廣州地鐵2號(hào)線大小交路信號(hào)系統(tǒng)改造實(shí)施研究

衛(wèi)春燕

為提供更合理的運(yùn)輸服務(wù)水平，滿足乘客出行的需要，同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗和減排的目的，基于廣州地鐵2號(hào)線 “中間大兩頭小”的實(shí)際客流特點(diǎn)，提出在原有 “嘉禾望崗—廣州南站”全線交路的運(yùn)行基礎(chǔ)上，在高峰期增加 “三元里—江泰路”小交路運(yùn)行，以緩解高峰時(shí)段的客流壓力。這樣，就產(chǎn)生了2號(hào)線大小交路混跑的運(yùn)行方式，隨即帶來(lái)對(duì)地鐵信號(hào)系統(tǒng)新的運(yùn)營(yíng)要求。為此，提出了對(duì)現(xiàn)有2號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)的改造方案，對(duì)大小交路運(yùn)行方式下實(shí)施的信號(hào)系統(tǒng)改造進(jìn)行分析研究。

1 大小交路運(yùn)行方式

大小交路是城軌交通基本交路模式之一，適用于區(qū)段客流不均衡、客流斷面突變明顯的線路。廣州地鐵2號(hào)線利用這一特點(diǎn)，在早高峰采用了 “廣州南站—嘉禾望崗 （大交路）＋江泰路—三元里（小交路）”的混跑交路方案，如圖1所示。

圖1 2號(hào)線大小交路運(yùn)行方式示意圖

大小交路開(kāi)行比例按2∶1組織，即中間重合段每開(kāi)行2列大交路列車，加開(kāi)1列小交路列車。增設(shè)的三元里與江泰路2個(gè)小交路列車折返點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)折返。如此一來(lái)，有效地緩解了線路早高峰尖峰客流壓力。

2 信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備條件

廣州地鐵2號(hào)線采用LZB700M準(zhǔn)移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)，配置的信號(hào)系統(tǒng) （ATC）是一套成熟的連續(xù)列車控制系統(tǒng)，由下列3個(gè)主要系統(tǒng)組成：聯(lián)鎖SICAS系統(tǒng)、ATS系統(tǒng)、LZB700MATP／ATO系統(tǒng)。

聯(lián)鎖系統(tǒng)完成進(jìn)路排列，使進(jìn)路中的道岔轉(zhuǎn)到正確位置并且鎖閉，征用進(jìn)路全部區(qū)段，并確認(rèn)監(jiān)控區(qū)段軌道電路空閑、無(wú)敵對(duì)進(jìn)路、主進(jìn)路側(cè)面防護(hù)已提供的條件均達(dá)到后，給出開(kāi)放信號(hào)命令。這時(shí)軌旁ATP設(shè)備根據(jù)聯(lián)鎖提供的進(jìn)路要素信息，以及實(shí)時(shí)的軌道區(qū)段空閑或占用情況，為線上運(yùn)營(yíng)的每列列車發(fā)送移動(dòng)授權(quán) （列車允許前進(jìn)的距離）和每個(gè)區(qū)段允許的最高速度，保證全線列車行駛安全 （建立安全和非安全停車點(diǎn)），不發(fā)生追尾、不越過(guò)非安全區(qū)域等。

2號(hào)線全線具備列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng) （ATS）功能，可實(shí)現(xiàn)線路運(yùn)營(yíng)狀況顯示和人工命令操作、進(jìn)路自動(dòng)排列功能 （ARS）、時(shí)刻表建立和比較、自動(dòng)列車調(diào)整 （ATR）等。在實(shí)現(xiàn)大小交路運(yùn)行的改造過(guò)程中，主要涉及改造的信號(hào)系統(tǒng)有聯(lián)鎖與ATS子系統(tǒng)。

3 大小交路套跑產(chǎn)生的問(wèn)題及解決方案

2號(hào)線原單一交路運(yùn)行時(shí)，除故障情況組織列車以特殊方式運(yùn)行以外 （包括使用變更進(jìn)路），正常情況下的所有列車均在線路兩頭嘉禾望崗與廣州南站進(jìn)行折返，這就意味著對(duì)于同一起始點(diǎn)來(lái)說(shuō)，所有列車在線路中的進(jìn)路相同，不存在不同列車在同一起始點(diǎn)需要排列不同方向進(jìn)路的情況；而且因單一交路模式不存在大小交路交叉點(diǎn)，也就不存在同一位置有2種不同且又都屬于正常方向的列車產(chǎn)生潛在沖突的可能性；此外，單一交路運(yùn)行時(shí)列車運(yùn)行密度相對(duì)較低、所有列車在同一站的去向相同等等，這些相對(duì)穩(wěn)定且簡(jiǎn)單的運(yùn)行條件，在改為大小交路運(yùn)行的情況下都產(chǎn)生了突變。

采用大小交路混跑運(yùn)行后，對(duì)信號(hào)系統(tǒng)而言，產(chǎn)生了各種問(wèn)題和新的需求，包括：列控系統(tǒng)中涉及行車安全的進(jìn)路排列、折返沖突，以及折返效率受到制約等信號(hào)基本問(wèn)題，也涉及到PIDS乘客導(dǎo)向和車站廣播無(wú)法滿足復(fù)合交路運(yùn)行需要的問(wèn)題。

3．1 聯(lián)鎖子系統(tǒng)

在2號(hào)線準(zhǔn)移動(dòng)閉塞西門子列車控制系統(tǒng)中，列車的正常運(yùn)行仍是建立在進(jìn)路排列、信號(hào)機(jī)開(kāi)放的基礎(chǔ)上，因此，進(jìn)路排列是行車安全的重要前提。

3．1．1 單一進(jìn)路在交叉點(diǎn)無(wú)法滿足大小交路列車的運(yùn)行需要

1．問(wèn)題分析。2號(hào)線在單一交路運(yùn)營(yíng)的條件下，所有列車均是在嘉禾望崗和廣州南站進(jìn)行自動(dòng)折返。對(duì)于線路上任意的一個(gè)起始點(diǎn)，所有列車需要排列的進(jìn)路方向是相同的。

基于這一點(diǎn)，2號(hào)線自2010年開(kāi)通新線以來(lái)，信號(hào)系統(tǒng)全線各聯(lián)鎖區(qū)，均使用信號(hào)機(jī)追蹤模式排列進(jìn)路，即由聯(lián)鎖系統(tǒng)直接排路，提前根據(jù)線路及信號(hào)要素編制好聯(lián)鎖進(jìn)路表，當(dāng)列車到達(dá)進(jìn)路表中該段進(jìn)路的觸發(fā)點(diǎn)時(shí)，進(jìn)路則被聯(lián)鎖按預(yù)先設(shè)定好的方向排列，進(jìn)行要素檢查并征用，從而開(kāi)放信號(hào)使列車駛?cè)搿？梢钥闯觯捎诼?lián)鎖系統(tǒng)并無(wú)目的地（車次號(hào)）的概念，所以它所排列的進(jìn)路方向是單一的。

但大小交路混跑時(shí)，在三元里及江泰路2個(gè)交叉點(diǎn) （以江泰路為例），如圖2所示，存在方向1（小交路）和方向2（大交路）2種不同的列車行駛方向，系統(tǒng)需要及時(shí)、正確地根據(jù)大小交路排列不同方向的進(jìn)路。

2．改造方案。運(yùn)營(yíng)條件的改變，使在交叉點(diǎn)的信號(hào)機(jī)不能再使用追蹤模式。幸運(yùn)的是，信號(hào)系統(tǒng)還預(yù)留了ARS排路功能，這樣，可根據(jù)列車的目的地碼排列不同方向的進(jìn)路。使用大小交路混合運(yùn)行時(shí)，需要在2種交路的交叉點(diǎn)，將該聯(lián)鎖區(qū)信號(hào)機(jī)設(shè)置為自排模式，并按照 “二大一小”的運(yùn)營(yíng)組織秩序編制時(shí)刻表，通過(guò)ATS系統(tǒng)按照時(shí)刻表分配給大、小交路列車不同的目的地碼，就可有效解決該問(wèn)題。

3．1．2 原系統(tǒng)進(jìn)路設(shè)置原則制約小交路列車折返效率

1．問(wèn)題分析。由于2號(hào)線準(zhǔn)移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)存在進(jìn)路的保護(hù)區(qū)段，因此在設(shè)置進(jìn)路時(shí)，需將保護(hù)區(qū)段考慮在內(nèi)。如圖2所示，當(dāng)小交路列車要進(jìn)入短線終點(diǎn)站江泰路存車線進(jìn)行折返時(shí)，出于折返效率考慮，系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)于該車進(jìn)入江泰路下行站臺(tái)的X1302—X1216進(jìn)路，聯(lián)鎖被要求排列相應(yīng)進(jìn)路，并征用交匯點(diǎn)道岔 W1216（圖中圓圈處）的側(cè)股左位作為保護(hù)區(qū)段，如此一來(lái)可減少保護(hù)區(qū)段（W1216直股右位）的延時(shí)解鎖時(shí)間和不必要的道岔轉(zhuǎn)換。

圖2 江泰路大小交路進(jìn)路示意圖

但變?yōu)榇笮〗宦贩绞胶螅环矫?，將要進(jìn)入江泰路下行站臺(tái)的小交路列車，其進(jìn)站進(jìn)路X1302－X1216需要征用W1216的側(cè)股作為保護(hù)區(qū)段；另一方面，由于江泰路站上行列車延誤，前一趟小交路列車仍在折返過(guò)程中 （停在江泰路存車線折返軌處需要駛出）時(shí)，其進(jìn)路S1210—S1201需要征用下行W1216道岔的直股作為側(cè)防條件?？梢?jiàn)，兩方對(duì)于交匯點(diǎn)道岔W1216的征用存在沖突，這樣就造成不論二者哪種情況先滿足，都會(huì)影響另一方進(jìn)路無(wú)法正常排列或者信號(hào)無(wú)法正常開(kāi)放。

相關(guān)條件不滿足時(shí)，會(huì)導(dǎo)致進(jìn)站列車進(jìn)路的保護(hù)區(qū)段無(wú)法建立，列車在站臺(tái)中部自動(dòng)停車，需要司機(jī)人工介入打破ATO自動(dòng)駕駛模式進(jìn)站對(duì)標(biāo)；或者導(dǎo)致存車線折返列車的進(jìn)路無(wú)法按時(shí)達(dá)到主信號(hào)層，列車無(wú)法按時(shí)折返。局部線路的行車效率因此大大降低，且存在司機(jī)人工駕駛的沖標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。

2．改造方案。對(duì)于大小交路交匯點(diǎn)江泰路對(duì)道岔不同方向的征用沖突問(wèn)題，只有一種解決方案，就是在收到ARS命令排列小交路列車的X1302—X1216進(jìn)站進(jìn)路 （如圖2所示）時(shí)，改變聯(lián)鎖系統(tǒng)中對(duì)其保護(hù)區(qū)段的設(shè)置，將原本默認(rèn)的側(cè)股保護(hù)區(qū)段改為直股保護(hù)區(qū)段設(shè)置。

這樣的聯(lián)鎖軟件修改升級(jí)之后，對(duì)于大交路列車無(wú)影響，對(duì)于之前出現(xiàn)問(wèn)題的小交路列車，不論其進(jìn)站進(jìn)路征用交匯點(diǎn)道岔W1216在前，還是前一趟在存車線列車排列折返進(jìn)路在前，2種命令就不存在征用W1216不同位置的沖突，而改為均征用其直股 （右位）。這樣2個(gè)動(dòng)作可以同時(shí)進(jìn)行，就解決了原系統(tǒng)進(jìn)路設(shè)置原則制約小交路列車折返效率的問(wèn)題。

3．2 ATS子系統(tǒng)

2號(hào)線信號(hào)ATS系統(tǒng)的自排進(jìn)路 （ARS）功能，可以根據(jù)列車不同的目的地方向，命令聯(lián)鎖系統(tǒng)在同一起始點(diǎn)排列出不同的進(jìn)路。但這種排路在大小交路混跑時(shí)，也出現(xiàn)了無(wú)法滿足運(yùn)營(yíng)需要的問(wèn)題。

1．問(wèn)題分析。交叉點(diǎn)區(qū)段出現(xiàn)被大、小交路2個(gè)方向的列車進(jìn)路征用，但沒(méi)有合理設(shè)置優(yōu)先級(jí)，造成運(yùn)行組織混亂。在大小交路的2個(gè)交叉點(diǎn)，出現(xiàn)折返后的站臺(tái)及相關(guān)區(qū)段可能被大小交路2個(gè)不同方向的列車搶用的情況。以圖3三元里站為例，方向1駛來(lái)的從三元里存車線折返出的小交路列車進(jìn)路X2105—X2104，需要征用三元里下行站臺(tái)區(qū)段及站臺(tái)前一個(gè)道岔區(qū)段，而方向2駛來(lái)的從22FXG出站的大交路列車，其X2101—X2104進(jìn)路也需要征用這2個(gè)軌道區(qū)段。

這樣，就出現(xiàn)了系統(tǒng)先排列哪個(gè)方向列車進(jìn)路的不確定性，但按照“二大一小”的交路運(yùn)行原則，系統(tǒng)里應(yīng)存在一個(gè)控制程序，使列車進(jìn)路能夠按照需要的先后次序，排列交叉點(diǎn)不同方向的進(jìn)路。

圖3 三元里大小交路進(jìn)路示意圖

2．改造方案。

方案一，單獨(dú)關(guān)閉存車線折返進(jìn)路始端X2105信號(hào)機(jī)的ARS自排功能，改為調(diào)度員判斷應(yīng)該組織小交路列車駛?cè)虢徊纥c(diǎn)時(shí)，手動(dòng)排出X2105—X2104折返進(jìn)路，防止系統(tǒng)自動(dòng)排列進(jìn)路的順序錯(cuò)誤。

方案二，對(duì)于小交路列車在存車線的折返進(jìn)路被系統(tǒng)提早排出的問(wèn)題，組織列車在交叉點(diǎn) （即小交路列車折返點(diǎn)）使用ATO模式折返，而不再使用DTRO自動(dòng)折返。因?yàn)镈TRO模式下，一旦系統(tǒng)提早排出了折返進(jìn)路 （以三元里為例X2105—X2104進(jìn)路），則列車會(huì)自動(dòng)駛出存車線到達(dá)折返后的站臺(tái)，而無(wú)法人工干預(yù)。而ATO模式下，如果系統(tǒng)按照正確順序排出折返進(jìn)路，則正常折返；如果系統(tǒng)提早排出了折返進(jìn)路，則可以由司機(jī)人工控制先不進(jìn)行折返，同時(shí)調(diào)度員手動(dòng)取消系統(tǒng)排出的進(jìn)路，從而防止干預(yù)大交路列車的通過(guò)進(jìn)路。

方案三，找到一個(gè)合理的控制原則，可以滿足“二大一小”的行車組織要求，使系統(tǒng)ARS被此程序控制，從而自動(dòng)按正確的大、小交路列車運(yùn)行順序排列進(jìn)路。

對(duì)比以上3個(gè)方案，前2個(gè)都需要較多的人工介入操作及時(shí)話，不利于行車組織。只有方案三中“合理的控制原則”，考慮到ATS系統(tǒng)中的時(shí)刻表功能，恰好可以滿足這樣的控制需要。因此按照方案三進(jìn)行系統(tǒng)改造。

按照重合段 “二大一小”的原則創(chuàng)建的大小交路時(shí)刻表，特別是在復(fù)合進(jìn)路的交叉點(diǎn)三元里與江泰路，可明顯顯示出每2列大交路后穿插1列小交路列車的順序，只要使ATS系統(tǒng)的ARS排路功能在時(shí)刻表的控制之下，就可以解決大小交路排路順序錯(cuò)誤的問(wèn)題。而由于非重合段只有大交路單一進(jìn)路，重合段內(nèi)各條進(jìn)路并不存在以上問(wèn)題，那么需要控制的就只有交叉點(diǎn)三元里與江泰路存車線的折返進(jìn)路。

基于以上分析，對(duì)ATS系統(tǒng)OC501軟件進(jìn)行了升級(jí)，增加了這2個(gè)折返點(diǎn)信號(hào)機(jī)ARS排路的“時(shí)刻表對(duì)比”觸發(fā)條件，并配合進(jìn)行FALKO時(shí)刻表的參數(shù)修改，解決了大小交路在交叉點(diǎn)的進(jìn)路觸發(fā)順序錯(cuò)誤而造成行車組織混亂的問(wèn)題。

3．3 ATS系統(tǒng)與其他專業(yè)接口

在2號(hào)線大小交路運(yùn)行條件下，對(duì)信號(hào)系統(tǒng)接口而言，產(chǎn)生較大變化的是ATS系統(tǒng)與以下2個(gè)系統(tǒng)的接口需求。

3．3．1 ATS系統(tǒng)與PIDS接口

1．需求分析。原信號(hào)設(shè)計(jì)中，考慮到提高運(yùn)營(yíng)服務(wù)質(zhì)量，為乘客提供列車方向和預(yù)計(jì)到站時(shí)間的信息顯示，增加了信號(hào)ATS系統(tǒng)與旅客信息顯示系統(tǒng) （PIDS）專業(yè)的接口。該接口使ATS可以發(fā)送線路上每個(gè)站臺(tái)前方列車的運(yùn)行目的地和距離該車到站的預(yù)計(jì)時(shí)間，此項(xiàng)功能是通過(guò)ATS發(fā)出以站臺(tái)號(hào)為對(duì)象，包含目的地碼與到站時(shí)間的PIDS報(bào)文來(lái)實(shí)現(xiàn)。

而在大小交路混跑條件下，由于將要到達(dá)站臺(tái)的列車有可能是大交路列車，也有可能是小交路列車，對(duì)于乘客而言，如果將要到達(dá)的是一列小交路列車，而乘客的目的地是只有大交路列車才到達(dá)的車站，那么優(yōu)化的乘車方法是繼續(xù)等待再下一列的大交路列車。此時(shí)單列車目的地及到站時(shí)間的PIDS顯示就遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足乘客導(dǎo)向需要，特別是上班高峰時(shí)乘客出行時(shí)間較緊張的情況下。因此必須考慮PIDS顯示多列車的改造需求。

2．改造方案。PIDS顯示三列車的需要已經(jīng)比較明顯，因?yàn)槿熊嚱咏蛘叻洗蟆⑿〗宦方惶娴囊粋€(gè)周期。

原信號(hào)系統(tǒng)ATS提供的PIDS報(bào)文只有一列車的信息，包含到達(dá)時(shí)間、目的站、跳站、停站時(shí)間內(nèi)容。為了達(dá)到PIDS顯示三列車的需要，ATS系統(tǒng)的改造主要有以下幾個(gè)方面：①報(bào)文構(gòu)成必須擴(kuò)展2個(gè)額外的列車信息模塊；②ZZA程序（PIDS后端處理）必須修改，以便填寫報(bào)文中的第2和第3列車信息模塊，而ZZA可以在其內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)里最多存儲(chǔ)8列車的信息，以滿足必要的信息要求；③ANKO （接口程序）必須修改，以便能夠處理新的報(bào)文格式；④測(cè)試腳本必須可以檢查ZZA數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容，并有效地對(duì)修改進(jìn)行測(cè)試。

對(duì)于信號(hào)ATS系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，接口的物理層和協(xié)議層將不會(huì)改變，消息結(jié)構(gòu)將在應(yīng)用層進(jìn)行修改?？傊?，在進(jìn)行了ATS系統(tǒng)以上相關(guān)程序軟件的修改升級(jí)后，經(jīng)測(cè)試演練，能夠顯示連續(xù)三列車的目的地及到達(dá)時(shí)間的PIDS功能，能達(dá)到大小交路使用要求。

3．3．2 ATS與車站廣播接口

1．需求分析。原廣播系統(tǒng)中，2號(hào)線的列車到站廣播直接依靠紅外線感應(yīng)觸發(fā)，沒(méi)有與ATS系統(tǒng)直接或間接連接，所觸發(fā)的列車到站廣播無(wú)法區(qū)分大小交路列車。而大小交路營(yíng)運(yùn)中，除PIDS提供的乘客導(dǎo)向外，對(duì)于無(wú)法觀看PIDS顯示的乘客，小交路列車的預(yù)到站廣播也是必要的。小交路預(yù)到站廣播是指在小交路列車 （可能無(wú)法直接搭載乘客前往2號(hào)線的相應(yīng)目的地）到站或者快要到站時(shí)，通過(guò)站臺(tái)的廣播告知旅客該列車目的地。

由于ATS系統(tǒng)提供給PIDS的報(bào)文中，已經(jīng)存在含有列車目的地和到站時(shí)間的信息數(shù)據(jù)，因此，考慮通過(guò)建立廣播系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)小交路列車的預(yù)到站廣播功能。

2．改造方案。在2號(hào)線大小交路的改造方案中，廣播系統(tǒng)沒(méi)有與ATS系統(tǒng)直接建立接口，而是從PIDS一方獲得ATS發(fā)送的PIDS報(bào)文，對(duì)此數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷和處理，從而實(shí)現(xiàn)小交路預(yù)到站廣播功能。

在具體實(shí)施中，廣播系統(tǒng)以某一站臺(tái)為對(duì)象。在接收到ATS發(fā)送的前一列車出站重設(shè)信息后，以其后的第1條含目的地與到站時(shí)間的有效信息作為判斷依據(jù)，當(dāng)此報(bào)文中目的地是小交路終點(diǎn)站、且到站時(shí)間小于5min時(shí)，廣播系統(tǒng)則認(rèn)為接近該站臺(tái)的是小交路列車，隨即觸發(fā)站臺(tái)的小交路預(yù)到站廣播，內(nèi)容提示為本列車的終點(diǎn)站為江泰路／三元里站，以及相應(yīng)的搭乘建議。

4 結(jié)論

廣州地鐵2號(hào)線由之前的單一交路運(yùn)行改為大小交路混跑方式后，原信號(hào)系統(tǒng)在突變的運(yùn)行條件下也出現(xiàn)了種種問(wèn)題，或者產(chǎn)生了新的、原信號(hào)系統(tǒng)無(wú)法滿足的運(yùn)營(yíng)需求。2號(hào)線大小交路信號(hào)系統(tǒng)的改造，有LZB700M系統(tǒng)的特殊問(wèn)題，也有信號(hào)系統(tǒng)的共性問(wèn)題，希望通過(guò)本文的研究探討，為其他線路信號(hào)系統(tǒng)混合交路運(yùn)營(yíng)改造方案的制定與實(shí)施提供一點(diǎn)幫助。

［1］ 廣州市軌道交通二、八號(hào)線延長(zhǎng)線工程信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)格書(shū)［S］．2010．

［2］ 城市軌道交通崗位技能培訓(xùn)教材－信號(hào)檢修工［M］．北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2010．

［3］ 陳鋒．LZB700M和TrainGuardMT列車信號(hào)控制系統(tǒng)綜述［J］．現(xiàn)代城市軌道交通，2011（4）．

［4］ 何江，魏?。畯V州地鐵2號(hào)線大小交路方案研究［J］．現(xiàn)代城市軌道交通，2013（5）．