地鐵移動閉塞系統信號機顯示方案研究

肖培龍 邱 奎

北京電鐵通信信號勘測設計院有限公司,100036 北京

*教授級高工 **工程師

移動閉塞模式信號機點燈方式,在新版 《地鐵設計規范》中有 2種許可方案:一是平常信號機點燈方案;二是平常信號機滅燈方案。目前我國地鐵運營線路已開通使用的移動閉塞信號系統,確實存在 2種信號機點燈方式并存的狀況,孰優孰劣,新建線路信號系統如何配置,值得大家認真研究和探討。

1 地鐵軌旁信號機的功能

地鐵軌旁信號的功能是通過信號顯示指示列車按規定顯示意義運行。信號顯示分地面色燈信號、地面標志牌信號、車載信號、人工手旗信號及人工手語信號等。地鐵配置軌旁信號機,主要是供司機駕駛列車使用,指導司機按規定顯示意義運行和停車,確保行車安全。我國地鐵一直沿用地面信號機加車載 ATP防護信號顯示的方式,地面信號機顯示與車載 ATP顯示同等重要。

移動閉塞系統可精確指導司機按規定速度顯示列車自動運行,或車載 ATP/ATO系統按地面控制中心要求自動駕駛列車運行。地鐵軌旁信號機僅能給出幾種規定的顯示,其顯示含義不能給出具體速度指令,不能滿足自動運行需求。但在移動閉塞系統設備故障轉為后備系統運行時,為保證線路運營不中斷,需要有地面信號顯示指導司機駕駛列車運行。故移動閉塞系統必須配備簡單必要的地面信號機,在移動閉塞系統故障時后備使用。

2 地面信號機顯示含義

地面信號機顯示一般采用黃燈 (側向通過或減速慢行)、綠燈 (直向通過或按線路規定速度全速運行)、紅燈 (禁止通行)、白燈 (調車許可)、黃紅燈 (引導信號)顯示方式,其顯示含義有限,不能顯示具體速度限制值要求,不能完全滿足車載機車信號顯示的含義要求,也無法與車載信號顯示保持一致。

3 車載機車信號顯示含義

目前我國地鐵線路普遍采用一次制動模式車載信號方式,在車載信號顯示屏上,既可以顯示車載ATP限制列車運行最高運行速度曲線,也可以顯示列車實際運行速度、距離目標停車點距離等信息,指導司機按車載信號 ATP限制列車運行速度駕駛列車運行。若司機駕駛列車速度接近或達到車載ATP限制速度值時,則會發出音響告警及提示,司機必須采取必要的減速措施,否則車載信號設備會采取緊急制動措施迫使列車停車,確保行車安全。

4 地面信號機平常點燈方案優缺點

地面信號機平常點燈方案,主要沿用地面信號為主體信號的觀念,地面信號機顯示與車載信號顯示同等重要,司機必須以地面信號機顯示以及車載信號顯示駕駛列車運行,遇信號機故障不能顯示允許信號時,即會造成車-地顯示不一致問題,即使車載信號設備顯示允許信號,司機也應停車確認,并與值班調度聯系,經值班調度允許后,以不高于25 km/h速度越過該信號機并隨時準備停車,直至經過下一架允許信號顯示的信號機時,方可按下一架信號機顯示的速度含義駕駛列車運行。

此方案要求地面信號顯示與車載信號顯示含義基本一致,當地面信號機允許信號燈燈絲出現雙斷絲時,車載信號也必須顯示禁止信號,禁止列車運行,否則會造成車-地信號顯示不一致。在這種情況下,信號燈絲出現雙斷滅燈,會引起因車載信號降級顯示,而使列車突然緊急制動,造成旅客乘車舒適度大大降低。在移動閉塞系統與后備系統方案中,移動閉塞系統是主用,但移動閉塞系統所劃分的虛擬邏輯分區與后備系統所劃分的進路閉塞分區長度區別較大。虛擬邏輯分區長度較短,以便緊追蹤運行;而一個后備進路閉塞分區長度可以包括多個虛擬邏輯分區長度。后備進路閉塞分區是由 2套計軸設備組成,為節省投資,一般均較長。在移動閉塞系統運行時,為滿足 90 s甚至是 75 s的追蹤間隔要求,一個后備進路閉塞分區可以容納多輛列車追蹤運行,此時地面防護信號機顯示,從聯鎖邏輯上分析僅能為紅燈(地面防護信號機所防護的進路范圍內計軸軌道區段有車),但實際上必須顯示為綠燈,可以讓后續列車緊追蹤運行,否則就不能成為移動閉塞系統。此時實際運用是以車載信號顯示為主,地面信號顯示被迫與車載信號顯示保持一致。

5 地面信號機平常滅燈方案優缺點

地面信號機滅燈方案,是指移動閉塞系統工作時,地面信號機為滅燈狀態;后備系統工作時,地面信號機轉為點燈狀態。此方案優點是移動閉塞系統以車載機車信號為主,地面信號機不參與顯示,一個進路閉塞分區內可以追蹤運行多列列車,避免了車-地信號顯示不一致,以及其他傳統聯鎖觀念問題,尤其是地面信號機燈絲斷絲時,影響移動閉塞正常運行的問題。但此方案平常信號機為滅燈狀態,當需轉為后備進路閉塞時,信號機應從滅燈狀態轉為點燈狀態,此時信號機燈絲有可能完好,也有可能因其他特殊原因接觸不良,造成該點燈時有可能不能點亮。另外,平常地面信號機一直處于滅燈狀態,司機已習慣于地面滅燈駕駛,在移動閉塞系統故障轉為后備系統工作時,若地面信號機該點亮而未能點亮,會給司機錯覺認識,仍然認為系統是工作在移動閉塞狀態,嚴重情況下會誤闖信號,造成不必要的損失。

6 2種方案比選

移動閉塞模式地面信號機采用點燈方案,可以實時檢查信號機燈絲狀態,做到地面信號機顯示與車載信號顯示含義基本一致,但不能做到完全相同。在地面信號機燈絲雙斷絲時,車載信號也需同步改為停車制動信息,否則即會造成車-地信息顯示含義不一致。當采用 LED光源信號機后,此矛盾也不會太突出。此時的主要問題是聯鎖進路范圍內存在多列列車緊追蹤時,防護信號機顯示問題。若顯示紅燈,則后續列車無法越過該防護信號機實現緊追蹤功能;若顯示綠燈,又不符合聯鎖邏輯檢查條件要求,且該綠燈顯示含義僅能代表前方進路準備完畢,前方進路范圍內若有道岔情況下,該道岔已轉到規定位置且道岔表示完好,但不能檢查該防護進路范圍內軌道空閑條件。該綠燈顯示僅代表前方道岔被鎖在直股位置,列車可以直向通過該信號機運行,但沒有任何速度指示含義,即使前方很近距離范圍內有車,該防護信號機也只能顯示綠燈(黃燈在地鐵定義為側向通過),故該方案地面信號顯示的含義,已不能完全與車載信號顯示含義相一致。一個聯鎖進路范圍內存有多列列車時,仍會給出綠色燈光信號,會給司機駕駛列車造成一定的錯覺,認為前方區段空閑,對安全運營不利。同時,列車司機要同時關注車載信號與地面信號,也會對司機造成困擾,不利于司機的正常駕駛。

移動閉塞模式地面信號機采用滅燈方案,可以避免上述一個聯鎖進路范圍內存有多列列車緊追蹤運行時,信號顯示難以確定的問題,直接以車載信號顯示指示司機駕駛列車運行。地面信號機滅燈并不代表就失去聯鎖邏輯檢查功能,只是不再配套地面信號機顯示,更加有利于移動閉塞系統獨立運營,避免了兩者顯示不一致。但由于信號機平常處于滅燈狀態,信號機燈絲完整性得不到有效及時檢查,有可能存在因燈絲斷絲而不能點燈問題。若采用 LED光源色燈信號機,燈絲斷絲問題也就不會經常出現。通過夜間停運時間,定期檢查信號機燈絲完好狀態,則可以防止出現信號機燈絲斷絲及線路斷線等類故障。且移動閉塞系統為主用系統,一般很少用到備用系統,即使出現移動閉塞系統故障轉為后備系統需點亮地面信號機時,若地面個別信號機無法點亮,此時本身已處于主用系統故障狀態,車載設備已失去 ATP保護 (后備點式 ATP除外)。只要制定嚴格規章制度,規定司機轉變駕駛模式,人工駕駛列車按地面信號機顯示運行,遇地面信號機故障,應視為禁止信號,經與值班調度聯系確認后,再低速越過該故障信號機,是可以解決信號機燈絲斷絲該亮而不亮之難題。為此目前有些線路已經采取后備系統增加點式應答器方式,在后備系統功能要求中,增加點式ATP/ATO保護,且具有闖紅燈防護功能,在地面信號機滅燈狀態,即使司機誤闖信號,車載點式 ATP設備也會采取必要的保護措施,確保行車安全。采取這些必要的措施后,移動閉塞系統地面信號機滅燈方案,對主用系統不存在影響,對后備系統也幾乎無影響。

7 結束語

新版 《地鐵設計規范》考慮到采用移動閉塞系統線路,目前既有地面信號機點燈方案,也有地面信號機滅燈方案,且已經共同存在,各設計單位做法也不完全一致,保留了兩者共存的條文,但明確規定車載信號為主體信號,地面信號顯示應與車載信號顯示含義相符。

建議新建地鐵線路信號系統在采用移動閉塞系統方案時,應配備地面信號機滅燈方案,信號機僅在主系統故障轉入后備系統時點亮,指示列車運行。

[1］ GB/T12758-2004城市軌道交通信號系統通用技術條件[S].中國國標,2004.

[2］ GB 50157-2003地鐵設計規范[S].北京:中國計劃出版社,2003.

[3］ 凌祝軍.CBTC系統中的聯鎖技術研究.鐵道通信信號[J].2009,45(9)12～14.