區(qū)域控制器障礙物區(qū)域防護方法研究

聶宇威，耿 鵬

(通號城市軌道交通技術有限公司，北京 100070)

1 概述

基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC 系統(tǒng)），若列車運行的軌道上出現(xiàn)障礙物， 司機采取了制動措施但列車速度過快沒能在碰撞到障礙物之前停下，障礙物有可能會被碰撞到相鄰軌道上；或列車因某種原因脫軌，也可能會影響相鄰軌道上的其他列車，對相鄰軌道上的其他列車的運行造成安全隱患。特別是在全自動無人駕駛（F A O）系統(tǒng)中，在無司機參與的情況下，線路上的障礙物更無法被及時發(fā)現(xiàn)。在某一列車檢測到線路上有障礙物，或檢測到列車自身脫軌時，障礙物區(qū)域防護系統(tǒng)提供了一種防護線路上其他列車安全運行的方法。

2 功能實現(xiàn)方法

2.1 障礙物判定方法

車輛設備上配置障礙物/脫軌防護檢測傳感器，在列車碰撞到障礙物或列車發(fā)生脫軌時，傳感器將采集到的信號第一時間傳遞給車載控制器，由車載控制器上報給區(qū)域控制器（Zone Contr ol，ZC）和調(diào)度中心列車綜合自動化系統(tǒng)。ZC 根據(jù)列車匯報的發(fā)生障礙物碰撞或列車脫軌的位置信息建立障礙物防護區(qū)域，并及時上報調(diào)度中心列車綜合自動化系統(tǒng)。調(diào)度中心根據(jù)列車車載控制器及ZC上報的障礙物相關信息，安排相關作業(yè)人員到事故現(xiàn)場處理。

2.2 障礙物防護區(qū)域建立方法

列車發(fā)生障礙物碰撞或列車脫軌事故時，ZC以列車發(fā)生事故的位置為中心，向列車期望運行方向的前方和后方各以一段距離（可分別配置）為半徑圈定建立障礙物防護區(qū)域。

2.2.1 建立防護區(qū)域影響鄰線運營

列車障礙物碰撞或列車脫軌若發(fā)生在單洞雙線、高架和地面共線等地點，障礙物可能會影響到鄰線的運營安全，障礙物防護區(qū)域的建立應考慮相鄰線路的情況。如圖1 所示，列車1 在下行站臺發(fā)生障礙物碰撞，ZC 按列車運行方向，向前向后建立障礙物防護區(qū)域，由于列車1 在站臺區(qū)域，前方是道岔區(qū)段，建立防護區(qū)域時充分考慮相鄰線路的情況，防護區(qū)域?qū)⑧従€也包含在內(nèi)。圖1 中紅色虛線劃定區(qū)域為障礙物防護區(qū)域。

圖1 站臺區(qū)域建立障礙物防護區(qū)域示意圖Fig.1 Schematic diagram of setting obstacle protection area in platform area

2.2.2 建立防護區(qū)域不影響鄰線運營

列車障礙物碰撞或列車脫軌若發(fā)生在單洞單線等線路條件下，障礙物不可能影響到鄰線的運營安全，障礙物防護區(qū)域的建立可不考慮相鄰線路的情況。如圖2 所示，紅色虛線劃定區(qū)域為障礙物防護區(qū)域。

圖2 單洞單線區(qū)域建立障礙物防護區(qū)域示意圖Fig.2 Schematic diagram of setting obstacle protection area in single line area of single tunnel

2.2.3 ZC邊界點附近建立防護區(qū)域

列車障礙物碰撞或列車脫軌發(fā)生在與相鄰ZC的邊界點附近時，本ZC 在管轄范圍內(nèi)建立障礙物防護區(qū)域的同時，應告知相鄰ZC 邊界點處需建立障礙物防護區(qū)域，相鄰ZC 在收到相關信息后，在自身管轄范圍內(nèi)也建立因該列車引起的障礙物防護區(qū)域。如圖3 所示，紅色虛線至邊界點之間的區(qū)域為ZC2 建立的障礙物防護區(qū)域，藍色虛線至邊界點之間的區(qū)域為ZC1 建立的障礙物防護區(qū)域。

同樣的，如果ZC 邊界點在站臺附近，鄰線也可能受到影響，也需要按照上述方法在兩個ZC 的各自管轄范圍內(nèi)兩條線路上均建立障礙物防護區(qū)域。

2.3 障礙物防護區(qū)域列車管理方法

2.3.1 防護區(qū)域內(nèi)的列車

ZC 建立障礙物防護區(qū)域后，對于處在防護區(qū)域內(nèi)的列車（列車安全包絡完全在防護區(qū)域內(nèi)的列車，以及列車安全包絡與防護區(qū)域有重疊部分的列車）實施緊急制動。

2.3.2 防護區(qū)域外的列車

ZC 建立障礙物防護區(qū)域后，對于處在防護區(qū)域以外的列車（列車安全包絡與防護區(qū)域無任何重疊部分）按移動授權正常運行，ZC 為其計算的移動授權不能延伸進入障礙物防護區(qū)域。若列車由于慣性，未在障礙物防護區(qū)域外停下，沖進防護區(qū)域后，ZC 按防護區(qū)域內(nèi)的列車處理，實施緊急制動。

2.3.3 站間運行管理

ZC 建立障礙物防護區(qū)域后，對于即將駛?cè)朐搮^(qū)域已經(jīng)出站的列車，按上述方式移動授權不能延伸進入障礙物防護區(qū)域；對于即將駛?cè)朐搮^(qū)域尚未出站的列車，移動授權終點保持在站臺內(nèi)，不延伸進入?yún)^(qū)間線路。

圖3 移交邊界區(qū)域建立障礙物防護區(qū)域示意圖Fig.3 Schematic diagram of setting obstacle protection area in handover boundary area

圖4 站臺區(qū)域障礙物區(qū)域防護方法示意圖Fig.4 Schematic diagram of obstacle area protection method in platform area

如圖4 所示，紅色列車觸發(fā)障礙物防護區(qū)域?qū)嵤┚o急制動，其他三列車根據(jù)位置不同采取不同的處理方式。線路圖左側(cè)站臺下行線的列車運行方向為駛離障礙物防護區(qū)域的方向，且該列車不在該障礙物防護區(qū)域內(nèi)，故不受任何影響，依據(jù)ZC 提供的移動授權正常行駛。上行線在障礙物防護區(qū)域內(nèi)的列車，采取緊急制動措施，在障礙物防護區(qū)域解除之前制動不可緩解。線路圖左側(cè)站臺上行線的列車運行方向為駛向障礙物防護區(qū)域的方向，ZC 為該列車計算的移動授權應不延伸進入障礙物防護區(qū)域，特別的是當該列車在站臺停準停穩(wěn)后，ZC 為該列車計算的移動授權應不超出站臺區(qū)域，扣車在該站臺直到障礙物防護區(qū)域解除。

如圖5 所示，紅色列車觸發(fā)障礙物防護區(qū)域?qū)嵤┚o急制動，由于位置是在單洞單線內(nèi)，對相鄰線路不產(chǎn)生任何影響，故上行線路的列車依據(jù)ZC 提供的移動授權正常行駛。

圖5 單洞單線區(qū)域障礙物區(qū)域防護方法示意圖Fig.5 Schematic diagram of obstacle area protection method in single line area of single tunnel

2.3.4 解除障礙物防護區(qū)域后

ZC 解除障礙物防護區(qū)域后，原障礙物防護區(qū)域內(nèi)的列車按移動授權正常運行，其他未進入障礙物防護區(qū)域的列車，移動授權暫時不延伸進入原障礙物防護區(qū)域，待原障礙物防護區(qū)域內(nèi)列車均離開后，再延伸進入該障礙物防護區(qū)域。之后，所有列車按移動授權正常運行。

2.4 障礙物防護區(qū)域解除方法

障礙物防護區(qū)域須有調(diào)度人員確認安全方可解除。

2.4.1 本ZC建立的防護區(qū)域

本ZC 建立障礙物防護區(qū)域后，上報行車綜合自動化系統(tǒng)（Tr ain Integr ation Automatic System，TIAS）本ZC 管轄范圍內(nèi)的所有障礙物防護區(qū)域，TIAS 車輛調(diào)和行調(diào)界面進行報警，通過站內(nèi)和區(qū)間CCTV 查看現(xiàn)場情況，協(xié)調(diào)工作人員到事發(fā)地點現(xiàn)場處理。工作人員現(xiàn)場清除障礙物，并確認線路上沒有遺留障礙物時，復位障礙物脫軌檢測傳感器。調(diào)度人員確認現(xiàn)場故障解除以及線路上沒有作業(yè)人員且具備繼續(xù)運營的條件后，TIAS 通過二次命令方式與ZC 交互，解除障礙物防護區(qū)域。車輛通過司機人工確認解除緊急制動后，人工打開鑰匙后重新升級為FA M 模式發(fā)車。

2.4.2 相鄰ZC建立的防護區(qū)域

因相鄰ZC 在移交邊界點附近建立的障礙物防護區(qū)域，在相鄰ZC 解除該障礙物防護區(qū)域后，本ZC 管轄范圍內(nèi)的障礙物防護區(qū)域自動解除。

3 結束語

ZC 是CBTC 系統(tǒng)的核心設備，核心功能是為列車計算移動授權，實現(xiàn)移動閉塞列車追蹤。運營線路上出現(xiàn)障礙物或列車意外脫軌的情況，對本線及鄰線的運營安全構成威脅。本文提出的基于區(qū)域控制器的障礙物區(qū)域防護方法，通過建立防護區(qū)域封鎖區(qū)域的方式，保障前后列車及鄰線列車的運行安全，提高了CBTC 系統(tǒng)，特別是FA O 系統(tǒng)運行的安全。