城市軌道交通全自動停車場信號系統(tǒng)需求分析

吳 卉，杜呈欣

（中國鐵道科學(xué)研究院 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081）

城市軌道交通全自動停車場信號系統(tǒng)需求分析

吳 卉，杜呈欣

（中國鐵道科學(xué)研究院 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081）

為提高城市軌道交通停車場運行的安全性和可靠性，本文提出在傳統(tǒng)停車場中設(shè)置全自動運行區(qū)，即建立全自動停車場。根據(jù)全自動停車場的列車作業(yè)需求，分析信號系統(tǒng)需新增的功能、接口和設(shè)備配置。

城市軌道交通；全自動停車場；信號系統(tǒng)；接口

城市軌道交通停車場內(nèi)每天需要進行大量的列車進出場作業(yè)，傳統(tǒng)停車場在信號系統(tǒng)聯(lián)鎖子系統(tǒng)辦理調(diào)車進路后，完全由人工來確保運行過程中的安全，這種方式存在調(diào)度員、司機工作量大以及可能的操作失誤導(dǎo)致闖信號等問題。鑒于上述原因，考慮建立全自動停車場，即在傳統(tǒng)停車場內(nèi)配置全自動運行區(qū)，使得列車在全自動運行區(qū)具備 CBTC（基于無線通信的列車控制系統(tǒng)）級別下的 ATP/ATO（列車自動防護系統(tǒng) /列車自動駕駛系統(tǒng)）功能以及 ATS（列車自動監(jiān)督系統(tǒng)）監(jiān)控功能，在列車升級CBTC后，由信號系統(tǒng)防護列車運行安全。

全自動停車場與傳統(tǒng)停車場的功能變化主要體現(xiàn)在信號系統(tǒng)的改變，下文根據(jù)全自動停車場的列車作業(yè)需求，對信號系統(tǒng)新增功能、新增接口及配置設(shè)備進行分析探討。

1 全自動停車場的列車作業(yè)

1.1 列車出場

停車場進路命令由信號系統(tǒng)ATS子系統(tǒng)自動生成，調(diào)度人員通過控制中心ATS工作站，為每一周運營服務(wù)確定列車，建立列車與時刻表的對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)確定的規(guī)則，ATS子系統(tǒng)按照時刻表發(fā)送列車“喚醒”命令，喚醒處于停車位置的列車并設(shè)置為頭碼車，同時ATS子系統(tǒng)自動觸發(fā)該車到轉(zhuǎn)換軌的列車進路。車載設(shè)備接到“喚醒”命令后自動激活，停車場區(qū)域控制器根據(jù)進路命令，為列車建立進路，并將移動授權(quán)傳送到車載 ATC，車載 ATC 根據(jù)移動授權(quán)，由時刻表出場時間觸發(fā)列車啟動，列車在出庫時自動升級。列車運行至轉(zhuǎn)換軌處后，根據(jù)正線列車計劃，自動匹配正線車次號，按照正線列車計劃正常運營。

1.2 列車回場

調(diào)度人員預(yù)先為停止正線運營的每一列車人工確定列車的存放點或是由ATS子系統(tǒng)根據(jù)下一個列車計劃自動確定列車的存放點，并存入列車號與存放點對應(yīng)表中。當(dāng)列車正線運營結(jié)束，回到轉(zhuǎn)換軌停穩(wěn)時，ATS子系統(tǒng)根據(jù)出入庫計劃中指定的列車回庫停車列檢線，自動將列車設(shè)置為頭碼車，自動觸發(fā)到停車列檢線的列車進路，列車一直運行到停車線停下。ATS子系統(tǒng)要求列車進行休眠，車載設(shè)備應(yīng)進入休眠狀態(tài)（非切除）。休眠后，車載設(shè)備部分?jǐn)嚯?，喚醒功能的設(shè)備保持通電狀態(tài)。

1.3 場內(nèi)調(diào)車

調(diào)度人員為列車確定車場目的地（轉(zhuǎn)換軌、洗車線或別的存車地點），ATS 子系統(tǒng)自動選擇折返點及進路信息，并預(yù)存在調(diào)車作業(yè)單中。ATS子系統(tǒng)將優(yōu)先安排時刻表中的正線服務(wù)列車，并能在時刻表間隙自動、適時地插入調(diào)車作業(yè)單進行調(diào)車作業(yè)。ATS子系統(tǒng)在向停車場區(qū)域控制器下達(dá)調(diào)車進路命令前，觸發(fā)列車進入車場調(diào)車工況，處于調(diào)車工況的列車，由移動授權(quán)觸發(fā)列車啟動。

1.4 洗車

洗車作業(yè)前，調(diào)度人員先將列車調(diào)到洗車線（人工排列進路或通過調(diào)車任務(wù)單）。洗車作業(yè)完成后，再用相同的方法將列車調(diào)入存車點。停在洗車線上的列車由調(diào)度人員通過“車場調(diào)度/計劃”工作站啟動進入“洗車”工況。并由ATS的洗車程序控制列車完成洗車作業(yè)。列車在洗車過程中保持 3 km/h 勻速運行。

1.5 試車

試車線設(shè)置于人工運行區(qū)，與傳統(tǒng)停車場的試車線功能一致，用于列車的動態(tài)測試，裝備測試所需的信號設(shè)備。

試車前，停車場值班員通過本地ATS終端，將列車調(diào)入試車線，再由停車場ATS將試車線的控制權(quán)交于試車線控制單元。試車結(jié)束后，試車線控制單元應(yīng)先將試車線控制權(quán)交回停車場控制單元，然后再通過停車場 ATS終端將列車調(diào)出試車線。

2 全自動停車場信號系統(tǒng)新增功能

2.1 全自動駕駛

傳統(tǒng)的停車場只能人工駕駛，與正線信號系統(tǒng)在出入段線轉(zhuǎn)換軌處切換駕駛模式。全自動停車場分為人工駕駛區(qū)和全自動運行區(qū)，由正線控制中心統(tǒng)一調(diào)度全自動運行區(qū)，無需設(shè)置轉(zhuǎn)換軌切換信號。

全自動運行區(qū)通常包括停車列檢庫與轉(zhuǎn)換軌間全部進出場和進出庫進路，牽出線與停車列檢庫間的所有列車進路，列檢庫內(nèi)移庫進路，轉(zhuǎn)換軌至洗車庫前方區(qū)段進路。信號系統(tǒng)在全自動運行區(qū)新增ATP/ATO 子系統(tǒng)設(shè)備來實現(xiàn)全自動駕駛功能，其功能要求與正線一致，能以 CBTC-AM 模式運行，納入正線管理列車。一般將停車場全自動運行區(qū)列車限速為 20 km/h 停車線停車時，保證列車至車擋的距離不大于 3 m。

2.2 中心ATS子系統(tǒng)監(jiān)控

傳統(tǒng)停車場僅由車站級ATS子系統(tǒng)控制，未納入中心ATS子系統(tǒng)控制范圍。全自動停車場將全停車場納入中心ATS子系統(tǒng)控制范圍，列車自“喚醒”至“休眠”全部納入ATS時刻表管理與控制，系統(tǒng)可以自動排列列檢庫內(nèi)的移庫列車進路、停車列檢庫至轉(zhuǎn)換軌以及轉(zhuǎn)換軌至停車列檢庫的列車進路。因全停車場納入中心ATS控制范圍，全自動停車場信號系統(tǒng)ATS子系統(tǒng)存在中心遙控、本地站控兩種控制模式。

（1）中心遙控模式

中心遙控模式指操作控制權(quán)限屬于中心ATS子系統(tǒng)的控制模式。由ATS子系統(tǒng)根據(jù)行車計劃自動執(zhí)行相應(yīng)的控制。實現(xiàn)系統(tǒng)的全自動工作模式。

此時控制權(quán)在中心，中心調(diào)度員具有所有調(diào)車及列車進路監(jiān)控權(quán)，停車場值班員僅具有監(jiān)視權(quán)。ATS子系統(tǒng)可以按照當(dāng)天出入庫計劃自動辦理列車進路和移庫列車進路，也可由中心調(diào)度員將列車進路轉(zhuǎn)為人工控，人工辦理列車進路及調(diào)車進路。

（2）本地站控模式

本地站控模式指中心 ATS子系統(tǒng)工作正?；蚬收蠒r，操作控制權(quán)限屬于停車場ATS終端的控制模式。正常情況下，全自動運行區(qū)由控制中心ATS工作站控制，停車場ATS終端只控制車場人工駕駛區(qū)，通過授權(quán)，控制中心可將全自動運行區(qū)域控制權(quán)移交停車場本地 ATS終端，由停車場 ATS終端控制整個停車場列車運行。

此時控制權(quán)在停車場，所有操作均由停車場值班員在本地ATS終端上人工完成，停車場值班員可以對場內(nèi)所有調(diào)車及列車進路進行人工辦理，中心ATS工作站只監(jiān)視不控制。

2.3 區(qū)域保護

（1）人工運行區(qū)與全自動運行區(qū)的分區(qū)防護

停車場內(nèi)人工運行區(qū)與全自動運行區(qū)設(shè)置圍欄隔離，通道處設(shè)置門禁，與信號系統(tǒng)聯(lián)鎖。當(dāng)特殊情況下，如全自動運行區(qū)發(fā)生火災(zāi)，消防車等必須進入時，由安全員刷卡激活門禁或由停車場控制室緊急觸發(fā)信號系統(tǒng)，激活門禁，信號系統(tǒng)自動對影響區(qū)域封鎖，禁止該分區(qū)的列車移動。

以房屋作為人工運行區(qū)與全自動運行區(qū)分隔時，兩區(qū)域間開門應(yīng)設(shè)置門禁。全自動運行區(qū)域內(nèi)車庫大門應(yīng)為全自動提升門或全自動折疊門，大門動作應(yīng)能實現(xiàn)與信號系統(tǒng)的聯(lián)鎖。

（2）全自動運行區(qū)內(nèi)的分區(qū)防護

將全自動運行區(qū)分成若干防護分區(qū)，各防護分區(qū)入口設(shè)門禁，由停車場信號系統(tǒng)為各分區(qū)建立邏輯防護，當(dāng)門禁被激活時，該區(qū)域被封鎖，禁止該分區(qū)的列車移動，該分區(qū)也不能接、發(fā)車或調(diào)車。例如 ：停車列檢庫設(shè)在全自動運行區(qū)內(nèi)，列檢線設(shè)置檢查坑。為方便管理，每兩股道設(shè)置為一個防護區(qū)，工作人員必須通過庫內(nèi)橫向地溝才可進入兩股道中間的防護區(qū)。從地溝通往該區(qū)域的出口設(shè)置門禁，當(dāng)人員進入?yún)^(qū)域時，門禁被激活，信號系統(tǒng)將該區(qū)域封鎖，禁止該分區(qū)的列車移動，該分區(qū)也不能接、發(fā)車或調(diào)車。列檢庫分區(qū)防護示意圖如圖1所示。

圖1 列檢庫分區(qū)防護示意圖

2.4 自動洗車

全自動停車場將洗車機的洗車程序整合到信號系統(tǒng) ATS子系統(tǒng)中，由 ATS子系統(tǒng)控制實現(xiàn)全自動洗車，停車場工藝專業(yè)執(zhí)行洗車操作。

3 全自動停車場信號系統(tǒng)新增接口

全自動停車場信號系統(tǒng)接口圖如圖2所示。

3.1 與停車場車庫門的接口

停車場車庫門由建筑專業(yè)實現(xiàn)，信號系統(tǒng)的計算機聯(lián)鎖設(shè)備與門電機控制電路以硬線接口，門電機接收信號系統(tǒng)的命令控制車庫門的開啟與關(guān)閉。

圖2 全自動停車場信號系統(tǒng)接口圖

3.2 與門禁系統(tǒng)的接口

停車場增加人員防護設(shè)備，信號系統(tǒng)與其硬線接口，能了解人員活動的區(qū)域，實現(xiàn)對車輛進路的相關(guān)聯(lián)動控制。停車場全自動運行區(qū)門禁系統(tǒng)與信號系統(tǒng)接口，停車場信號系統(tǒng)應(yīng)為各分區(qū)建立邏輯防護，當(dāng)門禁被激活時，該區(qū)域被封鎖，禁止該分區(qū)的列車移動，該分區(qū)也不能接、發(fā)車或調(diào)車。

3.3 與洗車機的接口

信號系統(tǒng)與洗車機接口，信號系統(tǒng)增加自動洗車模式以支持自動洗車功能，信號系統(tǒng)的計算機聯(lián)鎖設(shè)備與洗車機以硬線接口，信號系統(tǒng)接收洗車機發(fā)來的洗車線狀態(tài)和清洗模式，能夠控制車輛以設(shè)定的模式和速度通過洗車機，完成洗車作業(yè)。

4 全自動停車場信號系統(tǒng)設(shè)備配置

在停車場內(nèi)配置獨立的 ZC（區(qū)域控制器）設(shè)備，與聯(lián)鎖設(shè)備、ATS 設(shè)備及車載 ATP/ATO 設(shè)備，與正線設(shè)置的DSU（數(shù)據(jù)存儲單元）設(shè)備共同組成完整的信號系統(tǒng)。停車場的停車列檢庫及全自動運行區(qū)均設(shè)置無線接入點以實現(xiàn)無線覆蓋，以保證列車可以以CBTC級別進入全自動運行區(qū)。列車可根據(jù)運營需求選擇在全自動運行區(qū)的運行級別。

根據(jù)以上分析，全自動停車場信號設(shè)備配置如下：

（1）設(shè)置一套 ZC 設(shè)備，負(fù)責(zé)根據(jù) CBTC 列車所匯報的位置信息以及聯(lián)鎖子系統(tǒng)所排列的進路和軌道占用 /空閑信息，為其控制范圍內(nèi)的 CBTC 列車計算生成移動授權(quán)，保證其控制區(qū)域內(nèi)CBTC列車的安全運行；（2）設(shè)置一套聯(lián)鎖設(shè)備，負(fù)責(zé)完成管轄區(qū)域內(nèi)的所有聯(lián)鎖功能及與軌旁ZC之間的接口和數(shù)據(jù)傳輸；（3）設(shè)置 DCS（數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)）設(shè)備，包括信號系統(tǒng)間通信的骨干網(wǎng)設(shè)備以及用于場內(nèi)車地通信的 AP、天線；（4）設(shè)置一套車站 ATS 分機及現(xiàn)地控制工作站、ATS派班工作站及附屬設(shè)備。實現(xiàn)停車場的 ATS 監(jiān)控功能；（5）在每條列檢庫線設(shè)置一個應(yīng)答器，用于實現(xiàn)列車喚醒功能。在出庫信號機處再設(shè)置一個無源應(yīng)答器，與喚醒應(yīng)答器結(jié)合實現(xiàn)列車出庫定位功能；（6）在進場信號機內(nèi)方設(shè)置校輪應(yīng)答器，用于列車出段初始校輪功能；（7）在牽出線信號機內(nèi)設(shè)置無源應(yīng)答器，用于列車折返后定位功能。

5 結(jié)束語

全自動停車場是以信號系統(tǒng)為主導(dǎo)的，結(jié)合機電系統(tǒng)、工藝布置、站場線路等各系統(tǒng)的綜合系統(tǒng)，全自動停車場的實現(xiàn)將減少人為因素帶來的誤操作風(fēng)險，提高列車出入場作業(yè)的安全性和可靠性，是未來城市軌道交通新線建設(shè)的發(fā)展方向，也是實現(xiàn)全自動無人駕駛軌道交通系統(tǒng)的必要環(huán)節(jié)。

[1] 金 華 . 城市軌道交通全自動無人駕駛信號系統(tǒng)功能分析 [J].鐵路計算機應(yīng)用，2014，23（1）.

[2] 王曰凡 . 全自動無人駕駛系統(tǒng)—全新理念的城市軌道交通模式 [J]. 城市軌道交通研究，2006（8）.

[3] 任安萍 . 淺談我國全自動無人駕駛地鐵的發(fā)展 [J]. 科技視界，2012（25）.

責(zé)任編輯 方 圓

Requirement analysis on Signal System for automatic parking lot of Urban Transit

WU Hui, DU Chengxin
( Institute of Computing Technologies, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China )

In order to improve the safety and reliability of the parking lot of Urban Transit, the paper proposed setting automatic operation area in the traditional parking lot, that was to establish the automatic parking lot. According to the demands of train operation in automatic parking lot, the paper analyzed the needs of adding the function, interface and device conf i guration of Signal System.

Urban Transit; automatic parking lot; Signal System; interface

U231.7∶TP39

：A

1005-8451（2015）03-0057-04

2014-11-28

吳 卉，助理研究員；杜呈欣，助理研究員。