顧家泉 李立明

（上海工程技術大學城市軌道交通學院，201620，上?！蔚谝蛔髡撸究粕?/p>

移動閉塞下車地通信丟失后的信號防護規(guī)則簡析*

顧家泉 李立明

（上海工程技術大學城市軌道交通學院，201620，上?！蔚谝蛔髡?，本科生）

針對上海地鐵多條線路采用的基于無線通信的Seltrac S40移動閉塞信號設備，分析了車地通信丟失后對運營的影響。闡述三種不同情況下信號系統(tǒng)采取的應對措施及相應的防護規(guī)則，提供了基于無線通信的列車控制信號系統(tǒng)中一種典型故障的技術解決方案。

城市軌道交通；移動閉塞；車地通信故障；信號防護

First-author’s addressCollege of Urban Railway Transportation，Shanghai University of Engineering Science，201620，Shanghai，China

上海軌道交通6、7、8、9、11號線均采用了阿爾卡特/泰雷茲聯(lián)合體提供的基于無線通信的Seltrac S40移動閉塞信號設備。該系統(tǒng)采用無線通信技術，為列車提供基于移動閉塞的安全間隔防護。但是，由于無線通信技術在軌道交通信號領域的應用時間較短，技術尚未成熟，常常會造成車地通信超時，甚至單列車失去與地面信號設備通信的能力。此時，移動閉塞的間隔防護對失去通信的列車及其后續(xù)列車將不再適用，必須依靠傳統(tǒng)的計軸器位置檢測和信號機防護等手段保證列車安全，確保列車間隔［1］。

從閉塞方式來說，對于已經失去通信的列車，需根據雙紅燈防護的規(guī)則按軌旁信號機運行，是典型的固定閉塞［2］；對之后的第1列通信列車，計軸器位置檢測只能判斷計軸區(qū)段的出清或占用，但列車接收連續(xù)式的無線信號報文實現(xiàn)連續(xù)控制，是準移動閉塞；其后的通信列車不會受到非通信列車的影響，將繼續(xù)以移動閉塞運行。在1條線路上同時出現(xiàn)3種不同的閉塞方式，是比較罕見的，值得深入探討［3］。

1 列車通信丟失后對運營的影響

在典型的CBTC（基于無線通信的列車控制）信號系統(tǒng)中，通信列車（CT）通過信號安全數據網（DCS）不斷向移動授權單元（MAU）報告自身位置；MAU根據所有列車報告的位置，以及需要考慮的信號機、站臺、風井等停車點，為每一列CT提供移動授權限制（LMA）。這是CT唯一的行車憑證。CT無需考慮軌旁信號基礎設備的具體狀況，可安全地以自動駕駛（ATO）模式運行。一旦某一列車出現(xiàn)通信丟失，該列車將無法獲得LMA的更新，不能再以ATO模式運行，并不再獲得安全行車模式的保護；同時，該列車無法報告自身位置，MAU將無法為其后續(xù)CT延伸LMA，既有的移動閉塞運營規(guī)則將被破壞［4］。

2 基本解決方案

為克服列車通信丟失后對運營的影響，軌旁保留了信號機和計軸器（ACB）等信號基礎設備，信號機可以使非通信列車（NCT）以地面信號顯示為行車憑證，在雙紅燈規(guī)則的保護下安全運行，及時疏通線路。計軸器作為列車位置檢測設備［5］，對NCT進行定位，使其后續(xù)第1列CT可以在準移動閉塞規(guī)則下運行，而之后的CT繼續(xù)以移動閉塞運行。

當列車失去與MAU的通信時，MAU將停止對其后續(xù)CT的LMA更新；12 s后列車之前接收的LMA被判為無效，并施加緊急制動。此時，該列車從CT變成NCT，前方已經開放的信號機全部被關閉；MAU之前發(fā)出的LMA自動變?yōu)槿斯ち熊囀跈啵鳛樵揘CT的進路請求。之后，聯(lián)鎖單元根據雙紅燈間隔防護原則結合進路請求，為NCT重新開放信號。若通信在63 s后還未恢復，MAU將根據具體情況為NCT創(chuàng)建一個未清掃的非通信障礙物（NCO），對后續(xù)CT來說，未清掃的NCO是1個障礙物，LMA將在其起點處終止，以達到防護CT安全的目的［6］。

需要說明的是，如果CT根據調度員的命令以人工限制駕駛（RM）模式通過了未清掃的NCO，則該NCO的狀態(tài)會變成已清掃的NCO，對后續(xù)CT來說，該NCO將不再是1個障礙物，不會影響LMA的通過［7］。

為了維持線路運行，NCT可以根據信號機顯示以RM模式繼續(xù)運行。當NCT通過一個開放的信號機后，系統(tǒng)會為NCT提供一種軌旁信號保護（WSP）模式，對列車冒進紅燈防護和超速防護［8］。隨著NCT的移動，ACB負責對NCT的位置檢測，并把計軸區(qū)段的占用出清情況報告給MAU，MAU根據ACB的報告更新NCO的狀態(tài)和位置，并根據線路情況為CT提供可靠的LMA。

3 不同情況下的信號防護規(guī)則

3.1 后續(xù)列車間隔1個或多個計軸區(qū)段

當后續(xù)列車間隔1個或多個區(qū)段時，第1列CT與NCT間隔較長的保護距離，對整個行車組織影響不大。此時，NCT根據信號機的指示在雙紅燈防護規(guī)則下運行；第1列CT根據MAU提供的LMA，以NCT相鄰的計軸區(qū)段入口處作為目標點運行；第1列CT后續(xù)的CT繼續(xù)以移動閉塞運行。其信號防護如圖1所示。

（1）列車2追蹤列車1運行，兩者至少間隔1個空閑的計軸區(qū)段，如圖1-a）所示。

（2）列車1與MAU失去通信，列車1從CT變?yōu)镹CT，前方信號機關閉。MAU將列車1所在計軸區(qū)段的后一個軌道區(qū)段入口處作為列車2的 ATO停車點，CT將無法以ATO模式越過該停車點（見圖1-b））。一旦CT進入相鄰的計軸區(qū)段，前方NCT潛在的倒溜情況將無法被計軸器檢測出來，MAU也無法對CT提供及時的安全防護，因此，CT和NCT或未清掃的NCO間相隔1個空閑的區(qū)段是必要的。因為此時NCT所在區(qū)段還不是未清掃的NCO，因此，對于列車2來說，列車1失去通信之前既有的LMA不會被撤回。

（3）NCT倒計時結束之后，MAU將列車1所在計軸區(qū)段3變成1個未清掃的NCO。對CT來說，未清掃的NCO是障礙物，移動授權將撤回到NCO起點。聯(lián)鎖單元根據間隔規(guī)則重新為NCT開放信號。如圖1-c）所示。

（4）根據信號機指示，列車1以RM模式出清計軸區(qū)段3，進入計軸區(qū)段4，ACB報告計軸區(qū)段3空閑，MAU刪除位于區(qū)段3的NCO，同時為區(qū)段4創(chuàng)建NCO；列車2的LMA將延伸至NCO的起點，而ATO停車點將位于計軸區(qū)段3的入口處。如圖1-d）所示。

（5）隨后列車2以準移動閉塞的方式，將與NCO相鄰計軸區(qū)段的入口處作為目標點（ATO停車點），以ATO模式運行。

3.2 后續(xù)列車在相鄰區(qū)段

當后續(xù)列車在相鄰區(qū)段時，第1列CT與NCT沒有1個空閑的計軸區(qū)段作為間隔，兩列車不具備追蹤運行的條件。因此，MAU必須根據ACB的狀態(tài)及CT的位置報告，為第1列CT的追蹤運行留出1個空閑的計軸區(qū)段，為其后的安全運行創(chuàng)造條件。其信號防護示意圖如圖2所示。

（1）列車2追蹤列車1運行，兩車在相鄰計軸區(qū)段，如圖2-a）所示。

圖1 后續(xù)列車間隔1個或多個區(qū)段信號防護示意圖

（2）列車1與MAU失去通信，列車1由CT變?yōu)镹CT，前方信號機關閉。MAU將列車1所在計軸區(qū)段入口處作為列車2的ATO停車點。但對列車2來說，在列車1失去通信前既有的LMA不會被撤回。如圖2-b）所示。

圖2 后續(xù)列車在相鄰區(qū)段信號防護示意圖

（3）NCT倒計時結束后，MAU將列車1所在計軸區(qū)段2變?yōu)?個未清掃的NCO，LMA撤回到NCO起點。聯(lián)鎖單元根據間隔規(guī)則重新為NCT開放信號。如圖2-c）所示。

（4）列車1根據信號機顯示出清計軸區(qū)段2，進入計軸區(qū)段3，ACB報告計軸區(qū)段2空閑，MAU刪除位于區(qū)段2的NCO，同時為區(qū)段3創(chuàng)建NCO，列車2的LMA延伸至NCO的起點。為保證兩車之間有1個空閑的計軸區(qū)段，雖然LMA已經延伸，但ATO停車點不會改變。如圖2-d）所示。

（5）列車1出清計軸區(qū)段3，進入計軸區(qū)段4，LMA與ATO停車點同時延伸1個計軸區(qū)段，保證了兩車之間有1個空閑的計軸區(qū)段。如圖2-e）所示。

（6）隨后列車2按準移動閉塞的方式，以NCO相鄰計軸區(qū)段的入口處作為目標點（ATO停車點）以ATO模式運行。

3.3 后續(xù)列車在同一區(qū)段

由于2列及以上列車同時占用1個計軸區(qū)段，即使NCT按運營規(guī)則已駛離發(fā)生通信丟失的計軸區(qū)段，但該區(qū)段仍然處于占用狀態(tài)，故此時NCT的位置檢測已不能單純依靠ACB，必須同時依靠后方第1列CT的“清掃”，以使MAU確認前方的線路空閑。其信號防護示意圖如圖3所示。

（1）列車2追蹤列車1運行，兩車在同一計軸區(qū)段，列車3在相鄰計軸區(qū)段，追蹤列車2運行，如圖3-a）所示。

圖3 后續(xù)列車在同一區(qū)段信號防護示意圖

（2）列車1與MAU失去通信，由CT變?yōu)镹CT，前方信號機關閉。MAU將與列車1失去通信前的LMA終點作為列車2的ATO停車點，此時列車2的LMA與ATO停車點重合。如圖2-b）所示。

（3）NCT倒計時結束后，LMA無法回撤。同時，MAU創(chuàng)建一個未清掃的NCO，其范圍為列車1失去通信前最后報告的位置到本計軸區(qū)段末端。聯(lián)鎖單元根據間隔規(guī)則重新為NCT開放信號。如圖3-c）所示。

（4）NCT按運行規(guī)則駛離本計軸區(qū)段，調度員確認后，命令列車2在LMA終點前停車并轉換成RM模式清掃該NCO。因為LMA無法通過未清掃的NCO，列車無法以ATO模式運行。如圖3-d）所示。

（5）被列車2安全行駛過的未清掃的NCO范圍變成已清掃的NCO，此段CT列車而言不是障礙物，因此，列車3的LMA可以通過。如圖3-e）所示。

（6）當列車2完全離開計軸區(qū)段2進入計軸區(qū)段3時，會收到MAU的LMA，可轉回ATO模式；同時清掃完成，未清掃的NCO完全變成已清掃的NCO，MAU發(fā)送給CT的LMA可以通過。如圖3 -f）所示。

（7）如果某時刻ACB報告計軸區(qū)段2空閑，則MAU完全刪除已清掃的NCO，線路恢復初始狀態(tài)。如圖3-g）所示。

（8）后續(xù)CT列車繼續(xù)以移動閉塞追蹤運行。

需要說明的是，在NCT前方存在1列CT時，NCO的初始范圍為NCT失去通信前最后報告的位置到該CT的末端。由于NCT不能報告位置，MAU將無法預計其移動，所以，NCO的范圍將跟隨前方CT的移動逐漸擴大。當CT離開本計軸區(qū)段時，NCO的終端即為本區(qū)段的末端，此時，NCO不再改變直至后續(xù)CT進行清掃。

4 結語

車地通信對于CBTC線路的運營安全至關重要，當出現(xiàn)車地通信丟失等狀況時，除了依靠既有信號設備的防護，控制中心調度員和列車司機還需密切配合，嚴格按照行車組織規(guī)則及車地通信丟失應急方案恢復線路運營。尤其當列車需要轉為RM模式或切除ATP（列車自動防護）時，調度員應確認該列車前方線路空閑，然后通知司機轉換模式繼續(xù)運行；當班司機應按照調度員命令和信號機顯示運行，以確保整條線路的運行安全。

［1］ 王琰.基于通信的列車控制系統(tǒng)后備系統(tǒng)的探討［J］.鐵道標準設計，2007（6）：133.

［2］ 居里.移動閉塞后備系統(tǒng)的應用分析［J］.城市軌道交通研究，2011（1）：16.

［3］ 閻珺.CBTC系統(tǒng)中車載設備功能實現(xiàn)［J］.電子測試，2011（12）：72.

［4］ 上海申通地鐵集團有限公司軌道交通培訓中心.城市軌道交通信號技術［M］.北京：中國鐵道出版社，2012.

［5］ 陳興杰，戶國.淺析上海地鐵計軸器［J］.沿海企業(yè)與科技，2011（10）：40-42.

［6］ 湯璐詰，錢劍敏，梁鑒如.基于無線通信技術的CBTC信號系統(tǒng)［J］.上海工程技術大學學報，2011（3）：217.

［7］ 王歷珘.移動閉塞系統(tǒng)計軸遠程預復位功能的安全分析［J］.城市軌道交通研究，2011（10）：78.

［8］ 徐金祥，沖蕾.城市軌道交通信號基礎［M］.北京：中國鐵道出版社，2010.

Analysis of Signal Protection Rules after the Loss of Communication in Moving Block Condition

Gu Jiaquan，Li Liming

Aimed at the wireless communication based on Seltrac S40 CBTC moving block signal equipment of Shanghai rail transit，the influence on operation after the loss of communication between train and zone control is analyzed. The measures to be taken and the corresponding protection rules in three circumstances of signal system fault are described，so as to provide a typical technology solution to CBTCsignal system faults.

urban rail transit；moving block；train-wayside communication fault；signal protection

U 231.7

2012-09-21）

*2012年上海大學生創(chuàng)新訓練計劃項目（cs1210001）；2013年國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃（201310856025）