全自動運行線路不同編組列車運行時信號系統(tǒng)方案研究

郝瑞庭

中鐵通信信號勘測設(shè)計院有限公司 北京 100036

隨著我國城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市軌道交通建設(shè)得到了長足發(fā)展。截至2020年底，我國內(nèi)地已有45個城市累計開通城市軌道交通線路約7978km。但隨著城市規(guī)模的日益擴(kuò)大，線路的潮汐客流、初近遠(yuǎn)期客流均存在較大變化，其客流分布不均衡性十分顯著。越來越多的城市軌道交通線路提出了混合編組運行的需求，即根據(jù)客流變化采用不同編組列車上線運行的運營策略，以降低能耗、節(jié)約運營成本。本文提出全自動運行線路不同編組列車運行時信號系統(tǒng)的方案設(shè)計原則，并對具體技術(shù)應(yīng)對方案進(jìn)行分析研究。

1.概述

以某市一條在建的全自動運行線路為例，本線路列車編組方案為：初、近期采用4輛A型車編組運行，遠(yuǎn)期采用4輛A型車編組與6輛A型車編組混合運行；4輛編組列車長度為94.4m，6輛編組列車長度為140m。根據(jù)行車組織提供的列車編組方案，在線路進(jìn)入遠(yuǎn)期運營時，將存在兩種不同編組制式列車上線運行，其列車長度、重量、性能參數(shù)均不相同，列車的牽引制動曲線也不相同。車輛參數(shù)是信號系統(tǒng)進(jìn)行列車控制及系統(tǒng)設(shè)計的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，因此信號系統(tǒng)需采取必要的技術(shù)措施以適應(yīng)不同編組列車運行帶來的需求變化。

2.不同編組列車運行時信號系統(tǒng)設(shè)計原則

為滿足4編組和6編組列車混合運行的需求，信號系統(tǒng)技術(shù)方案應(yīng)符合以下設(shè)計原則：

（1）信號系統(tǒng)應(yīng)對不同編組列車在CBTC級別、聯(lián)鎖級運行時的控制和管理進(jìn)行整體一體化設(shè)計；

（2）不同編組列車的運行控制和管理應(yīng)使用相同的控制曲線策略、列車追蹤策略，保證列車控制的一致性，實現(xiàn)同一套軟件下不同編組列車的控制功能；

（3）防護(hù)區(qū)段設(shè)計應(yīng)按6輛編組列車考慮，以確保列車運行的安全性，同時可避免設(shè)置不同防護(hù)區(qū)段使系統(tǒng)過于復(fù)雜；

（4）軌旁設(shè)備、站臺設(shè)備的布置應(yīng)滿足不同編組列車運行時的對應(yīng)關(guān)系，應(yīng)兼容兩種列車運行需要；

（5）列車在站臺停車時，車載設(shè)備應(yīng)能準(zhǔn)確區(qū)分4/6編組列車，并向站臺門傳遞列車編組信息, 保證站臺門系統(tǒng)按照列車編組安全并準(zhǔn)確打開相應(yīng)門體，并能保證兩種不同編組列車均能實現(xiàn)精確停車以及對位隔離功能；

（6）信號系統(tǒng)宜按照4/6編組列車對站臺端停車設(shè)計，以統(tǒng)一停車點，簡化軌旁信號設(shè)備布置；

（7）車載軟件配置應(yīng)考慮兩種不同編組列車，應(yīng)能準(zhǔn)確識別并精確控制，滿足不同編組列車同時上線運行要求。

3.不同編組列車運行時信號系統(tǒng)方案研究

3.1 軌旁及站臺設(shè)備布置方案

當(dāng)列車在CBTC模式下運行時，地面區(qū)域控制器（ZC）根據(jù)列車位置、軌道區(qū)段占用狀態(tài)、聯(lián)鎖進(jìn)路狀態(tài)等實時計算列車移動授權(quán)，信號車載設(shè)備根據(jù)移動授權(quán)生成列車運行曲線控制列車運行。在設(shè)置有運營停車點處，如站臺、轉(zhuǎn)換軌、存車線等，需針對4編組及6編組混合運行需要來進(jìn)行軌旁及站臺設(shè)備的布置。軌旁設(shè)備布置方案如下：

（1）計軸及信號機(jī)

軌旁設(shè)備中計軸和信號機(jī)應(yīng)按照滿足6輛編組列車運行要求進(jìn)行設(shè)計，同時兼容4編組列車。采用該布置方案可在保證系統(tǒng)安全、滿足運營要求的基礎(chǔ)上，降低系統(tǒng)復(fù)雜度并節(jié)省成本。

（2）應(yīng)答器

根據(jù)應(yīng)答器設(shè)置區(qū)域，其布置方案如下：

1）轉(zhuǎn)換軌處輪徑校正應(yīng)答器及固定應(yīng)答器無需區(qū)分4/6編組列車進(jìn)行布置，可完全兼容。列車輪徑校正成功后獲取初始位置，運行至轉(zhuǎn)換軌同一停車點停車。

2）折返軌處應(yīng)答器布置應(yīng)考慮不同編組列車折返作業(yè)停車點位置，4/6編組列車應(yīng)分別按照4編組列車停車點和6編組列車停車點位置停車。固定應(yīng)答器、休眠喚醒應(yīng)答器（如有）布置應(yīng)滿足4編組和6編組列車運行及停放需求（如圖1所示）。

3）站臺軌處固定應(yīng)答器布置需考慮列車運行方向需求。對于單向運行站臺，在站內(nèi)連續(xù)布置若干固定應(yīng)答器作為ATO停車位置校正應(yīng)答器，滿足4/6編組列車單向精確停車；對于雙方向運行站臺，為實現(xiàn)4/6編組列車在站臺雙方向精確停車作業(yè)，其應(yīng)答器布置需考慮雙方向運行需要，如圖2為典型的雙方向運行站臺應(yīng)答器布置方案。

圖1 4/6編組列車在折返軌處設(shè)備布置圖

圖2 4/6編組列車在站臺軌處設(shè)備布置圖（雙方向）

（3）站臺設(shè)備

布置于站臺的清客確認(rèn)按鈕、站臺開門按鈕、站臺關(guān)門按鈕、緊急停車按鈕設(shè)置于站臺兩端及站臺中心，總計3處。4/6編組列車運行時至少有兩個按鈕與列車車身對應(yīng)，滿足運營需求。

無人折返按鈕及發(fā)車計時器布置位置均可滿足4/6編組列車運行及乘務(wù)人員需求，全自動運行線路可結(jié)合工程實際取消該兩種設(shè)備，其功能由車載設(shè)備完成。

3.2 與站臺門接口方案

3.2.1 站臺門控制方案

列車在CBTC模式運行時，車載ATP/ATO設(shè)備通過與計算機(jī)聯(lián)鎖（CI）設(shè)備的接口，發(fā)出控制命令，CI設(shè)備通過繼電接口實現(xiàn)對站臺門的開、關(guān)門控制，同時將狀態(tài)反饋給車載ATP/ATO設(shè)備。在不同編組列車混合運行時，CI設(shè)備與站臺門系統(tǒng)硬線接口信息中的開門信息需區(qū)分列車編組，其余接口信息與單一編組運行時一致。設(shè)置的兩個開門繼電器及其作用如下：

1）4編組開門繼電器（SKMJ）：平時落下，發(fā)送四編組車對應(yīng)站臺門開門命令時，CI驅(qū)動該繼電器吸起；

2）6編組開門繼電器（LKMJ）：平時落下，發(fā)送六編組車對應(yīng)站臺門開門命令時，CI驅(qū)動該繼電器吸起。

在4/6輛編組列車運行時，站臺門系統(tǒng)按照列車不同編組安全準(zhǔn)確打開相應(yīng)門體，在車載ATP/ATO設(shè)備與CI設(shè)備接口中增加了相應(yīng)編組信息碼位，具體接口信息如表1所示。

表1 車載ATP/ATO向CI輸出信息

3.2.2 對位隔離信息控制

在全自動運行線路，車門與站臺門應(yīng)實現(xiàn)故障對位隔離功能。當(dāng)車門/站臺門故障被隔離后，其對應(yīng)的站臺門/車門不應(yīng)打開。信號ATS子系統(tǒng)實時向站臺門系統(tǒng)報告車門故障信息，站臺門系統(tǒng)實時向ATS子系統(tǒng)發(fā)送站臺門故障信息。當(dāng)4編組與6編組列車混合運行時，其對位隔離應(yīng)能兼容兩種列車編組形式，因此，在系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)按照6編組列車對全線站臺門進(jìn)行統(tǒng)一編碼，確保每個站臺門編碼全線唯一。站臺門、車門編碼及對應(yīng)方式示意如圖3所示。

圖3 站臺門、車門編碼及對應(yīng)方式示意圖

3.3 車載軟件配置方案

不同編組列車采用的安全控制策略是完全相同的，針對4/6輛不同編組列車，只需將列車長度、系統(tǒng)緊急制動最小減速度等基本參數(shù)提取出來，作為不同的列車參數(shù)代入安全制動模型，即可計算出適用于本編組列車的緊急制動曲線。同樣，對于不同編組列車采用的列車自動駕駛閉環(huán)反饋模型也是相同的，根據(jù)列車運行前方停車點信息，代入不同編組列車的車輛加/減速度等性能參數(shù)，即可計算出適合本編組列車的ATO推薦速度曲線，實現(xiàn)本編組列車的高效、節(jié)能、舒適運行。

為滿足不同編組列車運行需求，信號系統(tǒng)需為每列車車載系統(tǒng)分配一個固定ID信息，進(jìn)行列車識別。列車車載設(shè)備喚醒或重啟后自動根據(jù)列車ID調(diào)用本列車的編組、車長、加速度以及線路配置等參數(shù)信息并自動加載，控制列車運行。

4.不同編組列車運行對全自動運行場景的影響分析

全自動運行系統(tǒng)列車按照時刻表進(jìn)行自動喚醒，完成自檢后進(jìn)入正線運營，并完成站間行駛、到站精準(zhǔn)停車、自動開閉車門、自動發(fā)車離站等一系列運營工作。當(dāng)不同編組列車混跑運行時，部分運行場景存在一定影響及變化。具體分析如表2所示。

表2 混跑對全自動運行場景的影響分析

5.結(jié)束語

全自動運行線路采用不同編組列車運行時，對車輛、信號、站臺門、通信等專業(yè)均產(chǎn)生一定影響、提出新的技術(shù)要求，其整體方案應(yīng)是一項系統(tǒng)性工程。通過上述分析，信號系統(tǒng)的相應(yīng)措施及技術(shù)方案是合理可行的，為列車混編運行提供了有效的安全技術(shù)保障。在系統(tǒng)設(shè)計及相關(guān)軟件編制時，應(yīng)充分考慮不同編組列車運行的需求，建議按照遠(yuǎn)期一次性完成設(shè)計，以減少遠(yuǎn)期對系統(tǒng)的適應(yīng)性改造工作量、減小對既有運營的影響并降低實施難度。