柴慧君 王曉燕

(卡斯柯信號有限公司,200070,上海//第一作者,高級工程師)

城市軌道交通信號系統(tǒng)目標(biāo)-距離型后備模式的設(shè)計原理比較分析

柴慧君 王曉燕

(卡斯柯信號有限公司,200070,上海//第一作者,高級工程師)

目標(biāo)-距離型后備模式為目前城市軌道交通CBTC (基于通信的列車控制)系統(tǒng)降級情況下的主流模式。介紹了目前城市軌道交通項目應(yīng)用的3種不同目標(biāo)-距離后備模式(標(biāo)準(zhǔn)后備模式、設(shè)置防丟屬性信標(biāo)的后備模式、增強(qiáng)型后備模式),比較了不同后備模式信息流特點(diǎn),對不同后備模式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析,指出需從實用性、經(jīng)濟(jì)性上綜合考慮,并結(jié)合項目實際情況選擇適合的后備模式。

城市軌道交通; 信號系統(tǒng); 目標(biāo)-距離后備模式; 防護(hù)原理; 信息流

Author′s address CASCO signal Co.,Ltd.,200070,Shanghai,China

城市軌道交通信號系統(tǒng)主要由聯(lián)鎖子系統(tǒng)、自動監(jiān)控子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)、維護(hù)監(jiān)測子系統(tǒng)和列車自動控制子系統(tǒng)等構(gòu)成。聯(lián)鎖子系統(tǒng)主要實現(xiàn)列車進(jìn)路上軌道區(qū)段、道岔、信號機(jī)之間的正確聯(lián)鎖關(guān)系和進(jìn)路控制,同時負(fù)責(zé)和編碼器接口,在目標(biāo)-距離型后備模式中使列車通過信標(biāo)獲得信號機(jī)和道岔的狀態(tài)信息。自動監(jiān)控子系統(tǒng)主要使調(diào)度人員利用計劃時刻表等方式對線路上列車資源進(jìn)行管理。數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)是CBTC (基于通信的列車控制)模式下信號系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?使各子系統(tǒng)的信息能夠交互。維護(hù)監(jiān)測子系統(tǒng)收集其它子系統(tǒng)的報警信息,實現(xiàn)對軌道交通系統(tǒng)的遠(yuǎn)程集中監(jiān)測和維護(hù)管理。自動控制子系統(tǒng)是城市軌道交通系統(tǒng)的核心,為線路上列車提供安全防護(hù)及監(jiān)控。

目標(biāo)-距離型后備模式作為目前城市軌道交通的主流后備模式,既可以在CBTC功能尚未開通前作為主模式使用,也可以在CTBC系統(tǒng)開通后,當(dāng)數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)故障必須依賴后備模式才能維持軌道交通系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行時,將故障的影響降到最低,并可滿足一定的運(yùn)營間隔要求。

本文從應(yīng)用設(shè)計的角度對目前城市軌道交通系統(tǒng)中存在的不同類型的目標(biāo)-距離型后備模式的原理進(jìn)行介紹及優(yōu)缺點(diǎn)分析,以便城市軌道交通建設(shè)者能夠合理地選擇不同的目標(biāo)-距離型后備模式。

1 不同類型的目標(biāo)-距離型后備模式的原理及優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 標(biāo)準(zhǔn)后備模式

1.1.1 標(biāo)準(zhǔn)后備模式的原理

標(biāo)準(zhǔn)后備模式下,聯(lián)鎖子系統(tǒng)通過繼電器采集軌旁信號機(jī)和道岔的狀態(tài)信息,并將相關(guān)信息發(fā)送給編碼器,編碼器將信號機(jī)和道岔的狀態(tài)信息發(fā)送給軌旁有源信標(biāo);列車從軌旁分散布置的有源信標(biāo)獲得運(yùn)行授權(quán)以及更新定位等,車載設(shè)備連續(xù)、實時地計算允許的最大運(yùn)行速度,并在司機(jī)操作面板上顯示;當(dāng)列車速度超過最大允許速度時,系統(tǒng)設(shè)備實施緊急制動。因此,運(yùn)行安全是由設(shè)備保障的。其整個信號傳遞過程如圖1所示。

注:?～④為信號傳遞順序;區(qū)域控制器給聯(lián)鎖子系統(tǒng)發(fā)送信號取消信息,控制現(xiàn)場信號機(jī)的顯示

該后備模式下,列車讀取信號機(jī)前方有源信標(biāo)中信號機(jī)和道岔的狀態(tài)信息,車載ATP(列車自動防護(hù))做出如下反應(yīng):如果是禁止信號,列車會觸發(fā)緊急制動,或防止列車越過停車點(diǎn);如果是允許信號,列車會正常前行到閉塞區(qū)段的末端,并獲取下一個停車信號信息。

1.1.2 標(biāo)準(zhǔn)后備模式的優(yōu)缺點(diǎn)

從工程實施經(jīng)驗來看,標(biāo)準(zhǔn)后備模式具有以下優(yōu)缺點(diǎn):

(1) 在標(biāo)準(zhǔn)后備模式下,列車必須經(jīng)過信號機(jī)前方的有源信標(biāo)才能獲得下一個區(qū)間的授權(quán)速度碼,也就是說,標(biāo)準(zhǔn)后備模式是使用開口速度的方式實現(xiàn)列車的闖紅燈防護(hù)。

(2) 在標(biāo)準(zhǔn)后備模式下,為實現(xiàn)列車的初始化,列車通過初始化信標(biāo)的速度必須滿足一定的要求,如果速度過快,列車的初始化不能成功。另外,列車的初始化在一定的距離內(nèi)才能實現(xiàn),工程車的長度嚴(yán)重影響著列車初始化窗口的長度及初始化的成功率。目前大多數(shù)工程車的長度都比較小,所以大部分的地鐵項目都禁止工程車在運(yùn)營時段上線,給工程車裝載ATP[2]的呼聲也越來越高。

(3) 在標(biāo)準(zhǔn)后備模式下,當(dāng)折返換端時,會暫時失掉ATP,這時,需要司機(jī)人工駕駛列車駛過初始化信標(biāo),才能重新獲得ATP。

1.2 設(shè)置防丟屬性信標(biāo)的后備模式

1.2.1 防丟屬性信標(biāo)的需求來源

在標(biāo)準(zhǔn)后備模式下,列車無法實時從系統(tǒng)獲得移動授權(quán)點(diǎn),只有在經(jīng)過信號機(jī)前方的有源信標(biāo)時才能獲得下一個區(qū)間的授權(quán)速度碼,文獻(xiàn)[3]詳細(xì)介紹了列車闖紅燈防護(hù)功能需求。本文對點(diǎn)式ATP信息傳輸過程進(jìn)行簡單介紹。

如圖2所示,正常情況下列車從信標(biāo)1讀取信號機(jī)S1的狀態(tài),目標(biāo)-距離線防護(hù)終點(diǎn)是S2信號機(jī),EB(緊急制動)線計算防護(hù)終點(diǎn)為SDD4末端;當(dāng)列車通過信標(biāo)2時,在該點(diǎn)處更新變量狀態(tài),讀取信號機(jī)2的狀態(tài),確定繼續(xù)保持當(dāng)前速度運(yùn)行或停在信號機(jī)S2前;當(dāng)列車通過信標(biāo)3時,重新更新變量狀態(tài),確定繼續(xù)保持當(dāng)前速度運(yùn)行或停在信號機(jī)S2前。

圖2 后備系統(tǒng)有源信標(biāo)信息傳遞圖

然而,在整個運(yùn)行過程中,可能發(fā)生列車漏讀部分信標(biāo)信息,使得變量更新失敗的情況(稱為丟信標(biāo))。丟信標(biāo)有以下兩種情況:

(1) 丟掉了信標(biāo)1或信標(biāo)3、信標(biāo)4的變量信息;

(2) 丟掉了信標(biāo)2中的變量信息。

當(dāng)丟掉信標(biāo)3的變量信息時,假設(shè)信標(biāo)2中S2信號機(jī)為允許狀態(tài),S3信號機(jī)為允許狀態(tài),但值班員取消了信號機(jī)S3防護(hù)的進(jìn)路,S2信號機(jī)變成了禁止?fàn)顟B(tài),此時列車需在S3前停車,但由于信標(biāo)3變量信息丟失,變量無法更新,導(dǎo)致在變量有效期內(nèi),ATP系統(tǒng)認(rèn)為S3仍為允許狀態(tài),從而發(fā)生列車闖紅燈的情況。當(dāng)信標(biāo)2丟失時,由于列車還可利用信標(biāo)3來更新變量狀態(tài),因此不會出現(xiàn)列車闖紅燈的問題。

為防止因丟失信標(biāo)而出現(xiàn)的列車闖紅燈現(xiàn)象,設(shè)計了信標(biāo)的防丟屬性。

1.2.2 設(shè)置防丟屬性信標(biāo)后備模式的優(yōu)點(diǎn)

防丟屬性信標(biāo)后備模式的設(shè)計原理如圖3所示。

圖3 防丟信標(biāo)原理圖

首先根據(jù)信號機(jī)前列車自動控制系統(tǒng)的信標(biāo)布置,考慮列車通過信標(biāo)時的速度、定位誤差、信標(biāo)到天線的距離及相應(yīng)的車載計算周期、不同的加速度率等因素,計算出信標(biāo)到關(guān)鍵區(qū)域的距離;然后由系統(tǒng)工具計算關(guān)鍵區(qū)域的長度,當(dāng)列車通過防丟信標(biāo)進(jìn)入關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)變量依然沒有更新,系統(tǒng)會觸發(fā)緊急制動使列車停下來。

設(shè)置防丟信標(biāo)的后備模式很好地規(guī)避了標(biāo)準(zhǔn)后備模式的問題,在車載丟信標(biāo)后,其利用固定設(shè)置的變量有效時間倒計時實施制動的方式,極大地提高了對于信標(biāo)丟失的響應(yīng)時間,完善了防護(hù)功能。

1.3 增強(qiáng)型后備模式

1.3.1 增強(qiáng)型后備模式的原理

增強(qiáng)型后備模式的原理和結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)后備模式基本一樣,但增強(qiáng)型后備模式在站臺區(qū)域及其它一些地方增加了無線覆蓋區(qū)域,使得變量在該區(qū)域能夠連續(xù)傳輸,車載控制器和聯(lián)鎖子系統(tǒng)之間能夠通過無線直接進(jìn)行相關(guān)信息的傳輸,如圖4所示。

圖4 增強(qiáng)型后備模式無線覆蓋區(qū)域示意圖

與標(biāo)準(zhǔn)型后備模式相比,增強(qiáng)型后備模式的信息傳遞增加了圖5中虛線所示的信息傳輸通道。其中,⑤表示聯(lián)鎖子系統(tǒng)將信號機(jī)和道岔狀態(tài)信息通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給數(shù)據(jù)通信設(shè)備并通過數(shù)據(jù)通信設(shè)備獲取車載控制器發(fā)送來的停穩(wěn)信息;⑥表示數(shù)據(jù)通信設(shè)備將信號機(jī)和道岔狀態(tài)信息通過無線網(wǎng)絡(luò)連續(xù)發(fā)送給車載控制器。

注:?～⑥為信息傳遞順序

1.3.2 增強(qiáng)型后備模式優(yōu)點(diǎn)

由于設(shè)置了無線覆蓋區(qū)域,增加了控制中心和聯(lián)鎖子系統(tǒng)的直接接口,使得增強(qiáng)型后備模式具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1) 列車在不移動的情況下可實現(xiàn)后備模式的初始化;

(2) 后備模式列車在換端區(qū)域換端后,可以直接使用后備模式下具有ATP防護(hù)的駕駛模式運(yùn)行(無須人工模式運(yùn)行列車);

(3) 信號機(jī)由允許信號變成禁止信號后,可提前獲取前方信號機(jī)的禁止?fàn)顟B(tài);

(4) 允許防護(hù)區(qū)段快速解鎖。

2 結(jié)語

綜上所述,標(biāo)準(zhǔn)后備模式結(jié)構(gòu)最簡單,基本滿足了在CBTC系統(tǒng)故障的情況下偶爾降級使用的功能需求;增強(qiáng)型后備模式完善了標(biāo)準(zhǔn)后備模式的多種功能,克服了標(biāo)準(zhǔn)后備模式的不足之處,但其架構(gòu)比標(biāo)準(zhǔn)后備模式復(fù)雜,聯(lián)鎖子系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⒘吭龃?設(shè)備及投資比標(biāo)準(zhǔn)后備模式大,比較適合后備模式和CBTC系統(tǒng)開通年限相差比較大的項目;帶防丟屬性的后備模式比標(biāo)準(zhǔn)后備模式功能有所完善,設(shè)備投資基本一致,復(fù)雜程度增大,比增強(qiáng)型后備模式節(jié)省了設(shè)備投資,但功能沒有增強(qiáng)型后備模式完善。

因此,需從實用性、經(jīng)濟(jì)性上綜合考慮,結(jié)合項目實際情況選擇適合的后備模式。

[1] 張瓊艷.基于無線通信的列車控制系統(tǒng)下后備模式的選擇與應(yīng)用[J].城市軌道交通研究,2012(7):33-36.

[2] 束劍峰,徐燁.工程車加裝ATP設(shè)備的應(yīng)用[J].鐵道通信信號,2014,50(8):42-44.

[3] 弓劍.城市軌道交通點(diǎn)式列車自動防護(hù)下的防闖功能及站臺屏蔽門聯(lián)動功能的優(yōu)化設(shè)計[J].城市軌道交通研究,2015(3):41-44.

Design Principle and Application of the Distance-to-Go Block Mode

CHAI Huijun, WANG Xiaoyan

In case of degradation of CBTC system,the distance-to-go block mode is the mainstream pattern at present. From the perspective of design and application,three kinds of different distance-to-go block mode are introduced,the information flow characteristics of different block modes are compared and analyzed,their advantages and disadvantages are pointed out.On this basis,advices for rational selection of different types of block mode system are proposed,which emphasize the practicality and economy of the distance-to-go block mode.

urban rail transit; signal system; distance-to-go block mode; protection principle; information flow

U231.7

10.16037/j.1007-869x.2017.04.011

2015-09-07)