摘 要 上海軌道交通浦江線信號系統(tǒng)采用CITYFLO650信號系統(tǒng)設備，滿足了國內(nèi)首條APM300線路對無人駕駛、無人值守、高度安全、低故障率的要求。

關鍵詞 自動列車控制系統(tǒng);系統(tǒng)功能;實際應用

在城市軌道交通信號系統(tǒng)中，GOA4無人值守UTO運行模式的信號系統(tǒng)需求已在國內(nèi)外得到了迅速的發(fā)展。上海軌道交通浦江線為國內(nèi)首條APM300膠輪路軌系統(tǒng)與CITYFLO650信號系統(tǒng)相結合的上海申通地鐵路網(wǎng)內(nèi)營運線路。浦江線正線全長約6.689公里，有6個車站1個車輛基地，全線共46組道岔，浦江線列車11列，列車最大編組4節(jié)貫通，不設司機室，實現(xiàn)自動化等級GOA4的無人值守UTO運行，所有11列車均可以在列檢線內(nèi)自動喚醒、休眠，按照運行計劃自動出庫回庫，最高運行速度80公里/每小時，旅行速度35公里每小時，采用等間隔運行，最小運行間隔低于90秒，自動停站對準精度±20cm，信號系統(tǒng)采用基于無線通信2.4GHz的移動閉塞系統(tǒng)。本文主要對CITYFLO650設備在上海軌道交通浦江線的配置及應用情況進行講述，同時分析和解決運營至今存在的問題。

1CITYFLO650信號系統(tǒng)配置

浦江線全自動駕駛系統(tǒng)信號主體系統(tǒng)設備包括中央ATS設備、數(shù)據(jù)通信設備（DCS）、列車自動控制設備（RATO/RATP）設備、目標控制器設備（OCS）、門控柜設備（DCC）以及電源系統(tǒng)設備、防雷分線柜（CTR）等設備。底層設備包含車地通信設備（WNRA、NP）和車載信號設備VATC。

1.1 中央ATS架構

CITYFLO650信號系統(tǒng)的ATS僅在浦江線車輛基地的OCC大樓進行配置，無車站ATS系統(tǒng)，中央ATS的架構采用了雙網(wǎng)絡措施，以實現(xiàn)冗余。重要的控制服務器和數(shù)據(jù)庫都是容錯的機器，其中包括冗余的處理器和電源。中央ATS是采取熱備冗余配置運行的，不需要人工干預。每臺列車控制操作員工作站本身都不是冗余的。但是，每臺操作員工作站都可以接管其他出故障的工作站的控制和監(jiān)測功能。

1.2 軌旁信號系統(tǒng)架構

CITYFLO650軌旁信號系統(tǒng)由正線和車輛基地兩個軌旁ATC區(qū)域構成。軌旁RATC包括一個主用和備用ATC，以實現(xiàn)冗余。主用 ATC 和備用ATC各包含一個ATO和一個ATP。各區(qū)域 ATP 都包括一個獨立的主用系統(tǒng)和一個功能上冗余的后備系統(tǒng)。每個主用和后備 ATP 系統(tǒng)通過以太網(wǎng)連接與區(qū)域 ATO 接口。在每個車站和車輛基地，設置目標控制器來連接軌旁信號、道岔、門控柜、洗車機等。目標控制器接收來自主用 ATP 的設備輸出指令、處理分配給它的數(shù)字輸入/輸出任務，并返回設備狀態(tài)，目標控制器通過 DCS 網(wǎng)絡與主用ATP連接 。線路底層軌旁包含NP信標與WNRA（軌旁網(wǎng)絡電臺組件）、信號機、緊停按鈕、高水位檢測裝置以及與道岔、站臺門、洗車機的接口。

1.3 車載信號系統(tǒng)架構

每列營運列車包括四節(jié)車輛。頭尾的車輛都有獨立的VATC設備，具備冗余功能，車底包含車載信號采集單元，如每端配置4個霍爾效應速度計、1個信標閱讀器、2個車地無線LOS天線、1個站臺門天線。ATC 數(shù)據(jù)經(jīng)過移動數(shù)據(jù)無線單元MDR與VATC往來傳輸。車載ATP負責列車運行的安全，包括列車運動的安全和占用的生成。車載ATO 負責保持一定限度內(nèi)列車乘坐舒適性。

2CITYFLO650信號系統(tǒng)的功能

2.1 中央ATS系統(tǒng)功能

ATS系統(tǒng)提供管理列車自動控制（ATC）系統(tǒng)的功能，并且作為中心操作員（CCO）與ATC系統(tǒng)的接口。ATS本質上是監(jiān)督，所以任何從ATS發(fā)出到其他安全型子系統(tǒng)的命令都不涉及安全，其主要功能包含對列車自動運行的監(jiān)控、交通控制支持功能、如列車車次跟蹤系統(tǒng)及進路排列自動化、停站時間、列車調(diào)整、維護與診斷功能、事件統(tǒng)計、回放與外部系統(tǒng)接口等等。

2.2 軌旁信號系統(tǒng)功能

CITYFLO 650軌旁信號系統(tǒng)采用分布式系統(tǒng)架構。軌旁ATP主要實現(xiàn)軌旁目標控制、進路設置和鎖閉、列車位置判定、列車限速、安全列車間隔、站臺門使能/禁止命令的發(fā)送、零速檢測、車站和車載門狀態(tài)監(jiān)督、列車完整性檢測、臨時限速、列車長度判定等功能;軌旁ATO主要實現(xiàn)車載和軌旁開關門、高級診斷功能;目標控制系統(tǒng)負責軌旁設備的狀態(tài)信息的控制和采集;門控柜DCC實現(xiàn)向站臺發(fā)送門使能和開門命令、從站臺接收門鎖閉和門旁路信息、向OCS發(fā)送非預期開門信息、從OCS接收門使能信息，通過獨立的RF Modem在車地檢交互數(shù)據(jù)、通過PLC在DCC和信號系統(tǒng)間交換數(shù)據(jù)、檢測道岔基坑水位情況等功能;數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)DCS負責軌旁設備間和車地設備間的通信，但是由于APM信號系統(tǒng)沒有后備模式，這對DCS子系統(tǒng)的可靠性提出更高要求。

2.3 車載信號系統(tǒng)功能

CITYFLO 650車載ATP主要執(zhí)行列車位置和速度監(jiān)測、移動授權、安全制動距離防護、超速防護、列車車門監(jiān)控、倒溜防護、自檢功能、自動調(diào)速、精確停站、車門控制等功能。車載ATO主要實現(xiàn)車載速度曲線、車站精確停車、自動折返功能、車載和軌旁開關門、遠程喚醒/休眠、車載節(jié)能速度控制優(yōu)化、跳躍和爬行模式、停車功能、多站臺停車、高級診斷功能。

3存在的問題及解決方案

CITYFLO 650信號系統(tǒng)在上海軌道交通浦江線運行至今已滿24個月，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，功能基本滿足運營需求，未出現(xiàn)嚴重影響運營的故障，但仍存在一些問題。

3.1 存在的問題

（1）列車丟失通信故障較多。列車丟失通信故障均是以相關告警信息作為判斷標準，通信丟失3秒以上時ATS可看到相關告警，目前列車丟失通信故障占信號總故障比例的70%。從目前的故障情況來看，列車丟失通信故障發(fā)生的位置較為分散，且正線發(fā)生的比率明顯高于車輛基地。由于浦江線車地無線通信系統(tǒng)采用2.4Ghz頻段，而WLAN網(wǎng)絡是開放無須授權的，且可使用的非重疊信道少，因此特別容易形成干擾。

（2）車載ATC故障問題。VATC系統(tǒng)的故障主要集中在繼電器故障，其中60%的故障涉及繼電器及板卡的更換，未知原因系統(tǒng)自動恢復或重啟后恢復占據(jù)30%、瞬時故障10%。這些故障中10%存在VATC-A故障告警，但ATS與CFMS均未出現(xiàn)故障告警的情況，且列車日志無告警的情況。

VATC故障造成的后果主要有：車門無法打開，列車上EB，ATO定位丟失，運營清客等。

VATC故障目前分析主要受列車晃動、震動、設備運行環(huán)境差導致的車載VATC硬件故障。

（3）定位問題。定位問題主要體現(xiàn)在列車速度低于5km/h時，VATP無法正常讀取信標，列車會丟失定位，對運營造成影響。OCC對站前折返道岔區(qū)段側向限速10km/h，列車運行等級為節(jié)能和巡道模式。節(jié)能模式下列車的巡航速度為50%;巡道模式下列車的巡航速度為30%。列車進入?yún)R臻站上行站臺和沈杜公路站下行站臺時，速度過低（不超過5km/h），導致位置誤差增大。當列車在速度低于等于5公里的時候，讀到的信標脈沖波是平的（正常情況下信標脈沖是尖峰的脈沖波），VATC會認為這個脈沖信號是無效的，此時信標信息會丟掉，列車位置誤差就得不到修正，列車會失去定位。

（4）ATS系統(tǒng)告警未按區(qū)域劃分。浦江線按區(qū)域分為正線和車輛基地，OCC的調(diào)度分為正線調(diào)度和車場調(diào)度。正線是載客運營區(qū)域，任何的故障都可能對運營產(chǎn)生影響，因此正線調(diào)度會時刻關注系統(tǒng)的告警信息，而車場調(diào)度對告警的關注度相對較低。當列車停在車庫中時，車輛維護過程中會產(chǎn)生很多告警，這些告警在ATS告警列表中會統(tǒng)一顯示，導致停車場調(diào)度無法及時確認這些告警，這樣車場基地告警將干擾正線調(diào)度員對真正發(fā)生在正線告警的關注和處理。

3.2 解決的方法

（1）在列車上增加濾波裝置。浦江線整個運營區(qū)段為開放式區(qū)段，經(jīng)過分析列車丟失通信故障頻發(fā)可能是受環(huán)境干擾因素所致，采用將低通濾波器安裝在列車移動數(shù)據(jù)無線單元與天線之間使用同軸電纜進行連接的方式，從而獲得降低干擾的作用。加裝濾波器前后通過測量駐波比后發(fā)現(xiàn)濾波情況有較大改善。同時在加裝完成后，使用列車進行動車驗證。驗證發(fā)現(xiàn)在列車端安裝濾波器測試后列車丟失通信的故障率大幅下降。后續(xù)計劃出圖后批量對11列車進行安裝，從而基本解決車輛丟失通信的問題。

（2）利用VAST設備驗證車載備件。通過使用VAST（車輛自動系統(tǒng)測試儀），模擬信號會呈現(xiàn)出列車線動態(tài)運行狀態(tài)，通過模擬信號測試車載ATC可替換設備（板卡、繼電器、線纜等），VAST可測試列車事件（例如，超速情況，不可預料的車門事件、車輛警報等），這在真實的列車上可能是困難或危險的，通過驗證從列車上拆卸下來的可疑故障設備或者備品備件，置于工作臺VAST中，啟動VAST通過設置運行時間或者模擬各種故障狀態(tài)來核實或驗證設備件的應激狀態(tài)。

（3）采取速度限制，規(guī)避丟失定位風險。對低速定位問題，開展了專題研究，內(nèi)容包括過岔速度必須高于5公里/小時、信標丟失或讀取到無效信標點、低速進站停站精度等。提供了兩套解決方案，短期解決方案：由于列車貫通道性能限制，列車站前折返速度不能高于10km/h。我們要求OCC在降級模式下，不采用節(jié)能模式或巡道模式。對于人工駕駛模式下的列車，保證進站速度不低于5km/h。長期解決方案：解決列車軌道貫通道性能限制。運營列車在全線限速應不低于15km/h。目前列車因速度過低導致定位丟失的故障已大幅下降。

（4）通過修改軟件，ATS按區(qū)域報警。通過修改ATS服務器和調(diào)度臺軟件，服務器軟件增加計算列車分區(qū)功能，當收到報警后，服務器軟件依據(jù)自身收到的報警信息計算報警區(qū)域。調(diào)度臺增加對分區(qū)告警的設置和過濾功能，將原來的一個區(qū)域劃分成三個，分別是正線、車輛基地和試車線，對告警功能分區(qū)內(nèi)容包含過濾：對于固定設備，例如門、站臺、AP等，依據(jù)數(shù)據(jù)中配置的所在控制區(qū)域進行分區(qū)。對于列車，依據(jù)車頭所在的位置進行分區(qū)。調(diào)度員登錄后可以選擇關注的控區(qū)，由此解決了列車維護告警對正線調(diào)度的干擾，提供了故障處置的效率。

4結束語

目前CITYFLO650信號系統(tǒng)在上海軌道交通浦江線運行狀態(tài)良好，得到了較好的應用效果。通過和系統(tǒng)供應商的合作研究，采取有效手段，減少了信號設備故障率，提高了信號設備的可靠性。通過發(fā)現(xiàn)遺留問題，采取補缺技術手段，不斷完善，優(yōu)化CITYFLO650信號系統(tǒng)功能，為后續(xù)相類似系統(tǒng)的建設及運營方提供引導作用。

參考文獻

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作者簡介

湯培峰（1981-），男，上海人;職稱：工程師，現(xiàn)就職單位：上海申凱公共交通運營管理有限公司，研究方向：城市軌道交通設備維護管理。