鄭生全 朱東飛 李 東

基于通信的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)CBTC(communicationbasedtraincontrol)，是城市軌道交通的主流信號(hào)系統(tǒng)，其必備功能之一是配置降級(jí)及后備運(yùn)營(yíng)信號(hào)系統(tǒng)。采用降級(jí)及后備運(yùn)營(yíng)信號(hào)系統(tǒng)的必要性主要體現(xiàn)在以下方面。

1．進(jìn)一步提高了城市軌道交通運(yùn)營(yíng)的安全性。當(dāng)CBTC系統(tǒng)因車-地通信系統(tǒng)故障而失去列車位置時(shí)，降級(jí)及后備信號(hào)系統(tǒng)的輔助列車占用檢查設(shè)備，能夠檢知列車的位置，通過(guò)聯(lián)鎖設(shè)備保證道岔和進(jìn)路的安全，消除了因列車車載設(shè)備自身定位故障帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2．進(jìn)一步提高了CBTC系統(tǒng)的可用性。當(dāng)車-地失去無(wú)線通信時(shí)，使用降級(jí)及后備運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)可維持正常的客運(yùn)服務(wù)而不中斷線路運(yùn)營(yíng)。該系統(tǒng)可作為過(guò)渡信號(hào)系統(tǒng)先期開通運(yùn)營(yíng)，規(guī)避工程建設(shè)工期的風(fēng)險(xiǎn)。

3．提供了非裝備車載CBTC設(shè)備工程車的運(yùn)營(yíng)安全保障。

1 降級(jí)及后備運(yùn)營(yíng)信號(hào)系統(tǒng)的方案選擇

通常情況下，系統(tǒng)分為以下3個(gè)層次，即3個(gè)方案:聯(lián)鎖級(jí)降級(jí)系統(tǒng)方案;點(diǎn)式ATP級(jí)降級(jí)及后備系統(tǒng)方案;點(diǎn)式ATO級(jí)降級(jí)及后備系統(tǒng)方案。

1.1 聯(lián)鎖級(jí)降級(jí)系統(tǒng)

聯(lián)鎖設(shè)備也是CBTC系統(tǒng)的組成部分和基礎(chǔ)設(shè)備，當(dāng)CBTC系統(tǒng)僅在聯(lián)鎖級(jí)運(yùn)行時(shí)，稱為聯(lián)鎖級(jí)降級(jí)運(yùn)營(yíng)信號(hào)系統(tǒng)。它是由CBTC系統(tǒng)的聯(lián)鎖設(shè)備、計(jì)軸輔助列車占用檢查設(shè)備，以及在轉(zhuǎn)轍機(jī)基礎(chǔ)上增加的信號(hào)機(jī)組成。聯(lián)鎖級(jí)降級(jí)系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成圖如圖1所示。

當(dāng)CBTC的連續(xù)車-地通信模式和點(diǎn)式ATP模式都不可用時(shí)，司機(jī)將按信號(hào)機(jī)行車方式，保證列車運(yùn)行的安全。聯(lián)鎖級(jí)降級(jí)系統(tǒng)通過(guò)進(jìn)路閉塞的方式保證列車的行車間隔，每條進(jìn)路中僅允許一列列車運(yùn)行，進(jìn)路采用信號(hào)機(jī)至信號(hào)機(jī)的辦理方式。

在聯(lián)鎖級(jí)降級(jí)運(yùn)行模式下，ATS子系統(tǒng)能夠?qū)α熊囘\(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，可自動(dòng)設(shè)置默認(rèn)的列車進(jìn)路，也可人工設(shè)置列車進(jìn)路。

1.2 點(diǎn)式ATP級(jí)降級(jí)及后備系統(tǒng)

點(diǎn)式ATP級(jí)降級(jí)及后備信號(hào)系統(tǒng)是在聯(lián)鎖級(jí)基礎(chǔ)上，增加地面點(diǎn)式應(yīng)答器以及車載的接收天線和模塊構(gòu)成。設(shè)備構(gòu)成圖如圖2所示。

圖2 點(diǎn)式ATP級(jí)降級(jí)及后備系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成圖

當(dāng)CBTC的連續(xù)車-地通信模式不可用時(shí)，系統(tǒng)可啟用點(diǎn)式ATP運(yùn)行模式，司機(jī)在信號(hào)機(jī)開放后啟動(dòng)列車，并根據(jù)車載設(shè)備提示的允許速度駕駛列車。聯(lián)鎖設(shè)備保證列車運(yùn)行進(jìn)路和運(yùn)行間隔的安全，點(diǎn)式ATP系統(tǒng)保障列車不超速運(yùn)行和在規(guī)定的停車點(diǎn)停車。

在點(diǎn)式ATP級(jí)降級(jí)及后備運(yùn)行模式下，地面點(diǎn)式ATP設(shè)備根據(jù)聯(lián)鎖設(shè)備提供的進(jìn)路信息、前行列車的位置或運(yùn)營(yíng)停車點(diǎn)，確定列車的移動(dòng)授權(quán)信息，通過(guò)地面有源應(yīng)答器傳送給車載設(shè)備，由車載設(shè)備結(jié)合自定位數(shù)據(jù)和儲(chǔ)存的線路地圖，計(jì)算列車運(yùn)行的速度監(jiān)控曲線，并監(jiān)控列車在該速度曲線下運(yùn)行，防止列車超速。ATS子系統(tǒng)對(duì)列車運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，可自動(dòng)設(shè)置默認(rèn)的列車進(jìn)路，也可人工設(shè)置列車進(jìn)路。

1.3 點(diǎn)式ATO級(jí)降級(jí)及后備系統(tǒng)

點(diǎn)式ATO級(jí)降級(jí)及后備運(yùn)營(yíng)信號(hào)系統(tǒng)，是在點(diǎn)式ATP級(jí)降級(jí)及后備運(yùn)營(yíng)信號(hào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加部分ATO功能和必要的車-地雙向通行設(shè)備構(gòu)成。點(diǎn)式ATO級(jí)降級(jí)及后備系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成圖如圖3所示。

同樣在用公因數(shù)解決問(wèn)題后，教師讓學(xué)生探討可以放棱長(zhǎng)最大是幾分米的正方體紙箱疊滿房間的問(wèn)題。最后通過(guò)直觀操作，抽象出空間數(shù)軸圖，并對(duì)比之前的平面數(shù)軸圖，明確這類問(wèn)題的本質(zhì)就是求多個(gè)數(shù)的公因數(shù)。

圖3 點(diǎn)式ATO級(jí)降級(jí)及后備系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成圖

該方案主要完成車站精確停車、車門及站臺(tái)門的聯(lián)動(dòng)，以及實(shí)現(xiàn)部分ATS的功能，也可實(shí)現(xiàn)列車的自動(dòng)運(yùn)行。

車載ATO設(shè)備根據(jù)ATP提供的保護(hù)速度曲線，制定列車運(yùn)行的速度曲線，通過(guò)在車站增加的車-地雙向通信設(shè)備TWC，來(lái)完成車門與站臺(tái)門的聯(lián)動(dòng)、ATS對(duì)列車運(yùn)行的校核和自動(dòng)運(yùn)行調(diào)整功能。

1.4 降級(jí)及后備系統(tǒng)方案選擇

在CBTC系統(tǒng)設(shè)備開發(fā)和應(yīng)用初期，大多采用點(diǎn)式ATP級(jí)降級(jí)及后備運(yùn)營(yíng)信號(hào)系統(tǒng);在較早建設(shè)的線路中，多采用點(diǎn)式ATP作為線路開通時(shí)的臨時(shí)或過(guò)渡信號(hào)系統(tǒng)開通運(yùn)營(yíng);在過(guò)渡期間，為了實(shí)現(xiàn)車門與站臺(tái)門的聯(lián)動(dòng)，增加了部分 ATO的功能，當(dāng)CBTC系統(tǒng)的連續(xù)通信功能應(yīng)用后，點(diǎn)式ATP和點(diǎn)式ATO的功能就作為CBTC系統(tǒng)的降級(jí)及后備系統(tǒng)功能。

點(diǎn)式ATO級(jí)降級(jí)及后備運(yùn)營(yíng)信號(hào)系統(tǒng)，需要在車載中增加獨(dú)立的TWC設(shè)備，并增加車載設(shè)備的軟件功能，同時(shí)也增加了CBTC系統(tǒng)的復(fù)雜程度。如不考慮工程開通初期采用過(guò)渡信號(hào)系統(tǒng)開通運(yùn)營(yíng)，一般情況下，不宜采用點(diǎn)式ATO級(jí)的降級(jí)及后備運(yùn)營(yíng)信號(hào)系統(tǒng)。

聯(lián)鎖級(jí)是固有的降級(jí)運(yùn)營(yíng)信號(hào)設(shè)備，在降級(jí)運(yùn)營(yíng)時(shí)需通過(guò)設(shè)備和運(yùn)營(yíng)人員，共同保證列車運(yùn)行的安全。點(diǎn)式ATP系統(tǒng)在降級(jí)運(yùn)營(yíng)模式下保證列車運(yùn)行的安全，提高了載客運(yùn)營(yíng)列車的安全性。考慮到CBTC系統(tǒng)在開發(fā)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，都已應(yīng)用了點(diǎn)式ATP功能，而且也僅增加地面有源應(yīng)答器設(shè)備和車載設(shè)備的功能，因此，在CBTC應(yīng)用成熟性得到驗(yàn)證的今天，選擇點(diǎn)式ATP級(jí)降級(jí)及后備運(yùn)營(yíng)信號(hào)系統(tǒng)是合適的。

2 點(diǎn)式ATP級(jí)降級(jí)及后備系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 點(diǎn)式ATP系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

目前，在正線信號(hào)平面圖的布置中，岔尖和岔后都設(shè)置了道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)，這些防護(hù)信號(hào)機(jī)其實(shí)也是列車信號(hào)機(jī)，是聯(lián)鎖系統(tǒng)中列車進(jìn)路的始端和終端。這些進(jìn)路信號(hào)機(jī)之間的顯示沒(méi)有關(guān)聯(lián)，在降級(jí)及后備運(yùn)營(yíng)模式下，列車按信號(hào)機(jī)到信號(hào)機(jī)的進(jìn)路運(yùn)行，即“進(jìn)路閉塞”方式，典型的信號(hào)平面布置如圖4所示。這種信號(hào)機(jī)的布置會(huì)帶來(lái)以下問(wèn)題。

圖4 典型的信號(hào)平面布置

1．在聯(lián)鎖降級(jí)模式下運(yùn)行時(shí)，司機(jī)看信號(hào)機(jī)行車，盡管供貨商要求在聯(lián)鎖降級(jí)模式下運(yùn)行時(shí)只能采用RM模式駕駛列車，應(yīng)以不超過(guò)25km/h的速度運(yùn)行，但由于一些線路的運(yùn)營(yíng)壓力大，設(shè)備故障時(shí)往往是采用限速60km/h的速度運(yùn)行。加上一些道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)間的距離較短，特別是在CBTC模式下信號(hào)機(jī)滅燈，而且有些站間有信號(hào)機(jī)，有些站間沒(méi)有信號(hào)機(jī)，司機(jī)一旦在站間通過(guò)綠燈信號(hào)機(jī)時(shí)的速度較高，可能在前方紅燈信號(hào)機(jī)前停不住車。此外，車站出發(fā)信號(hào)機(jī)點(diǎn)綠燈的含義有時(shí)不一致，當(dāng)列車在車站出發(fā)時(shí)，司機(jī)不知道是直接運(yùn)行到下一站停車，還是運(yùn)行至站間的信號(hào)機(jī)前準(zhǔn)備停車，也不知道區(qū)間信號(hào)機(jī)是否開放，因此為保證安全只能低速運(yùn)行，這樣就導(dǎo)致聯(lián)鎖降級(jí)模式?jīng)]有太大的降級(jí)運(yùn)行意義。

2．在點(diǎn)式ATP降級(jí)及后備運(yùn)行模式下，對(duì)于布置有道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)的站間，由于信號(hào)機(jī)是按聯(lián)鎖進(jìn)路開放，每個(gè)信號(hào)機(jī)處需設(shè)置有源應(yīng)答器，以便反映信號(hào)機(jī)的狀態(tài)，并向列車發(fā)送運(yùn)行至下一架信號(hào)機(jī)的移動(dòng)授權(quán)。當(dāng)信號(hào)機(jī)間的距離較短時(shí)，為保證在前方信號(hào)機(jī)前能夠停車，列車只能以低速越過(guò)該架信號(hào)機(jī)，即以較低的速度去尋找前架信號(hào)機(jī)的填充應(yīng)答器。在地鐵站間距離較短的情況下，正常CBTC模式下運(yùn)行時(shí)區(qū)間并沒(méi)有追蹤運(yùn)行的列車，但由于設(shè)置了過(guò)多的道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)，反而限制了在點(diǎn)式ATP模式下，列車在區(qū)間運(yùn)行的最高速度，降低了列車運(yùn)行的效率和對(duì)列車不合理的牽引和制動(dòng)。

3．道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)的主要作用是針對(duì)列車臨時(shí)折返，或故障列車的停留等非正常運(yùn)行作業(yè)，應(yīng)用這些信號(hào)機(jī)時(shí)，多為非載客列車運(yùn)行，與調(diào)車作業(yè)性質(zhì)相當(dāng)，而這些信號(hào)機(jī)又都按列車信號(hào)機(jī)設(shè)置，參與了列車的運(yùn)行。

2.2 點(diǎn)式ATP系統(tǒng)應(yīng)用的優(yōu)化設(shè)計(jì)

點(diǎn)式ATP系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)也是整個(gè)CBTC系統(tǒng)降級(jí)及后備系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在 CBTC系統(tǒng)應(yīng)用的成熟性得到充分驗(yàn)證的今天，后備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是安全、實(shí)用、高效，使整個(gè)信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備的構(gòu)成簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、可靠及維護(hù)方便。

點(diǎn)式ATP系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)需從軌旁設(shè)備的平面布置開始優(yōu)化。首先優(yōu)化聯(lián)鎖級(jí)的降級(jí)運(yùn)行功能，根據(jù)地鐵平均站間距1.2km左右，正常列車運(yùn)行圖中大多數(shù)區(qū)間都沒(méi)有追蹤運(yùn)行的情況，降級(jí)及后備系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的設(shè)計(jì)主導(dǎo)思想，也應(yīng)該是站間自動(dòng)行車，因此，在有線路配線的站間盡可能減少或不配置道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)。因?yàn)樾盘?hào)機(jī)配置過(guò)多會(huì)影響降級(jí)及后備運(yùn)行的效率，甚至不利于聯(lián)鎖降級(jí)運(yùn)行的安全。優(yōu)化的信號(hào)設(shè)備平面布置如圖5所示。

減少道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)的設(shè)置，且在站間的道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)處也不設(shè)置應(yīng)答器，列車在降級(jí)及后備模式運(yùn)行時(shí)，按站間自動(dòng)閉塞模式運(yùn)行，車站出發(fā)信號(hào)機(jī)開放時(shí)，在聯(lián)鎖降級(jí)模式下，司機(jī)知道能直接運(yùn)行至下一站站臺(tái)停車，即便是站間有道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)，也是在開放狀態(tài);而在點(diǎn)式ATP后備運(yùn)營(yíng)模式下，列車可利用儲(chǔ)存在車載設(shè)備內(nèi)的區(qū)間運(yùn)行速度監(jiān)控曲線，讓司機(jī)合理地控制列車運(yùn)行至下一站。這樣，有利于安全和提高降級(jí)模式下的旅行速度，保證服務(wù)質(zhì)量。

圖5 優(yōu)化的信號(hào)設(shè)備平面布置

優(yōu)化設(shè)計(jì)方案還應(yīng)有聯(lián)鎖系統(tǒng)軟件功能的配合。采用降級(jí)及后備運(yùn)行模式運(yùn)行時(shí)，聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)轉(zhuǎn)入站間自動(dòng)運(yùn)行模式，出發(fā)信號(hào)機(jī)按站間自動(dòng)運(yùn)行模式開放，當(dāng)站間有同方向的道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)時(shí)，在道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)開放后，出發(fā)信號(hào)機(jī)才能開放，達(dá)到自動(dòng)站間閉塞運(yùn)行的目的。

3 結(jié)束語(yǔ)

降級(jí)及后備運(yùn)營(yíng)設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)充分體現(xiàn)CBTC系統(tǒng)不依賴于軌道電路檢知列車、軌旁設(shè)備少、按移動(dòng)授權(quán)行車、移動(dòng)閉塞運(yùn)行的特點(diǎn)，減少軌旁設(shè)備的配置，提高整體CBTC系統(tǒng)的可靠性，避免片面強(qiáng)調(diào)后備系統(tǒng)功能強(qiáng)大而導(dǎo)致CBTC系統(tǒng)的可靠性降低。

［1］ 董昱．區(qū)間信號(hào)與列車運(yùn)行控制系統(tǒng)［M］．北京．中國(guó)鐵道出版社．2008．6．