全自動(dòng)運(yùn)行線路不同編組列車(chē)運(yùn)行時(shí)信號(hào)系統(tǒng)方案研究

郝瑞庭

中鐵通信信號(hào)勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司 北京 100036

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市軌道交通建設(shè)得到了長(zhǎng)足發(fā)展。截至2020年底，我國(guó)內(nèi)地已有45個(gè)城市累計(jì)開(kāi)通城市軌道交通線路約7978km。但隨著城市規(guī)模的日益擴(kuò)大，線路的潮汐客流、初近遠(yuǎn)期客流均存在較大變化，其客流分布不均衡性十分顯著。越來(lái)越多的城市軌道交通線路提出了混合編組運(yùn)行的需求，即根據(jù)客流變化采用不同編組列車(chē)上線運(yùn)行的運(yùn)營(yíng)策略，以降低能耗、節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本。本文提出全自動(dòng)運(yùn)行線路不同編組列車(chē)運(yùn)行時(shí)信號(hào)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)原則，并對(duì)具體技術(shù)應(yīng)對(duì)方案進(jìn)行分析研究。

1.概述

以某市一條在建的全自動(dòng)運(yùn)行線路為例，本線路列車(chē)編組方案為：初、近期采用4輛A型車(chē)編組運(yùn)行，遠(yuǎn)期采用4輛A型車(chē)編組與6輛A型車(chē)編組混合運(yùn)行；4輛編組列車(chē)長(zhǎng)度為94.4m，6輛編組列車(chē)長(zhǎng)度為140m。根據(jù)行車(chē)組織提供的列車(chē)編組方案，在線路進(jìn)入遠(yuǎn)期運(yùn)營(yíng)時(shí)，將存在兩種不同編組制式列車(chē)上線運(yùn)行，其列車(chē)長(zhǎng)度、重量、性能參數(shù)均不相同，列車(chē)的牽引制動(dòng)曲線也不相同。車(chē)輛參數(shù)是信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行列車(chē)控制及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，因此信號(hào)系統(tǒng)需采取必要的技術(shù)措施以適應(yīng)不同編組列車(chē)運(yùn)行帶來(lái)的需求變化。

2.不同編組列車(chē)運(yùn)行時(shí)信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

為滿足4編組和6編組列車(chē)混合運(yùn)行的需求，信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)方案應(yīng)符合以下設(shè)計(jì)原則：

（1）信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)不同編組列車(chē)在CBTC級(jí)別、聯(lián)鎖級(jí)運(yùn)行時(shí)的控制和管理進(jìn)行整體一體化設(shè)計(jì)；

（2）不同編組列車(chē)的運(yùn)行控制和管理應(yīng)使用相同的控制曲線策略、列車(chē)追蹤策略，保證列車(chē)控制的一致性，實(shí)現(xiàn)同一套軟件下不同編組列車(chē)的控制功能；

（3）防護(hù)區(qū)段設(shè)計(jì)應(yīng)按6輛編組列車(chē)考慮，以確保列車(chē)運(yùn)行的安全性，同時(shí)可避免設(shè)置不同防護(hù)區(qū)段使系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜；

（4）軌旁設(shè)備、站臺(tái)設(shè)備的布置應(yīng)滿足不同編組列車(chē)運(yùn)行時(shí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，應(yīng)兼容兩種列車(chē)運(yùn)行需要；

（5）列車(chē)在站臺(tái)停車(chē)時(shí)，車(chē)載設(shè)備應(yīng)能準(zhǔn)確區(qū)分4/6編組列車(chē)，并向站臺(tái)門(mén)傳遞列車(chē)編組信息, 保證站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)按照列車(chē)編組安全并準(zhǔn)確打開(kāi)相應(yīng)門(mén)體，并能保證兩種不同編組列車(chē)均能實(shí)現(xiàn)精確停車(chē)以及對(duì)位隔離功能；

（6）信號(hào)系統(tǒng)宜按照4/6編組列車(chē)對(duì)站臺(tái)端停車(chē)設(shè)計(jì)，以統(tǒng)一停車(chē)點(diǎn)，簡(jiǎn)化軌旁信號(hào)設(shè)備布置；

（7）車(chē)載軟件配置應(yīng)考慮兩種不同編組列車(chē)，應(yīng)能準(zhǔn)確識(shí)別并精確控制，滿足不同編組列車(chē)同時(shí)上線運(yùn)行要求。

3.不同編組列車(chē)運(yùn)行時(shí)信號(hào)系統(tǒng)方案研究

3.1 軌旁及站臺(tái)設(shè)備布置方案

當(dāng)列車(chē)在CBTC模式下運(yùn)行時(shí)，地面區(qū)域控制器（ZC）根據(jù)列車(chē)位置、軌道區(qū)段占用狀態(tài)、聯(lián)鎖進(jìn)路狀態(tài)等實(shí)時(shí)計(jì)算列車(chē)移動(dòng)授權(quán)，信號(hào)車(chē)載設(shè)備根據(jù)移動(dòng)授權(quán)生成列車(chē)運(yùn)行曲線控制列車(chē)運(yùn)行。在設(shè)置有運(yùn)營(yíng)停車(chē)點(diǎn)處，如站臺(tái)、轉(zhuǎn)換軌、存車(chē)線等，需針對(duì)4編組及6編組混合運(yùn)行需要來(lái)進(jìn)行軌旁及站臺(tái)設(shè)備的布置。軌旁設(shè)備布置方案如下：

（1）計(jì)軸及信號(hào)機(jī)

軌旁設(shè)備中計(jì)軸和信號(hào)機(jī)應(yīng)按照滿足6輛編組列車(chē)運(yùn)行要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)兼容4編組列車(chē)。采用該布置方案可在保證系統(tǒng)安全、滿足運(yùn)營(yíng)要求的基礎(chǔ)上，降低系統(tǒng)復(fù)雜度并節(jié)省成本。

（2）應(yīng)答器

根據(jù)應(yīng)答器設(shè)置區(qū)域，其布置方案如下：

1）轉(zhuǎn)換軌處輪徑校正應(yīng)答器及固定應(yīng)答器無(wú)需區(qū)分4/6編組列車(chē)進(jìn)行布置，可完全兼容。列車(chē)輪徑校正成功后獲取初始位置，運(yùn)行至轉(zhuǎn)換軌同一停車(chē)點(diǎn)停車(chē)。

2）折返軌處應(yīng)答器布置應(yīng)考慮不同編組列車(chē)折返作業(yè)停車(chē)點(diǎn)位置，4/6編組列車(chē)應(yīng)分別按照4編組列車(chē)停車(chē)點(diǎn)和6編組列車(chē)停車(chē)點(diǎn)位置停車(chē)。固定應(yīng)答器、休眠喚醒應(yīng)答器（如有）布置應(yīng)滿足4編組和6編組列車(chē)運(yùn)行及停放需求（如圖1所示）。

3）站臺(tái)軌處固定應(yīng)答器布置需考慮列車(chē)運(yùn)行方向需求。對(duì)于單向運(yùn)行站臺(tái)，在站內(nèi)連續(xù)布置若干固定應(yīng)答器作為ATO停車(chē)位置校正應(yīng)答器，滿足4/6編組列車(chē)單向精確停車(chē)；對(duì)于雙方向運(yùn)行站臺(tái)，為實(shí)現(xiàn)4/6編組列車(chē)在站臺(tái)雙方向精確停車(chē)作業(yè)，其應(yīng)答器布置需考慮雙方向運(yùn)行需要，如圖2為典型的雙方向運(yùn)行站臺(tái)應(yīng)答器布置方案。

圖1 4/6編組列車(chē)在折返軌處設(shè)備布置圖

圖2 4/6編組列車(chē)在站臺(tái)軌處設(shè)備布置圖（雙方向）

（3）站臺(tái)設(shè)備

布置于站臺(tái)的清客確認(rèn)按鈕、站臺(tái)開(kāi)門(mén)按鈕、站臺(tái)關(guān)門(mén)按鈕、緊急停車(chē)按鈕設(shè)置于站臺(tái)兩端及站臺(tái)中心，總計(jì)3處。4/6編組列車(chē)運(yùn)行時(shí)至少有兩個(gè)按鈕與列車(chē)車(chē)身對(duì)應(yīng)，滿足運(yùn)營(yíng)需求。

無(wú)人折返按鈕及發(fā)車(chē)計(jì)時(shí)器布置位置均可滿足4/6編組列車(chē)運(yùn)行及乘務(wù)人員需求，全自動(dòng)運(yùn)行線路可結(jié)合工程實(shí)際取消該兩種設(shè)備，其功能由車(chē)載設(shè)備完成。

3.2 與站臺(tái)門(mén)接口方案

3.2.1 站臺(tái)門(mén)控制方案

列車(chē)在CBTC模式運(yùn)行時(shí)，車(chē)載ATP/ATO設(shè)備通過(guò)與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖（CI）設(shè)備的接口，發(fā)出控制命令，CI設(shè)備通過(guò)繼電接口實(shí)現(xiàn)對(duì)站臺(tái)門(mén)的開(kāi)、關(guān)門(mén)控制，同時(shí)將狀態(tài)反饋給車(chē)載ATP/ATO設(shè)備。在不同編組列車(chē)混合運(yùn)行時(shí)，CI設(shè)備與站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)硬線接口信息中的開(kāi)門(mén)信息需區(qū)分列車(chē)編組，其余接口信息與單一編組運(yùn)行時(shí)一致。設(shè)置的兩個(gè)開(kāi)門(mén)繼電器及其作用如下：

1）4編組開(kāi)門(mén)繼電器（SKMJ）：平時(shí)落下，發(fā)送四編組車(chē)對(duì)應(yīng)站臺(tái)門(mén)開(kāi)門(mén)命令時(shí)，CI驅(qū)動(dòng)該繼電器吸起；

2）6編組開(kāi)門(mén)繼電器（LKMJ）：平時(shí)落下，發(fā)送六編組車(chē)對(duì)應(yīng)站臺(tái)門(mén)開(kāi)門(mén)命令時(shí)，CI驅(qū)動(dòng)該繼電器吸起。

在4/6輛編組列車(chē)運(yùn)行時(shí)，站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)按照列車(chē)不同編組安全準(zhǔn)確打開(kāi)相應(yīng)門(mén)體，在車(chē)載ATP/ATO設(shè)備與CI設(shè)備接口中增加了相應(yīng)編組信息碼位，具體接口信息如表1所示。

表1 車(chē)載ATP/ATO向CI輸出信息

3.2.2 對(duì)位隔離信息控制

在全自動(dòng)運(yùn)行線路，車(chē)門(mén)與站臺(tái)門(mén)應(yīng)實(shí)現(xiàn)故障對(duì)位隔離功能。當(dāng)車(chē)門(mén)/站臺(tái)門(mén)故障被隔離后，其對(duì)應(yīng)的站臺(tái)門(mén)/車(chē)門(mén)不應(yīng)打開(kāi)。信號(hào)ATS子系統(tǒng)實(shí)時(shí)向站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)報(bào)告車(chē)門(mén)故障信息，站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)實(shí)時(shí)向ATS子系統(tǒng)發(fā)送站臺(tái)門(mén)故障信息。當(dāng)4編組與6編組列車(chē)混合運(yùn)行時(shí)，其對(duì)位隔離應(yīng)能兼容兩種列車(chē)編組形式，因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按照6編組列車(chē)對(duì)全線站臺(tái)門(mén)進(jìn)行統(tǒng)一編碼，確保每個(gè)站臺(tái)門(mén)編碼全線唯一。站臺(tái)門(mén)、車(chē)門(mén)編碼及對(duì)應(yīng)方式示意如圖3所示。

圖3 站臺(tái)門(mén)、車(chē)門(mén)編碼及對(duì)應(yīng)方式示意圖

3.3 車(chē)載軟件配置方案

不同編組列車(chē)采用的安全控制策略是完全相同的，針對(duì)4/6輛不同編組列車(chē)，只需將列車(chē)長(zhǎng)度、系統(tǒng)緊急制動(dòng)最小減速度等基本參數(shù)提取出來(lái)，作為不同的列車(chē)參數(shù)代入安全制動(dòng)模型，即可計(jì)算出適用于本編組列車(chē)的緊急制動(dòng)曲線。同樣，對(duì)于不同編組列車(chē)采用的列車(chē)自動(dòng)駕駛閉環(huán)反饋模型也是相同的，根據(jù)列車(chē)運(yùn)行前方停車(chē)點(diǎn)信息，代入不同編組列車(chē)的車(chē)輛加/減速度等性能參數(shù)，即可計(jì)算出適合本編組列車(chē)的ATO推薦速度曲線，實(shí)現(xiàn)本編組列車(chē)的高效、節(jié)能、舒適運(yùn)行。

為滿足不同編組列車(chē)運(yùn)行需求，信號(hào)系統(tǒng)需為每列車(chē)車(chē)載系統(tǒng)分配一個(gè)固定ID信息，進(jìn)行列車(chē)識(shí)別。列車(chē)車(chē)載設(shè)備喚醒或重啟后自動(dòng)根據(jù)列車(chē)ID調(diào)用本列車(chē)的編組、車(chē)長(zhǎng)、加速度以及線路配置等參數(shù)信息并自動(dòng)加載，控制列車(chē)運(yùn)行。

4.不同編組列車(chē)運(yùn)行對(duì)全自動(dòng)運(yùn)行場(chǎng)景的影響分析

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)列車(chē)按照時(shí)刻表進(jìn)行自動(dòng)喚醒，完成自檢后進(jìn)入正線運(yùn)營(yíng)，并完成站間行駛、到站精準(zhǔn)停車(chē)、自動(dòng)開(kāi)閉車(chē)門(mén)、自動(dòng)發(fā)車(chē)離站等一系列運(yùn)營(yíng)工作。當(dāng)不同編組列車(chē)混跑運(yùn)行時(shí)，部分運(yùn)行場(chǎng)景存在一定影響及變化。具體分析如表2所示。

表2 混跑對(duì)全自動(dòng)運(yùn)行場(chǎng)景的影響分析

5.結(jié)束語(yǔ)

全自動(dòng)運(yùn)行線路采用不同編組列車(chē)運(yùn)行時(shí)，對(duì)車(chē)輛、信號(hào)、站臺(tái)門(mén)、通信等專(zhuān)業(yè)均產(chǎn)生一定影響、提出新的技術(shù)要求，其整體方案應(yīng)是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程。通過(guò)上述分析，信號(hào)系統(tǒng)的相應(yīng)措施及技術(shù)方案是合理可行的，為列車(chē)混編運(yùn)行提供了有效的安全技術(shù)保障。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)及相關(guān)軟件編制時(shí)，應(yīng)充分考慮不同編組列車(chē)運(yùn)行的需求，建議按照遠(yuǎn)期一次性完成設(shè)計(jì)，以減少遠(yuǎn)期對(duì)系統(tǒng)的適應(yīng)性改造工作量、減小對(duì)既有運(yùn)營(yíng)的影響并降低實(shí)施難度。