基于車組號的地鐵車輛段列車跟蹤方法

景順利 王 恒

(南京恩瑞特實業(yè)有限公司, 211106, 南京//第一作者，工程師)

地鐵信號系統(tǒng)中，正線與車輛段采用不同信號廠商提供的信號系統(tǒng)，且正線ATS(列車自動監(jiān)控)系統(tǒng)不監(jiān)控車輛段內(nèi)信號元素狀態(tài)及列車運行狀態(tài)。車輛段內(nèi)的信號元素狀態(tài)、列車運行狀態(tài)及相關(guān)操作在車輛段聯(lián)鎖上位機上進行監(jiān)控和操作。此種模式下，調(diào)度中心的調(diào)度員無法在第一時間掌握車輛段內(nèi)列車的運行狀態(tài)、位置等相關(guān)信息，不方便中央調(diào)度員統(tǒng)一指揮調(diào)度。

為了滿足調(diào)度員的需求，正線ATS系統(tǒng)不僅要顯示車輛段內(nèi)信號元素狀態(tài)，如信號機開/關(guān)、軌道電路占用/出清、道岔定反位及進路等狀態(tài)，還要準確顯示車輛段內(nèi)列車的位置及狀態(tài)信息。本文提出了車輛段內(nèi)車組號的跟蹤方法，便于界面車組號實時顯示。

1 車輛段與正線上列車跟蹤的區(qū)別

1.1 控制列車的范圍不同

正線列車跟蹤范圍為列車由車輛段駛?cè)胝€轉(zhuǎn)換軌開始，至列車由正線轉(zhuǎn)換軌駛?cè)胲囕v段轉(zhuǎn)換軌結(jié)束。ATS系統(tǒng)根據(jù)正線聯(lián)鎖和/或列車數(shù)據(jù)，對列車在正線的運行予以模擬，更新界面車次號并實時顯示。

車輛段列車跟蹤范圍為列車由正線轉(zhuǎn)換軌駛?cè)胲囕v段轉(zhuǎn)換軌開始，至列車由車輛段轉(zhuǎn)換軌再次駛?cè)胝€轉(zhuǎn)換軌結(jié)束。車輛段ATS系統(tǒng)根據(jù)車輛段聯(lián)鎖數(shù)據(jù)對列車在段內(nèi)的運行予以模擬，更新界面車組號并實時顯示。

1.2 顯示列車的目的不同

車次號是列車自動運行的根本。正線顯示車次號，ATS根據(jù)車次號為列車自動排列進路，下發(fā)列車指令，如停站時間、站間運行時間等。正線通過ATS自動控制功能降低調(diào)度員的勞動強度，在緊急情況下通過人工操作干預線路上列車的運行。

車輛段內(nèi)列車以人工駕駛模式運行，不需要ATS對聯(lián)鎖及車載下發(fā)指令。所以車輛段只需實現(xiàn)對列車車組號的跟蹤，實時顯示列車在車輛段內(nèi)的位置。

1.3 車地通信方式不同

正線車輛與ATS之間存在信息交互，ATS可獲取車載相關(guān)信息，如位置、狀態(tài)等信息。例如：基于固定閉塞或準移動閉塞的信號系統(tǒng)中，通過軌道電路、環(huán)線等實現(xiàn)列車與ATS的信息交互；基于無線通信或者LTE(長期演進)通信的移動閉塞信號系統(tǒng)，通過無線或LTE系統(tǒng)實現(xiàn)列車與ATS的信息交互。車輛段內(nèi)，列車與ATS之間無信息交互。

1.4 閉塞方式不同

正線有固定閉塞、準移動閉塞、移動閉塞三種閉塞方式。其中，移動閉塞是其普遍采用的方式，提高了列車運營密度。該閉塞方式下，正線聯(lián)鎖向ATS發(fā)送邏輯軌道占用/出清狀態(tài)、軌道方向、道岔等信息。

車輛段內(nèi)采用固定閉塞方式，車輛段聯(lián)鎖向ATS發(fā)送物理軌道電路的占用/出清狀態(tài)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)布置

車輛段列車跟蹤系統(tǒng)軟件布置于車輛段ATS系統(tǒng)中，負責與車輛段聯(lián)鎖系統(tǒng)、正線ATS系統(tǒng)通信。車輛段ATS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)布置圖

2.2 物理接口

車輛段ATS系統(tǒng)與中央ATS系統(tǒng)設備之間通過以太網(wǎng)接口連接，車輛段ATS與車輛段聯(lián)鎖系統(tǒng)通過RS-422串口連接，如圖2所示。

圖2 物理接口

3 系統(tǒng)功能

3.1 車組號跟蹤原理

車組號跟蹤對象是軌道電路，軌道電路占用/出清狀態(tài)變化會觸發(fā)列車跟蹤作業(yè)。列車跟蹤作業(yè)過程包含列車識別和列車步進。軌道電路變化過程如下:

(1) 一個軌道電路由“空閑”狀態(tài)變?yōu)椤罢加谩睜顟B(tài)。此時一列列車的第一個輪對剛進入該軌道電路，即觸發(fā)列車跟蹤作用，將列車車組號關(guān)聯(lián)到當前占用的軌道電路。

(2) 一個軌道電路由“占用”狀態(tài)變?yōu)椤翱臻e”狀態(tài)。此時一列列車的最后一個輪對剛出清該軌道電路，判斷“空閑”的軌道電路是否關(guān)聯(lián)車組號，若關(guān)聯(lián)車組號，則將車組號關(guān)聯(lián)到當前占用的軌道電路。 以圖3為例進行說明。

圖3 車組號跟蹤原理

3.1.1 列車識別

列車識別用于確定移動的列車。由軌道電路“占用”或“空閑”狀態(tài)觸發(fā)的跟蹤，列車識別的目的不同。

(1) 軌道電路“占用”引起的車組號跟蹤，主要是為了確定列車來自的源軌道電路。

(2) 軌道電路“空閑”引起的車組號跟蹤，主要是為了確定列車運行到的目標軌道電路。

針對圖3中的列車移動，處理以下兩個事件：

(1) 軌道電路D3G占用事件。 車輛段ATS接收到軌道電路D3G占用后，查看其默認前置軌道電路D2G的狀態(tài)和默認后置軌道電路D4G的狀態(tài)，根據(jù)軌道電路D2G和軌道電路D4G的不同狀態(tài)識別列車來源。處理流程如圖4所示。

圖4 軌道電路占用列車識別

·如果軌道電路D2G占用并且軌道電路D4G空閑，則軌道電路D3G的列車來源于軌道電路D2G 。

·如果軌道電路D2G空閑并且軌道電路D4G占用，則軌道電路D3G的列車來源于軌道電路D4G 。

·如果軌道電路D2G占用并且軌道電路D4G占用，則無法識別D3G的列車來源。此時需要人工干預，通過人工步進車組號功能實現(xiàn)車組號的移動。

· 如果軌道電路D2G空閑并且軌道電路D4G空閑，則無法識別D3G的列車來源。此種情況下，系統(tǒng)將自動創(chuàng)建虛假車組號用于界面顯示，調(diào)度員可使用人工操作功能進行車組號修正。

(2) 軌道電路D2G出清事件。車輛段ATS接收到軌道電路D2G出清后，獲取軌道電路D2G關(guān)聯(lián)的車組號。若不關(guān)聯(lián)車組號，則不進行處理；若關(guān)聯(lián)車組號，查看其默認前置軌道電路D1G的狀態(tài)和默認后置軌道電路D3G的狀態(tài)，根據(jù)軌道電路D1G和軌道電路D3G的不同狀態(tài)識別列車運行到的目標軌道電路。處理流程如圖5所示。

圖5 軌道電路出清列車識別

·如果軌道電路D1G占用并且軌道電路D3G空閑，則軌道電路D2G的列車運行到軌道電路D1G 。

·如果軌道電路D1G空閑并且軌道電路D3G占用，則軌道電路D2G的列車運行到軌道電路D3G 。

·如果軌道電路D1G占用并且軌道電路D3G占用，則系統(tǒng)無法識別軌道電路D2G列車運行的目標軌道電路，此時通過人工步進車組號實現(xiàn)車組號的移動。

·如果軌道電路D1G空閑并且軌道電路D3G空閑，則無法識別軌道電路D2G的列車運行，此時系統(tǒng)將自動刪除軌道電路D2G關(guān)聯(lián)的車組號。

3.1.2 列車步進

通過列車識別獲得列車當前關(guān)聯(lián)的軌道電路以及車組號移動的目標軌道電路。列車步進將列車車組號關(guān)聯(lián)到目標軌道電路，將當前軌道電路關(guān)聯(lián)車組號刪除，同時將車組號顯示位置發(fā)送界面進行顯示。

3.2 三種場景下的列車跟蹤方法

3.2.1 列車進入車輛段

列車經(jīng)由正線轉(zhuǎn)換軌駛?cè)胲囕v段，即列車占用車輛段轉(zhuǎn)換軌時，軌道電路的狀態(tài)由“出清”變?yōu)椤罢加谩?，觸發(fā)列車跟蹤作業(yè)。車輛段ATS通過列車識別確定列車來源軌道電路(如圖6中的G1619)，同時判斷當前軌道電路為車輛段轉(zhuǎn)換軌，則向正線請求正線轉(zhuǎn)換軌關(guān)聯(lián)的列車車組號。當車輛段ATS接收到正線發(fā)送的轉(zhuǎn)換軌關(guān)聯(lián)車組號后，在車輛段轉(zhuǎn)換軌上創(chuàng)建車組號，并發(fā)送給車輛段和正線界面進行顯示，如圖6所示。

圖6 列車駛?cè)胲囕v段

3.2.2 列車在車輛段內(nèi)運行

列車在車輛段運行時，車輛段聯(lián)鎖將軌道電路、信號機、道岔等信號元素狀態(tài)發(fā)送給車輛段ATS。車輛段ATS根據(jù)來自車輛段聯(lián)鎖的軌道電路占用/出清狀態(tài)觸發(fā)車組號跟蹤作業(yè)，通過列車識別和列車步進實現(xiàn)車組號在界面上的移動顯示，如圖7所示。

圖7 車輛段內(nèi)車組號顯示

3.2.3 列車駛出車輛段

列車由車輛段駛?cè)胝€轉(zhuǎn)換軌時，車輛段內(nèi)車組號顯示在車輛段轉(zhuǎn)換軌處。此時，列車納入正線ATS監(jiān)控范圍，正線轉(zhuǎn)換軌占用時ATS自動為列車分配車次號，同時向車輛段ATS請求車輛段轉(zhuǎn)換軌關(guān)聯(lián)的車組號，用于正線車次號與車組號進行關(guān)聯(lián)。當列車完全駛出車輛段，車輛段轉(zhuǎn)換軌出清時，車輛段ATS自動將車輛段轉(zhuǎn)換軌關(guān)聯(lián)車組號刪除，同時關(guān)閉車組號界面顯示，車輛段內(nèi)的跟蹤作業(yè)結(jié)束。

3.3 終端無電軌道電路內(nèi)的列車跟蹤方法

列車進入無電軌道電路區(qū)段時，車輛段ATS無法接收來自車輛段聯(lián)鎖的占用/出清狀態(tài)，無法實現(xiàn)車組號跟蹤作業(yè)。當列車完全進入無電軌道電路后，前一軌道電路已出清，車組號保留在前一軌道電路上。當列車由終端無電軌道電路駛?cè)肭耙卉壍离娐窌r，上次保留車組號與此列車關(guān)聯(lián)。如圖8所示。列車在車輛段內(nèi)移動時，能夠?qū)崿F(xiàn)列車車組號跟蹤作業(yè)。

圖8 終端無電軌道電路軌道圖

3.4 車組號管理方法

3.4.1 車組號初始化

車輛段列車采用車組號跟蹤。車組號采用6位標識，即車頭編號+車尾編號，如001002。車輛段ATS接收到軌道電路占用并且無法確定列車來源時，車輛段ATS自動為當前列車分配虛假車組號，如00X000，其中X用于標識系統(tǒng)中存在的列車數(shù)。

3.4.2 車組號同步

車輛段ATS自動創(chuàng)建車組號時為運行列車分配虛假車組號，因此需要對系統(tǒng)中存在的虛假車組號進行修正。本系統(tǒng)提供以下兩種方式的車組號同步功能：

(1) 列車由正線駛?cè)胲囕v段時，通過與正線ATS系統(tǒng)交互，獲取正線車組號用于車輛段車組號顯示。

(2) 針對車輛段終端無電軌道電路，系統(tǒng)提供無電軌道電路車組號保留功能，當列車駛出無電軌道電路后仍使用保留的車組號。

3.4.3 車組號人工操作

車輛段ATS除提供車組號自動跟蹤功能，還提供人工車組號操作。該功能位于車輛段調(diào)度工作站，方便調(diào)度員對車組號進行人工創(chuàng)建、修改、步進操作。

3.5 中央遠程監(jiān)控

車輛段ATS將接收到的信號機、道岔、軌道電路等信號元素狀態(tài)及車組號實時發(fā)送給正線ATS，用于正線工作站及大屏實時顯示，以便調(diào)度員、維護員實時監(jiān)督車輛段內(nèi)列車運行及信號元素狀態(tài)信息。

4 結(jié)語

車輛段列車車組號自動跟蹤，實現(xiàn)了正線列車車次號與車輛段列車車組號的信息交互，方便調(diào)度員第一時間掌握車輛段內(nèi)運行列車、上線列車及下線列車的情況。其作為一種先進的實現(xiàn)車輛段內(nèi)列車車組號自動跟蹤的新系統(tǒng)，適于在地鐵的車輛段大力推廣。