吳 卉，杜呈欣

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081）

城市軌道交通全自動(dòng)停車場(chǎng)信號(hào)系統(tǒng)需求分析

吳 卉，杜呈欣

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081）

為提高城市軌道交通停車場(chǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性，本文提出在傳統(tǒng)停車場(chǎng)中設(shè)置全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)，即建立全自動(dòng)停車場(chǎng)。根據(jù)全自動(dòng)停車場(chǎng)的列車作業(yè)需求，分析信號(hào)系統(tǒng)需新增的功能、接口和設(shè)備配置。

城市軌道交通；全自動(dòng)停車場(chǎng)；信號(hào)系統(tǒng)；接口

城市軌道交通停車場(chǎng)內(nèi)每天需要進(jìn)行大量的列車進(jìn)出場(chǎng)作業(yè)，傳統(tǒng)停車場(chǎng)在信號(hào)系統(tǒng)聯(lián)鎖子系統(tǒng)辦理調(diào)車進(jìn)路后，完全由人工來(lái)確保運(yùn)行過(guò)程中的安全，這種方式存在調(diào)度員、司機(jī)工作量大以及可能的操作失誤導(dǎo)致闖信號(hào)等問(wèn)題。鑒于上述原因，考慮建立全自動(dòng)停車場(chǎng)，即在傳統(tǒng)停車場(chǎng)內(nèi)配置全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)，使得列車在全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)具備 CBTC（基于無(wú)線通信的列車控制系統(tǒng)）級(jí)別下的 ATP/ATO（列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng) /列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)）功能以及 ATS（列車自動(dòng)監(jiān)督系統(tǒng)）監(jiān)控功能，在列車升級(jí)CBTC后，由信號(hào)系統(tǒng)防護(hù)列車運(yùn)行安全。

全自動(dòng)停車場(chǎng)與傳統(tǒng)停車場(chǎng)的功能變化主要體現(xiàn)在信號(hào)系統(tǒng)的改變，下文根據(jù)全自動(dòng)停車場(chǎng)的列車作業(yè)需求，對(duì)信號(hào)系統(tǒng)新增功能、新增接口及配置設(shè)備進(jìn)行分析探討。

1 全自動(dòng)停車場(chǎng)的列車作業(yè)

1.1 列車出場(chǎng)

停車場(chǎng)進(jìn)路命令由信號(hào)系統(tǒng)ATS子系統(tǒng)自動(dòng)生成，調(diào)度人員通過(guò)控制中心ATS工作站，為每一周運(yùn)營(yíng)服務(wù)確定列車，建立列車與時(shí)刻表的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)確定的規(guī)則，ATS子系統(tǒng)按照時(shí)刻表發(fā)送列車“喚醒”命令，喚醒處于停車位置的列車并設(shè)置為頭碼車，同時(shí)ATS子系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)該車到轉(zhuǎn)換軌的列車進(jìn)路。車載設(shè)備接到“喚醒”命令后自動(dòng)激活，停車場(chǎng)區(qū)域控制器根據(jù)進(jìn)路命令，為列車建立進(jìn)路，并將移動(dòng)授權(quán)傳送到車載 ATC，車載 ATC 根據(jù)移動(dòng)授權(quán)，由時(shí)刻表出場(chǎng)時(shí)間觸發(fā)列車啟動(dòng)，列車在出庫(kù)時(shí)自動(dòng)升級(jí)。列車運(yùn)行至轉(zhuǎn)換軌處后，根據(jù)正線列車計(jì)劃，自動(dòng)匹配正線車次號(hào)，按照正線列車計(jì)劃正常運(yùn)營(yíng)。

1.2 列車回場(chǎng)

調(diào)度人員預(yù)先為停止正線運(yùn)營(yíng)的每一列車人工確定列車的存放點(diǎn)或是由ATS子系統(tǒng)根據(jù)下一個(gè)列車計(jì)劃自動(dòng)確定列車的存放點(diǎn)，并存入列車號(hào)與存放點(diǎn)對(duì)應(yīng)表中。當(dāng)列車正線運(yùn)營(yíng)結(jié)束，回到轉(zhuǎn)換軌停穩(wěn)時(shí)，ATS子系統(tǒng)根據(jù)出入庫(kù)計(jì)劃中指定的列車回庫(kù)停車列檢線，自動(dòng)將列車設(shè)置為頭碼車，自動(dòng)觸發(fā)到停車列檢線的列車進(jìn)路，列車一直運(yùn)行到停車線停下。ATS子系統(tǒng)要求列車進(jìn)行休眠，車載設(shè)備應(yīng)進(jìn)入休眠狀態(tài)（非切除）。休眠后，車載設(shè)備部分?jǐn)嚯姡瑔拘压δ艿脑O(shè)備保持通電狀態(tài)。

1.3 場(chǎng)內(nèi)調(diào)車

調(diào)度人員為列車確定車場(chǎng)目的地（轉(zhuǎn)換軌、洗車線或別的存車地點(diǎn)），ATS 子系統(tǒng)自動(dòng)選擇折返點(diǎn)及進(jìn)路信息，并預(yù)存在調(diào)車作業(yè)單中。ATS子系統(tǒng)將優(yōu)先安排時(shí)刻表中的正線服務(wù)列車，并能在時(shí)刻表間隙自動(dòng)、適時(shí)地插入調(diào)車作業(yè)單進(jìn)行調(diào)車作業(yè)。ATS子系統(tǒng)在向停車場(chǎng)區(qū)域控制器下達(dá)調(diào)車進(jìn)路命令前，觸發(fā)列車進(jìn)入車場(chǎng)調(diào)車工況，處于調(diào)車工況的列車，由移動(dòng)授權(quán)觸發(fā)列車啟動(dòng)。

1.4 洗車

洗車作業(yè)前，調(diào)度人員先將列車調(diào)到洗車線（人工排列進(jìn)路或通過(guò)調(diào)車任務(wù)單）。洗車作業(yè)完成后，再用相同的方法將列車調(diào)入存車點(diǎn)。停在洗車線上的列車由調(diào)度人員通過(guò)“車場(chǎng)調(diào)度/計(jì)劃”工作站啟動(dòng)進(jìn)入“洗車”工況。并由ATS的洗車程序控制列車完成洗車作業(yè)。列車在洗車過(guò)程中保持 3 km/h 勻速運(yùn)行。

1.5 試車

試車線設(shè)置于人工運(yùn)行區(qū)，與傳統(tǒng)停車場(chǎng)的試車線功能一致，用于列車的動(dòng)態(tài)測(cè)試，裝備測(cè)試所需的信號(hào)設(shè)備。

試車前，停車場(chǎng)值班員通過(guò)本地ATS終端，將列車調(diào)入試車線，再由停車場(chǎng)ATS將試車線的控制權(quán)交于試車線控制單元。試車結(jié)束后，試車線控制單元應(yīng)先將試車線控制權(quán)交回停車場(chǎng)控制單元，然后再通過(guò)停車場(chǎng) ATS終端將列車調(diào)出試車線。

2 全自動(dòng)停車場(chǎng)信號(hào)系統(tǒng)新增功能

2.1 全自動(dòng)駕駛

傳統(tǒng)的停車場(chǎng)只能人工駕駛，與正線信號(hào)系統(tǒng)在出入段線轉(zhuǎn)換軌處切換駕駛模式。全自動(dòng)停車場(chǎng)分為人工駕駛區(qū)和全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)，由正線控制中心統(tǒng)一調(diào)度全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)，無(wú)需設(shè)置轉(zhuǎn)換軌切換信號(hào)。

全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)通常包括停車列檢庫(kù)與轉(zhuǎn)換軌間全部進(jìn)出場(chǎng)和進(jìn)出庫(kù)進(jìn)路，牽出線與停車列檢庫(kù)間的所有列車進(jìn)路，列檢庫(kù)內(nèi)移庫(kù)進(jìn)路，轉(zhuǎn)換軌至洗車庫(kù)前方區(qū)段進(jìn)路。信號(hào)系統(tǒng)在全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)新增ATP/ATO 子系統(tǒng)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)駕駛功能，其功能要求與正線一致，能以 CBTC-AM 模式運(yùn)行，納入正線管理列車。一般將停車場(chǎng)全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)列車限速為 20 km/h 停車線停車時(shí)，保證列車至車擋的距離不大于 3 m。

2.2 中心ATS子系統(tǒng)監(jiān)控

傳統(tǒng)停車場(chǎng)僅由車站級(jí)ATS子系統(tǒng)控制，未納入中心ATS子系統(tǒng)控制范圍。全自動(dòng)停車場(chǎng)將全停車場(chǎng)納入中心ATS子系統(tǒng)控制范圍，列車自“喚醒”至“休眠”全部納入ATS時(shí)刻表管理與控制，系統(tǒng)可以自動(dòng)排列列檢庫(kù)內(nèi)的移庫(kù)列車進(jìn)路、停車列檢庫(kù)至轉(zhuǎn)換軌以及轉(zhuǎn)換軌至停車列檢庫(kù)的列車進(jìn)路。因全停車場(chǎng)納入中心ATS控制范圍，全自動(dòng)停車場(chǎng)信號(hào)系統(tǒng)ATS子系統(tǒng)存在中心遙控、本地站控兩種控制模式。

（1）中心遙控模式

中心遙控模式指操作控制權(quán)限屬于中心ATS子系統(tǒng)的控制模式。由ATS子系統(tǒng)根據(jù)行車計(jì)劃自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的控制。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全自動(dòng)工作模式。

此時(shí)控制權(quán)在中心，中心調(diào)度員具有所有調(diào)車及列車進(jìn)路監(jiān)控權(quán)，停車場(chǎng)值班員僅具有監(jiān)視權(quán)。ATS子系統(tǒng)可以按照當(dāng)天出入庫(kù)計(jì)劃自動(dòng)辦理列車進(jìn)路和移庫(kù)列車進(jìn)路，也可由中心調(diào)度員將列車進(jìn)路轉(zhuǎn)為人工控，人工辦理列車進(jìn)路及調(diào)車進(jìn)路。

（2）本地站控模式

本地站控模式指中心 ATS子系統(tǒng)工作正?；蚬收蠒r(shí)，操作控制權(quán)限屬于停車場(chǎng)ATS終端的控制模式。正常情況下，全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)由控制中心ATS工作站控制，停車場(chǎng)ATS終端只控制車場(chǎng)人工駕駛區(qū)，通過(guò)授權(quán)，控制中心可將全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)域控制權(quán)移交停車場(chǎng)本地 ATS終端，由停車場(chǎng) ATS終端控制整個(gè)停車場(chǎng)列車運(yùn)行。

此時(shí)控制權(quán)在停車場(chǎng)，所有操作均由停車場(chǎng)值班員在本地ATS終端上人工完成，停車場(chǎng)值班員可以對(duì)場(chǎng)內(nèi)所有調(diào)車及列車進(jìn)路進(jìn)行人工辦理，中心ATS工作站只監(jiān)視不控制。

2.3 區(qū)域保護(hù)

（1）人工運(yùn)行區(qū)與全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)的分區(qū)防護(hù)

停車場(chǎng)內(nèi)人工運(yùn)行區(qū)與全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)設(shè)置圍欄隔離，通道處設(shè)置門禁，與信號(hào)系統(tǒng)聯(lián)鎖。當(dāng)特殊情況下，如全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)發(fā)生火災(zāi)，消防車等必須進(jìn)入時(shí)，由安全員刷卡激活門禁或由停車場(chǎng)控制室緊急觸發(fā)信號(hào)系統(tǒng)，激活門禁，信號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)影響區(qū)域封鎖，禁止該分區(qū)的列車移動(dòng)。

以房屋作為人工運(yùn)行區(qū)與全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)分隔時(shí)，兩區(qū)域間開(kāi)門應(yīng)設(shè)置門禁。全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)域內(nèi)車庫(kù)大門應(yīng)為全自動(dòng)提升門或全自動(dòng)折疊門，大門動(dòng)作應(yīng)能實(shí)現(xiàn)與信號(hào)系統(tǒng)的聯(lián)鎖。

（2）全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)內(nèi)的分區(qū)防護(hù)

將全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)分成若干防護(hù)分區(qū)，各防護(hù)分區(qū)入口設(shè)門禁，由停車場(chǎng)信號(hào)系統(tǒng)為各分區(qū)建立邏輯防護(hù)，當(dāng)門禁被激活時(shí)，該區(qū)域被封鎖，禁止該分區(qū)的列車移動(dòng)，該分區(qū)也不能接、發(fā)車或調(diào)車。例如 ：停車列檢庫(kù)設(shè)在全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)內(nèi)，列檢線設(shè)置檢查坑。為方便管理，每?jī)晒傻涝O(shè)置為一個(gè)防護(hù)區(qū)，工作人員必須通過(guò)庫(kù)內(nèi)橫向地溝才可進(jìn)入兩股道中間的防護(hù)區(qū)。從地溝通往該區(qū)域的出口設(shè)置門禁，當(dāng)人員進(jìn)入?yún)^(qū)域時(shí)，門禁被激活，信號(hào)系統(tǒng)將該區(qū)域封鎖，禁止該分區(qū)的列車移動(dòng)，該分區(qū)也不能接、發(fā)車或調(diào)車。列檢庫(kù)分區(qū)防護(hù)示意圖如圖1所示。

圖1 列檢庫(kù)分區(qū)防護(hù)示意圖

2.4 自動(dòng)洗車

全自動(dòng)停車場(chǎng)將洗車機(jī)的洗車程序整合到信號(hào)系統(tǒng) ATS子系統(tǒng)中，由 ATS子系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)洗車，停車場(chǎng)工藝專業(yè)執(zhí)行洗車操作。

3 全自動(dòng)停車場(chǎng)信號(hào)系統(tǒng)新增接口

全自動(dòng)停車場(chǎng)信號(hào)系統(tǒng)接口圖如圖2所示。

3.1 與停車場(chǎng)車庫(kù)門的接口

停車場(chǎng)車庫(kù)門由建筑專業(yè)實(shí)現(xiàn)，信號(hào)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備與門電機(jī)控制電路以硬線接口，門電機(jī)接收信號(hào)系統(tǒng)的命令控制車庫(kù)門的開(kāi)啟與關(guān)閉。

圖2 全自動(dòng)停車場(chǎng)信號(hào)系統(tǒng)接口圖

3.2 與門禁系統(tǒng)的接口

停車場(chǎng)增加人員防護(hù)設(shè)備，信號(hào)系統(tǒng)與其硬線接口，能了解人員活動(dòng)的區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛進(jìn)路的相關(guān)聯(lián)動(dòng)控制。停車場(chǎng)全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)門禁系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)接口，停車場(chǎng)信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)為各分區(qū)建立邏輯防護(hù)，當(dāng)門禁被激活時(shí)，該區(qū)域被封鎖，禁止該分區(qū)的列車移動(dòng)，該分區(qū)也不能接、發(fā)車或調(diào)車。

3.3 與洗車機(jī)的接口

信號(hào)系統(tǒng)與洗車機(jī)接口，信號(hào)系統(tǒng)增加自動(dòng)洗車模式以支持自動(dòng)洗車功能，信號(hào)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備與洗車機(jī)以硬線接口，信號(hào)系統(tǒng)接收洗車機(jī)發(fā)來(lái)的洗車線狀態(tài)和清洗模式，能夠控制車輛以設(shè)定的模式和速度通過(guò)洗車機(jī)，完成洗車作業(yè)。

4 全自動(dòng)停車場(chǎng)信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備配置

在停車場(chǎng)內(nèi)配置獨(dú)立的 ZC（區(qū)域控制器）設(shè)備，與聯(lián)鎖設(shè)備、ATS 設(shè)備及車載 ATP/ATO 設(shè)備，與正線設(shè)置的DSU（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元）設(shè)備共同組成完整的信號(hào)系統(tǒng)。停車場(chǎng)的停車列檢庫(kù)及全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)均設(shè)置無(wú)線接入點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)無(wú)線覆蓋，以保證列車可以以CBTC級(jí)別進(jìn)入全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)。列車可根據(jù)運(yùn)營(yíng)需求選擇在全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)的運(yùn)行級(jí)別。

根據(jù)以上分析，全自動(dòng)停車場(chǎng)信號(hào)設(shè)備配置如下：

（1）設(shè)置一套 ZC 設(shè)備，負(fù)責(zé)根據(jù) CBTC 列車所匯報(bào)的位置信息以及聯(lián)鎖子系統(tǒng)所排列的進(jìn)路和軌道占用 /空閑信息，為其控制范圍內(nèi)的 CBTC 列車計(jì)算生成移動(dòng)授權(quán)，保證其控制區(qū)域內(nèi)CBTC列車的安全運(yùn)行；（2）設(shè)置一套聯(lián)鎖設(shè)備，負(fù)責(zé)完成管轄區(qū)域內(nèi)的所有聯(lián)鎖功能及與軌旁ZC之間的接口和數(shù)據(jù)傳輸；（3）設(shè)置 DCS（數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)）設(shè)備，包括信號(hào)系統(tǒng)間通信的骨干網(wǎng)設(shè)備以及用于場(chǎng)內(nèi)車地通信的 AP、天線；（4）設(shè)置一套車站 ATS 分機(jī)及現(xiàn)地控制工作站、ATS派班工作站及附屬設(shè)備。實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)的 ATS 監(jiān)控功能；（5）在每條列檢庫(kù)線設(shè)置一個(gè)應(yīng)答器，用于實(shí)現(xiàn)列車喚醒功能。在出庫(kù)信號(hào)機(jī)處再設(shè)置一個(gè)無(wú)源應(yīng)答器，與喚醒應(yīng)答器結(jié)合實(shí)現(xiàn)列車出庫(kù)定位功能；（6）在進(jìn)場(chǎng)信號(hào)機(jī)內(nèi)方設(shè)置校輪應(yīng)答器，用于列車出段初始校輪功能；（7）在牽出線信號(hào)機(jī)內(nèi)設(shè)置無(wú)源應(yīng)答器，用于列車折返后定位功能。

5 結(jié)束語(yǔ)

全自動(dòng)停車場(chǎng)是以信號(hào)系統(tǒng)為主導(dǎo)的，結(jié)合機(jī)電系統(tǒng)、工藝布置、站場(chǎng)線路等各系統(tǒng)的綜合系統(tǒng)，全自動(dòng)停車場(chǎng)的實(shí)現(xiàn)將減少人為因素帶來(lái)的誤操作風(fēng)險(xiǎn)，提高列車出入場(chǎng)作業(yè)的安全性和可靠性，是未來(lái)城市軌道交通新線建設(shè)的發(fā)展方向，也是實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無(wú)人駕駛軌道交通系統(tǒng)的必要環(huán)節(jié)。

[1] 金 華 . 城市軌道交通全自動(dòng)無(wú)人駕駛信號(hào)系統(tǒng)功能分析 [J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2014，23（1）.

[2] 王曰凡 . 全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統(tǒng)—全新理念的城市軌道交通模式 [J]. 城市軌道交通研究，2006（8）.

[3] 任安萍 . 淺談我國(guó)全自動(dòng)無(wú)人駕駛地鐵的發(fā)展 [J]. 科技視界，2012（25）.

責(zé)任編輯 方 圓

Requirement analysis on Signal System for automatic parking lot of Urban Transit

WU Hui, DU Chengxin
( Institute of Computing Technologies, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China )

In order to improve the safety and reliability of the parking lot of Urban Transit, the paper proposed setting automatic operation area in the traditional parking lot, that was to establish the automatic parking lot. According to the demands of train operation in automatic parking lot, the paper analyzed the needs of adding the function, interface and device conf i guration of Signal System.

Urban Transit; automatic parking lot; Signal System; interface

U231.7∶TP39

：A

1005-8451（2015）03-0057-04

2014-11-28

吳 卉，助理研究員；杜呈欣，助理研究員。