城市軌道交通互聯互通線路中列車跨線移交場景分析

左旭濤

(青島地鐵集團有限公司，266045，青島//高級工程師)

隨著我國城市軌道交通規模及網絡化發展，節約資源與共享資源將成為城市軌道交通未來的發展模式，互聯互通由此應運而生。根據《城市軌道交通基于通信的列車運行控制(CBTC)系統互聯互通系統規范》中的定義，互聯互通是指裝備不同信號廠家車載設備的列車可以在裝備不同信號廠家軌旁設備的一條軌道交通線路內或多條軌道交通線路上無縫互通，安全可靠運營。其實質是，在車載設備與軌旁設備分屬不同信號廠家的情況下，信號系統仍可安全可靠運營。其中，在信號系統設計過程中，要充分考慮邊界重疊區的設置以及跨線移交的多種可能場景。

1 邊界重疊區設置與切換原則

1.1 邊界重疊區設置原則

互聯互通線路在正線之間應設置重疊區，其ZC(區域控制器)邊界設計原則為：ZC邊界應設置在計軸點，且與聯鎖邊界相同；ZC邊界不應設置在折返區段中間(不含折返區段邊界)；ZC邊界不應設置在站臺區段中間(不含站臺區段邊界)；ZC邊界上/下行方向均應設置實體信號機或虛擬信號機；ZC子系統及ZC-ZC通信接口規范(線間)應支持相鄰ZC間設置有多個ZC邊界；ZC重疊區移交ZC管轄范圍應至少包括接管ZC管轄范圍內第一條進路的接近區段。

1.2 邊界重疊區切換原則

ZC切換重疊區原則為：每個ZC邊界點上行和下行方向定義一個ZC重疊區，并在電子地圖中進行定義；ZC切換重疊區的設置，應保證列車通過ZC邊界時不減速運行，具體長度應在工程階段確定；ZC切換重疊區的邊界點應為計軸點，同時考慮到接管ZC建立連接時間、列車常用制動距離，距離ZC邊界的長度應大于該距離；移交重疊區范圍應保證最不利情況下，列車不會在ZC超時時間內由移交重疊區外越過移交ZC邊界進入接管ZC；重疊區內計軸長度不應小于列車最大回退距離加懸垂距離。

對于互聯互通線路，由于列車長度、車輛參數等因素，各信號廠商應分別計算各自的ZC重疊區長度，然后取最大值為實際的移交ZC重疊區長度。圖1為典型的ZC重疊區布置方式。

2 列車跨線移交

車載ATP(列車自動保護)設備接收中央ATS(列車自動監控)下發的接管ZC信息，用于判斷是否進入移交ZC內定義的接管ZC的重疊區。如圖1所示，列車駛入1號線ZC的重疊區，如果列車是在2號線JZB站進行站后折返，但車載ATP設備根據ATS下發的接管ZC信息判斷列車未進入接管ZC的重疊區，則不會啟動列車跨線移交；如果列車要從2號線進入1號線，車載ATP設備根據ATS下發的接管ZC信息判斷列車進入接管ZC的重疊區，則啟動列車跨線移交過程。在列車跨線移交時，當通信列車的包絡完全進入移交ZC的重疊區域后，與接管ZC建立通信，隨后完全退出移交ZC的控制區域，同時主動中斷與移交ZC的通信。移交ZC與接管ZC將相互傳遞重疊區內的道岔信息、物理區段信息、列車信息、移動權限移交等數據信息。兩個相鄰邊界點只能有且僅有一列列車處于控制權切換過程中，追蹤列車應按抵近邊界點的順序進行控制權切換。

圖1 城市軌道交通信號系統典型的ZC重疊區布置方式

列車轉線作業時，系統應對進入本線路的列車自動分配列車號，對離開本線路的列車自動刪除列車號。車載 ATP設備應根據列車所處線路和線路內位置，與對應線路的CBTC 軌旁設備進行通信。兩條連續式列車控制級別線路間應設置移交邊界和移交重疊區，移交管理應符合以下要求：

(1) 列車進入移交重疊區后，車載 ATP 設備應同時與移交、接管線路的軌旁 ATP 設備建立通信，并根據列車是否越過移交邊界選擇采用移交/接管線路的軌旁 ATP 設備發送的移動授權信息；

(2) 移交、接管線路的軌旁 ATP 設備間應互傳線路狀態、列車位置等信息，并向車載 ATP 設備發送移動授權信息；

(3) 移交、接管線路的 ATS 設備間應互傳列車運行調整信息、列車運行監視信息、站場顯示信息；

(4) 移交、接管線路的聯鎖設備間應互傳跨線進路范圍內的軌旁設備狀態信息、進路狀態信息、進路控制命令，實現跨線進路安全防護和辦理；

(5) 列車進入移交重疊區后，車載 ATP 設備應同時與移交、接管線路的維護支持設備建立通信，并將維護相關信息發送給移交和接管線路的維護支持設備；

(6) 列車車載數據庫將同時包含需要跨線的兩條線路的資料，軌旁通信以及車地間通信的信息格式、定義及內容應滿足互聯互通規范。

3 列車跨線移交場景

場景1：CBTC列車從CBTC線路進入CBTC線路，與移交、接管ZC均通信良好。

CBTC列車安全包絡完全進入移交ZC重疊區范圍(見圖2)，列車注冊接管ZC，同時與移交、接管ZC建立通信。

圖2 CBTC列車安全包絡完全進入移交ZC重疊區范圍

移交ZC為列車計算的移動授權到達移交邊界(見圖3)，控制權移交開始。移交ZC向接管ZC發送的移交列車信息包含該列車，移交狀態信息中列車VID(車輛標識號)為該列車VID，如圖3所示。

圖3 移交ZC為列車計算的移動授權到達移交邊界

接管ZC收到移交ZC的移交狀態信息中包含該列車的“列車移交”狀態，接管ZC為列車計算移動授權(見圖4)。若移動授權可延伸進入接管ZC管轄范圍，接管ZC則向移交ZC發送“列車移交接管狀態”為“列車接管”，移交ZC將該列車的移動授權延伸進入接管ZC管轄范圍，最遠不能超過接管ZC的重疊區范圍，且不能越過接管ZC計算的移動授權終點。列車同時收到移交ZC和接管ZC發送的移動授權，但僅采用移交ZC的移動授權。

圖4 接管ZC收到移交ZC的移交狀態信息

列車向前運行，最大安全前端駛出移交ZC管轄范圍(見圖5)，移交ZC和接管ZC互發列車的移交狀態信息和移交列車信息，并均向列車發送移動授權。列車繼續使用移交ZC的移動授權。

列車安全包絡駛過移交邊界并完全駛出移交ZC管轄范圍后(見圖6)，列車斷開與移交ZC的通信。列車使用接管ZC的移動授權，完成列車跨線移交。

圖5 列車最大安全前端駛出移交ZC管轄范圍

圖6 列車安全包絡駛過移交邊界并完全駛出移交ZC管轄范圍

場景2：CBTC列車從CBTC線路進入CBTC線路，但未與接管ZC建立通信或丟失通信。

CBTC列車安全包絡完全進入移交ZC重疊區范圍，但只與移交ZC有通信而未與接管ZC建立通信或丟失通信(見圖7)。

圖7 CBTC列車安全包絡完全進入移交ZC重疊區范圍但未與接管ZC建立通信

移交ZC為列車計算的移動授權到達移交邊界前方(見圖8)。移交ZC向接管ZC發送的移交列車信息包含該列車，移交狀態信息中列車VID為該列車VID。

圖8 移交ZC為列車計算的移動授權到達移交邊界前方

接管ZC收到移交ZC的移交狀態信息中包含該列車的“列車移交”狀態，但列車未與接管ZC建立通信，接管ZC向移交ZC發送“列車移交接管狀態”為“禁止駛入”，列車移動授權終點仍只能到移交邊界(見圖9)。

列車向前運行，在最大安全前端靠近移動授權終點即移交邊界時，列車將停車。確認邊界信號機開放后，列車以RM(限制人工駕駛)模式向前行駛，若在邊界信號機主應答器處獲取點式移動授權則可升級為點式模式駛入接管ZC，如圖10所示。

圖9 列車移動授權終點只能到移交邊界

圖10 列車在最大安全前端靠近移動授權終點停車確認信號開放狀態

列車安全包絡駛過移交邊界，完全駛出移交ZC管轄范圍后，列車斷開與移交ZC的通信，接管ZC對該列車按照非通信列車進行追蹤。移交ZC和接管ZC均停發移交狀態信息，完成列車跨線移交，如圖11所示。

圖11 接管ZC對列車按照非通信列車進行追蹤

場景3：非CBTC列車從CBTC線路進入CBTC線路。

2.4 靜脈輸液風險環節及內容的確立 經過2輪專家咨詢后，最終確立了由9項1級指標、26項2級指標和66項3級指標構成的靜脈輸液風險環節及內容。見表1。

點式或RM列車安全包絡完全進入移交ZC重疊區范圍，但只與接管ZC有通信而不與移交ZC通信。移交ZC向接管ZC發送的移交狀態信息中接近列車ID為非通信列車默認ID，移交列車信息中列車狀態為非通信列車，如圖12所示。

圖12 列車只與接管ZC有通信而與移交ZC無通信

列車與接管ZC建立通信并向前行駛，在最大安全前端靠近移交邊界時，確認邊界信號機開放后，駛入接管ZC，如圖13所示。

圖13 列車與接管ZC建立通信并在最大安全前端靠近移交邊界時確認信號機開放狀態

列車安全包絡駛過移交邊界，完全駛出移交ZC管轄范圍后，保持與接管ZC的通信，根據接管ZC為列車計算的移動授權，列車可升級至CBTC模式。移交ZC和接管ZC均停發移交信息，完成列車跨線移交。

對于通信的非CBTC列車，因移交ZC不給列車發送移動授權信息，因此跨線時可以將此類列車作為非通信列車處理，與上述場景類似。

場景4：CBTC列車從CBTC線路進入CBTC線路，移交ZC和接管ZC通信未建立或通信丟失。

CBTC列車安全包絡完全進入移交ZC重疊區范圍，列車注冊接管ZC，同時與移交ZC和接管ZC建立通信。移交ZC為列車計算的移動授權到達移交邊界前方，移交ZC與接管ZC之間沒有互傳信息，如圖14所示。

圖14 移交ZC與接管ZC之間沒有互傳信息

列車向前運行，在最大安全前端靠近移動授權終點即移交邊界時，列車將停車。確認邊界信號機開放后，列車以RM模式向前行駛，如圖15所示。

圖15 列車根據邊界信號機開放狀態以RM模式向前行駛

場景5：非CBTC列車從非CBTC線路駛入CBTC線路。

此時，列車與移交ZC沒有通信，且移交ZC與接管ZC也沒有通信。進入重疊區后與接管ZC建立通信，并以點式或RM模式跨線，進入接管ZC區域后。當列車完全進入接管ZC管轄范圍后，根據接管ZC技術的移動授權，可升級成CBTC列車。

場景6：CBTC列車從CBTC線路駛入非CBTC線路。

此時，列車與接管ZC沒有通信，且移交ZC與接管ZC也沒有通信。CBTC列車進入重疊區后，根據移交ZC的移動授權在邊界信號機前停車，確認邊界信號機開放后，列車以RM模式向前行駛。若在邊界信號機主應答器處獲取點式移動授權則可升級為點式模式駛入跨線，進入接管ZC區域后，繼續以點式或RM模式行駛。

場景7：非CBTC列車從非CBTC線路駛入非CBTC線路。

此時，列車與移交ZC，列車與接管ZC，移交ZC與接管ZC均沒有通信。列車接近控區邊界，從邊界信號機的預告應答器更新點式授權后，確認信號機開放，以點式授權越過邊界信號機進入其他線路，此時列車可以保持點式模式駛入另一條點式線路。

4 結語

根據對互聯互通線路邊界重疊區域設置原則與切換原則的分析，以及對多種情況下列車跨線移交場景的分析，可以得出以下結論：基于互聯互通的列車跨線運行，應在信號系統設計之初，充分結合運營規章制度、各信號廠商信號系統的安全距離、車輛的特性、運營場景等進行設計，以確保列車在跨線移交過程中的安全性和可靠性。

目前，重慶已經開通了互聯互通線路，北京、青島、呼和浩特等城市也相繼開展了互聯互通研究。如果實現了真正意義上不同廠家之間、車載信號系統與地面信號系統之間互相兼容、互相“交流”，則可滿足乘客一站式“直達”需求，減少客流換乘壓力，降低城市軌道交通建設成本，大幅度提高車輛利用率和運營效率。