上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)捷運(yùn)信號(hào)系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)踐

謝 斌 王 野 盛佳鋒

上海富欣智能交通控制有限公司 上海 201203

上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)捷運(yùn)系統(tǒng)服務(wù)于安檢后旅客運(yùn)輸，設(shè)置T1/T2航站樓、S1/S2衛(wèi)星廳和T3航站樓（預(yù)留）5座捷運(yùn)車站。前往衛(wèi)星廳登機(jī)的旅客，在航站樓辦理完值機(jī)、行李托運(yùn)、聯(lián)檢、安檢等手續(xù)后，在樓內(nèi)下到地下捷運(yùn)車站乘坐捷運(yùn)列車前往衛(wèi)星廳；在衛(wèi)星廳到港的旅客，由衛(wèi)星廳地下捷運(yùn)車站乘坐捷運(yùn)列車前往航站樓，經(jīng)相應(yīng)流程，離開機(jī)場(chǎng)。捷運(yùn)系統(tǒng)分東、西兩線，列車運(yùn)營(yíng)組織方案為T1-S1之間的2股道各自獨(dú)立穿梭運(yùn)行，T2-S2之間運(yùn)行模式同T1-S1，S1/S2-T3采用單線穿梭運(yùn)行模式（圖1）。

圖1 列車運(yùn)營(yíng)組織示意

作為捷運(yùn)系統(tǒng)的核心構(gòu)成部分，信號(hào)系統(tǒng)承擔(dān)行車指揮和安全防護(hù)的重任，與傳統(tǒng)軌道交通不同，其功能設(shè)計(jì)應(yīng)該充分考慮捷運(yùn)旅客運(yùn)輸組織特征和機(jī)場(chǎng)空防安全管理需求[1-3]。

1 上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)捷運(yùn)系統(tǒng)客運(yùn)組織需求分析

1.1 高可靠性要求：全天候不間斷運(yùn)營(yíng)

根據(jù)世界航空網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的需要，上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)作為大型樞紐機(jī)場(chǎng)具備全天候運(yùn)行能力，包括人員、設(shè)施設(shè)備。同時(shí)，根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，航空客運(yùn)市場(chǎng)需要拓寬航班起降時(shí)段，各種因素導(dǎo)致離港和到港的航班延誤情況也時(shí)有發(fā)生。因此，空側(cè)捷運(yùn)系統(tǒng)也應(yīng)具備全天候運(yùn)行保障能力，這對(duì)系統(tǒng)方案、運(yùn)營(yíng)維護(hù)模式提出新的要求，而陸側(cè)捷運(yùn)系統(tǒng)，原則上可以留有天窗時(shí)間用于系統(tǒng)的專門檢修維護(hù)。

機(jī)場(chǎng)旅客的乘機(jī)流程如圖2所示，捷運(yùn)系統(tǒng)作為航站區(qū)運(yùn)行的“一環(huán)”，一旦出現(xiàn)問題，將引起一系列連鎖效應(yīng)，對(duì)旅客組織將產(chǎn)生重大影響，考慮到機(jī)場(chǎng)運(yùn)行不能中斷，對(duì)于捷運(yùn)系統(tǒng)高可靠性尤為重要。捷運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)行直接從屬于機(jī)場(chǎng)運(yùn)行管理，有關(guān)運(yùn)行方案決策均需得到機(jī)場(chǎng)認(rèn)可，作為保障機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的系統(tǒng)，只要機(jī)場(chǎng)客運(yùn)服務(wù)不停，其機(jī)場(chǎng)捷運(yùn)系統(tǒng)就必須保持運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖2 機(jī)場(chǎng)旅客乘機(jī)流程

1.2 高可用性要求：定制化的運(yùn)營(yíng)方案

捷運(yùn)系統(tǒng)并無早晚點(diǎn)概念，搭乘捷運(yùn)系統(tǒng)的航空旅客追求的是捷運(yùn)列車的發(fā)車間隔，即運(yùn)營(yíng)間隔，根據(jù) MH/T 5104—2006《民航機(jī)場(chǎng)服務(wù)質(zhì)量》的規(guī)定，捷運(yùn)系統(tǒng)95%的旅客等候時(shí)間不應(yīng)超過5 min，因此規(guī)定捷運(yùn)系統(tǒng)發(fā)車間隔不能大于5 min。同時(shí)，航空旅客客流容易受到航班延誤、惡劣天氣等環(huán)境因素的影響，產(chǎn)生較大的波動(dòng)，因此，與之配套的捷運(yùn)系統(tǒng)的運(yùn)輸組織方案必須靈活適配，以保證服務(wù)水平。

1.3 空防安全要求：客流的清分與渠化

空側(cè)捷運(yùn)系統(tǒng)必須要滿足機(jī)場(chǎng)空防安全的需求，空防安全的目標(biāo)是為了防止蓄意或意外通過捷運(yùn)系統(tǒng)侵入航站樓、飛行區(qū)等機(jī)場(chǎng)隔離區(qū)域，給旅客組織和航空設(shè)備帶來安全隱患。

安全管控，一方面應(yīng)通過執(zhí)行機(jī)場(chǎng)相關(guān)隔離區(qū)管理標(biāo)準(zhǔn)對(duì)旅客和運(yùn)維人員進(jìn)行隔離，另一方面，應(yīng)采用科學(xué)的方法論對(duì)旅客運(yùn)輸過程中影響空防安全的危害源進(jìn)行分析，評(píng)估其對(duì)空防安全的影響程度，制定有效的危害規(guī)避或緩解措施。

捷運(yùn)系統(tǒng)的同一列車同時(shí)運(yùn)輸國(guó)內(nèi)、國(guó)際旅客時(shí)，車廂、車站對(duì)國(guó)際/國(guó)內(nèi)的旅客采取分隔措施，因此車廂和站臺(tái)屬于空防安全管理的范疇。列車停站期間，到港/離港旅客應(yīng)進(jìn)行客流清分，防止出現(xiàn)混流和對(duì)沖，因此客流清分也屬于空防安全管理的范疇。

2 上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)捷運(yùn)信號(hào)系統(tǒng)系統(tǒng)功能介紹

上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)捷運(yùn)線信號(hào)系統(tǒng)部署在車輛基地（包括：控制中心、維修中心、培訓(xùn)中心），衛(wèi)星廳S1/S2設(shè)備集中站，運(yùn)營(yíng)列車以及軌旁線路上（圖3）。

1）列車自動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)（ATS）：ATS部署在控制中心，主要負(fù)責(zé)監(jiān)視和控制信號(hào)設(shè)備、自動(dòng)/人工排列進(jìn)路、追蹤列車以及運(yùn)營(yíng)調(diào)整。

2）計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖（CBI）：CBI部署在S1/S2設(shè)備集中站和車輛基地，主要負(fù)責(zé)監(jiān)視和控制軌旁信號(hào)設(shè)備、進(jìn)路管理、列車的安全間隔防護(hù)。

3）區(qū)域控制器（ZC）：ZC部署在設(shè)備集中站，主要負(fù)責(zé)列車管理、位置追蹤、列車移動(dòng)授權(quán)計(jì)算。

圖3 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)框示意

4）車載控制器（OBCU）：OBCU部署在運(yùn)營(yíng)列車上，劃分為列車自動(dòng)防護(hù)子系統(tǒng)和列車自動(dòng)駕駛子系統(tǒng)。

5）維護(hù)管理系統(tǒng)（MMS）：MMS部署在控制中心、維修中心、軌旁設(shè)備集中站，主要負(fù)責(zé)信號(hào)設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)、報(bào)警與統(tǒng)計(jì)、維護(hù)輔助。

6）數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（DCS）：DCS部署在控制中心和軌旁設(shè)備集中站，是由提供端到端數(shù)據(jù)安全防護(hù)的軌旁有線通信網(wǎng)絡(luò)和車地?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò)兩大部分組成的實(shí)時(shí)寬帶數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其主要作用是為信號(hào)系統(tǒng)的中央、軌旁和車載各控制子系統(tǒng)之間構(gòu)筑安全、可靠、實(shí)時(shí)、透明的信息傳輸平臺(tái)。

7）計(jì)軸系統(tǒng)（ACS）：計(jì)軸系統(tǒng)部署在設(shè)備集中站和室外線路，包括室內(nèi)計(jì)軸機(jī)柜和室外計(jì)軸檢測(cè)點(diǎn)，將線路劃分成為不同的計(jì)軸區(qū)段，輔助CBI實(shí)現(xiàn)進(jìn)路功能，并能夠?qū)TP故障列車、未裝備ATP設(shè)備的列車進(jìn)行輔助定位。

2.1 中央集中控制

與傳統(tǒng)軌道交通兩級(jí)控制方式（包括：中央集中控制和車站現(xiàn)地控制）不同，為避免捷運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)維人員頻繁進(jìn)出空防區(qū)域，同時(shí)節(jié)約衛(wèi)星廳建筑用地，上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)捷運(yùn)線S1/S2衛(wèi)星廳設(shè)備集中站不設(shè)置控制室，僅在車站弱電綜合室設(shè)置ATS監(jiān)視工作站，為保障系統(tǒng)可靠性，采用中央同地兩級(jí)控制方式（圖4）。

圖4 中央集中控制模式

正常運(yùn)營(yíng)模式下，由中央ATS冗余服務(wù)器對(duì)全線列車（包含正線區(qū)域和車輛基地）進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度指揮，應(yīng)急情況下，中央ATS冗余服務(wù)器完全故障，中央ATS備用服務(wù)器可以無縫接管，正在運(yùn)行的列車計(jì)劃不會(huì)中斷。中央ATS備用服務(wù)器與中央ATS冗余服務(wù)器設(shè)置在不同的地點(diǎn)，采用獨(dú)立供電方式。

作為機(jī)場(chǎng)捷運(yùn)系統(tǒng)的專用構(gòu)成部分，捷運(yùn)信號(hào)系統(tǒng)的建設(shè)充分考慮了機(jī)場(chǎng)的遠(yuǎn)期規(guī)劃、分步實(shí)施和經(jīng)濟(jì)節(jié)能。遠(yuǎn)期規(guī)劃，當(dāng)新的航站樓建成投用接入到捷運(yùn)系統(tǒng)之后，中央ATS備用服務(wù)器將會(huì)遷移，并升級(jí)成為備用控制中心，主用控制中心和備用控制中心采用相同的設(shè)備配置和外部接口，熱備冗余，提升捷運(yùn)系統(tǒng)可靠性。

2.2 特定控區(qū)劃分

為滿足機(jī)場(chǎng)全天候航空旅客運(yùn)輸?shù)男枰?，捷運(yùn)系統(tǒng)在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段即開始注重提高系統(tǒng)的可靠性，如圖5所示，T1-S1/T2-S2采用雙線穿梭運(yùn)行方式，A線和B線互為備份，C線和D線互為備份，單線故障時(shí)，航站樓至衛(wèi)星廳的列車運(yùn)行間隔拉長(zhǎng)，客運(yùn)服務(wù)不會(huì)中斷。捷運(yùn)信號(hào)系統(tǒng)全線劃分成為3個(gè)聯(lián)鎖控制區(qū)域，其中，車輛基地作為獨(dú)立的聯(lián)鎖控制區(qū)域，正線A/B/C/D四根股道包含T3預(yù)留站臺(tái)，劃分成為2個(gè)聯(lián)鎖控制區(qū)域，其中A/C一個(gè)聯(lián)鎖控區(qū)，B/D一個(gè)聯(lián)鎖控區(qū)，A/C、B/D聯(lián)鎖控制區(qū)域的邊界在衛(wèi)星廳（S1/S2）站后道岔區(qū)域和T3站臺(tái)前道岔區(qū)域。

圖5 特定控制區(qū)域劃分技術(shù)方案

3 上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)捷運(yùn)信號(hào)系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐

3.1 全天候不間斷運(yùn)營(yíng)的列車運(yùn)行計(jì)劃

地鐵列車采用時(shí)刻表組織列車運(yùn)營(yíng)，時(shí)刻表一般分為工作日、休息日、節(jié)假日和特殊日期，時(shí)刻表一旦編輯完畢，短時(shí)間內(nèi)不會(huì)發(fā)生較大的變化，而是以季度、半年或整年為調(diào)整周期，根據(jù)線路客流的變化調(diào)圖。捷運(yùn)系統(tǒng)列車運(yùn)行計(jì)劃需要覆蓋24 h，且能夠靈活調(diào)整，滿足機(jī)場(chǎng)航班延誤和惡劣天氣對(duì)客運(yùn)組織的影響，必須定制化設(shè)計(jì)捷運(yùn)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)方案。

如圖6、圖7所示，捷運(yùn)系統(tǒng)列車運(yùn)行計(jì)劃T1-S1/T2-S2相互獨(dú)立，將全天24 h劃分成為不同的時(shí)段，每一個(gè)時(shí)段采用不同的運(yùn)營(yíng)間隔，并可以設(shè)置某根軌道是否投運(yùn)。列車運(yùn)行計(jì)劃具備自動(dòng)調(diào)整功能，考慮到航站樓至衛(wèi)星廳雙線穿梭的特點(diǎn)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整列車跑“勻”，即一列車從航站樓出發(fā)的同時(shí)，另一列車應(yīng)從衛(wèi)星廳同時(shí)出發(fā)，2根股道列車交替運(yùn)行。當(dāng)一列車因故停站時(shí)間過長(zhǎng)或扣停在站臺(tái)，故障恢復(fù)后，系統(tǒng)會(huì)首先調(diào)整列車跑“勻”，然后通過調(diào)整停站時(shí)間和區(qū)間運(yùn)營(yíng)等級(jí)的方式進(jìn)行追趕，保證全天列車運(yùn)行兌現(xiàn)率達(dá)標(biāo)。

圖6 列車運(yùn)行計(jì)劃

圖7 列車實(shí)跡運(yùn)行圖

3.2 自動(dòng)穿梭模式

捷運(yùn)列車航站樓至衛(wèi)星廳一個(gè)單程約為5 min，傳統(tǒng)地鐵列車從起點(diǎn)站運(yùn)行至終點(diǎn)站一個(gè)單程約為50 min，捷運(yùn)列車運(yùn)營(yíng)過程中換端切換車頭的頻次約為傳統(tǒng)地鐵的10倍。為降低司機(jī)作業(yè)的強(qiáng)度，減少駕駛室司機(jī)控制臺(tái)機(jī)械設(shè)備（鑰匙、方式方向手柄等）使用頻率，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，特設(shè)計(jì)自動(dòng)穿梭模式 SAM（Shuttle Automatic Mode），由信號(hào)系統(tǒng)主導(dǎo)列車停站時(shí)自動(dòng)換端、提供列車安全防護(hù)、控制列車自動(dòng)運(yùn)行（圖8）。

圖8 自動(dòng)穿梭駕駛模式示意

自動(dòng)穿梭模式應(yīng)用場(chǎng)景：

1）SAM模式僅在連續(xù)式列車控制級(jí)別下車的通信傳輸正常時(shí)有效。

2）SAM模式的進(jìn)入和正常退出需要在停車時(shí)進(jìn)行。

3）SAM模式下，信號(hào)系統(tǒng)提供2種車門控制方式：自動(dòng)開門/自動(dòng)關(guān)門；人工開門/人工關(guān)門。

4）SAM模式下，激活駕駛室內(nèi)的緊急制動(dòng)蘑菇按鈕，仍舊具備操作的功能。

5）因故障導(dǎo)致SAM模式可用性丟失，立即緊急制動(dòng)停車，司機(jī)插入鑰匙，激活車頭，人工駕駛列車抵達(dá)服務(wù)站臺(tái)。

3.3 正線無人折返

上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)捷運(yùn)系統(tǒng)具備正線存車功能，存車區(qū)域設(shè)置在衛(wèi)星廳S1/S2站后折返線，如圖9所示，列車以全自動(dòng)無人折返模式在衛(wèi)星廳S1/S2與存車區(qū)域之間運(yùn)行，具備自動(dòng)進(jìn)/出站、停站對(duì)位自動(dòng)調(diào)整、自動(dòng)開/關(guān)車門、自動(dòng)休眠/喚醒、工況管理、車輛遠(yuǎn)程控制等功能。

圖9 全自動(dòng)無人折返示意

全自動(dòng)折返功能滿足線路GOA4運(yùn)營(yíng)要求，正線衛(wèi)星廳S1/S2站后道岔區(qū)域和存車線按照GOA4級(jí)無人區(qū)域要求進(jìn)行管理，設(shè)置SPKS開關(guān)對(duì)無人區(qū)進(jìn)行安全防護(hù)，避免人車沖突。衛(wèi)星廳站臺(tái)區(qū)域被定義為有人區(qū)和無人區(qū)轉(zhuǎn)換區(qū)，列車在存車區(qū)域喚醒成功后，控制中心調(diào)度員為列車分派全自動(dòng)無人駕駛授權(quán)，以無人模式運(yùn)行至衛(wèi)星廳站臺(tái)，停穩(wěn)，打開車門，退出無人駕駛模式至待機(jī)模式，司機(jī)登乘列車后轉(zhuǎn)換為自動(dòng)穿梭駕駛模式投入運(yùn)行。列車以自動(dòng)穿梭模式完成當(dāng)日運(yùn)營(yíng)任務(wù)后，停靠在衛(wèi)星廳站臺(tái)，司機(jī)轉(zhuǎn)換進(jìn)入全自動(dòng)無人駕駛模式，下車后按壓軌旁全自動(dòng)無人折返按鈕，為列車分派全自動(dòng)無人駕駛授權(quán)，列車以無人模式運(yùn)行至存車區(qū)域待命或休眠。

3.4 客流清分與車門控制

為滿足運(yùn)營(yíng)組織和空防管控要求，捷運(yùn)系統(tǒng)列車載客運(yùn)營(yíng)時(shí)，國(guó)內(nèi)和國(guó)際乘客不能混流，國(guó)際到港和離港的旅客不能混流，針對(duì)國(guó)際反流的旅客，回流區(qū)車門開、關(guān)應(yīng)單獨(dú)進(jìn)行控制。

如圖10所示，列車在T2航站樓與S2衛(wèi)星廳之間自動(dòng)穿梭模式運(yùn)行時(shí)，車門與站臺(tái)門自動(dòng)聯(lián)動(dòng)控制流程如下：

1）列車以自動(dòng)穿梭模式從T2航站樓到達(dá)S2衛(wèi)星廳對(duì)位停車，系統(tǒng)激活下客側(cè)客室區(qū)及回流區(qū)的車門使能。

2）系統(tǒng)自動(dòng)打開下客側(cè)客室區(qū)及回流區(qū)的車門及對(duì)應(yīng)的站臺(tái)門，啟動(dòng)乘客下客計(jì)時(shí)，同時(shí)向視頻清客系統(tǒng)發(fā)送清客開始命令，視頻清客系統(tǒng)啟動(dòng)，乘客下車。

圖10 客室區(qū)車門和回流區(qū)車門控制方式

3）乘客下客計(jì)時(shí)結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉下客側(cè)客室區(qū)的車門及對(duì)應(yīng)的站臺(tái)門。

4）車門關(guān)閉，A端司機(jī)觀察視頻清客系統(tǒng)顯示屏，確認(rèn)沒有人員或物品滯留，按壓視頻清客系統(tǒng)觸摸屏上清客確認(rèn)軟按鈕，接著按壓駕駛臺(tái)上清客確認(rèn)硬按鈕，清客確認(rèn)完成，視頻清客系統(tǒng)關(guān)閉。

5）系統(tǒng)檢測(cè)到清客確認(rèn)完成后，取消下客側(cè)客室區(qū)的車門使能，同時(shí)激活上客側(cè)客室區(qū)的車門使能，自動(dòng)打開上客側(cè)客室區(qū)的車門及對(duì)應(yīng)的站臺(tái)門。

6）系統(tǒng)控制列車自動(dòng)換端，列車由A端車頭激活轉(zhuǎn)換為B端車頭激活。

7）停站時(shí)間結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉上客側(cè)客室區(qū)的車門及對(duì)應(yīng)的站臺(tái)門，并自動(dòng)關(guān)閉下客側(cè)回流區(qū)的車門及對(duì)應(yīng)的站臺(tái)門，給出發(fā)車授權(quán)。

8）B端司機(jī)按壓駕駛臺(tái)上ATO啟動(dòng)按鈕發(fā)車，列車以自動(dòng)穿梭模式正常駛出站臺(tái)。

空側(cè)捷運(yùn)信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)分析空防管理對(duì)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的影響，針對(duì)空防安全需求進(jìn)行完整度評(píng)估。捷運(yùn)列車客室區(qū)（包含國(guó)內(nèi)區(qū)和國(guó)際區(qū)）兩側(cè)車門應(yīng)該獨(dú)立進(jìn)行控制，應(yīng)先開下客側(cè)車門，再開上客側(cè)車門，安全完整度等級(jí)需達(dá)到SIL4。因此，除了滿足上客側(cè)和下客側(cè)車門開/關(guān)門指令不能同時(shí)給出之外，上客側(cè)和下客側(cè)的車門使能信號(hào)也不能同時(shí)給出。捷運(yùn)列車?？空九_(tái)后，下客側(cè)車門打開，視頻清客系統(tǒng)啟動(dòng)，只有在國(guó)際區(qū)旅客下客完畢，視頻清客系統(tǒng)給出車廂內(nèi)無人確認(rèn)信號(hào)后，國(guó)際區(qū)上客側(cè)車門才能允許打開，安全完整度等級(jí)為SIL4。視頻清客系統(tǒng)有效作用范圍為國(guó)際區(qū)車廂，并應(yīng)與信號(hào)開關(guān)門控制邏輯聯(lián)動(dòng)，同時(shí)，考慮清客系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)和失效概率，清客結(jié)果應(yīng)由司機(jī)人工進(jìn)行確認(rèn)，清客確認(rèn)納入到信號(hào)車門使能切換邏輯。

4 結(jié)語(yǔ)

本文從上海浦東機(jī)場(chǎng)捷運(yùn)系統(tǒng)旅客運(yùn)輸組織特征分析作為切入點(diǎn)，詳細(xì)介紹了捷運(yùn)信號(hào)系統(tǒng)的功能和架構(gòu)，以及滿足空側(cè)捷運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)輸組織需求和空防安全需求作出的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)與實(shí)踐。最后，希望能夠通過本文，為相關(guān)國(guó)內(nèi)外相關(guān)機(jī)場(chǎng)捷運(yùn)系統(tǒng)的建設(shè)提供一定程度上的借鑒。