城市軌道交通信號系統目標-距離型后備模式的設計原理比較分析

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)

城市軌道交通信號系統目標-距離型后備模式的設計原理比較分析

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-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)系統降級情況下的主流模式。介紹了目前城市軌道交通項目應用的3種不同目標-距離后備模式(標準后備模式、設置防丟屬性信標的后備模式、增強型后備模式),比較了不同后備模式信息流特點,對不同后備模式的優缺點進行了分析,指出需從實用性、經濟性上綜合考慮,并結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; 目標-距離后備模式; 防護原理; 信息流

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

城市軌道交通信號系統主要由聯鎖子系統、自動監控子系統、數據通信子系統、維護監測子系統和列車自動控制子系統等構成。聯鎖子系統主要實現列車進路上軌道區段、道岔、信號機之間的正確聯鎖關系和進路控制,同時負責和編碼器接口,在目標-距離型后備模式中使列車通過信標獲得信號機和道岔的狀態信息。自動監控子系統主要使調度人員利用計劃時刻表等方式對線路上列車資源進行管理。數據通信子系統是CBTC (基于通信的列車控制)模式下信號系統數據傳輸的通道,使各子系統的信息能夠交互。維護監測子系統收集其它子系統的報警信息,實現對軌道交通系統的遠程集中監測和維護管理。自動控制子系統是城市軌道交通系統的核心,為線路上列車提供安全防護及監控。

目標-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系統開通后,當數據通信子系統故障必須依賴后備模式才能維持軌道交通系統繼續運行時,將故障的影響降到最低,并可滿足一定的運營間隔要求。

本文從應用設計的角度對目前城市軌道交通系統中存在的不同類型的目標-距離型后備模式的原理進行介紹及優缺點分析,以便城市軌道交通建設者能夠合理地選擇不同的目標-距離型后備模式。

1 不同類型的目標-距離型后備模式的原理及優缺點

1.1 標準后備模式

1.1.1 標準后備模式的原理

標準后備模式下,聯鎖子系統通過繼電器采集軌旁信號機和道岔的狀態信息,并將相關信息發送給編碼器,編碼器將信號機和道岔的狀態信息發送給軌旁有源信標;列車從軌旁分散布置的有源信標獲得運行授權以及更新定位等,車載設備連續、實時地計算允許的最大運行速度,并在司機操作面板上顯示;當列車速度超過最大允許速度時,系統設備實施緊急制動。因此,運行安全是由設備保障的。其整個信號傳遞過程如圖1所示。

注:?～④為信號傳遞順序;區域控制器給聯鎖子系統發送信號取消信息,控制現場信號機的顯示

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

1.1.2 標準后備模式的優缺點

從工程實施經驗來看,標準后備模式具有以下優缺點:

(1) 在標準后備模式下,列車必須經過信號機前方的有源信標才能獲得下一個區間的授權速度碼,也就是說,標準后備模式是使用開口速度的方式實現列車的闖紅燈防護。

(2) 在標準后備模式下,為實現列車的初始化,列車通過初始化信標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才能實現,工程車的長度嚴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營時段上線,給工程車裝載ATP[2]的呼聲也越來越高。

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

1.2 設置防丟屬性信標的后備模式

1.2.1 防丟屬性信標的需求來源

在標準后備模式下,列車無法實時從系統獲得移動授權點,只有在經過信號機前方的有源信標時才能獲得下一個區間的授權速度碼,文獻[3]詳細介紹了列車闖紅燈防護功能需求。本文對點式ATP信息傳輸過程進行簡單介紹。

如圖2所示,正常情況下列車從信標1讀取信號機S1的狀態,目標-距離線防護終點是S2信號機,EB(緊急制動)線計算防護終點為SDD4末端;當列車通過信標2時,在該點處更新變量狀態,讀取信號機2的狀態,確定繼續保持當前速度運行或停在信號機S2前;當列車通過信標3時,重新更新變量狀態,確定繼續保持當前速度運行或停在信號機S2前。

圖2 后備系統有源信標信息傳遞圖

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

(1) 丟掉了信標1或信標3、信標4的變量信息;

(2) 丟掉了信標2中的變量信息。

當丟掉信標3的變量信息時,假設信標2中S2信號機為允許狀態,S3信號機為允許狀態,但值班員取消了信號機S3防護的進路,S2信號機變成了禁止狀態,此時列車需在S3前停車,但由于信標3變量信息丟失,變量無法更新,導致在變量有效期內,ATP系統認為S3仍為允許狀態,從而發生列車闖紅燈的情況。當信標2丟失時,由于列車還可利用信標3來更新變量狀態,因此不會出現列車闖紅燈的問題。

為防止因丟失信標而出現的列車闖紅燈現象,設計了信標的防丟屬性。

1.2.2 設置防丟屬性信標后備模式的優點

防丟屬性信標后備模式的設計原理如圖3所示。

圖3 防丟信標原理圖

首先根據信號機前列車自動控制系統的信標布置,考慮列車通過信標時的速度、定位誤差、信標到天線的距離及相應的車載計算周期、不同的加速度率等因素,計算出信標到關鍵區域的距離;然后由系統工具計算關鍵區域的長度,當列車通過防丟信標進入關鍵區域內變量依然沒有更新,系統會觸發緊急制動使列車停下來。

設置防丟信標的后備模式很好地規避了標準后備模式的問題,在車載丟信標后,其利用固定設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丟失的響應時間,完善了防護功能。

1.3 增強型后備模式

1.3.1 增強型后備模式的原理

增強型后備模式的原理和結構與標準后備模式基本一樣,但增強型后備模式在站臺區域及其它一些地方增加了無線覆蓋區域,使得變量在該區域能夠連續傳輸,車載控制器和聯鎖子系統之間能夠通過無線直接進行相關信息的傳輸,如圖4所示。

圖4 增強型后備模式無線覆蓋區域示意圖

與標準型后備模式相比,增強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表示聯鎖子系統將信號機和道岔狀態信息通過無線網絡發送給數據通信設備并通過數據通信設備獲取車載控制器發送來的停穩信息;⑥表示數據通信設備將信號機和道岔狀態信息通過無線網絡連續發送給車載控制器。

注:?～⑥為信息傳遞順序

1.3.2 增強型后備模式優點

由于設置了無線覆蓋區域,增加了控制中心和聯鎖子系統的直接接口,使得增強型后備模式具有以下優點:

(1) 列車在不移動的情況下可實現后備模式的初始化;

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

(3) 信號機由允許信號變成禁止信號后,可提前獲取前方信號機的禁止狀態;

(4) 允許防護區段快速解鎖。

2 結語

綜上所述,標準后備模式結構最簡單,基本滿足了在CBTC系統故障的情況下偶爾降級使用的功能需求;增強型后備模式完善了標準后備模式的多種功能,克服了標準后備模式的不足之處,但其架構比標準后備模式復雜,聯鎖子系統傳輸的信息量增大,設備及投資比標準后備模式大,比較適合后備模式和CBTC系統開通年限相差比較大的項目;帶防丟屬性的后備模式比標準后備模式功能有所完善,設備投資基本一致,復雜程度增大,比增強型后備模式節省了設備投資,但功能沒有增強型后備模式完善。

因此,需從實用性、經濟性上綜合考慮,結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下后備模式的選擇與應用[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設備的應用[J].鐵道通信信號,2014,50(8):42-44.

[3] 弓劍.城市軌道交通點式列車自動防護下的防闖功能及站臺屏蔽門聯動功能的優化設計[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)