既有城軌信號系統(tǒng)改造為DTO系統(tǒng)技術(shù)分析

李春宇

(中鐵通信信號勘測設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100036)

隨著國內(nèi)城市軌道交通不斷發(fā)展建設(shè)，部分線路信號系統(tǒng)已接近使用年限，需要更新改造。接近使用年限的既有信號系統(tǒng)多為GOA2 半自動化列車運(yùn)行（STO）系統(tǒng)，更新改造選擇升級為GOA3 有人值守的全自動運(yùn)行（DTO）系統(tǒng)是一個優(yōu)選方案：既提高系統(tǒng)自動化和RAMS 水平、降低勞動強(qiáng)度及運(yùn)營成本、提高運(yùn)營效率，又盡可能減少既有線路、車輛及其他外部系統(tǒng)改造范圍及內(nèi)容，節(jié)省工程投資、降低工程風(fēng)險。

DTO 模式下，列車在配置列車員的條件（正常運(yùn)行所有功能均由系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)）下的運(yùn)行，列車員僅在故障和應(yīng)急情況下介入列車運(yùn)行。故應(yīng)結(jié)合改造工程既有條件、列車員職能開展相關(guān)研究分析。同時，本文不再對GOA2 信號系統(tǒng)內(nèi)容贅述，僅對改造升級為DTO 模式，信號系統(tǒng)新增的控制模式、功能需求等進(jìn)行研究。

1 DTO模式信號系統(tǒng)控制研究

車輛基地劃分為自動化區(qū)及非自動化區(qū)，自動化區(qū)域應(yīng)包括停車列檢庫、洗車庫、部分線路咽喉區(qū)。自動化區(qū)域納入控制中心ATS 自動監(jiān)控，具備CBTC 級別ATP/ATO 功能。

列車在正線及車輛基地自動化區(qū)具備全自動駕駛模式(FAM)、折返站具備全自動運(yùn)行折返模式。

由于車上有列車員，蠕動模式、遠(yuǎn)程RM 模式和雨雪模式，可以根據(jù)改造工程實(shí)際條件和運(yùn)營組織管理模式選擇配置。

2 改造工程DTO模式信號系統(tǒng)必備功能需求分析

2.1 投入運(yùn)營

列車投入運(yùn)營過程如圖1 所示，列車上電后喚醒、自動定位、自檢，自檢通過后進(jìn)行靜、動態(tài)測試，然后進(jìn)入FAM 模式，中心自動辦理列車進(jìn)路、ZC 發(fā)放移動授權(quán)，列車以FAM 模式駕駛出庫。

圖1 列車投入運(yùn)營示意圖Fig.1 Schematic diagram of train put into operation

新增DTO 必須具備功能包括車輛基地自動化區(qū)ATS 及ATP/ATO 監(jiān)控功能、鳴笛等。

其中喚醒宜采用人工模式；自檢以及進(jìn)入FAM模式，可結(jié)合改造條件選擇自動或人工模式。

2.2 退出運(yùn)營

列車退出運(yùn)營過程如圖2 所示，列車自動或人工駕駛回庫，進(jìn)行自動洗車、清掃等作業(yè)后進(jìn)行休眠。

圖2 列車退出運(yùn)營示意圖Fig.2 Schematic diagram of train exit operation

新增DTO 必須具備功能包括車輛基地自動化區(qū)ATS 及ATP/ATO 監(jiān)控功能等。其中休眠可采用自動或人工模式，自動洗車功能、列車回庫的ATP/ATO 功能、洗車庫/車庫庫門防護(hù)功能應(yīng)結(jié)合改造具體條件確定，在下文3.1 中針對此問題進(jìn)一步探討。

2.3 正線運(yùn)營

正線運(yùn)營過程如圖3 所示，列車在正線以FAM模式自動運(yùn)行，進(jìn)站控制列車精確停車。發(fā)車條件具備的情況下，在車站自動發(fā)車。當(dāng)列車到達(dá)折返站時，自動駕駛列車駛?cè)胫付ǖ恼鄯弟?、換端、駛回站臺、打開車門及站臺門，繼續(xù)進(jìn)行運(yùn)營。

圖3 正線運(yùn)營示意圖Fig.3 Schematic diagram of main line operation

新增DTO 必備功能主要包括：再關(guān)車門、自動發(fā)車、工作區(qū)人員防護(hù)、全自動運(yùn)行折返等。精確停車對位調(diào)整、站臺門/車門故障對位隔離功能需結(jié)合既有改造工程條件具體分析。

3 改造工程DTO模式可選功能探討

相對于采用DTO 模式的新建工程，改造工程受到既有條件限制，部分方案需根據(jù)既有工程的線路、站場、車輛及相關(guān)外部系統(tǒng)條件，結(jié)合運(yùn)營組織管理、列車員職能設(shè)計(jì)。

3.1 車輛基地運(yùn)行控制方案

1）入庫控制方案

列車入庫方案需結(jié)合既有庫內(nèi)停車線長度等條件分析。如果停車線長度滿足ATP 防護(hù)保護(hù)距離要求，則可以按正常FAM 模式全自動運(yùn)行入庫；如果停車線長度不滿足ATP 防護(hù)保護(hù)距離要求，可采取如下兩個方案。

方案一，停車列檢庫末端設(shè)置允許列車以不超過速度5 km/h 撞擊的車擋，允許列車FAM 模式入庫時，最不利情況下以低于5 km/h 車速碰撞車擋。

方案二，列車運(yùn)行至轉(zhuǎn)換軌或車庫門口，由FAM 模式轉(zhuǎn)換為RM 模式，司機(jī)人工駕駛列車入庫。此方案可在列車進(jìn)入車庫時，ATP 限速5 km/h，并在列車接近線路終端時報(bào)警提示。

入庫控制具體采取方案應(yīng)結(jié)合停車線長度、運(yùn)營組織管理要求確定。

2）休眠、喚醒方案

全自動運(yùn)行系統(tǒng)宜具備休眠、喚醒功能，可采用人工或自動休眠、喚醒模式。該功能的實(shí)現(xiàn)需結(jié)合改造工程既有條件及改造范圍確定。如，需要車輛蓄電池能夠給列車輔助駕駛模塊不間斷供電，并能夠接收、執(zhí)行休眠、喚醒指令，反饋列車休眠、喚醒狀態(tài)；庫線長度應(yīng)滿足列車FAO 模式運(yùn)行條件；停車列檢庫線路具備休眠、喚醒應(yīng)答器條件。

3）自動洗車方案

自動洗車方案需配置全自動洗車機(jī)，同時車輛應(yīng)能支持、執(zhí)行信號發(fā)出的自動洗車指令。因此，自動洗車功能需結(jié)合改造工程既有洗車機(jī)和車輛條件及改造工程實(shí)施范圍確定。

4）洗車庫、車庫庫門防護(hù)方案

需結(jié)合既有工程洗車庫、車庫庫門能否接收、執(zhí)行信號系統(tǒng)的開、關(guān)指令，能否將庫門狀態(tài)可靠的傳遞給信號系統(tǒng)，確定洗車庫、車庫庫門防護(hù)方案。

3.2 人員防護(hù)方案

對于列車員防護(hù)，駕駛室側(cè)門應(yīng)納入ATP 防護(hù)。

關(guān)于車輛基地內(nèi)自動化與非自動化區(qū)防護(hù)方案，需結(jié)合既有站場布局、人員通道、列車員職責(zé)確定。建議采用物理隔離，設(shè)置人員防護(hù)開關(guān)，并納入聯(lián)鎖?？紤]到列車為有人值守，改造條件不具備時，可通過規(guī)章制度管理，并由列車員在上電、喚醒、動態(tài)測試、列車出庫過程中人工確認(rèn)、防護(hù)。

正線應(yīng)設(shè)置人員防護(hù)開關(guān)，納入聯(lián)鎖，對工作人員人身安全進(jìn)行防護(hù)。

乘客防護(hù)方面，可增加車門站臺門間歇防護(hù)功能；乘客緊急對講功能建議由列車員負(fù)責(zé)；清客由列車員與站臺工作人員協(xié)作完成。

3.3 遠(yuǎn)程控制

如改造條件允許，工況管理及照明、空調(diào)宜由系統(tǒng)自動控制。

列車緊急制動及緩解、設(shè)備故障復(fù)位可由列車員負(fù)責(zé)。

3.4 故障處理

1）精確對位停車對位調(diào)整

對位調(diào)整功能是當(dāng)列車以FAM/CAM 模式進(jìn)站欠標(biāo)、過標(biāo)未超過規(guī)定距離（如5 m）時，車載控制器（VOBC）向中心匯報(bào)未停穩(wěn)信息，并向中心報(bào)警，并以向前、向后跳躍方式自動調(diào)整對標(biāo)。此功能的實(shí)現(xiàn)，需要車輛按照信號車載設(shè)備發(fā)出的跳躍指令，進(jìn)行對標(biāo)調(diào)整。

2）車門/站臺門對位隔離

當(dāng)個別站臺門故障隔離或車門故障隔離時，車載設(shè)備和站臺門互傳故障信息，故障站臺門（站臺門控制）及對應(yīng)的車門（車輛控制）不打開。

此功能的實(shí)現(xiàn)，需結(jié)合車輛、站臺門既有條件確定，即需要車輛、站臺門能夠發(fā)送故障車門/站臺門信息，并根據(jù)接收到故障車門/站臺門信息，能夠?qū)?yīng)的站臺門/車門進(jìn)行隔離。

3）建議可由列車員負(fù)責(zé)處理列車牽引、制動故障，信號車載故障，信號車載與列車接口故障等。

3.5 應(yīng)急處理

障礙物檢測需結(jié)合既有車輛條件，確定由系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控或列車員防護(hù)。

結(jié)合改造工程實(shí)際情況，火災(zāi)、脫軌檢測、異常天氣、緊急疏散指揮、救援等應(yīng)急情況可由列車員人工處置。

4 結(jié)論

經(jīng)過上述研究分析，既有信號系統(tǒng)改造升級為DTO 模式，包括必備功能、根據(jù)改造條件及列車員職能確定的建議選配功能，如圖4 所示。

圖4 改造工程DTO功能配置圖Fig.4 DTO function configuration diagram of reconstructing project