CITYFLO650信號(hào)系統(tǒng)在上海浦江線的應(yīng)用概述

摘 要 上海軌道交通浦江線信號(hào)系統(tǒng)采用CITYFLO650信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備，滿足了國(guó)內(nèi)首條APM300線路對(duì)無(wú)人駕駛、無(wú)人值守、高度安全、低故障率的要求。

關(guān)鍵詞 自動(dòng)列車(chē)控制系統(tǒng);系統(tǒng)功能;實(shí)際應(yīng)用

在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中，GOA4無(wú)人值守UTO運(yùn)行模式的信號(hào)系統(tǒng)需求已在國(guó)內(nèi)外得到了迅速的發(fā)展。上海軌道交通浦江線為國(guó)內(nèi)首條APM300膠輪路軌系統(tǒng)與CITYFLO650信號(hào)系統(tǒng)相結(jié)合的上海申通地鐵路網(wǎng)內(nèi)營(yíng)運(yùn)線路。浦江線正線全長(zhǎng)約6.689公里，有6個(gè)車(chē)站1個(gè)車(chē)輛基地，全線共46組道岔，浦江線列車(chē)11列，列車(chē)最大編組4節(jié)貫通，不設(shè)司機(jī)室，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等級(jí)GOA4的無(wú)人值守UTO運(yùn)行，所有11列車(chē)均可以在列檢線內(nèi)自動(dòng)喚醒、休眠，按照運(yùn)行計(jì)劃自動(dòng)出庫(kù)回庫(kù)，最高運(yùn)行速度80公里/每小時(shí)，旅行速度35公里每小時(shí)，采用等間隔運(yùn)行，最小運(yùn)行間隔低于90秒，自動(dòng)停站對(duì)準(zhǔn)精度±20cm，信號(hào)系統(tǒng)采用基于無(wú)線通信2.4GHz的移動(dòng)閉塞系統(tǒng)。本文主要對(duì)CITYFLO650設(shè)備在上海軌道交通浦江線的配置及應(yīng)用情況進(jìn)行講述，同時(shí)分析和解決運(yùn)營(yíng)至今存在的問(wèn)題。

1CITYFLO650信號(hào)系統(tǒng)配置

浦江線全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)信號(hào)主體系統(tǒng)設(shè)備包括中央ATS設(shè)備、數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCS）、列車(chē)自動(dòng)控制設(shè)備（RATO/RATP）設(shè)備、目標(biāo)控制器設(shè)備（OCS）、門(mén)控柜設(shè)備（DCC）以及電源系統(tǒng)設(shè)備、防雷分線柜（CTR）等設(shè)備。底層設(shè)備包含車(chē)地通信設(shè)備（WNRA、NP）和車(chē)載信號(hào)設(shè)備VATC。

1.1 中央ATS架構(gòu)

CITYFLO650信號(hào)系統(tǒng)的ATS僅在浦江線車(chē)輛基地的OCC大樓進(jìn)行配置，無(wú)車(chē)站ATS系統(tǒng)，中央ATS的架構(gòu)采用了雙網(wǎng)絡(luò)措施，以實(shí)現(xiàn)冗余。重要的控制服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)都是容錯(cuò)的機(jī)器，其中包括冗余的處理器和電源。中央ATS是采取熱備冗余配置運(yùn)行的，不需要人工干預(yù)。每臺(tái)列車(chē)控制操作員工作站本身都不是冗余的。但是，每臺(tái)操作員工作站都可以接管其他出故障的工作站的控制和監(jiān)測(cè)功能。

1.2 軌旁信號(hào)系統(tǒng)架構(gòu)

CITYFLO650軌旁信號(hào)系統(tǒng)由正線和車(chē)輛基地兩個(gè)軌旁ATC區(qū)域構(gòu)成。軌旁RATC包括一個(gè)主用和備用ATC，以實(shí)現(xiàn)冗余。主用 ATC 和備用ATC各包含一個(gè)ATO和一個(gè)ATP。各區(qū)域 ATP 都包括一個(gè)獨(dú)立的主用系統(tǒng)和一個(gè)功能上冗余的后備系統(tǒng)。每個(gè)主用和后備 ATP 系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)連接與區(qū)域 ATO 接口。在每個(gè)車(chē)站和車(chē)輛基地，設(shè)置目標(biāo)控制器來(lái)連接軌旁信號(hào)、道岔、門(mén)控柜、洗車(chē)機(jī)等。目標(biāo)控制器接收來(lái)自主用 ATP 的設(shè)備輸出指令、處理分配給它的數(shù)字輸入/輸出任務(wù)，并返回設(shè)備狀態(tài)，目標(biāo)控制器通過(guò) DCS 網(wǎng)絡(luò)與主用ATP連接 。線路底層軌旁包含NP信標(biāo)與WNRA（軌旁網(wǎng)絡(luò)電臺(tái)組件）、信號(hào)機(jī)、緊停按鈕、高水位檢測(cè)裝置以及與道岔、站臺(tái)門(mén)、洗車(chē)機(jī)的接口。

1.3 車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)架構(gòu)

每列營(yíng)運(yùn)列車(chē)包括四節(jié)車(chē)輛。頭尾的車(chē)輛都有獨(dú)立的VATC設(shè)備，具備冗余功能，車(chē)底包含車(chē)載信號(hào)采集單元，如每端配置4個(gè)霍爾效應(yīng)速度計(jì)、1個(gè)信標(biāo)閱讀器、2個(gè)車(chē)地?zé)o線LOS天線、1個(gè)站臺(tái)門(mén)天線。ATC 數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)移動(dòng)數(shù)據(jù)無(wú)線單元MDR與VATC往來(lái)傳輸。車(chē)載ATP負(fù)責(zé)列車(chē)運(yùn)行的安全，包括列車(chē)運(yùn)動(dòng)的安全和占用的生成。車(chē)載ATO 負(fù)責(zé)保持一定限度內(nèi)列車(chē)乘坐舒適性。

2CITYFLO650信號(hào)系統(tǒng)的功能

2.1 中央ATS系統(tǒng)功能

ATS系統(tǒng)提供管理列車(chē)自動(dòng)控制（ATC）系統(tǒng)的功能，并且作為中心操作員（CCO）與ATC系統(tǒng)的接口。ATS本質(zhì)上是監(jiān)督，所以任何從ATS發(fā)出到其他安全型子系統(tǒng)的命令都不涉及安全，其主要功能包含對(duì)列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行的監(jiān)控、交通控制支持功能、如列車(chē)車(chē)次跟蹤系統(tǒng)及進(jìn)路排列自動(dòng)化、停站時(shí)間、列車(chē)調(diào)整、維護(hù)與診斷功能、事件統(tǒng)計(jì)、回放與外部系統(tǒng)接口等等。

2.2 軌旁信號(hào)系統(tǒng)功能

CITYFLO 650軌旁信號(hào)系統(tǒng)采用分布式系統(tǒng)架構(gòu)。軌旁ATP主要實(shí)現(xiàn)軌旁目標(biāo)控制、進(jìn)路設(shè)置和鎖閉、列車(chē)位置判定、列車(chē)限速、安全列車(chē)間隔、站臺(tái)門(mén)使能/禁止命令的發(fā)送、零速檢測(cè)、車(chē)站和車(chē)載門(mén)狀態(tài)監(jiān)督、列車(chē)完整性檢測(cè)、臨時(shí)限速、列車(chē)長(zhǎng)度判定等功能;軌旁ATO主要實(shí)現(xiàn)車(chē)載和軌旁開(kāi)關(guān)門(mén)、高級(jí)診斷功能;目標(biāo)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)軌旁設(shè)備的狀態(tài)信息的控制和采集;門(mén)控柜DCC實(shí)現(xiàn)向站臺(tái)發(fā)送門(mén)使能和開(kāi)門(mén)命令、從站臺(tái)接收門(mén)鎖閉和門(mén)旁路信息、向OCS發(fā)送非預(yù)期開(kāi)門(mén)信息、從OCS接收門(mén)使能信息，通過(guò)獨(dú)立的RF Modem在車(chē)地檢交互數(shù)據(jù)、通過(guò)PLC在DCC和信號(hào)系統(tǒng)間交換數(shù)據(jù)、檢測(cè)道岔基坑水位情況等功能;數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)DCS負(fù)責(zé)軌旁設(shè)備間和車(chē)地設(shè)備間的通信，但是由于APM信號(hào)系統(tǒng)沒(méi)有后備模式，這對(duì)DCS子系統(tǒng)的可靠性提出更高要求。

2.3 車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)功能

CITYFLO 650車(chē)載ATP主要執(zhí)行列車(chē)位置和速度監(jiān)測(cè)、移動(dòng)授權(quán)、安全制動(dòng)距離防護(hù)、超速防護(hù)、列車(chē)車(chē)門(mén)監(jiān)控、倒溜防護(hù)、自檢功能、自動(dòng)調(diào)速、精確停站、車(chē)門(mén)控制等功能。車(chē)載ATO主要實(shí)現(xiàn)車(chē)載速度曲線、車(chē)站精確停車(chē)、自動(dòng)折返功能、車(chē)載和軌旁開(kāi)關(guān)門(mén)、遠(yuǎn)程喚醒/休眠、車(chē)載節(jié)能速度控制優(yōu)化、跳躍和爬行模式、停車(chē)功能、多站臺(tái)停車(chē)、高級(jí)診斷功能。

3存在的問(wèn)題及解決方案

CITYFLO 650信號(hào)系統(tǒng)在上海軌道交通浦江線運(yùn)行至今已滿24個(gè)月，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，功能基本滿足運(yùn)營(yíng)需求，未出現(xiàn)嚴(yán)重影響運(yùn)營(yíng)的故障，但仍存在一些問(wèn)題。

3.1 存在的問(wèn)題

（1）列車(chē)丟失通信故障較多。列車(chē)丟失通信故障均是以相關(guān)告警信息作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，通信丟失3秒以上時(shí)ATS可看到相關(guān)告警，目前列車(chē)丟失通信故障占信號(hào)總故障比例的70%。從目前的故障情況來(lái)看，列車(chē)丟失通信故障發(fā)生的位置較為分散，且正線發(fā)生的比率明顯高于車(chē)輛基地。由于浦江線車(chē)地?zé)o線通信系統(tǒng)采用2.4Ghz頻段，而WLAN網(wǎng)絡(luò)是開(kāi)放無(wú)須授權(quán)的，且可使用的非重疊信道少，因此特別容易形成干擾。

（2）車(chē)載ATC故障問(wèn)題。VATC系統(tǒng)的故障主要集中在繼電器故障，其中60%的故障涉及繼電器及板卡的更換，未知原因系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)或重啟后恢復(fù)占據(jù)30%、瞬時(shí)故障10%。這些故障中10%存在VATC-A故障告警，但ATS與CFMS均未出現(xiàn)故障告警的情況，且列車(chē)日志無(wú)告警的情況。

VATC故障造成的后果主要有：車(chē)門(mén)無(wú)法打開(kāi)，列車(chē)上EB，ATO定位丟失，運(yùn)營(yíng)清客等。

VATC故障目前分析主要受列車(chē)晃動(dòng)、震動(dòng)、設(shè)備運(yùn)行環(huán)境差導(dǎo)致的車(chē)載VATC硬件故障。

（3）定位問(wèn)題。定位問(wèn)題主要體現(xiàn)在列車(chē)速度低于5km/h時(shí)，VATP無(wú)法正常讀取信標(biāo)，列車(chē)會(huì)丟失定位，對(duì)運(yùn)營(yíng)造成影響。OCC對(duì)站前折返道岔區(qū)段側(cè)向限速10km/h，列車(chē)運(yùn)行等級(jí)為節(jié)能和巡道模式。節(jié)能模式下列車(chē)的巡航速度為50%;巡道模式下列車(chē)的巡航速度為30%。列車(chē)進(jìn)入?yún)R臻站上行站臺(tái)和沈杜公路站下行站臺(tái)時(shí)，速度過(guò)低（不超過(guò)5km/h），導(dǎo)致位置誤差增大。當(dāng)列車(chē)在速度低于等于5公里的時(shí)候，讀到的信標(biāo)脈沖波是平的（正常情況下信標(biāo)脈沖是尖峰的脈沖波），VATC會(huì)認(rèn)為這個(gè)脈沖信號(hào)是無(wú)效的，此時(shí)信標(biāo)信息會(huì)丟掉，列車(chē)位置誤差就得不到修正，列車(chē)會(huì)失去定位。

（4）ATS系統(tǒng)告警未按區(qū)域劃分。浦江線按區(qū)域分為正線和車(chē)輛基地，OCC的調(diào)度分為正線調(diào)度和車(chē)場(chǎng)調(diào)度。正線是載客運(yùn)營(yíng)區(qū)域，任何的故障都可能對(duì)運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生影響，因此正線調(diào)度會(huì)時(shí)刻關(guān)注系統(tǒng)的告警信息，而車(chē)場(chǎng)調(diào)度對(duì)告警的關(guān)注度相對(duì)較低。當(dāng)列車(chē)停在車(chē)庫(kù)中時(shí)，車(chē)輛維護(hù)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很多告警，這些告警在ATS告警列表中會(huì)統(tǒng)一顯示，導(dǎo)致停車(chē)場(chǎng)調(diào)度無(wú)法及時(shí)確認(rèn)這些告警，這樣車(chē)場(chǎng)基地告警將干擾正線調(diào)度員對(duì)真正發(fā)生在正線告警的關(guān)注和處理。

3.2 解決的方法

（1）在列車(chē)上增加濾波裝置。浦江線整個(gè)運(yùn)營(yíng)區(qū)段為開(kāi)放式區(qū)段，經(jīng)過(guò)分析列車(chē)丟失通信故障頻發(fā)可能是受環(huán)境干擾因素所致，采用將低通濾波器安裝在列車(chē)移動(dòng)數(shù)據(jù)無(wú)線單元與天線之間使用同軸電纜進(jìn)行連接的方式，從而獲得降低干擾的作用。加裝濾波器前后通過(guò)測(cè)量駐波比后發(fā)現(xiàn)濾波情況有較大改善。同時(shí)在加裝完成后，使用列車(chē)進(jìn)行動(dòng)車(chē)驗(yàn)證。驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)在列車(chē)端安裝濾波器測(cè)試后列車(chē)丟失通信的故障率大幅下降。后續(xù)計(jì)劃出圖后批量對(duì)11列車(chē)進(jìn)行安裝，從而基本解決車(chē)輛丟失通信的問(wèn)題。

（2）利用VAST設(shè)備驗(yàn)證車(chē)載備件。通過(guò)使用VAST（車(chē)輛自動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試儀），模擬信號(hào)會(huì)呈現(xiàn)出列車(chē)線動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)模擬信號(hào)測(cè)試車(chē)載ATC可替換設(shè)備（板卡、繼電器、線纜等），VAST可測(cè)試列車(chē)事件（例如，超速情況，不可預(yù)料的車(chē)門(mén)事件、車(chē)輛警報(bào)等），這在真實(shí)的列車(chē)上可能是困難或危險(xiǎn)的，通過(guò)驗(yàn)證從列車(chē)上拆卸下來(lái)的可疑故障設(shè)備或者備品備件，置于工作臺(tái)VAST中，啟動(dòng)VAST通過(guò)設(shè)置運(yùn)行時(shí)間或者模擬各種故障狀態(tài)來(lái)核實(shí)或驗(yàn)證設(shè)備件的應(yīng)激狀態(tài)。

（3）采取速度限制，規(guī)避丟失定位風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)低速定位問(wèn)題，開(kāi)展了專(zhuān)題研究，內(nèi)容包括過(guò)岔速度必須高于5公里/小時(shí)、信標(biāo)丟失或讀取到無(wú)效信標(biāo)點(diǎn)、低速進(jìn)站停站精度等。提供了兩套解決方案，短期解決方案：由于列車(chē)貫通道性能限制，列車(chē)站前折返速度不能高于10km/h。我們要求OCC在降級(jí)模式下，不采用節(jié)能模式或巡道模式。對(duì)于人工駕駛模式下的列車(chē)，保證進(jìn)站速度不低于5km/h。長(zhǎng)期解決方案：解決列車(chē)軌道貫通道性能限制。運(yùn)營(yíng)列車(chē)在全線限速應(yīng)不低于15km/h。目前列車(chē)因速度過(guò)低導(dǎo)致定位丟失的故障已大幅下降。

（4）通過(guò)修改軟件，ATS按區(qū)域報(bào)警。通過(guò)修改ATS服務(wù)器和調(diào)度臺(tái)軟件，服務(wù)器軟件增加計(jì)算列車(chē)分區(qū)功能，當(dāng)收到報(bào)警后，服務(wù)器軟件依據(jù)自身收到的報(bào)警信息計(jì)算報(bào)警區(qū)域。調(diào)度臺(tái)增加對(duì)分區(qū)告警的設(shè)置和過(guò)濾功能，將原來(lái)的一個(gè)區(qū)域劃分成三個(gè)，分別是正線、車(chē)輛基地和試車(chē)線，對(duì)告警功能分區(qū)內(nèi)容包含過(guò)濾：對(duì)于固定設(shè)備，例如門(mén)、站臺(tái)、AP等，依據(jù)數(shù)據(jù)中配置的所在控制區(qū)域進(jìn)行分區(qū)。對(duì)于列車(chē)，依據(jù)車(chē)頭所在的位置進(jìn)行分區(qū)。調(diào)度員登錄后可以選擇關(guān)注的控區(qū)，由此解決了列車(chē)維護(hù)告警對(duì)正線調(diào)度的干擾，提供了故障處置的效率。

4結(jié)束語(yǔ)

目前CITYFLO650信號(hào)系統(tǒng)在上海軌道交通浦江線運(yùn)行狀態(tài)良好，得到了較好的應(yīng)用效果。通過(guò)和系統(tǒng)供應(yīng)商的合作研究，采取有效手段，減少了信號(hào)設(shè)備故障率，提高了信號(hào)設(shè)備的可靠性。通過(guò)發(fā)現(xiàn)遺留問(wèn)題，采取補(bǔ)缺技術(shù)手段，不斷完善，優(yōu)化CITYFLO650信號(hào)系統(tǒng)功能，為后續(xù)相類(lèi)似系統(tǒng)的建設(shè)及運(yùn)營(yíng)方提供引導(dǎo)作用。

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作者簡(jiǎn)介

湯培峰（1981-），男，上海人;職稱(chēng)：工程師，現(xiàn)就職單位：上海申凱公共交通運(yùn)營(yíng)管理有限公司，研究方向：城市軌道交通設(shè)備維護(hù)管理。