車輛段/停車場增設(shè)全自動運(yùn)行功能的分析

黃志紅

車輛段/停車場增設(shè)全自動運(yùn)行功能的分析

黃志紅

基于目前車輛段/停車場的聯(lián)鎖控制方案，對車輛段/停車場作業(yè)的需求分析，通過在車輛段/停車場配置全自動運(yùn)行區(qū)域，列車在該區(qū)域具備CBTC級別下的ATP/ATO功能以及ATS監(jiān)控功能，并能夠以ATO自動完成進(jìn)出段/場的運(yùn)行功能。

車輛段；停車場；全自動；CBTC

1 研究背景

目前城市軌道交通信號系統(tǒng)采用的基于通信的列車控制（CBTC）系統(tǒng)已經(jīng)基本具備一定的正線自動化運(yùn)行能力，但是在車輛段/停車場仍然依靠人工駕駛和計(jì)算機(jī)集中聯(lián)鎖控制的調(diào)度管理方式。這種運(yùn)營方式的好處在于車輛段/停車場的管理相對獨(dú)立，調(diào)車作業(yè)非常靈活；缺點(diǎn)是由于正線信號系統(tǒng)與車輛段/停車場的信號系統(tǒng)不同，列車出入車輛段/停車場分界點(diǎn)，需要車輛段/停車場信號系統(tǒng)與正線CBTC系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，以確認(rèn)列車是否可以繼續(xù)行駛，列車需要在轉(zhuǎn)換軌處停車或減速，因此，運(yùn)行效率不高。

國內(nèi)城軌線路中，車輛段/停車場內(nèi)一般采用計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備單獨(dú)控制，不配備列車自動防護(hù)/列車自動運(yùn)行（ATP/ATO）設(shè)備，列車自動監(jiān)控（ATS）設(shè)備對車輛段/停車場作業(yè)僅監(jiān)視、不控制。場/段內(nèi)設(shè)置調(diào)車信號機(jī)，所有作業(yè)均為調(diào)車作業(yè)形式，駕駛模式采用限制人工駕駛（RM）或非限制人工駕駛（NRM）模式，司機(jī)以地面信號機(jī)顯示作為行車憑證，人工保證行車安全。

車輛段/停車場內(nèi)每天需要進(jìn)行大量的列車進(jìn)出段/場的作業(yè)，非全自動的段/場作業(yè)在聯(lián)鎖辦理完成調(diào)車進(jìn)路后，完全由人工來保證運(yùn)行過程中的安全。尤其在轉(zhuǎn)換軌與停車列檢庫之間，列車的運(yùn)行距離長，道岔多，這種方式存在調(diào)度員、司機(jī)工作量大以及可能的操作失誤導(dǎo)致闖信號機(jī)等安全隱患。

因此，在車輛段/停車場配置全自動運(yùn)行區(qū)域，列車在全自動區(qū)域具備CBTC級別下的ATP/ATO功能以及ATS監(jiān)控功能，在列車升級CBTC后，由信號系統(tǒng)防護(hù)列車運(yùn)行安全。

目前北京地鐵14號線、7號線相繼按照全自動車輛段/停車場進(jìn)行實(shí)施。

2 設(shè)備配置

要實(shí)現(xiàn)車輛段/停車場的全自動運(yùn)行，應(yīng)將正線CBTC系統(tǒng)延伸到車輛段/停車場，需要在車輛段/停車場配置獨(dú)立的區(qū)域控制器（ZC）設(shè)備、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖（CI）設(shè)備、ATS設(shè)備及車載ATP/ATO設(shè)備，與正線設(shè)置的數(shù)據(jù)存儲單元（DSU）設(shè)備（包含車輛段/停車場電子地圖）共同組成完整的ATC系統(tǒng)，納入正線一體化管理，全自動運(yùn)行區(qū)域?qū)崿F(xiàn)車輛自動出入車輛段/停車場。車輛段/停車場的停車列檢庫及全自動控制區(qū)域均設(shè)置無線接入點(diǎn)（AP）以實(shí)現(xiàn)無線覆蓋，以保證列車在進(jìn)入全自動區(qū)域時(shí)，可以以CBTC級別進(jìn)入全自動區(qū)域。列車可根據(jù)運(yùn)營需求選擇在全自動控制區(qū)域的運(yùn)行級別。

具體需要配置的設(shè)備如下。

（1）ZC設(shè)備。負(fù)責(zé)根據(jù)CBTC列車所匯報(bào)的位置信息以及聯(lián)鎖所排列的進(jìn)路和軌道占用/空閑信息，為其控制范圍內(nèi)的CBTC列車計(jì)算生成移動授權(quán)（MA），保證其控制區(qū)域內(nèi)CBTC列車的安全運(yùn)行。

（2）聯(lián)鎖設(shè)備。負(fù)責(zé)完成管轄區(qū)域內(nèi)的所有聯(lián)鎖功能，以及與軌旁ZC之間的接口和數(shù)據(jù)傳輸。

（3）數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)（DCS）設(shè)備，包括信號系統(tǒng)間通信的骨干網(wǎng)設(shè)備以及用于段/場內(nèi)車-地通信的AP、天線。

（4）車站ATS分機(jī)及現(xiàn)地控制工作站、ATS派班工作站及附屬設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)車輛段/停車場的ATS監(jiān)控功能。

（5）在每個(gè)列檢庫前設(shè)置2個(gè)無源應(yīng)答器用于定位升級，在段/場內(nèi)設(shè)置數(shù)個(gè)無源應(yīng)答器用于位置校正，保證每列車在出段/場時(shí)至少能經(jīng)過1個(gè)應(yīng)答器完成位置校正。

3 系統(tǒng)功能

3.1 車輛段/停車場的ATS監(jiān)控

ATS子系統(tǒng)自動完成并實(shí)現(xiàn)列車在正線和車輛段/停車場內(nèi)列車識別號的連續(xù)追蹤。具備在車輛段/停車場轉(zhuǎn)換軌處停車/不停車情況下的自動賦予列車識別號功能，并且ATS子系統(tǒng)能夠根據(jù)出入庫計(jì)劃自動設(shè)置列車頭碼，自動觸發(fā)停車列檢庫至轉(zhuǎn)換軌之間的列車進(jìn)路和移庫調(diào)車進(jìn)路，以提高段/場出入庫運(yùn)行效率。

3.2 信號顯示

采用列調(diào)分離的方案，車輛段/停車場內(nèi)設(shè)置列車進(jìn)路和調(diào)車進(jìn)路，CBTC列車運(yùn)行采用列車進(jìn)路控制，非CBTC列車運(yùn)行采用列車或調(diào)車方式。進(jìn)段/場列車信號機(jī)可以采用紅綠黃三顯示，進(jìn)庫、出庫列車信號機(jī)采用紅白黃三顯示，調(diào)車信號機(jī)采用藍(lán)白兩顯示。

3.3 ATS出/入庫自動控制

ATS子系統(tǒng)根據(jù)出入庫計(jì)劃中指定的列車進(jìn)入正線運(yùn)營時(shí)間，提前若干時(shí)分（可配置），自動將列車設(shè)置為頭碼車，自動觸發(fā)到轉(zhuǎn)換軌的列車進(jìn)路，命令列車運(yùn)行至轉(zhuǎn)換軌處后，再根據(jù)正線列車計(jì)劃，自動匹配正線車次號，按照正線列車計(jì)劃正常運(yùn)營。

當(dāng)列車正線運(yùn)營結(jié)束，回到轉(zhuǎn)換軌停穩(wěn)時(shí)，ATS子系統(tǒng)根據(jù)出入庫計(jì)劃中指定的列車回庫停車列檢線，自動將列車設(shè)置為頭碼車，自動觸發(fā)到停車列檢線的列車進(jìn)路，命令列車運(yùn)行至停車列檢線處后，列車的運(yùn)行任務(wù)標(biāo)識被清除，變?yōu)槿斯ぼ嚒?/p>

4 控制模式

車輛段/停車場內(nèi)劃分有全自動控制區(qū)域和非全自動控制區(qū)域，其中全自動控制區(qū)域納入ATC系統(tǒng)的控制范圍。

4.1 ATP/ATO控制模式

車輛段/停車場信號系統(tǒng)具備CBTC級別的ATP/ATO功能。

車輛段/停車場的全自動控制區(qū)域內(nèi)列車可采用CBTC下的自動運(yùn)行駕駛（AM）模式和自動防護(hù)駕駛（CM）模式、限制人工駕駛（RM）模式或非限制人工駕駛（NRM）模式運(yùn)行；非全自動控制區(qū)域內(nèi)列車采用RM模式或NRM模式運(yùn)行。

車輛段/停車場的CBTC列車運(yùn)行根據(jù)ZC計(jì)算的移動授權(quán)控制列車運(yùn)行。列車在運(yùn)行過程中，信號系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控進(jìn)路中軌道、道岔狀態(tài)，若前方軌道區(qū)段占用或道岔未鎖閉在規(guī)定位置，則通知列車緊急制動，并需降級為RM模式后由司機(jī)駕駛。

4.2 ATS控制模式

車輛段/停車場ATS監(jiān)控存在遙控、站控2種控制模式。

4.2.1 遙控模式

遙控指ATS系統(tǒng)工作正常時(shí)，將聯(lián)鎖機(jī)切換到“遙控”模式，此時(shí)ATS控制權(quán)轉(zhuǎn)由中心控制。由ATS子系統(tǒng)根據(jù)行車計(jì)劃，自動執(zhí)行相應(yīng)的控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全自動工作模式。

此時(shí)控制權(quán)在中心，中心調(diào)度員具有所有調(diào)車及列車進(jìn)路監(jiān)控權(quán)，車站值班員僅具有監(jiān)視權(quán)。ATS系統(tǒng)可以按照當(dāng)天出入庫計(jì)劃自動辦理列車進(jìn)路和移庫調(diào)車進(jìn)路，也可由調(diào)度員將列車進(jìn)路轉(zhuǎn)為人工控制，人工辦理列車進(jìn)路及調(diào)車進(jìn)路。

4.2.2 站控模式

站控指ATS系統(tǒng)工作正常時(shí)，將聯(lián)鎖機(jī)切換到“站控”模式，此時(shí)ATS的現(xiàn)地工作站一方面作為聯(lián)鎖的上位機(jī)，提供聯(lián)鎖的全部功能操作，另一方面，現(xiàn)地工作站作為ATS子系統(tǒng)在車站的終端，提供ATS子系統(tǒng)車站級別的所有功能。

此時(shí)控制權(quán)在車輛段/停車場，車站值班員具有監(jiān)控權(quán)，車站值班員可以對車輛段/停車場內(nèi)所有調(diào)車及列車進(jìn)路進(jìn)行人工辦理。此時(shí)中心只具有監(jiān)視權(quán)。

5 全自動運(yùn)行的意義

在車輛段/停車場轉(zhuǎn)換軌與停車列檢庫之間配置全自動運(yùn)行區(qū)域，列車在全自動區(qū)域具備CBTC級別下的ATP/ATO功能以及ATS監(jiān)控功能，在列車升級CBTC后，由ATP防護(hù)列車運(yùn)行安全，并能夠以ATO自動完成正常運(yùn)營的進(jìn)出段/場的運(yùn)行功能。

車輛段/停車場內(nèi)分為2種作業(yè)：

（1）在日常運(yùn)營的進(jìn)出場/段的轉(zhuǎn)換軌與停車列檢庫之間，采用帶ATP防護(hù)的人工駕駛或者ATO自動駕駛的列車作業(yè)。列車可以在停車列檢庫內(nèi)進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換，一次性進(jìn)出正線。

（2）各種聯(lián)合庫、工程車庫、內(nèi)燃機(jī)庫等位置，采用調(diào)車作業(yè)，駕駛模式為RM模式（ATP限速25 km/h）或NRM模式。

根據(jù)以上分析，全自動車輛段/停車場的意義主要在于：

（1）在轉(zhuǎn)換軌（出入段線）與停車列檢庫之間的運(yùn)營列車進(jìn)出段/場作業(yè)由ATP防護(hù)行車安全。

（2）日常運(yùn)營列車可采用ATO駕駛模式進(jìn)出車輛段，降低駕駛?cè)藛T的勞動強(qiáng)度。

（3）車輛段作業(yè)可采用車輛段/停車場本地控制，也可納入到控制中心控制，實(shí)現(xiàn)全線由控制中心統(tǒng)一管理。

6 總結(jié)

列車在全線（包括車輛段/停車場）實(shí)現(xiàn)自動化運(yùn)行，有利于提高城市軌道交通的運(yùn)行效率，降低人員的勞動強(qiáng)度，達(dá)到節(jié)能環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的目的，對于促進(jìn)我國城市軌道交通發(fā)展有著十分重要的指導(dǎo)意義。

[1] GB/T12758-2004 城市城市軌道交通信號系統(tǒng)通用技術(shù)條件[S].

[2] GB 50157-2013 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 建標(biāo)104-2008 城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] 堵建中. 新加坡地鐵全自動列車控制系統(tǒng)[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通，2006 (2).

[5] 肖衍，蘇立勇. 全自動駕駛信號系統(tǒng)功能需求分析[J]. 鐵道通信信號，2014 (12).

責(zé)任編輯 冒一平

Analysis of Automatic Train Operation Function of Depot and Parking Yard

Huang Zhihong

Based on the current interlocking control scheme for depot and parking yard, the paper makes analysis of the train operation requirements in depot and parking yard. With the arrangement of automatic train operation area in depot and parking yard, and trains acquire ATP/ATO function of CBTC level and ATS function, the trains with ATO can automatically running in and out depot and parking yard.

depot, parking yard, fully automatic, CBTC

U231.7

2015-04-30

黃志紅：中鐵通信信號勘測設(shè)計(jì)（北京）有限公司，工程師，北京 100036