區(qū)域控制器障礙物區(qū)域防護(hù)方法研究

聶宇威，耿 鵬

(通號(hào)城市軌道交通技術(shù)有限公司，北京 100070)

1 概述

基于通信的列車(chē)控制系統(tǒng)（CBTC 系統(tǒng)），若列車(chē)運(yùn)行的軌道上出現(xiàn)障礙物， 司機(jī)采取了制動(dòng)措施但列車(chē)速度過(guò)快沒(méi)能在碰撞到障礙物之前停下，障礙物有可能會(huì)被碰撞到相鄰軌道上；或列車(chē)因某種原因脫軌，也可能會(huì)影響相鄰軌道上的其他列車(chē)，對(duì)相鄰軌道上的其他列車(chē)的運(yùn)行造成安全隱患。特別是在全自動(dòng)無(wú)人駕駛（F A O）系統(tǒng)中，在無(wú)司機(jī)參與的情況下，線(xiàn)路上的障礙物更無(wú)法被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。在某一列車(chē)檢測(cè)到線(xiàn)路上有障礙物，或檢測(cè)到列車(chē)自身脫軌時(shí)，障礙物區(qū)域防護(hù)系統(tǒng)提供了一種防護(hù)線(xiàn)路上其他列車(chē)安全運(yùn)行的方法。

2 功能實(shí)現(xiàn)方法

2.1 障礙物判定方法

車(chē)輛設(shè)備上配置障礙物/脫軌防護(hù)檢測(cè)傳感器，在列車(chē)碰撞到障礙物或列車(chē)發(fā)生脫軌時(shí)，傳感器將采集到的信號(hào)第一時(shí)間傳遞給車(chē)載控制器，由車(chē)載控制器上報(bào)給區(qū)域控制器（Zone Contr ol，ZC）和調(diào)度中心列車(chē)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。ZC 根據(jù)列車(chē)匯報(bào)的發(fā)生障礙物碰撞或列車(chē)脫軌的位置信息建立障礙物防護(hù)區(qū)域，并及時(shí)上報(bào)調(diào)度中心列車(chē)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。調(diào)度中心根據(jù)列車(chē)車(chē)載控制器及ZC上報(bào)的障礙物相關(guān)信息，安排相關(guān)作業(yè)人員到事故現(xiàn)場(chǎng)處理。

2.2 障礙物防護(hù)區(qū)域建立方法

列車(chē)發(fā)生障礙物碰撞或列車(chē)脫軌事故時(shí)，ZC以列車(chē)發(fā)生事故的位置為中心，向列車(chē)期望運(yùn)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(hù)區(qū)域。

2.2.1 建立防護(hù)區(qū)域影響鄰線(xiàn)運(yùn)營(yíng)

列車(chē)障礙物碰撞或列車(chē)脫軌若發(fā)生在單洞雙線(xiàn)、高架和地面共線(xiàn)等地點(diǎn)，障礙物可能會(huì)影響到鄰線(xiàn)的運(yùn)營(yíng)安全，障礙物防護(hù)區(qū)域的建立應(yīng)考慮相鄰線(xiàn)路的情況。如圖1 所示，列車(chē)1 在下行站臺(tái)發(fā)生障礙物碰撞，ZC 按列車(chē)運(yùn)行方向，向前向后建立障礙物防護(hù)區(qū)域，由于列車(chē)1 在站臺(tái)區(qū)域，前方是道岔區(qū)段，建立防護(hù)區(qū)域時(shí)充分考慮相鄰線(xiàn)路的情況，防護(hù)區(qū)域?qū)⑧従€(xiàn)也包含在內(nèi)。圖1 中紅色虛線(xiàn)劃定區(qū)域?yàn)檎系K物防護(hù)區(qū)域。

圖1 站臺(tái)區(qū)域建立障礙物防護(hù)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(hù)區(qū)域不影響鄰線(xiàn)運(yùn)營(yíng)

列車(chē)障礙物碰撞或列車(chē)脫軌若發(fā)生在單洞單線(xiàn)等線(xiàn)路條件下，障礙物不可能影響到鄰線(xiàn)的運(yùn)營(yíng)安全，障礙物防護(hù)區(qū)域的建立可不考慮相鄰線(xiàn)路的情況。如圖2 所示，紅色虛線(xiàn)劃定區(qū)域?yàn)檎系K物防護(hù)區(qū)域。

圖2 單洞單線(xiàn)區(qū)域建立障礙物防護(hù)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(diǎn)附近建立防護(hù)區(qū)域

列車(chē)障礙物碰撞或列車(chē)脫軌發(fā)生在與相鄰ZC的邊界點(diǎn)附近時(shí)，本ZC 在管轄范圍內(nèi)建立障礙物防護(hù)區(qū)域的同時(shí)，應(yīng)告知相鄰ZC 邊界點(diǎn)處需建立障礙物防護(hù)區(qū)域，相鄰ZC 在收到相關(guān)信息后，在自身管轄范圍內(nèi)也建立因該列車(chē)引起的障礙物防護(hù)區(qū)域。如圖3 所示，紅色虛線(xiàn)至邊界點(diǎn)之間的區(qū)域?yàn)閆C2 建立的障礙物防護(hù)區(qū)域，藍(lán)色虛線(xiàn)至邊界點(diǎn)之間的區(qū)域?yàn)閆C1 建立的障礙物防護(hù)區(qū)域。

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

2.3 障礙物防護(hù)區(qū)域列車(chē)管理方法

2.3.1 防護(hù)區(qū)域內(nèi)的列車(chē)

ZC 建立障礙物防護(hù)區(qū)域后，對(duì)于處在防護(hù)區(qū)域內(nèi)的列車(chē)（列車(chē)安全包絡(luò)完全在防護(hù)區(qū)域內(nèi)的列車(chē)，以及列車(chē)安全包絡(luò)與防護(hù)區(qū)域有重疊部分的列車(chē)）實(shí)施緊急制動(dòng)。

2.3.2 防護(hù)區(qū)域外的列車(chē)

ZC 建立障礙物防護(hù)區(qū)域后，對(duì)于處在防護(hù)區(qū)域以外的列車(chē)（列車(chē)安全包絡(luò)與防護(hù)區(qū)域無(wú)任何重疊部分）按移動(dòng)授權(quán)正常運(yùn)行，ZC 為其計(jì)算的移動(dòng)授權(quán)不能延伸進(jìn)入障礙物防護(hù)區(qū)域。若列車(chē)由于慣性，未在障礙物防護(hù)區(qū)域外停下，沖進(jìn)防護(hù)區(qū)域后，ZC 按防護(hù)區(qū)域內(nèi)的列車(chē)處理，實(shí)施緊急制動(dòng)。

2.3.3 站間運(yùn)行管理

ZC 建立障礙物防護(hù)區(qū)域后，對(duì)于即將駛?cè)朐搮^(qū)域已經(jīng)出站的列車(chē)，按上述方式移動(dòng)授權(quán)不能延伸進(jìn)入障礙物防護(hù)區(qū)域；對(duì)于即將駛?cè)朐搮^(qū)域尚未出站的列車(chē)，移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)保持在站臺(tái)內(nèi)，不延伸進(jìn)入?yún)^(qū)間線(xiàn)路。

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

圖4 站臺(tái)區(qū)域障礙物區(qū)域防護(hù)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(chē)觸發(fā)障礙物防護(hù)區(qū)域?qū)嵤┚o急制動(dòng)，其他三列車(chē)根據(jù)位置不同采取不同的處理方式。線(xiàn)路圖左側(cè)站臺(tái)下行線(xiàn)的列車(chē)運(yùn)行方向?yàn)轳傠x障礙物防護(hù)區(qū)域的方向，且該列車(chē)不在該障礙物防護(hù)區(qū)域內(nèi)，故不受任何影響，依據(jù)ZC 提供的移動(dòng)授權(quán)正常行駛。上行線(xiàn)在障礙物防護(hù)區(qū)域內(nèi)的列車(chē)，采取緊急制動(dòng)措施，在障礙物防護(hù)區(qū)域解除之前制動(dòng)不可緩解。線(xiàn)路圖左側(cè)站臺(tái)上行線(xiàn)的列車(chē)運(yùn)行方向?yàn)轳傁蛘系K物防護(hù)區(qū)域的方向，ZC 為該列車(chē)計(jì)算的移動(dòng)授權(quán)應(yīng)不延伸進(jìn)入障礙物防護(hù)區(qū)域，特別的是當(dāng)該列車(chē)在站臺(tái)停準(zhǔn)停穩(wěn)后，ZC 為該列車(chē)計(jì)算的移動(dòng)授權(quán)應(yīng)不超出站臺(tái)區(qū)域，扣車(chē)在該站臺(tái)直到障礙物防護(hù)區(qū)域解除。

如圖5 所示，紅色列車(chē)觸發(fā)障礙物防護(hù)區(qū)域?qū)嵤┚o急制動(dòng)，由于位置是在單洞單線(xiàn)內(nèi)，對(duì)相鄰線(xiàn)路不產(chǎn)生任何影響，故上行線(xiàn)路的列車(chē)依據(jù)ZC 提供的移動(dòng)授權(quán)正常行駛。

圖5 單洞單線(xiàn)區(qū)域障礙物區(qū)域防護(hù)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(hù)區(qū)域后

ZC 解除障礙物防護(hù)區(qū)域后，原障礙物防護(hù)區(qū)域內(nèi)的列車(chē)按移動(dòng)授權(quán)正常運(yùn)行，其他未進(jìn)入障礙物防護(hù)區(qū)域的列車(chē)，移動(dòng)授權(quán)暫時(shí)不延伸進(jìn)入原障礙物防護(hù)區(qū)域，待原障礙物防護(hù)區(qū)域內(nèi)列車(chē)均離開(kāi)后，再延伸進(jìn)入該障礙物防護(hù)區(qū)域。之后，所有列車(chē)按移動(dòng)授權(quán)正常運(yùn)行。

2.4 障礙物防護(hù)區(qū)域解除方法

障礙物防護(hù)區(qū)域須有調(diào)度人員確認(rèn)安全方可解除。

2.4.1 本ZC建立的防護(hù)區(qū)域

本ZC 建立障礙物防護(hù)區(qū)域后，上報(bào)行車(chē)綜合自動(dòng)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(hù)區(qū)域，TIAS 車(chē)輛調(diào)和行調(diào)界面進(jìn)行報(bào)警，通過(guò)站內(nèi)和區(qū)間CCTV 查看現(xiàn)場(chǎng)情況，協(xié)調(diào)工作人員到事發(fā)地點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)處理。工作人員現(xiàn)場(chǎng)清除障礙物，并確認(rèn)線(xiàn)路上沒(méi)有遺留障礙物時(shí)，復(fù)位障礙物脫軌檢測(cè)傳感器。調(diào)度人員確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)故障解除以及線(xiàn)路上沒(méi)有作業(yè)人員且具備繼續(xù)運(yùn)營(yíng)的條件后，TIAS 通過(guò)二次命令方式與ZC 交互，解除障礙物防護(hù)區(qū)域。車(chē)輛通過(guò)司機(jī)人工確認(rèn)解除緊急制動(dòng)后，人工打開(kāi)鑰匙后重新升級(jí)為FA M 模式發(fā)車(chē)。

2.4.2 相鄰ZC建立的防護(hù)區(qū)域

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

3 結(jié)束語(yǔ)

ZC 是CBTC 系統(tǒng)的核心設(shè)備，核心功能是為列車(chē)計(jì)算移動(dòng)授權(quán)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)閉塞列車(chē)追蹤。運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路上出現(xiàn)障礙物或列車(chē)意外脫軌的情況，對(duì)本線(xiàn)及鄰線(xiàn)的運(yùn)營(yíng)安全構(gòu)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(hù)方法，通過(guò)建立防護(hù)區(qū)域封鎖區(qū)域的方式，保障前后列車(chē)及鄰線(xiàn)列車(chē)的運(yùn)行安全，提高了CBTC 系統(tǒng)，特別是FA O 系統(tǒng)運(yùn)行的安全。