城市軌道交通點(diǎn)式ATC系統(tǒng)的改進(jìn)研究

高嶸華

(西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院,西安　710014)

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城市軌道交通點(diǎn)式ATC系統(tǒng)的改進(jìn)研究

高嶸華

(西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院,西安710014)

摘要：點(diǎn)式ATC系統(tǒng)在城市軌道交通中,已被獨(dú)立采用或者作為CBTC系統(tǒng)的降級(jí)模式使用,但其不具備屏蔽門聯(lián)動(dòng)、闖紅燈防護(hù)、臨時(shí)限速及緊急關(guān)閉等一些運(yùn)營(yíng)需要的必要功能,因此無(wú)法成為主用系統(tǒng)。針對(duì)基本點(diǎn)式ATC系統(tǒng)的上述不足,通過(guò)在基本系統(tǒng)上增加車地傳輸設(shè)備,提出改進(jìn)點(diǎn)式ATC系統(tǒng)的解決方案。通過(guò)分析,改進(jìn)型的點(diǎn)式ATC系統(tǒng)可很好地滿足用戶的需求,并可作為一些市域軌道交通線路的主用系統(tǒng)來(lái)使用。

關(guān)鍵詞：點(diǎn)式系統(tǒng)；軌道交通；車地傳輸

1點(diǎn)式ATC系統(tǒng)概況

1.1點(diǎn)式ATC系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用概況

點(diǎn)式ATC系統(tǒng)是采用高信息容量的點(diǎn)式通信設(shè)備(如應(yīng)答器、環(huán)線等)進(jìn)行地對(duì)車通信的列車控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝靈活，可靠性高，價(jià)格明顯低于連續(xù)式ATC系統(tǒng)。目前，在城市軌道交通中有所應(yīng)用，但點(diǎn)式ATC系統(tǒng)閉塞制式屬于固定閉塞，列車制動(dòng)的終點(diǎn)總在某一分區(qū)的邊界，列車間的安全間隔較大，線路的使用效率較低，因此點(diǎn)式ATC難以勝任列車密度大的情況。由于地對(duì)車通信只能在特定的地點(diǎn)進(jìn)行，無(wú)法與列車進(jìn)行連續(xù)通信，故列車在行進(jìn)過(guò)程中調(diào)度人員無(wú)法隨時(shí)進(jìn)行干預(yù)。在城市軌道交通中點(diǎn)式ATC系統(tǒng)多用作運(yùn)量較小的線路(如上海地鐵5號(hào)線)以及CBTC系統(tǒng)的后備降級(jí)模式。

在后備降級(jí)模式中，當(dāng)CBTC系統(tǒng)車地傳輸出現(xiàn)故障或軌旁ATP設(shè)備故障時(shí)，會(huì)降級(jí)使用點(diǎn)式ATC應(yīng)急模式保證運(yùn)營(yíng)的延續(xù)性。點(diǎn)式ATC系統(tǒng)是基于軌旁和車載之間非連續(xù)式的信息傳輸，實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)控制的信號(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ATC信號(hào)系統(tǒng)一般結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　點(diǎn)式信號(hào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2點(diǎn)式ATC系統(tǒng)原理

點(diǎn)式信號(hào)系統(tǒng)的基本原理是符合歐洲鐵路列車控制系統(tǒng)ETCS-1標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)列車檢測(cè)設(shè)備的占用實(shí)現(xiàn)列車定位，通過(guò)軌旁的應(yīng)答器提供的編碼數(shù)據(jù)或者車載存儲(chǔ)的線路地圖，同時(shí)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，這樣列車就能連續(xù)監(jiān)控自身定位及運(yùn)行方向。在點(diǎn)式模式下，地面聯(lián)鎖設(shè)備根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)確定相關(guān)進(jìn)路及列車的間隔控制(通常為站間閉塞)。當(dāng)進(jìn)路建立，信號(hào)開(kāi)放的信息由可變應(yīng)答器傳送至經(jīng)過(guò)列車，列車根據(jù)讀取相關(guān)進(jìn)路信息計(jì)算列車的速度防護(hù)曲線，保證列車不會(huì)進(jìn)入未被防護(hù)區(qū)域。但是列車一旦通過(guò)點(diǎn)式信號(hào)點(diǎn)在區(qū)間內(nèi)運(yùn)行時(shí)，列車的速度防護(hù)曲線不會(huì)改變，直至到達(dá)下一個(gè)點(diǎn)式信號(hào)點(diǎn)。在城市軌道交通中的一般站間閉塞中，可實(shí)現(xiàn)一次模式曲線的控制，但在分割的長(zhǎng)大區(qū)間內(nèi)只能實(shí)現(xiàn)分級(jí)曲線控制模式。其列車運(yùn)行間隔控制在3 min左右。

在點(diǎn)式ATC系統(tǒng)中，由于車載ATP能夠計(jì)算出列車速度防護(hù)曲線，因此車載ATO在ATP的數(shù)據(jù)支持下，也能計(jì)算出ATO速度曲線，此時(shí)同樣可以采用ATO駕駛列車，以降低司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度。

1.3點(diǎn)式ATC系統(tǒng)的不足

點(diǎn)式ATC系統(tǒng)因受制于非連續(xù)式通信的特點(diǎn)，造成具備需要連續(xù)監(jiān)控的功能缺失，尤其是缺少一些運(yùn)營(yíng)的必備功能，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)屏蔽門聯(lián)動(dòng)及站臺(tái)防護(hù)功能

為增加城市軌道交通運(yùn)行的安全性及節(jié)能需求，目前大部分線路均在站臺(tái)設(shè)置屏蔽門，因此信號(hào)系統(tǒng)與屏蔽門的聯(lián)動(dòng)將成為很重要的一項(xiàng)功能，由于基本的點(diǎn)式ATC系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)車地之間的雙向通信，因此不具備屏蔽門聯(lián)動(dòng)功能；只能依靠司機(jī)手動(dòng)開(kāi)關(guān)屏蔽門并人工保證安全，加重了司機(jī)及車站工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了運(yùn)營(yíng)效率。另外，在站臺(tái)屏蔽門非正常打開(kāi)或站臺(tái)緊急關(guān)閉時(shí)，需要司機(jī)人工阻止列車進(jìn)站或出站，雖然可增加相關(guān)表示器來(lái)解決司機(jī)的瞭望問(wèn)題，但終究無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)連續(xù)防護(hù)和監(jiān)控。

(2)闖紅燈防護(hù)功能

列車在站臺(tái)或折返軌停車時(shí)，通常停在與信號(hào)機(jī)連接的可變應(yīng)答器的外側(cè)，若前方信號(hào)未開(kāi)放(為紅燈)時(shí)，司機(jī)誤操作列車牽引手柄，會(huì)造成列車的移動(dòng)，不但影響列車的運(yùn)營(yíng)效率(列車收到可變應(yīng)答器紅燈時(shí)，會(huì)造成列車降級(jí))，同時(shí)還會(huì)增加列車運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)。由于基本的點(diǎn)式ATC系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)車地之間的雙向通信，因此當(dāng)前方信號(hào)未開(kāi)放(為紅燈)時(shí)，車載ATP系統(tǒng)無(wú)法得到地面信號(hào)機(jī)的狀態(tài)，只能依靠人工進(jìn)行保證。

(3)臨時(shí)限速

臨時(shí)限速是指線路固定限速以外的、具有實(shí)效性的限速，包括：施工、維修引起的計(jì)劃性限速，自然災(zāi)害、設(shè)備故障引起的突發(fā)性限速等。由于基本的點(diǎn)式ATC系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)車地之間的雙向通信，因此臨時(shí)限速信息無(wú)法從中心或地面發(fā)送給車載，無(wú)法實(shí)現(xiàn)臨時(shí)限速功能。

2點(diǎn)式ATC系統(tǒng)的改進(jìn)

近期，國(guó)內(nèi)多地即將建設(shè)一些市域軌道交通線路，這些線路具有運(yùn)行速度較高，站間距較大，客流量較小，采用城市軌道交通公交化運(yùn)營(yíng)模式等特點(diǎn)。由于CBTC系統(tǒng)在列車高速時(shí)車地信息傳輸效果較差，同時(shí)造價(jià)相對(duì)較高，因此并不適用于上述線路；而基本點(diǎn)式ATC系統(tǒng)則缺少上述必要功能，降低了系統(tǒng)的可用性。因此，對(duì)基本點(diǎn)式系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，解決上述點(diǎn)式系統(tǒng)的不足，作為適用于運(yùn)行速度較高，站間距較大，客流量較小，采用城市軌道交通公交化運(yùn)營(yíng)模式線路的主用系統(tǒng)。改進(jìn)型點(diǎn)式ATC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　改進(jìn)的點(diǎn)式信號(hào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

改進(jìn)型點(diǎn)式ATC系統(tǒng)在原有系統(tǒng)中增加了車地傳輸設(shè)備，設(shè)備可采用無(wú)線或者交叉感應(yīng)環(huán)線等設(shè)備，設(shè)置于列車上和正線站臺(tái)及折返軌等地點(diǎn)，同時(shí)傳輸設(shè)備與車載ATP/ATO以及地面聯(lián)鎖、ATS連接。

改進(jìn)型點(diǎn)式ATC系統(tǒng)對(duì)上述問(wèn)題，解決方案如下。

2.1屏蔽門聯(lián)動(dòng)

當(dāng)列車停穩(wěn)且具備開(kāi)門條件后，車載ATP可通過(guò)車地傳輸設(shè)備將車門打開(kāi)的命令傳給地面聯(lián)鎖，聯(lián)鎖控制屏蔽門打開(kāi)，同時(shí)聯(lián)鎖采集到屏蔽門已打開(kāi)，把信息傳遞給車載ATP；當(dāng)列車需要關(guān)門時(shí)，車載ATP將關(guān)門命令再次通過(guò)車地傳輸設(shè)備發(fā)送給地面聯(lián)鎖，聯(lián)鎖控制屏蔽門關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)車門與屏蔽門的聯(lián)動(dòng)功能。

2.2站臺(tái)防護(hù)

如圖3所示，在站臺(tái)設(shè)置進(jìn)站信號(hào)機(jī)，列車進(jìn)入站臺(tái)前，若聯(lián)鎖監(jiān)測(cè)到屏蔽門打開(kāi)或緊急關(guān)閉按鈕被按下，進(jìn)站信號(hào)機(jī)立即關(guān)閉。此時(shí)列車收到信號(hào)機(jī)前可變應(yīng)答器紅燈，ATO會(huì)控制列車在站外停車。列車進(jìn)入站臺(tái)后，若聯(lián)鎖監(jiān)測(cè)到屏蔽門打開(kāi)或緊急關(guān)閉按鈕被按下，出站信號(hào)機(jī)立即關(guān)閉，同時(shí)聯(lián)鎖通過(guò)車地傳輸設(shè)備(如環(huán)線)向車載ATP發(fā)送緊急停車命令，車載ATP立即緊急制動(dòng)。

圖3　緊急關(guān)閉功能示意

2.3闖紅燈防護(hù)功能

列車在站臺(tái)或折返軌停穩(wěn)后，若前方信號(hào)未開(kāi)放(為紅燈)時(shí)，此時(shí)地面聯(lián)鎖將信號(hào)機(jī)紅燈信息通過(guò)車地傳輸設(shè)備發(fā)送給車載ATP，車載ATP收到信號(hào)未開(kāi)放信息后切除列車的牽引，并保持制動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)司機(jī)操作牽引手柄，列車也不會(huì)移動(dòng)，保證了列車安全。當(dāng)發(fā)車條件滿足，出站信號(hào)開(kāi)放，則地面聯(lián)鎖將信號(hào)機(jī)開(kāi)放信息通過(guò)車地傳輸設(shè)備發(fā)送給車載ATP，車載ATP收到信號(hào)開(kāi)放信息后，取消切除列車牽引命令，司機(jī)確認(rèn)信號(hào)后可以行車。

2.4臨時(shí)限速

在進(jìn)路始端信號(hào)機(jī)前方設(shè)置可變應(yīng)答器，此應(yīng)答器不但向車載ATP發(fā)送信號(hào)機(jī)的信息，同時(shí)發(fā)送臨時(shí)限速信息，如圖4所示：

圖4　臨時(shí)限速功能示意

當(dāng)需要在進(jìn)路內(nèi)區(qū)段設(shè)置臨時(shí)限速時(shí)，運(yùn)營(yíng)人員通過(guò)ATS設(shè)置臨時(shí)限速命令，ATS將信息發(fā)給聯(lián)鎖，聯(lián)鎖通過(guò)LEU將臨時(shí)限速命令通過(guò)應(yīng)答器發(fā)送給車載ATP，列車在讀取到該進(jìn)路對(duì)應(yīng)的可變應(yīng)答器時(shí)，獲取到進(jìn)路對(duì)應(yīng)的臨時(shí)限速值，若存在多個(gè)臨時(shí)限速，車載將執(zhí)行最嚴(yán)格的臨時(shí)限速。

2.5其他功能

除滿足上述功能外，改進(jìn)型的點(diǎn)式系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)以下功能。

(1)簡(jiǎn)單的運(yùn)行圖調(diào)整功能

當(dāng)列車處于站臺(tái)時(shí)，調(diào)度員可人工或者ATS自動(dòng)下發(fā)列車的運(yùn)營(yíng)等級(jí)和站停時(shí)間命令，命令通過(guò)車地傳輸設(shè)備傳給車載ATO系統(tǒng)，則ATO則會(huì)在下一區(qū)間中按照新下達(dá)的運(yùn)營(yíng)等級(jí)和站停時(shí)間運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)行圖的調(diào)整功能。

(2)保護(hù)區(qū)段立即解鎖功能

如圖5所示，在列車折返區(qū)段或其他有岔區(qū)段，進(jìn)路的保護(hù)區(qū)段會(huì)鎖閉道岔區(qū)段，當(dāng)列車進(jìn)入站臺(tái)后需要等待一定的進(jìn)路解鎖時(shí)間，保護(hù)區(qū)段才會(huì)消失，此時(shí)側(cè)向的進(jìn)路才可以辦理，這樣會(huì)影響列車的營(yíng)運(yùn)效率。而在改進(jìn)型的點(diǎn)式ATC系統(tǒng)，列車進(jìn)入站臺(tái)軌后，車載ATP會(huì)下發(fā)停穩(wěn)信息，通過(guò)車地傳輸設(shè)備發(fā)給地面聯(lián)鎖設(shè)備，聯(lián)鎖收到信息后，確認(rèn)列車停穩(wěn)則會(huì)立即解鎖保護(hù)區(qū)段，排列側(cè)向進(jìn)路，提高了運(yùn)行效率。

圖5　保護(hù)區(qū)段立即解鎖功能示意

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述，符合ETCS-1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的點(diǎn)式ATC系統(tǒng)，通過(guò)局部增加車地傳輸設(shè)備不但滿足基本系統(tǒng)存在的不具備屏蔽門聯(lián)動(dòng)、闖紅燈防護(hù)、臨時(shí)限速及緊急關(guān)閉等功能的缺點(diǎn)，同時(shí)還具有基本的運(yùn)行圖調(diào)整功能和保護(hù)區(qū)段立即解鎖功能。上述功能的完善，使點(diǎn)式系統(tǒng)能夠很好的適應(yīng)市域軌道交通線路運(yùn)行速度較高，站間距較大，客流量適中，采用城市軌道交通公交化運(yùn)營(yíng)模式等特點(diǎn)，為市域軌道交通信號(hào)系統(tǒng)提供了新的選擇。

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Research on Improvement of Intermittent ATC SystemGAO Rong-hua

(Xi’an Railway Professional Technology Institute, Xi’an 710014, China)

Abstract：Intermittent ATC signal system has already been used in urban rail transit as an independent system or the standby mode of CBTC system. As it does not have the necessary functions, such as interlocking between the vehicle door and the platform screen door, protection of breaking red light, temporary speed limit and emergency stop, the system can not be used as the main system. In view of the insufficiencies of intermittent ATC system, train-ground communication equipment can be added for improvement. The analysis indicates that the improved intermittent ATC system can meet the customer requirements and serve as the main system for regional suburban rail transit.

Key words：Intermittent system; Rail transit; Train-ground communication

中圖分類號(hào)：U239.5； U231+.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.05.036

文章編號(hào)：1004-2954(2015)05-0158-03

作者簡(jiǎn)介：高嶸華(1971—),女，副教授，1993年畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)電信系信號(hào)專業(yè)，E-mail:453198525@qq.com。

收稿日期：2015-01-13