天津地鐵2號線列車ATO模式下精確停車的實現(xiàn)

劉 洋

（天津地鐵運營有限公司，助理工程師，天津 300222）

近年來，我國城市軌道交通技術(shù)飛速發(fā)展，由于城市軌道交通具有快速、準時、安全、舒適的特點，很多大中型城市已經(jīng)建立了多條城市軌道交通線路〔1〕。隨著CBTC（Communication Based Train Control System，基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)）技術(shù)廣泛運用于城市軌道交通系統(tǒng)中，很多城市的城軌列車都以ATO（Automatic Train Operation，列車自動駕駛）模式運行，以降低司機的工作強度，保證列車高效運行〔2〕。

然而在實際的運行過程中，由于列車以ATO模式運行，司機并不參與進站停車的操作，所以ATO系統(tǒng)需要自動控制列車在進站時準確地?？吭谡九_旁，使乘客能夠順利上下車〔3〕。由于目前城軌的列車運營密度較大，如果列車進站停車位置不精確，會直接影響到列車的準點運行。而且在有屏蔽門的車站，列車停車位置不準確，會導(dǎo)致列車與車站屏蔽門不能精確對位，影響乘客順利上下車〔4，5〕。

本文根據(jù)目前天津地鐵二號線的系統(tǒng)工作原理以及列車實際運行狀況，針對列車ATO模式如何實現(xiàn)進站精確停車問題進行探討，并對列車未精確停車故障進行分析并提出解決方案。

1 ATO系統(tǒng)的停車控制原理

車站精確停車功能是信號ATO子系統(tǒng)的一項重要功能，實現(xiàn)這一功能需要的控制過程為：

1）列 車 通 過 VATP（Vehicle Automatic Train Protection，車載列車自動防護系統(tǒng)）設(shè)備來測量列車的行駛速度。在列車行駛過程中，安裝在車軸上的測速電機和安裝在列車底部的多普勒雷達，均可以用來測量列車行駛的速度，保證速度測量的準確性。

2）列車通過安裝在列車底部的信標讀取器讀取設(shè)置在沿線區(qū)間中軌旁信標的信息來完成列車的精確定位功能。信標是一種包含有“位置數(shù)據(jù)”的裝置，其工作頻率是2.4 GHz，向VATC（Vehicle Automatic Train Control，車載列車自動控制系統(tǒng)）提供區(qū)域ID、列車區(qū)段位移等信息。

3）VATP的線路數(shù)據(jù)庫中擁有各地面信標的位置，根據(jù)信標的信息，VATP能知道列車在線路上的位置，并與測速系統(tǒng)一起實現(xiàn)列車的精確定位。然后將信息通過TWC（Train to Wayside，軌旁通信）子系統(tǒng)向 RATP（Region Automatic Train Protection，區(qū)域列車自動防護系統(tǒng)）發(fā)送位置報告。RATO（Region Automatic Train Operation，區(qū)域列車自動運行系統(tǒng)）通過RATP間接地接收來自列車的信息，當列車沿路線行駛時，不斷讀取信標，定期更新并報告其位置的信息。

4）RATO 向 VATO（Vehicle Automatic Train Operation，區(qū)域列車自動運行系統(tǒng)）發(fā)送列車的進路和目的地等信息。VATO確定列車的當前位置、速度和列車的目標?？课恢弥g的距離，使用這一距離來編制車站停車減速曲線。車站停車曲線見圖1所示。

圖1 車站停車曲線示意圖

2 影響停車精度的主要因素

在進站停車階段，影響列車精確停車的因素有很多，如電空制動的切換速度，列車制動的參數(shù)等等。而在信號系統(tǒng)本身，主要影響列車停車精度的因素有以下3個方面。

2.1 列車速度測量的精確性 精確地測量出列車的瞬時速度和加速度，是提高站停精度的一個重要的因素。由于車載信號系統(tǒng)主要根據(jù)列車的運行速度和加速度來確定牽引或制動的選擇，并繪制列車運行曲線，所以就需要運用測速電機和多普勒雷達準確地測量出列車的速度，保證列車運行曲線的準確性，從而保證列車的站停精度達到標準。

2.2 列車位置定位的精確性 列車位置定位的精確性是影響站停精度的第二個重要因素。如果不能對列車目前的位置進行精確定位，是無法通過算法預(yù)估出列車的停車位置的，而列車定位是依靠軌旁信標和車載信標讀取器共同完成的，所以信標的布置密度、信標中數(shù)據(jù)的正確性以及信標讀取器的可靠性便成了列車定位的關(guān)鍵點。

2.3 車載ATO系統(tǒng)軟件的算法 即使列車的速度和定位都足夠準確，如果軟件算法不當，會導(dǎo)致繪制的運行曲線不夠精確，也不能保證列車停車的精確性。因此車載ATO系統(tǒng)軟件的算法是否科學是另一個影響站停精度的因素，

3 ATO站臺精確停車的實現(xiàn)

根據(jù)以上所述的ATO系統(tǒng)的停車控制原理及影響列車進站停車精度的因素分析，需要通過以下3個方面的設(shè)計，使天津地鐵2號線列車滿足車站停車精度在±0.3 m范圍內(nèi)99.995%概率，±0.5 m范圍內(nèi)99.999 8%概率的要求。

3.1 提高測量列車速度的準確性 在列車進站停車的過程中，由于列車會進入制動工況，而制動時會造成列車車輪的打滑和空轉(zhuǎn)，導(dǎo)致測速電機測出的列車速度誤差很大。為此在實際設(shè)計過程中，使VATC設(shè)備能在列車運行過程中，將采集到的測速電機輸入的速度數(shù)據(jù)與多普勒雷達輸入的速度數(shù)據(jù)不斷相互比較，當這2個組件測得的速度數(shù)據(jù)差距超過了允許的差異范圍時，VATC會自行判斷車輛處于滑動或空轉(zhuǎn)的狀態(tài)并會屏蔽掉測速電機的數(shù)據(jù)，默認多普勒雷達測得的數(shù)據(jù)正確。這樣，就可以保證系統(tǒng)能夠采集到準確的列車速度信息，并通過算法繪制出更精確的速度曲線。

3.2 提高列車定位的準確性 由于列車定位是靠列車讀取沿線信標的信息來完成對位置的確定的，所以在實際設(shè)計過程中，主要通過2個方面來提高列車定位的準確性：一是提高信標內(nèi)寫入數(shù)據(jù)的準確性，以幫助列車更精確的定位，使VATC可以繪制更準確的停車曲線；二是在所有車站的接近區(qū)段以更高的密度設(shè)置信標，有助于修正停車距離的誤差，完成精確停車的目標。

3.3 改進軟件算法 在軟件設(shè)計中，ATO通過確定目標巡航速度來確定控制算法。最初將目標巡航速度設(shè)置到一個偏移值（正常是3～5km/h），該值低于ATP強制執(zhí)行的保證乘坐質(zhì)量的限速。該偏移值提供了防止列車超速的緩沖，可以通過調(diào)整該偏移值來達到要求的運行間隔。當列車以更低的保證乘坐質(zhì)量的限速進入線路區(qū)段時，在距離前方區(qū)段足夠遠的地點，目標巡航速度降低到低于下一個保證乘坐質(zhì)量限速的偏移值，以此來控制列車的速度，并且在列車到達下一區(qū)段之前，將列車速度減速到下一目標速度。也可以根據(jù)超出情況的緊急制動曲線調(diào)整該距離，防止出現(xiàn)超速情況。

每當目標巡航速度變更時，控制算法按照程序控制的加速度和沖擊率，向上（加速）或向下（減速）調(diào)節(jié)速度，直至控制速度到達目標巡航速度為止。

當列車進入計劃停車站時，便將控制速度合并到停車曲線中。列車在進站停車過程中的速度、加速度與距離的曲線關(guān)系見圖2所示。

圖2 車站停車速度、加速度與位置的關(guān)系曲線圖

4 結(jié)束語

地鐵ATO模式站臺精確停車一直是國內(nèi)外信號系統(tǒng)中重要的一環(huán)，是關(guān)乎地鐵安全運營的一個重點環(huán)節(jié)。本文介紹了地鐵ATO模式站臺停車的控制過程和影響精確停車的因素，給出了天津地鐵2號線實現(xiàn)精確停車的方法。實驗證明，通過這3方面的設(shè)計，并經(jīng)過正線的調(diào)試和實驗，測試結(jié)果滿足設(shè)計要求，可以保證站停精度在標準之內(nèi)，從而確保了列車運行的安全性和可靠性。

〔1〕王鵬飛，樊貴新，王新海等.城軌車輛在ATO模式下停車精度問題的分析與探討〔J〕.鐵道機車車輛，2011，31（6）：77-79，87.

〔2〕王道敏.ATO站臺精確停車功能實現(xiàn)的制約因素分析〔J〕.城軌交通，2012，9（4）：41-43，61.

〔3〕黎曉東.地鐵列車精確停車技術(shù)的應(yīng)用〔J〕.交通電氣，2005，24（9）：101-103

〔4〕禹宏鵬.城軌列車停車位置不精確的原因及對策〔J〕.城市軌道交通研究，2008，（9）：28-30.

〔5〕唐濤，黃良驥.列車自動駕駛系統(tǒng)控制算法綜述〔J〕.鐵道學報，2003，25（2）：98-102.