地鐵列車輔助預警系統

高鵬超

摘要：城市軌道交通信號系統故障情況下的運營效率和安全無法保障，如果能有一套列車輔助預警系統能在信號系統故障情況下輔助司機駕駛列車或者行調組織管理列車，會大幅提高運營效率并保障行車安全。文中介紹了采用列車輔助預警系統的必要性、功能需求和關鍵技術等內容，希望能為地鐵運營效率和安全提升提供參考。

關鍵詞：地鐵列車；信號故障；輔助預警；運輸效率提升

中圖分類號：U298 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6487 （2018） 01-0100-02

0 引言

城市軌道交通信號系統是實現列車快速、高密度、有序運行的關鍵系統，是城市軌道交通調度指揮和安全運營的中樞神經。信號系統雖然可靠性較高，但作為一種系統設備，其必然存在自身設備故障、人員誤操作等故障情況，在信號系統出現故障時，司機人工駕駛或行車調度組織管理行車效率低下，且不能保證行車安全，此時如果能有一套輔助系統，在信號系統故障時提供給司機或者行車調度所需重要信息，輔助其進行行車或者組織管理工作，保障行車安全和效率，提高運營服務水平，顯得越來越具有現實意義。

1 必要性分析

隨著城市軌道交通線路網絡化運營的快速發展，對城市軌道交通的載客能力要求越來越高。信號系統是保障行車效率和安全的關鍵系統，信號系統列車自動控制系統（ATc系統）分為ATP子系統、ATO子系統、ATS子系統以及聯鎖子系統。其中ATP子系統的主要功能是監督及控制列車在安全狀態下運行，實現超速和運行間隔等安全防護；ATO子系統是在ATP防護下，實現列車自動駕駛，確保達到計劃的行車間隔和旅行速度；ATS子系統是實現對運行列車的監督和控制，并輔助調度人員對全線列車進行管理；聯鎖子系統是實現道岔、信號機、計軸間的正確邏輯關系及進路控制的安全設備，是確保行車安全的基礎設備[1]。

在實際運營中，難免會出現一些信號系統故障，會對運營造成不同程度的影響。對行車效率及安全存在較大隱患的情況主要有以下兩種。

1.1 車載信號ATP切除情況下的行車問題

ATP子系統分為車載ATP和軌旁ATP，如果由于某種原因造成行車過程中車載ATP不能正常使用，如車載ATP設備故障、正線信號電源故障等情況，根據信號系統的故障導向安全設計原則往往會導致信號行車模式無法正常投入，為使故障對運營的影響降至最低，一般會采取切除ATP模式由司機人工駕駛列車。切除ATP后系統不提供任何保護，行車完全由司機人工操控，人工駕駛因人而異，經常會出現對前車距離、道岔位置、彎道以及進站停車精度等控車要素的判斷和識別出現偏差，會大幅影響運營效率，且行車安全無法保證。

1.2在故障時人工組織行車啟動過程緩慢問題

在發生較大信號系統故障情況下，如正線信號電源故障、聯鎖子系統故障、軌旁ATP子系統故障時，往往會造成整個聯鎖區信號系統無法正常工作，此時整個聯鎖區內的列車均不能正常投入信號模式，會引發列車大面積晚點，這種情況下往往會啟用電話閉塞無法行車。電話閉塞法行車啟動時，行調需要耗費較長時間與司機、車站人員共同核對列車位置以及掌握列車周圍環境，這樣便帶來了相當長的一段運營恢復期，效率低且安全性差。

基于以上兩種情況，如果能在信號ATP切除時輔助司機進行列車駕駛，避免人為失誤造成追尾、闖紅燈信號、擠岔等故障的發生；或者在出現大范圍信號故障或電話閉塞啟動前輔助行調進行列車位置、數量以及各列車周圍環境確認，確保及時組織恢復運營。以此來提升運營效率及安全，顯得越來越具有必要性。

2 國內市場現狀

目前，國內關于列車輔助預警系統的應用尚處于初步階段，國內各城市軌道交通公司中，在運營線路安裝列車輔助預警系統設備的主要為上海地鐵。2011年上海10號線發生追尾擦碰事故后，為了預防該類事故的再次發生，上海地鐵多條線路陸續安裝了列車輔助預警系統，其主要功能是防撞，當存在追尾或障礙物碰撞等重大安全隱患時，可以提前進行預警，為列車運行提供安全保障。

目前，國內部分城市軌道交通公司對列車輔助預警系統逐漸重視起來，也積極參與到該系統的試用或測試當中，如：北京、成都等部分地鐵線路。國內研究該系統的廠家也越來越多，但其產品大多處于研究或測試階段，應用到實際運營中的情況較少。

3 主要功能需求

列車輔助預警系統是一種在信號系統故障時的后備應用，主要是輔助司機駕駛列車或者行調組織管理列車。因此，其主要功能可分為以下幾類：（1）在車載ATP切除情況下，能實時檢測同一軌道前方列車距離、道岔區域距離、信號機顯示（如有）等關鍵點（見圖1），并給出司機相應的距離、限速等提示信息和不同等級報警信息，其功能不受對向運行列車的干擾；（2）能識別線路上列車位置、數量，以及列車周圍環境等信息給中央行車調度，輔助其在大面積信號故障時組織和管理列車；（3）能夠對系統工作狀態進行日志記錄，同時系統具有自診斷功能。

4 關鍵技術分析

針對地鐵列車輔助預警系統的特點，采用適當的技術會提高系統的可用性、穩定性和安全性。

4.1 多傳感器融合技術

采用高精度、高可靠性、多功能的視覺采集和雷達設備相融合的方式，通過視覺感知及雷達測距對前方環境實時探測，對場景進行分析，通過一定的邏輯算法，深度分析前方隱患，給出安全預警信息[2]。

4.2

RFID定位識別技術

無線射頻識別RFID技術通過無線射頻識別特定目標并讀寫相關數據至設定標簽，針對地鐵特殊的運行條件，基于RFID的信號探測技術可采用前后車應答或者車地應答的列車定位探測方法，可準確追蹤和探測列車位置和距離，確保定位準確性及可靠性[3]。

4.3雷達二次測距技術

采用先進的雷達二次測距技術，實現問詢、應答一體化模式，可在前方車頭和后方車尾間建立通信，這樣在彎曲隧道或高架段，可在車與車之間建立應答通信，以確保測距的準確和可靠，確保安全行車。

5 結束語

地鐵列車輔助預警系統目前只在國內少數地鐵線路應用，隨著各地地鐵線路的增多，運營壓力的增大，為了避免信號系統故障造成的運輸效率低和安全無法保證問題，列車輔助預警系統會受到足夠重視，越來越多的地鐵線路會引入使用該系統，以確保正常運營。

參考文獻

[1] 鞠麗麗，李軍，梁如軍，等.地鐵列車輔助追蹤預警系統設計方案[J].現代城市軌道交通，2016（4）：15 -18.

[2] 鄭策.列車防撞輔助預警系統的研究與實現[D].北京：北京交通大學，2015.

[3] 周巧蓮.城市軌道交通列車輔助防撞系統方案研究[J].城市軌道交通研究，2014（1）：18 22.