城市軌道交通全自動運行列車跨控區(qū)回退安全防護設計方案

喬福明

(上海富欣智能交通控制有限公司， 201203， 上海∥工程師)

全自動運行系統(tǒng)采用自動化技術由設備代替司機或運營人員的操作，可減少人工操作失誤和人工確認時間，進一步提升運營效率。列車自動回退是全自動運行系統(tǒng)新增功能之一，指列車進站過沖站臺(例如：5 m內(nèi))時，自動回退再次對標，直至列車對準站臺停車標志。列車回退時應保證退行區(qū)域內(nèi)行車安全。

1 列車退行危害分析

1) 列車退行過程中，存在與后方列車發(fā)生相撞或側(cè)沖的可能性[3-4,7]。當前技術主要是通過計算列車回退防護區(qū)域，并將其作為其它列車的障礙物，來阻止后行列車進入該區(qū)域。若后行列車已位于回退區(qū)域內(nèi)，則不允許列車回退。

2) 列車退行過程中，如遇道岔轉(zhuǎn)動，在岔區(qū)會導致列車脫軌。鎖閉列車回退區(qū)域中的道岔，可以防止道岔轉(zhuǎn)動。

3) 列車退行過程中，如站臺門打開、急停按鈕被激活，可能會導致列車與軌道上的工作人員或者跌落站臺的乘客發(fā)生碰撞。增加對站臺門開關狀態(tài)和急停按鈕的檢查，有助于確保乘客和工作人員的安全。

4) 列車退行過程中，如進入封鎖區(qū)域，發(fā)生激活的人防區(qū)域、封鎖的區(qū)段或者道岔、封鎖的信號機內(nèi)方等情況，會導致列車脫軌、與工作人員或者乘客發(fā)生碰撞。也應將封鎖區(qū)域作為回退授權的檢查事項。

5) 列車在段(場)內(nèi)退行過程中，如遇庫門關閉或洗車機故障，會導致列車與庫門或洗車機相撞。庫門和洗車機狀態(tài)也應該納入回退授權的檢查條件。

6) 列車退行過程中，如未經(jīng)授權而進入相鄰控區(qū)，會導致與相鄰控區(qū)列車相撞等。本文將提出相應的防護措施，以避免該危害發(fā)生。

2 列車跨控區(qū)回退場景分析

圖1所示為列車正線折返過沖站臺自動回退場景。根據(jù)運營計劃，早高峰和晚高峰時間段，部分列車采用小交路運營。列車從GD1方向運行至站臺KMN1停車。站務人員清客確認后，列車利用虛擬站臺PS39進行折返，在GD0方向繼續(xù)載客運營。圖1中，ZC3為控區(qū)3的區(qū)域控制器(ZC)，ZC4為控區(qū)4的區(qū)域控制器，控區(qū)3和控區(qū)4屬于正線控區(qū)且相鄰。若列車?？空九_ PS39時過沖站臺，列車回退安全應由ZC3和ZC4共同保證。

圖1 列車正線折返過沖站臺的自動回退場景Fig.1 Automatic turning back scenario of train main line rushing over platform

圖2所示為列車轉(zhuǎn)換軌處過沖站臺自動回退場景。根據(jù)運營計劃，列車從GD0方向運行至虛擬站臺PS19停車。列車停車后，ATS(列車自動監(jiān)控)系統(tǒng)為列車分配運行任務。列車接到任務后,再次投入正線載客運營。圖2中，ZC9為自動化車輛段控區(qū)9的區(qū)域控制器，ZC1為正線控區(qū)1 的區(qū)域控制器。若列車?？刻摂M站臺PS19時過沖站臺，列車回退安全將由ZC9和ZC1共同保證。

圖2 列車在轉(zhuǎn)換軌處過沖站臺的自動回退場景Fig.2 Automatic turning back scenario of train rushing over platform at transfer track

3 列車跨控區(qū)回退授權設計方案

列車過沖站臺跨控區(qū)回退時，其所在控區(qū)ZC計算的回退授權由兩部分組成：本控區(qū)ZC計算的授權和相鄰控區(qū)ZC計算的授權。僅當本控區(qū)ZC和相鄰控區(qū)ZC都授權回退時，本控區(qū)ZC才能向列車發(fā)送回退授權。列車在回退過程中持續(xù)檢查ZC提供的回退授權，一旦檢測到未授權，列車應立即停止回退，實施緊急制動。

3.1 回退授權設置

由于本控區(qū)ZC與相鄰控區(qū)ZC之間及同控區(qū)ZC與聯(lián)鎖設備(CBI)之間存在多種不同的通信狀態(tài)，列車跨控區(qū)回退時，回退授權的設置方式也不同。

1) 通信狀態(tài)1：相鄰控區(qū)ZC間通信正常，同控區(qū)ZC與CBI間通信正常。該狀態(tài)下列車回退授權設置方案如圖3所示。列車向所在控區(qū)ZC(圖3中用ZC1表示列車所在控區(qū)區(qū)域控制器，ZC1和ZC2相鄰)發(fā)送回退請求。ZC1在收到回退請求后，先計算本控區(qū)回退授權。ZC1在計算本控區(qū)回退授權時，在其它條件均滿足的情況下(包括站臺急停按鈕未激活、站臺門關閉、人員防護按鈕未激活等)，向該控區(qū)CBI(圖3中用CBI1表示)發(fā)送回退請求。CBI1在收到回退請求后，為其計算回退授權。CBI1在計算回退授權時，判斷后退條件是否滿足，若滿足，則鎖閉回退區(qū)域。鎖閉了回退區(qū)域即認為回退已授權。CBI1將計算的回退授權發(fā)送給ZC1。為其它列車辦理進路時，若進路范圍內(nèi)存在鎖閉的回退區(qū)域，回退區(qū)域中的道岔不能轉(zhuǎn)動。

圖3 相鄰控區(qū)ZC間通信正常Fig.3 Normal communication between adjacent control area ZCs

僅當本控區(qū)回退已經(jīng)授權時，ZC1才向相鄰控區(qū)ZC(圖3中用ZC2表示)發(fā)送回退延伸請求。ZC2在收到回退延伸請求后，為其計算回退延伸授權。ZC2計算回退延伸授權時，在其它條件均滿足的情況下(包括請求的回退區(qū)域沒有列車、道岔處于定向或者側(cè)向、回退區(qū)域外方列車不會越過該回退區(qū)域等)，向本控區(qū)聯(lián)鎖設備(CBI)(圖3中用CBI2表示)發(fā)送回退延伸請求。CBI2在收到回退延伸請求后，為其計算回退延伸授權。CBI2在計算回退延伸授權時，判斷回退條件是否滿足，若滿足，則鎖閉請求的回退區(qū)域。鎖閉了回退區(qū)域即認為回退延伸已授權。CBI2將計算的回退延伸授權發(fā)送給ZC2，ZC2再將回退延伸授權發(fā)送給ZC1。

ZC1收到ZC2回復的回退延伸授權時，僅當本控區(qū)ZC和相鄰控區(qū)ZC都授權回退時， ZC1才能向列車發(fā)送回退授權。以上計算回退授權涉及到的條件應持續(xù)檢查，一旦不滿足，應立即停止回退授權。

2) 通信狀態(tài)2：相鄰控區(qū)ZC間通信中斷，同控區(qū)ZC與CBI間通信正常。如圖4所示，ZC1和相鄰ZC2通信中斷。列車所在控區(qū)ZC1的回退延伸請求將通過本控區(qū)CBI1轉(zhuǎn)發(fā)給相鄰控區(qū)CBI2，CBI2再發(fā)送給ZC2。ZC2將計算后的回退授權按照回退延伸請求時的路徑回復給ZC1。

圖4 相鄰控區(qū)ZC間通信中斷Fig.4 Interrupted communication between adjacent control area ZCs

3) 通信狀態(tài)3：ZC和CBI間通信中斷。ZC和CBI間通信中斷狀態(tài)可分為3種場景，不同場景下列車回退授權設置方式不同。

場景1如圖5所示，ZC1和相鄰ZC2間通信中斷，ZC2和CBI2間通信中斷。列車所在控區(qū)ZC1的后退延伸請求將通過本控區(qū)CBI1轉(zhuǎn)發(fā)給相鄰控區(qū)CBI2。CBI2將計算后的回退授權按照回退延伸請求時的路徑回復給CBI1。由于ZC2和相鄰CBI2中斷通信，ZC2中的列車無法使用高級模式根據(jù)ZC2計算的移動授權行車，僅能由司機根據(jù)信號顯示手動駕駛列車。該方案同樣適用于場景2，即ZC1和相鄰ZC2間通信正常，ZC2和CBI2間通信中斷。場景2列車回退授權設置如圖6所示。

圖5 ZC和CBI間通信中斷場景1Fig.5 Interrupted communication scenario 1 between ZC and CBI

圖6 ZC和CBI間通信中斷場景2Fig.6 Interrupted communication scenario 2 between ZC and CBI

場景3如圖7所示，ZC1和ZC2通信中斷，ZC2和CBI2通信中斷，CBI1和CBI2通信中斷，ZC1無法知道相鄰控區(qū)的授權情況。此種情況下不允許列車自動回退，需人工干預，上車對位，由人工保證列車回退安全。

圖7 ZC和CBI間通信中斷場景3Fig.7 Interrupted communication scenario 3 between ZC and CBI

3.2 回退授權取消

列車對準站臺或離開站臺時，自動取消已授權的回退區(qū)域。由于系統(tǒng)間通信中斷等原因不能自動取消時，經(jīng)人工確認后，通過控制中心下發(fā)命令取消已授權回退區(qū)域。

4 結(jié)語

本文分析了全自動運行列車過沖站臺回退過程中可能存在的危害。結(jié)合運營需求，對列車過沖站臺跨控區(qū)回退場景進行了分析，提出了通過控區(qū)間信息交互實時獲取相鄰控區(qū)回退授權的安全防護方案。該方案可以解決列車跨控區(qū)回退安全防護問題，確保列車回退時的行車安全。