廣州地鐵CBTC系統(tǒng)特殊區(qū)段NCO延伸分析和驗證

鄧建華

廣州地鐵9號線、21號線、14號線（含支線）信號系統(tǒng),均采用Seltrac?基于通信列車自動控制技術(shù)的城市軌道交通CBTC系統(tǒng)（以下簡稱“CBTC系統(tǒng)”）［1］。如果列車定位丟失或通信丟失,移動授權(quán)單元（MAU）在其控制范圍內(nèi)將無法追蹤該列車的精確位置信息,只能根據(jù)計軸區(qū)段的占用狀態(tài)確定列車所在區(qū)段。此時MAU若檢測到一個區(qū)段被非通信列車（NCT）占用,則將創(chuàng)建一個非通信障礙物（NCO）［2］。簡單地說,在CBTC系統(tǒng)模式下,NCO就是真正的“占用”,未清掃的NCO是移動授權(quán)的障礙物,受控列車（ATO、ATPM、DTB）將無法正常通過帶有NCO的區(qū)段。

對于NCO,CBTC系統(tǒng)無法判斷NCO區(qū)域的NCT列車狀態(tài),按照故障-安全原則［3］,MAU將擴(kuò)大NCO區(qū)域,即延伸至鄰近通信列車（CT）或相鄰空閑區(qū)段邊界,將NCO區(qū)段的相鄰區(qū)段作為防護(hù)區(qū)段,一旦有CT占用該相鄰區(qū)段,為確保NCO區(qū)域列車不與NCO區(qū)域相鄰區(qū)段CT列車發(fā)生沖突,CBTC將觸發(fā)CT列車緊急制動。此現(xiàn)象為系統(tǒng)的正常防護(hù)機(jī)制,稱之為NCO延伸。

該保護(hù)機(jī)制的作用:一是為了阻止列車進(jìn)入NCO區(qū)域,系統(tǒng)將后續(xù)列車限制在NCO區(qū)域之外,并在相鄰區(qū)段外設(shè)置NCO停車點［5］；二是將NCT后方同一區(qū)段,或者已進(jìn)入相鄰區(qū)段的CT移動授權(quán)限制（LMA）［6］進(jìn)路回撤,使得CT因NCO延伸觸發(fā)緊急制動。因此,為了降低NCO及NCO延伸對行車的影響,應(yīng)盡快組織清掃NCO,且清掃時必須使用通信列車的RMF模式進(jìn)行人工確認(rèn)。如果NCO在正線位置,行調(diào)組織CT清掃即可；若NCO出現(xiàn)在折返道岔區(qū)域,將使故障處理難度升級。

針對調(diào)度及信號人員在實際工作中,對CBTC系統(tǒng)NCO的創(chuàng)建及延伸機(jī)制的理解偏差,尤其是折返線及聯(lián)絡(luò)線2種特殊區(qū)段在組織故障處理時,稍有不慎將會導(dǎo)致故障及影響擴(kuò)大化,本文以廣州地鐵CBTC線路中,A站折返線NCO的延伸分析及B站聯(lián)絡(luò)線NCO延伸的驗證測試為例,深入分析2種典型區(qū)段NCO的創(chuàng)建及延伸場景,從而進(jìn)一步研究折返線及聯(lián)絡(luò)線NCO延伸對列車的影響及處置方法。

1 折返線NCO延伸場景分析及影響

如圖1所示,一列非通信列車NCT 1出廠時,由于車載設(shè)備故障,列車一直為NCO狀態(tài),行調(diào)組織該車運行至A站3道退出服務(wù),此時A站3道區(qū)段3為NCO區(qū)段,相鄰區(qū)段4為空閑狀態(tài)時,NCO未發(fā)生延伸。在此前提下,折返線特殊區(qū)段NCO延伸及影響主要為以下3種場景。

圖1 NCO相鄰區(qū)段4空閑，NCO未延伸

場景1,如圖2所示,A站折返線道岔SW2與道岔SW3之間距離只有32 m。為了安全防護(hù),應(yīng)在2組道岔之間設(shè)置侵限絕緣［7］。依據(jù)《鐵路信號聯(lián)鎖圖表編制原則》,聯(lián)鎖編制時應(yīng)將侵限絕緣區(qū)段的側(cè)向進(jìn)路保護(hù)考慮在內(nèi)［8］。因此,當(dāng)CT 2運行進(jìn)入?yún)^(qū)段4時,A站的折返線設(shè)計NCO相鄰區(qū)段4為道岔區(qū)域,且SW2道岔在反位,NCO延伸至整個道岔區(qū)段,此時系統(tǒng)將LMA進(jìn)路回撤,導(dǎo)致CT 2列車發(fā)生緊急制動［9］。行調(diào)組織CT 2以RMF方式動車,出清區(qū)段4后,區(qū)段4 NCO消失；但區(qū)段3中的NCO在未完成清掃時,后續(xù)CT在A站折返過程中,只要進(jìn)入?yún)^(qū)段4,則NCO將從區(qū)段3延伸至相鄰區(qū)段4,導(dǎo)致CT緊急制動,嚴(yán)重影響運營。

場景2,如圖2所示,若A站折返線道岔SW2與SW3之間距離足夠,不會造成側(cè)面侵入界限,SW2與SW3之間未設(shè)置侵限絕緣,當(dāng)CT 2運行進(jìn)入?yún)^(qū)段4時,NCO從區(qū)段3延伸至相鄰區(qū)段4,在條件允許的情況下,考慮到運營情況,系統(tǒng)會設(shè)置軟NCO功能,可以理解為因CT 2已經(jīng)進(jìn)入到區(qū)段4中,MAU判斷NCO延伸至區(qū)段4是由CT 2自身導(dǎo)致,而該區(qū)段實際狀態(tài)是安全的,系統(tǒng)不會將區(qū)段4視為真實的障礙物。軟NCO的設(shè)置可以有效防止因為在折返線區(qū)域,或越行線區(qū)域產(chǎn)生NCO而使運營中斷的情況發(fā)生。正常情況下,軟NCO不會導(dǎo)致授權(quán)的LMA進(jìn)路回撤。因此,CT 2以受控模式通過區(qū)段4,出清區(qū)段4后,區(qū)段4的NCO消失。

圖2 NCO相鄰區(qū)段4占用，NCO發(fā)生延伸

場景3,如圖2所示,雖然A站折返線道岔SW2與SW3之間距離不會造成側(cè)面侵入界限,SW2與SW3之間未設(shè)置侵限絕緣,但若此時區(qū)段4受擾,由于NCT 1鄰近區(qū)段4,NCO將延伸至整個折返岔區(qū),此時道岔SW2鎖閉,也無法執(zhí)行解除過岔鎖閉命令［5］,調(diào)度必須組織人員手搖道岔進(jìn)行折返,CT 2以RMF方式動車,出清區(qū)段4后,區(qū)段4的NCO消失。該場景下,折返效率極低,對組織運營影響嚴(yán)重。因此,為降低特殊區(qū)段NCO延伸,或與特殊區(qū)段受擾疊加故障的風(fēng)險,調(diào)度應(yīng)提前預(yù)想,避免將NCT 1放置在折返站3道位置。

2 聯(lián)絡(luò)線NCO延伸驗證及影響

為避免上述A站場景1及場景3嚴(yán)重影響運營的情況出現(xiàn),廣州地鐵對采用Seltrac?無線CBTC系統(tǒng)線路所有特殊區(qū)段進(jìn)行NCO延伸驗證測試,從而全面掌握特殊區(qū)段NCO延伸對列車的影響,并制定改進(jìn)方案及處置措施。

2.1 NCO延伸驗證測試

圖3所示為X線路與Y線路聯(lián)絡(luò)線特殊區(qū)段,該場景為地鐵不同線路間典型的聯(lián)絡(luò)線設(shè)計,可以按照以下步驟開展NCO延伸驗證測試。

1）受控列車CT 1停放在S1信號機(jī)前,保持ATO模式；為列車排列S1-S2進(jìn)路（拖排含S1-S2進(jìn)路,下同）,信號人員設(shè)置區(qū)段2受擾,S1信號機(jī)正常開放,列車進(jìn)路不受影響,列車通過受擾區(qū)段后出清［10］。

2）信號人員設(shè)置區(qū)段4占用,由于X線路與Y線路為2套獨立的CBTC系統(tǒng),X線路CBTC系統(tǒng)無法確定Y線路區(qū)段4占用的情況。因此X線路CBTC系統(tǒng)將占用的區(qū)段4設(shè)為NCO區(qū)段,此時,NCO會延伸至SW1道岔反位分支及區(qū)段2中,S1信號機(jī)關(guān)閉,列車進(jìn)路變?yōu)榇k狀態(tài),影響S1-S2進(jìn)路。CT 1無法以受控模式越過區(qū)段2,調(diào)度組織司機(jī)以RMF方式越過區(qū)段2。

3）在此基礎(chǔ)上,信號人員設(shè)置區(qū)段3受擾,NCO延伸至區(qū)段2后,未繼續(xù)延伸至區(qū)段3中,由于SW2道岔為定位,開通直股,NCO只會延伸到SW2道岔區(qū)段,不會再向兩邊延伸。

4）信號人員恢復(fù)區(qū)段2及區(qū)段3為空閑狀態(tài),區(qū)段4保持占用為NCO區(qū)段,組織CT 1列車以ATO模式動車,區(qū)段4 NCO延伸至區(qū)段2中,但LMA未發(fā)生回撤,列車正常運行,沒有影響。

2.2 NCO延伸對行車的影響

通過對各線路聯(lián)絡(luò)線或越行站特殊區(qū)段的NCO延伸驗證測試分析,總結(jié)提煉出不同場景下CBTC系統(tǒng)反應(yīng)和對CT 1列車的行車影響,匯總成表見表1（如圖3場景）。另外,對于設(shè)置了中間區(qū)段的聯(lián)絡(luò)線,NCO延伸測試結(jié)果與表1測試結(jié)論一致,通過核查該聯(lián)絡(luò)線聯(lián)鎖表,該中間區(qū)段的狀態(tài)已列入進(jìn)路授權(quán)的特殊條件。因此,在開展CBTC系統(tǒng)各線路特殊區(qū)段NCO延伸驗證試驗過程中,實際驗證結(jié)論與聯(lián)鎖表一致性核查也是關(guān)鍵步驟。

表1 特殊區(qū)段NCO延伸驗證測試結(jié)論

圖3 B站聯(lián)絡(luò)線特殊區(qū)段場景

3 特殊區(qū)段NCO延伸處置

3.1 NCO通用處置

如圖3所示,以B站聯(lián)絡(luò)線場景為例,SW1定位,區(qū)段4為NCO區(qū)段,同時區(qū)段2受擾,將會影響正線列車信號開放。調(diào)度需提前預(yù)想,開放S1引導(dǎo)信號,組織列車以RMF60模式,憑引導(dǎo)信號動車,直至可以恢復(fù)為ATO模式。同時,組織Y線CT列車以RMF模式完整駛過NCO區(qū)段,從而排除該區(qū)域內(nèi)NCT的可能性,完成NCO區(qū)段的清掃。雖然調(diào)度人員及維修人員已掌握該NCO清掃處置的基本原理,但是在NCO清掃過程中,往往還需要細(xì)化到具體步驟,只有正常操作每一步才能快速完成NCO清掃,降低對運營的影響。

圖4為B站聯(lián)絡(luò)線Y線路區(qū)段4 NCO初始場景,通常該場景是由于NTC通過受擾計軸區(qū)段4故障疊加而產(chǎn)生的。盡管在實際運營過程中,NCO創(chuàng)建的區(qū)段及場景有所不同,但依據(jù)NCO清掃的基本原理及驗證測試,可將NCO的處置總結(jié)為以下具體步驟。

圖4 聯(lián)絡(luò)線Y線路區(qū)段4NCO初始場景

1）VOBC將ATO列車 （CT 1）的停車點（NCO停車點）設(shè)在區(qū)段3的邊界；列車的LMA延伸至S2信號機(jī)（此時S1信號機(jī)顯示綠燈開放信號）；ATO列車在S1前自動停下。

2）調(diào)度取消進(jìn)路,復(fù)位班次,然后重新為列車拖排至前方S4信號機(jī)的進(jìn)路。

3）司機(jī)轉(zhuǎn)換到RMF模式（RMF60模式）。

4）司機(jī)駕駛列車以RMF模式通過S1信號機(jī),并在S2信號機(jī)前停車。

5）調(diào)度員將S2信號機(jī)設(shè)置引導(dǎo)顯示,開放引導(dǎo)信號。

6）司機(jī)駕駛列車以RMF模式,通過S2信號機(jī)以及區(qū)段4。

7）列車到達(dá)區(qū)段4和區(qū)段5的邊界,NCO區(qū)域不斷縮小,小于最小工程車車長時,NCO清掃完畢。此時,MAU給列車提供LMA；TOD顯示ATO/ATPM可用。

8）調(diào)度員設(shè)置列車班次,司機(jī)操作恢復(fù)受控模式開始動車。

NCO通用處置的注意事項:NCO的清掃應(yīng)按照列車運行方向,從前到后依次動車,可以理解為區(qū)段4（NCO區(qū)段）前方列車動車行駛到與后車（區(qū)段4中的NTC）相隔一個空閑區(qū)段后,后車才開始動車。當(dāng)區(qū)段4中的NTC駛離區(qū)段4后,CT 1按照上述NCO通用處置步驟,完成區(qū)段4 NCO清掃,這樣利用空閑區(qū)段,列車只需清掃其車頭至區(qū)段邊界的NCO即可,從而大大提高處置效率［5］。

3.2 預(yù)防NCO延伸處置

1）對于廣州地鐵14號線、21號線遠(yuǎn)郊線路,列車運行間距較大,密度小,列車間隔在1個空閑區(qū)段以上,調(diào)度可以通過組織調(diào)整列車駕駛模式或者列車停站時間,將所有CT列車限制在NCT相鄰區(qū)段之外,避免列車進(jìn)入NCT區(qū)段產(chǎn)生NCO延伸,導(dǎo)致故障擴(kuò)大化。

2）當(dāng)線路上有NCT時,調(diào)度應(yīng)將NCT盡快就近返回車廠,對于線路上同時出現(xiàn)了受擾區(qū)段,可組織就近停放NCT在存車線或者進(jìn)入避讓線退出服務(wù),避免NCT靠近受擾區(qū)段,尤其杜絕靠近受擾岔區(qū),否則受擾岔區(qū)道岔將鎖閉無法解除,對運營造成較大影響。若道岔區(qū)域計軸受擾且無NCO,只需對該區(qū)段執(zhí)行解除過岔鎖閉命令便可操岔（30 s內(nèi)有效,并只可操作1次）,同時優(yōu)先組織未進(jìn)站列車選擇站前折返。

3）若某個有出入廠線的控區(qū)單邊（上行或者下行）全部計軸區(qū)段都受擾,此時需立即停止組織列車在受擾的出/入段線出入廠,同時不能組織非通信列車接近受擾區(qū)段,避免NCO延伸。

4 結(jié)束語

廣州地鐵對采用Seltrac?無線CBTC系統(tǒng)的所有特殊區(qū)段進(jìn)行了NCO延伸驗證測試,掌握了發(fā)生NCO延伸的實際狀態(tài),理清了可停放NCT的存車線、折返線、避讓線等位置清單,從而大大提高調(diào)度故障應(yīng)急處理和運營組織的靈活性。另外,針對不同線路的特殊區(qū)段,制定了標(biāo)準(zhǔn)化測試流程文檔和NCO驗證測試方案,并開發(fā)了《CBTC系統(tǒng)NCO延伸及處置》培訓(xùn)課程,增強調(diào)度及維修人員的理解,針對性地修訂了《信號故障應(yīng)急現(xiàn)場處置方案》等文件,指導(dǎo)科學(xué)開展NCO處置及避免NCO延伸發(fā)生。自2019年完成驗證測試工作至今,廣州地鐵CBTC系統(tǒng)線路未發(fā)生一起因NCO引起的晚點故障,或因NCO延伸導(dǎo)致的故障或故障擴(kuò)大化事件。