入相鄰的計(jì)軸區(qū)段，前方NCT潛在的倒溜情況將無(wú)法被計(jì)軸器檢測(cè)出來(lái)，MAU也無(wú)法對(duì)CT提供及時(shí)的安全防護(hù)，因此，CT和NCT或未清掃的NCO間相隔1個(gè)空閑的區(qū)段是必要的。因?yàn)榇藭r(shí)NCT所在區(qū)段還不是未清掃的NCO，因此，對(duì)于列車(chē)2來(lái)說(shuō)，列車(chē)1失去通信之前既有的LMA不會(huì)被撤回。

（3）NCT倒計(jì)時(shí)結(jié)束之后，MAU將列車(chē)1所在計(jì)軸區(qū)段3變成1個(gè)未清掃的NCO。對(duì)CT來(lái)說(shuō)，未清掃的NCO是障礙物，移動(dòng)授權(quán)將撤回到NCO起點(diǎn)。聯(lián)鎖單元根據(jù)間隔規(guī)則重新為NCT開(kāi)放信號(hào)。如圖1-c）所示。

（4）根據(jù)信號(hào)機(jī)指示，列車(chē)1以RM模式出清計(jì)軸區(qū)段3，進(jìn)入計(jì)軸區(qū)段4，ACB報(bào)告計(jì)軸區(qū)段3空閑，MAU刪除位于區(qū)段3的NCO，同時(shí)為區(qū)段4創(chuàng)建NCO；列車(chē)2的LMA將延伸至NCO的起點(diǎn)，而ATO停車(chē)點(diǎn)將位于計(jì)軸區(qū)段3的入口處。如圖1-d）所示。

（5）隨后列車(chē)2以準(zhǔn)移動(dòng)閉塞的方式，將與NCO相鄰計(jì)軸區(qū)段的入口處作為目標(biāo)點(diǎn)（ATO停車(chē)點(diǎn)），以ATO模式運(yùn)行。

3.2 后續(xù)列車(chē)在相鄰區(qū)段

當(dāng)后續(xù)列車(chē)在相鄰區(qū)段時(shí)，第1列CT與NCT沒(méi)有1個(gè)空閑的計(jì)軸區(qū)段作為間隔，兩列車(chē)不具備追蹤運(yùn)行的條件。因此，MAU必須根據(jù)ACB的狀態(tài)及CT的位置報(bào)告，為第1列CT的追蹤運(yùn)行留出1個(gè)空閑的計(jì)軸區(qū)段，為其后的安全運(yùn)行創(chuàng)造條件。其信號(hào)防護(hù)示意圖如圖2所示。

（1）列車(chē)2追蹤列車(chē)1運(yùn)行，兩車(chē)在相鄰計(jì)軸區(qū)段，如圖2-a）所示。

圖1 后續(xù)列車(chē)間隔1個(gè)或多個(gè)區(qū)段信號(hào)防護(hù)示意圖

（2）列車(chē)1與MAU失去通信，列車(chē)1由CT變?yōu)镹CT，前方信號(hào)機(jī)關(guān)閉。MAU將列車(chē)1所在計(jì)軸區(qū)段入口處作為列車(chē)2的ATO停車(chē)點(diǎn)。但對(duì)列車(chē)2來(lái)說(shuō)，在列車(chē)1失去通信前既有的LMA不會(huì)被撤回。如圖2-b）所示。

圖2 后續(xù)列車(chē)在相鄰區(qū)段信號(hào)防護(hù)示意圖

（3）NCT倒計(jì)時(shí)結(jié)束后，MAU將列車(chē)1所在計(jì)軸區(qū)段2變?yōu)?個(gè)未清掃的NCO，LMA撤回到NCO起點(diǎn)。聯(lián)鎖單元根據(jù)間隔規(guī)則重新為NCT開(kāi)放信號(hào)。如圖2-c）所示。

（4）列車(chē)1根據(jù)信號(hào)機(jī)顯示出清計(jì)軸區(qū)段2，進(jìn)入計(jì)軸區(qū)段3，ACB報(bào)告計(jì)軸區(qū)段2空閑，MAU刪除位于區(qū)段2的NCO，同時(shí)為區(qū)段3創(chuàng)建NCO，列車(chē)2的LMA延伸至NCO的起點(diǎn)。為保證兩車(chē)之間有1個(gè)空閑的計(jì)軸區(qū)段，雖然LMA已經(jīng)延伸，但ATO停車(chē)點(diǎn)不會(huì)改變。如圖2-d）所示。

（5）列車(chē)1出清計(jì)軸區(qū)段3，進(jìn)入計(jì)軸區(qū)段4，LMA與ATO停車(chē)點(diǎn)同時(shí)延伸1個(gè)計(jì)軸區(qū)段，保證了兩車(chē)之間有1個(gè)空閑的計(jì)軸區(qū)段。如圖2-e）所示。

（6）隨后列車(chē)2按準(zhǔn)移動(dòng)閉塞的方式，以NCO相鄰計(jì)軸區(qū)段的入口處作為目標(biāo)點(diǎn)（ATO停車(chē)點(diǎn)）以ATO模式運(yùn)行。

3.3 后續(xù)列車(chē)在同一區(qū)段

由于2列及以上列車(chē)同時(shí)占用1個(gè)計(jì)軸區(qū)段，即使NCT按運(yùn)營(yíng)規(guī)則已駛離發(fā)生通信丟失的計(jì)軸區(qū)段，但該區(qū)段仍然處于占用狀態(tài)，故此時(shí)NCT的位置檢測(cè)已不能單純依靠ACB，必須同時(shí)依靠后方第1列CT的“清掃”，以使MAU確認(rèn)前方的線(xiàn)路空閑。其信號(hào)防護(hù)示意圖如圖3所示。

（1）列車(chē)2追蹤列車(chē)1運(yùn)行，兩車(chē)在同一計(jì)軸區(qū)段，列車(chē)3在相鄰計(jì)軸區(qū)段，追蹤列車(chē)2運(yùn)行，如圖3-a）所示。

圖3 后續(xù)列車(chē)在同一區(qū)段信號(hào)防護(hù)示意圖

（2）列車(chē)1與MAU失去通信，由CT變?yōu)镹CT，前方信號(hào)機(jī)關(guān)閉。MAU將與列車(chē)1失去通信前的LMA終點(diǎn)作為列車(chē)2的ATO停車(chē)點(diǎn)，此時(shí)列車(chē)2的LMA與ATO停車(chē)點(diǎn)重合。如圖2-b）所示。

（3）NCT倒計(jì)時(shí)結(jié)束后，LMA無(wú)法回撤。同時(shí)，MAU創(chuàng)建一個(gè)未清掃的NCO，其范圍為列車(chē)1失去通信前最后報(bào)告的位置到本計(jì)軸區(qū)段末端。聯(lián)鎖單元根據(jù)間隔規(guī)則重新為NCT開(kāi)放信號(hào)。如圖3-c）所示。

（4）NCT按運(yùn)行規(guī)則駛離本計(jì)軸區(qū)段，調(diào)度員確認(rèn)后，命令列車(chē)2在LMA終點(diǎn)前停車(chē)并轉(zhuǎn)換成RM模式清掃該NCO。因?yàn)長(zhǎng)MA無(wú)法通過(guò)未清掃的NCO，列車(chē)無(wú)法以ATO模式運(yùn)行。如圖3-d）所示。

（5）被列車(chē)2安全行駛過(guò)的未清掃的NCO范圍變成已清掃的NCO，此段CT列車(chē)而言不是障礙物，因此，列車(chē)3的LMA可以通過(guò)。如圖3-e）所示。

（6）當(dāng)列車(chē)2完全離開(kāi)計(jì)軸區(qū)段2進(jìn)入計(jì)軸區(qū)段3時(shí)，會(huì)收到MAU的LMA，可轉(zhuǎn)回ATO模式；同時(shí)清掃完成，未清掃的NCO完全變成已清掃的NCO，MAU發(fā)送給CT的LMA可以通過(guò)。如圖3 -f）所示。

（7）如果某時(shí)刻ACB報(bào)告計(jì)軸區(qū)段2空閑，則MAU完全刪除已清掃的NCO，線(xiàn)路恢復(fù)初始狀態(tài)。如圖3-g）所示。

（8）后續(xù)CT列車(chē)?yán)^續(xù)以移動(dòng)閉塞追蹤運(yùn)行。

需要說(shuō)明的是，在NCT前方存在1列CT時(shí)，NCO的初始范圍為NCT失去通信前最后報(bào)告的位置到該CT的末端。由于NCT不能報(bào)告位置，MAU將無(wú)法預(yù)計(jì)其移動(dòng)，所以，NCO的范圍將跟隨前方CT的移動(dòng)逐漸擴(kuò)大。當(dāng)CT離開(kāi)本計(jì)軸區(qū)段時(shí)，NCO的終端即為本區(qū)段的末端，此時(shí)，NCO不再改變直至后續(xù)CT進(jìn)行清掃。

4 結(jié)語(yǔ)

車(chē)地通信對(duì)于CBTC線(xiàn)路的運(yùn)營(yíng)安全至關(guān)重要，當(dāng)出現(xiàn)車(chē)地通信丟失等狀況時(shí)，除了依靠既有信號(hào)設(shè)備的防護(hù)，控制中心調(diào)度員和列車(chē)司機(jī)還需密切配合，嚴(yán)格按照行車(chē)組織規(guī)則及車(chē)地通信丟失應(yīng)急方案恢復(fù)線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)。尤其當(dāng)列車(chē)需要轉(zhuǎn)為RM模式或切除ATP（列車(chē)自動(dòng)防護(hù)）時(shí)，調(diào)度員應(yīng)確認(rèn)該列車(chē)前方線(xiàn)路空閑，然后通知司機(jī)轉(zhuǎn)換模式繼續(xù)運(yùn)行；當(dāng)班司機(jī)應(yīng)按照調(diào)度員命令和信號(hào)機(jī)顯示運(yùn)行，以確保整條線(xiàn)路的運(yùn)行安全。

［1］ 王琰.基于通信的列車(chē)控制系統(tǒng)后備系統(tǒng)的探討［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2007（6）：133.

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Analysis of Signal Protection Rules after the Loss of Communication in Moving Block Condition

Gu Jiaquan，Li Liming

Aimed at the wireless communication based on Seltrac S40 CBTC moving block signal equipment of Shanghai rail transit，the influence on operation after the loss of communication between train and zone control is analyzed. The measures to be taken and the corresponding protection rules in three circumstances of signal system fault are described，so as to provide a typical technology solution to CBTCsignal system faults.

urban rail transit；moving block；train-wayside communication fault；signal protection

U 231.7

2012-09-21）

*2012年上海大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（cs1210001）；2013年國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃（201310856025）