黃浩勇 柴 娟

(1.成都工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 610031， 成都； 2.上海地鐵維護(hù)保障有限公司通號分公司， 200235， 上?！蔚谝蛔髡?， 高級工程師)

在城市軌道交通全天運(yùn)行中會經(jīng)歷各種不同的場景，包括列車喚醒、出庫、正線運(yùn)行、回庫及故障等。根據(jù)不同應(yīng)用場景的需求，列車控制模式也需隨之進(jìn)行升級或者降級，以保障列車安全、高效、可靠運(yùn)行。

在有人駕駛情況下，列車的相關(guān)控制模式可以由司機(jī)完成，也可以由信號系統(tǒng)自動(dòng)完成。在有人駕駛的CBTC(基于通信的列車控制)情況下，列車控制模式的降級一般需要在列車停車后由司機(jī)人工選擇，而控制模式的升級一般可以由信號系統(tǒng)自動(dòng)完成，包括由人工限制駕駛模式升級到人工ATP (列車自動(dòng)防護(hù))模式、ATO(列車自動(dòng)運(yùn)行)模式。

在FAM(全自動(dòng)運(yùn)行模式)下，由于列車上沒有司機(jī)，信號系統(tǒng)需要根據(jù)一定的技術(shù)手段來自動(dòng)完成列車控制模式的升級，這也是FAM高度自動(dòng)化的體現(xiàn)之一。需要自動(dòng)升級的場景主要包括列車喚醒后的自動(dòng)升級、車載信號系統(tǒng)故障重新啟動(dòng)(以下簡稱“重啟”)后的自動(dòng)升級等。當(dāng)然這其中還需要具備相關(guān)的技術(shù)前提條件，如喚醒后的自動(dòng)升級需要列車具備記憶定位功能或通過信標(biāo)讀取完成初始定位。

本文從場景的角度出發(fā)，研究FAM下需要完成列車控制模式自動(dòng)升級的具體場景，并研究列車控制模式自動(dòng)升級的技術(shù)方案。

1 FAM下列車控制模式自動(dòng)升級場景

1.1 列車喚醒后的自動(dòng)升級

對于全自動(dòng)運(yùn)行下的列車控制模式，列車從未激活狀態(tài)到激活狀態(tài)，再到列車出庫進(jìn)入正線的整個(gè)流程，都是依靠信號系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和綜合監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)同、自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。

列車喚醒的過程如下：

1) OCC(運(yùn)營控制中心)行車調(diào)度應(yīng)在列車自動(dòng)喚醒前通過ATS(列車自動(dòng)監(jiān)控)確認(rèn)在停車庫內(nèi)或正線休眠點(diǎn)的列車工況均為休眠。

2) ATS根據(jù)出庫計(jì)劃自動(dòng)下發(fā)列車喚醒指令。信號系統(tǒng)的喚醒模塊通過采集車輛低壓母線上電信號，以判斷列車是否被激活。

3) 列車上電后，CC(車載控制器)、車輛設(shè)備、車載通信設(shè)備開始自檢。車輛設(shè)備、車載通信設(shè)備上電并自檢成功后，將自檢結(jié)果送給TCMS(列車控制和管理系統(tǒng))。TCMS將自檢結(jié)果匯總后，通過自檢成功碼位反饋給CC。CC自檢成功后，匯總TCMS發(fā)來的車輛設(shè)備、車載通信設(shè)備的自檢結(jié)果，上報(bào)OCC列車上電、完成自檢。

4) 列車完成上電自檢后進(jìn)入聯(lián)合自檢。

5) 聯(lián)合自檢成功后，列車自動(dòng)進(jìn)入FAM，同時(shí)CC將聯(lián)合自檢的完整信息上報(bào)ATS。其中，列車是否進(jìn)入FAM的信息也包括在內(nèi)。

6) ATS自動(dòng)喚醒聯(lián)合自檢成功的列車，下發(fā)運(yùn)營計(jì)劃。

7) ATS自動(dòng)向列車下發(fā)“待命”命令。

1.2 列車降級后的自動(dòng)升級

列車發(fā)生故障后，出于安全考慮，需要將列車控制模式降級，以限制列車的運(yùn)行速度。在FAM下，車輛系統(tǒng)、信號系統(tǒng)發(fā)生故障，都會引發(fā)列車控制模式降級。以車載信號系統(tǒng)故障為例，列車發(fā)生車載故障后需進(jìn)行設(shè)備重啟，重啟經(jīng)處置后恢復(fù)的情況下在一定的條件下具備自動(dòng)進(jìn)入FAM的條件。因硬件設(shè)備故障引起、重啟后無法消除的故障，本文暫不研究。以下是針對由于軟件故障造成車載設(shè)備重啟的處置場景：

1) 車載ATC(列車自動(dòng)控制)設(shè)備發(fā)生單系故障時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行主備切換；

2) 車載ATC設(shè)備兩系均故障時(shí)，列車緊急停車；

3) 列車緊急制動(dòng)無法恢復(fù)時(shí)，需通過OCC遠(yuǎn)程重啟，恢復(fù)ATC車載控制器的功能。重啟成功后，OCC授權(quán)列車進(jìn)入遠(yuǎn)程RM(限制人工模式)。當(dāng)條件滿足時(shí)，列車再自動(dòng)升級為FAM。

由此，根據(jù)列車車載故障場景，車載需要具備遠(yuǎn)程重啟、遠(yuǎn)程控制行車及自動(dòng)升級為FAM等功能。

2 FAM下列車控制模式自動(dòng)升級的方案研究

2.1 列車喚醒后自動(dòng)升級為FAM

列車喚醒后自動(dòng)升級為FAM的具體流程見圖1所示。

圖1 列車喚醒后自動(dòng)升級為FAM的啟動(dòng)流程

基于列車自動(dòng)喚醒出庫的場景，全自動(dòng)運(yùn)行列車在停車庫完成聯(lián)合自檢后自動(dòng)升級到FAM需具備一定條件。其中，首要的條件是必須具備列車定位信息，而此時(shí)車載信號系統(tǒng)剛剛完成初始化，如果要在未動(dòng)車前具備精確的定位信息，車載信號系統(tǒng)必須具備記憶列車休眠前位置的功能。車載信號系統(tǒng)可以在列車休眠前先將位置信息存儲于ROM (只讀存儲器)單元中，一旦車載設(shè)備休眠斷電，ROM中的列車位置信息將被保存下來。

這樣的列車位置保持方式帶來了另外的問題，即一旦列車休眠，該列車將不能在車載設(shè)備未開啟的情況下移動(dòng)，如果發(fā)生了移動(dòng)，那么列車的實(shí)際位置信息將與ROM中存儲的信息不符，進(jìn)而可能引發(fā)安全問題。由此，為了防止列車位置移動(dòng)后帶來的安全問題，車載需要在列車運(yùn)行時(shí)進(jìn)行位置校驗(yàn)，以確定ROM中保存的位置信息的正確性。一旦列車位置校驗(yàn)失敗，信號車載系統(tǒng)將輸出緊急制動(dòng)命令。根據(jù)以上需求，需要將特定的校驗(yàn)信標(biāo)安裝于指定的列車休眠喚醒區(qū)域。圖2為列車休眠區(qū)校驗(yàn)信標(biāo)布置原則示意圖。

圖2 列車休眠區(qū)校驗(yàn)信標(biāo)的布置示意圖

以上方案的不足在于列車一旦在斷電過程中發(fā)生位置改變，需要在喚醒后通過一定的技術(shù)手段進(jìn)行位置校驗(yàn)。基于這個(gè)原因，本文提出改進(jìn)方案如下：將位置處理單元獨(dú)立布置，或在車載其他設(shè)備休眠的狀態(tài)下使位置處理單元仍處于工作狀態(tài)，這樣可以無需再定義具體的休眠區(qū)，還能避免列車在休眠過程中發(fā)生非期望移動(dòng)產(chǎn)生記憶位置與實(shí)際位置不符的問題，也不再需要在特殊位置設(shè)校驗(yàn)信標(biāo)，進(jìn)而節(jié)省了運(yùn)維成本。在列車喚醒后，車載設(shè)備可直接獲得當(dāng)前的位置信息，以完成升級為FAM。

2.2 車載設(shè)備故障恢復(fù)后自動(dòng)升級為FAM

2.2.1 車載ATC設(shè)備單系故障

對于車載ATC設(shè)備單系故障，信號車載系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)切換至備用系統(tǒng)并運(yùn)行，但不能僅依靠單系統(tǒng)長時(shí)間維持運(yùn)營，這就要求車載ATC必須具備重啟故障一系的能力。單系故障后的重啟復(fù)位不能影響列車的正常運(yùn)行，可以通過2種方案來實(shí)現(xiàn)：

1) 車載ATC自動(dòng)判斷。ATC自動(dòng)檢測到車載設(shè)備一系故障后，通過另一系發(fā)送重啟指令，完成故障設(shè)備的重啟。

2) OCC遠(yuǎn)程控制。OCC收到車載故障告警信息后，通過遠(yuǎn)程操作實(shí)現(xiàn)車載設(shè)備遠(yuǎn)程重啟。

2.2.2 車載ATC設(shè)備兩系均故障或列車緊急制動(dòng)無法恢復(fù)

車載ATC兩系均故障時(shí)，列車產(chǎn)生緊急制動(dòng)，此時(shí)只能通過OCC發(fā)送遠(yuǎn)程重啟指令來實(shí)現(xiàn)車載設(shè)備復(fù)位。這樣的處置方式同樣適用于緊急制動(dòng)無法恢復(fù)的場景。此時(shí)車載設(shè)備重啟裝置應(yīng)獨(dú)立于車載信號系統(tǒng)，否則將無法實(shí)現(xiàn)重啟指令的接收功能。

2.2.3 遠(yuǎn)程輔助駕駛模式控制

列車運(yùn)行過程中發(fā)生故障后采取重啟措施，信號車載系統(tǒng)初始化后是沒有定位信息的，因此，如果列車要自動(dòng)升級為FAM，必須使列車被準(zhǔn)確定位。一種可行的方式是通過遠(yuǎn)程輔助駕駛列車的方式，讀取軌旁定位信標(biāo)，實(shí)現(xiàn)列車定位的建立。

遠(yuǎn)程輔助駕駛首先要應(yīng)考慮列車的運(yùn)行安全。在遠(yuǎn)程輔助駕駛模式啟用前，列車無精確定位，但是有區(qū)段占用信息，其防護(hù)區(qū)域需覆蓋整個(gè)計(jì)軸區(qū)段。圖3為無精確定位列車的移動(dòng)授權(quán)過程示意圖，具體的授權(quán)過程為：①信號系統(tǒng)判斷列車運(yùn)行前方進(jìn)路狀態(tài)，只有有效的進(jìn)路才能授權(quán)；②軌旁區(qū)域控制器根據(jù)列車運(yùn)行前方的運(yùn)行條件判斷列車的移動(dòng)授權(quán)，并發(fā)送給列車；③收到移動(dòng)授權(quán)命令后，列車以FAM低速運(yùn)行；④列車讀取軌旁信標(biāo)后便完成自身精確定位，此時(shí)列車可自動(dòng)升級為FAM。

注：AP——自動(dòng)防護(hù)；G1——列車占用計(jì)軸區(qū)段；S1、S2——信號機(jī)。

3 結(jié)語

對于全自動(dòng)運(yùn)行線路，列車控制模式的自動(dòng)升級是非常重要的功能，這決定了列車在降級情況下的處置效率。若列車無法完成自動(dòng)升級，轉(zhuǎn)為人工處置將需要較長的時(shí)間，甚至可能會造成長時(shí)間的運(yùn)營中斷。與有人駕駛模式相比，全自動(dòng)運(yùn)行涉及的運(yùn)營場景更多、更為復(fù)雜，需要通過對場景進(jìn)行更為深入的分析，以完善其功能方案設(shè)計(jì)。本文可為未來全自動(dòng)運(yùn)行線路的場景設(shè)計(jì)和方案設(shè)計(jì)提供參考。