SelTrac? CBTC 2.0中的自動化車輛段列車調度功能設計

李際俊

（上海電氣泰雷茲交通自動化系統有限公司，上海 201206）

全自動無人駕駛系統（Full Automatic Operation，FAO）是基于現代計算機、通信、控制和系統集成等技術實現列車運行全過程自動化的新一代城市軌道交通系統，是系統自動化程度的最高等級。FAO與傳統駕駛系統相比，具有優化人力資源配置、降低運營人員勞動強度、提升系統安全性、提高系統可靠性、提升運營能力等優勢。FAO滿足IEC 62290國際標準中的GoA4級標準，車輛從喚醒到自檢、出庫、停站、開/關門、發車、回庫、休眠、洗車等全過程由控制中心自動控制，無需司機參與，實現全自動運行，與傳統的CBTC系統有明顯區別。

FAO列車在車輛段/停車場需實現自動喚醒、自動休眠、自動出/入庫、自動洗車、控制區域自動駕駛、全自動調車等功能。本文重點闡述SelTrac?CBTC 2.0中的自動化車輛段功能設計。

1 列車自動出庫

1.1 車輛段用車計劃

車輛段用車計劃是車輛段調度員制定的每日上線列車及備車計劃。其內容包括以下幾點。

1）列車當日可用狀態，包括：

可用：列車可被自動出庫；

不可用：列車不可被自動出庫；

備用車：在可用車數量不足時，系統將自動選擇備用車自動出庫。

2）列車是否早高峰回庫。

3）列車回庫是否優先進入維護股道。

4）列車回庫目的地（在線路有兩個或多個車輛段情況下）。

對于每列車的用車計劃，其在列車出庫后不能再被車輛段調度員修改，在列車回庫后自動清除。車輛段用車計劃是車輛段列車出庫計劃的基礎輸入。

1.2 列車自動出庫

在每日運營開始前，系統根據當日時刻表和車輛段列車用車計劃，自動編排列車出庫計劃。如圖1所示為分配出庫計劃的列車。

圖1 車輛段列車出庫計劃Fig.1 Depot train launch plan

在列車完成自動喚醒后，系統根據可用車計劃搜索車輛段存車線內的可用列車和備用車，根據一定的列車出庫策略，將車輛段內列車和時刻表班次關聯，即完成列車出庫計劃的自動排列。列車出庫計劃關聯車輛段列車和正線時刻表班次，通過正線班次計劃投入時刻倒推得到列車在車輛段的發車時刻。

在車輛段列車發車之前，車輛段調度可通過列車自動監控系統（ATS）命令人工修改該列車出庫計劃。或者通過計劃重排命令重新排列車輛段所有列車出庫計劃。

車輛段列車計劃發車時刻到達后，ATS自動根據車輛段列車位置，所關聯班次投入點和車輛段內信號設施情況，自動排列列車進路，完成車輛段列車自動出庫。

1.3 列車出庫策略

車輛段列車可被自動分配出庫計劃，需滿足以下條件。

1）用車計劃中該列車被定義為可用車或備用車；

2）列車當前沒有其他分配；

3）列車在存車線停準；

4）列車模式為全自動運行模式（FAM）；

5）列車自動喚醒和自檢狀態正常；

6）列車沒有被前方列車阻擋。

當列車在如下條件下，認為該列車被阻擋，即無法自動分配出庫計劃：

7）前方列車在用車計劃被定義為不可用列車；

8）前方列車模式不是FAM；

9）前方列車自檢或喚醒狀態為失敗；

10）前方列車關聯班次的發車時間在本列車關聯班次之后。

ATS實時收集車輛段內列車狀態和位置，根據正線計劃時刻表投入點位置和投入時間順序，以及一定的出庫策略完成列車出庫計劃。一般的AB股存車股道的車輛段，其典型的出庫策略包括: A列位優先，同股道優先。

1.3.1 A列位優先

A列位優先策略，是指在進行車輛段列車班次關聯時，其預期發車順序為: 總是優先A列位列車先發車，在A列位列車全部發車完成后進行B列位列車發車，如圖2所示。

圖2 A列位優先策略Fig.2 A lane priority launch strategy

1.3.2 同股道優先

同股道優先策略是指，車輛段列車預期發車順序為對于各個車輛段存車股道，先進行該存車股道A列位列車發車，再進行B列位列車發車。在該存車股道兩列車都發車完成后，進行下一股道列車發車。

在給定出庫策略的情況下，列車出庫計劃算法步驟如圖3所示。

圖3 列車出庫計劃自動編排流程Fig.3 Automatic depot train launch process

車輛段用車計劃中，指定回庫目的地車輛段列車具有最高優先級，系統優先匹配符合條件的班次，若有多列車指定回庫目的地，按照出庫策略排序。

車輛段用車計劃中，指定早高峰回庫列車具有第二優先級，系統匹配剩余未分配班次。若有多列車指定早高峰回庫，系統按照出庫策略排序。

系統對車輛段用車計劃中剩余未匹配可用列車，按出庫策略排序自動匹配班次。

若尚有未分配列車的班次，系統按出庫策略分配備用列車。

2 列車自動回庫

自動化車輛段需實現列車自動回庫功能，即對于結束計劃運營的列車，在清客確認后根據既定回庫策略回到車輛段相應位置。

2.1 列車回庫流程

列車自動回庫的輸入條件包括列車回庫計劃、車輛段用車計劃和洗車計劃，如圖4所示。

圖4 列車自動回庫流程Fig.4 Automatic depot train stabling process

列車回庫計劃提供車輛段調度員輸入指定班次對應回庫股道。根據列車回庫計劃，若該班次列車由調度員指定，則該列車優先回指定股道。若指定股道不可用，則根據回庫策略自動選擇存車股道。

根據車輛段用車計劃，若為計劃維護列車，則該列車優先回檢修股道。根據洗車計劃，若為計劃洗車列車，則該列車優先進洗車線進行自動洗車作業。洗車完成后折返回到相應存車股道。

若該列車未指定維護計劃或洗車計劃，則根據既定回庫策略，該列車自動回到相應存車股道。

2.2 列車回庫策略

采用“之字形”回庫策略。“之字形”回庫策略是指：回庫列車優先回存車股道B列位，后續列車回該存車股道A列位。上一存車股道填滿后下一存車股道同樣采用先B列位后A列位的回庫順序，如圖5所示。

圖5 “之字形”回庫策略Fig.5 Zig-zag stabling strategy

“之字形”回庫策略有以下優點：若前后回庫列車距離較近，在FAM模式下前后列車聯鎖進路相同，列車可前后追蹤回庫，沒有聯鎖進路沖突和道岔搬動過程，有效提高回庫效率；上、下存車線依次回庫可在較短時間內填滿SPKS區域，方便維護股道等區域的收車后人工作業。

2.3 列車回庫沖突

ATS在組織列車回庫時，需考慮列車回庫目的地沖突，包括：前后列車指定同一目的地（存車股道），前序列車回到外側股道而后序列車目的地為內側股道，車輛段內有正在進行出庫、調車等作業的反向進路列車。因此當車輛段內存車股道滿足以下條件時可進行自動回庫。

1）存車股道空閑；

2）存車股道未人工關閉；

3）存車股道前方沒有故障道岔；

4）對于內側存車股道，其外側股道沒有列車占有；

5）對于內側存車股道，其外側股道沒有正在回庫過程并即將到達的列車；

6）列車回庫路徑中沒有反向進路列車。

3 小結

在FAO線路中及目前既有運營的線路，自動化車輛段列車出、入庫能力是系統能力的瓶頸區域，如何提高自動化車輛段區域行車效率對于城市軌道交通行車工作具有十分重要的意義。SelTrac?CBTC 2.0系統的自動化車輛段列車調度功能綜合考慮多種影響因素，合理安排多列列車出、入庫沖突，避免多列列車在自動出、入庫時可能會導致阻塞或死鎖等情況的發生，從而提高系統運營效率，提高線路服務水平。