試車線與車輛段信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備合用方案分析

羅 蓉，武志剛

（北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100032）

1 概述

當(dāng)前，非自動(dòng)化車輛段信號(hào)系統(tǒng)僅配置計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，車輛段內(nèi)試車線是配置完整獨(dú)立的ATC信號(hào)設(shè)備，在設(shè)備組成和接口通信等方面與車輛段、正線完全物理隔離。車輛段設(shè)置調(diào)車進(jìn)路將列車調(diào)入試車線，試車線與車輛段之間經(jīng)過申請(qǐng)、允許和取消、確認(rèn)等操作，完成試車線控制權(quán)交接。

而全自動(dòng)運(yùn)行線路的自動(dòng)化車輛段配備與正線一致的信號(hào)系統(tǒng)，自動(dòng)化車輛段即可視作一個(gè)聯(lián)鎖區(qū)集中站，試車線理論上可視作該聯(lián)鎖區(qū)下的非集中站，試車線與車輛段可歸屬同一系統(tǒng)控制（即車輛段信號(hào)系統(tǒng)），不再對(duì)試車線與車輛段物理隔離，可從軟件層面增加隔離措施、工作站劃分控制權(quán)限等手段實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能，從而達(dá)到節(jié)省投資、降低維護(hù)成本、節(jié)約安裝空間、減少施工量的目的。但試車線與車輛段信號(hào)系統(tǒng)合用是否可以滿足傳統(tǒng)試車線信號(hào)系統(tǒng)的全部功能及場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)，目前鮮有文獻(xiàn)論述，基于此，本文對(duì)自動(dòng)化車輛段試車線與車輛段信號(hào)設(shè)備合用方案的適用范圍及與傳統(tǒng)試車線信號(hào)系統(tǒng)的差異進(jìn)行分析。

2 設(shè)備合用方案

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

試車線設(shè)備包含室內(nèi)和室外兩部分。試車線與車輛段室內(nèi)設(shè)備合設(shè)，僅在車輛段控制中心（Depot Control Center，DCC）內(nèi)設(shè)置1臺(tái)試車線列車自動(dòng)監(jiān)控（Automatic Train Supervision，ATS）工作站。室內(nèi)合用設(shè)備包括：聯(lián)鎖設(shè)備及維護(hù)設(shè)備、ATS分機(jī)、現(xiàn)地控制工作站設(shè)備、列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)（Automatic Train Protection，ATP）/列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（Automatic Train Operation，ATO）計(jì)算機(jī)設(shè)備及維護(hù)設(shè)備、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（Data Communication System，DCS）設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備、智能電源屏設(shè)備；室外設(shè)備包括：計(jì)軸、信標(biāo)、信號(hào)機(jī)、人員防護(hù)開關(guān)（Staff Protection Key Switch，SPKS）、緊急停車按鈕（虛擬）、站臺(tái)門（虛擬）、清客按鈕（虛擬）、關(guān)門按鈕（虛擬）、開門按鈕（虛擬）、射頻拉遠(yuǎn)單元（Remote Radio Unit，RRU）及天線。

車輛段按照采集、驅(qū)動(dòng)段內(nèi)設(shè)備的方式，對(duì)試車線室外設(shè)備進(jìn)行控制，并將其狀態(tài)實(shí)時(shí)發(fā)送至車輛段區(qū)域控制器（Zone Control，ZC）等設(shè)備；試車線設(shè)置試車線ATS工作站，與車輛段ATS工作站劃分不同控制權(quán)限和范圍，其工作界面與控制權(quán)限對(duì)應(yīng)，均連接至車輛段 ATS分機(jī)，與正線 ATC網(wǎng)連接，可以實(shí)現(xiàn)與車輛段各系統(tǒng)設(shè)備交互，完成試車、調(diào)試功能。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 試車線與車輛段信號(hào)系統(tǒng)合用系統(tǒng)架構(gòu)示意Fig.1 Schematic diagram of integrated signal system of depot and test line

2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理

2.2.1 聯(lián)鎖實(shí)現(xiàn)原理

硬件層面：試車線與車輛段共用一套聯(lián)鎖室內(nèi)設(shè)備，為實(shí)現(xiàn)更好的隔離，試車線相關(guān)的采集和驅(qū)動(dòng)板卡可采用獨(dú)立板卡，并設(shè)置獨(dú)立的試車線專用聯(lián)鎖機(jī)籠，可實(shí)現(xiàn)在驅(qū)采和分布總線層面，車輛段和試車線硬件完全獨(dú)立。

軟件層面：試車線在聯(lián)鎖內(nèi)部邏輯層面被劃分成兩個(gè)獨(dú)立的控制區(qū)域，區(qū)域1為車輛段管轄范圍，完成車輛段聯(lián)鎖操作控制功能；區(qū)域2為試車線管轄范圍，完成試車線聯(lián)鎖控制功能。車輛段與試車線要完成控制權(quán)的交接才能實(shí)現(xiàn)區(qū)域1和區(qū)域2的控制權(quán)轉(zhuǎn)換。具體在軌旁設(shè)備的劃分上，試車線上的計(jì)軸、列車信號(hào)機(jī)由區(qū)域2管轄，車輛段復(fù)示試車線計(jì)軸區(qū)段狀態(tài)；試車線上的道岔、調(diào)車信號(hào)機(jī)、盡頭式阻擋信號(hào)機(jī)歸區(qū)域1管轄，試車線復(fù)示車輛段的道岔狀態(tài)。

2.2.2 ATS實(shí)現(xiàn)原理

硬件層面：試車線和車輛段共用一套ATS分機(jī)，試車線ATS工作站和車輛段ATS工作站分設(shè)。

控制區(qū)域劃分：試車線、車輛段管理區(qū)域在ATS軟件內(nèi)部可設(shè)置不同站號(hào)進(jìn)行邏輯區(qū)分。

工作站界面劃分：試車線ATS工作站僅顯示試車線站場(chǎng)圖，該站場(chǎng)圖復(fù)示道岔狀態(tài)，但不顯示車輛段控制的調(diào)車信號(hào)機(jī)、盡頭終端信號(hào)機(jī)元素；車輛段ATS工作站同時(shí)顯示車輛段、試車線站場(chǎng)圖，試車線區(qū)域內(nèi)僅顯示車輛段控制的道岔、調(diào)車信號(hào)機(jī)、終端信號(hào)機(jī)狀態(tài)，并復(fù)示試車線上計(jì)軸區(qū)段的占用出清狀態(tài)，不顯示試車線區(qū)域內(nèi)的列車信號(hào)機(jī)、站臺(tái)相關(guān)元素。

故障隔離措施：根據(jù)不同的站號(hào)，試車線、車輛段軌旁設(shè)備產(chǎn)生的告警僅在各自ATS工作站上顯示；對(duì)于在試車線上進(jìn)行試車的車載報(bào)警，ATS可采用列車位置信息及關(guān)聯(lián)的列車ID對(duì)報(bào)警進(jìn)行屏蔽，使控制中心不會(huì)接收試車線車載報(bào)警。

2.2.3 MSS實(shí)現(xiàn)原理

對(duì)于列車在試車線屏蔽相關(guān)車載報(bào)警，可在維護(hù)監(jiān)測(cè)的服務(wù)端上通過識(shí)別列車進(jìn)入試車線的軌道及方向，判斷出列車是否進(jìn)入試車線，從而將處于試車線的車載報(bào)警進(jìn)行屏蔽。

2.2.4 ATC實(shí)現(xiàn)原理

ZC涉及安全平臺(tái)，軟硬件均為一體化設(shè)計(jì)，對(duì)外接口也均為網(wǎng)絡(luò)接口，整個(gè)車輛段和試車線被認(rèn)為是同一控制區(qū)域，無法進(jìn)行相關(guān)隔離。

2.2.5 無線接入實(shí)現(xiàn)原理

試車線不再單獨(dú)設(shè)置室內(nèi)外DCS設(shè)備，由車輛段DCS統(tǒng)一部署試車線軌旁RRU及天線設(shè)備，RRU與車輛段室內(nèi)BBU連接，列車進(jìn)入試車線時(shí)，通過試車線部署的RRU進(jìn)行車-地通信。

2.2.6 計(jì)軸實(shí)現(xiàn)原理

一般計(jì)軸設(shè)備按區(qū)段模塊化設(shè)計(jì)，各區(qū)段計(jì)軸電路獨(dú)立工作，因此，試車線和車輛段計(jì)軸區(qū)段互不影響。只有車輛段與試車線分界計(jì)軸點(diǎn)故障時(shí)，才會(huì)導(dǎo)致試車線區(qū)段和車輛段邊界的區(qū)段同時(shí)故障，但影響程度在可接受范圍內(nèi)。

2.2.7 工程設(shè)計(jì)

試車線納入車輛段聯(lián)鎖和ZC控制范圍，將試車線和車輛段均劃為全自動(dòng)區(qū)域。試車線與車輛段之間的道岔上設(shè)置專用列兼調(diào)信號(hào)機(jī)，以實(shí)現(xiàn)調(diào)車和試車進(jìn)路顯示。

3 方案分析

試車線用于線路信號(hào)系統(tǒng)、車輛各系統(tǒng)進(jìn)行功能測(cè)試、設(shè)備調(diào)試、故障復(fù)現(xiàn)和維修確認(rèn)等工作?？煞譃闇?zhǔn)備試車場(chǎng)景、開始試車場(chǎng)景、結(jié)束試車場(chǎng)景。

3.1 準(zhǔn)備試車場(chǎng)景分析

試車線與車輛段所屬同一管轄分區(qū)，為保證試車線和車輛段相關(guān)人員職責(zé)清晰，流程獨(dú)立，試車線的控制權(quán)仍需要試車線和車輛段進(jìn)行權(quán)限交接，按照雙重控制設(shè)置。試車線人員根據(jù)調(diào)試內(nèi)容，申請(qǐng)和控制試車。車輛段 DCC 負(fù)責(zé)段內(nèi)運(yùn)營(yíng)控制和試車授權(quán)。

從軟硬件的安全性、可用性和成熟度考慮，車輛段聯(lián)鎖和 ZC 設(shè)備同時(shí)設(shè)置兩套應(yīng)用軟件和接口，各系統(tǒng)采集、驅(qū)動(dòng)和處理都是兼顧車輛段和試車線的同一設(shè)備及軟件邏輯，可保證聯(lián)鎖和 ZC 安全處理。同時(shí)實(shí)現(xiàn)試車線雙重控制，且控制權(quán)明確，避免試車線在同一時(shí)間控制權(quán)限和范圍重疊造成車輛段或試車線控制異常。

3.2 開始試車場(chǎng)景分析

信號(hào)系統(tǒng)試車：試車線獲得車輛段下發(fā)的試車線控制權(quán)，開始試車，列車可以在試車線進(jìn)行信號(hào)系統(tǒng)功能測(cè)試和調(diào)試。在任何時(shí)候，僅允許一輛列車在試車線上試驗(yàn)。試車線能夠測(cè)試車載信號(hào)系統(tǒng) ATP/ATO以及車載設(shè)備與車輛接口的功能，能對(duì)車載信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行各種速度等級(jí)的列車自動(dòng)休眠/喚醒、ATP 功能、全自動(dòng)駕駛、ATO 自動(dòng)駕駛、牽引和制動(dòng)性能試驗(yàn)、站臺(tái)自動(dòng)發(fā)車、ATO 精確停車、模擬站間運(yùn)行、自動(dòng)折返（試車線兩端都能自動(dòng)折返）、車門及安全門的模擬控制、遠(yuǎn)程復(fù)位、車輛接口、車-地通信及駕駛模式間轉(zhuǎn)換、聯(lián)鎖等功能的測(cè)試。

傳統(tǒng)模式的試車線除具備正常功能驗(yàn)證外，同時(shí)具備對(duì)各子系統(tǒng)的故障模擬測(cè)試、故障復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)、故障確認(rèn)和軟硬件升級(jí)驗(yàn)證等，均不會(huì)影響車輛段、正線的正常運(yùn)營(yíng)；但合用車輛段設(shè)備的試車線需要考慮測(cè)試的故障內(nèi)容、測(cè)試故障影響范圍，測(cè)試故障對(duì)車輛段日常運(yùn)營(yíng)的影響。測(cè)試受限功能主要包含以下內(nèi)容。

1）無法單獨(dú)實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)室內(nèi)設(shè)備故障復(fù)現(xiàn)和故障確認(rèn)。

2）無法單獨(dú)實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)升/降級(jí)軟硬件實(shí)驗(yàn)。因?yàn)樵囓嚲€與車輛段為合用設(shè)備，軟硬件測(cè)試可能會(huì)造成車輛段信號(hào)系統(tǒng)宕機(jī)，控制中心頻繁報(bào)警，甚至直接影響車輛段旁的正線分區(qū)設(shè)備狀態(tài)，從而導(dǎo)致全線中斷，列車無法回庫等問題。

3）試車線因各系統(tǒng)故障或安裝等測(cè)試驗(yàn)證情況，造成采集和驅(qū)動(dòng)邏輯、接口出現(xiàn)異常情況（如：采集與驅(qū)動(dòng)反邏輯、丟失或異常接地）時(shí)，都有可能使車輛段的聯(lián)鎖、ZC 等設(shè)備判斷異常，甚至設(shè)備宕機(jī)或燒壞，使整個(gè)車輛段中斷運(yùn)營(yíng)，無法在短時(shí)間修復(fù)，保證繼續(xù)運(yùn)營(yíng)。

4）系統(tǒng)改造時(shí)，試車線驗(yàn)證功能受限，新增接口、設(shè)備或系統(tǒng)沒有單獨(dú)確認(rèn)符合上線條件的實(shí)驗(yàn)條件，新增內(nèi)容無法完全保證滿足車輛段和正線各設(shè)備要求或邏輯，線路對(duì)新增內(nèi)容的核實(shí)有可能影響正線運(yùn)營(yíng)。

5）特殊的實(shí)驗(yàn)測(cè)試工作不能在合用車輛段設(shè)備的試車線上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，包括系統(tǒng)替換、司機(jī)培訓(xùn)等。

所以合用車輛段的試車線調(diào)試為避免影響正線和車輛段運(yùn)營(yíng)，不能隨時(shí)進(jìn)行信號(hào)系統(tǒng)故障復(fù)現(xiàn)和軟硬件升級(jí)驗(yàn)證功能，需要在調(diào)試時(shí)制定相應(yīng)的應(yīng)急計(jì)劃、范圍評(píng)估、運(yùn)營(yíng)合理計(jì)劃等。各專業(yè)不能單獨(dú)利用試車線進(jìn)行軟硬件正式升級(jí)前的驗(yàn)證和故障排查，需要各相關(guān)專業(yè)配合同意，以免干擾其他設(shè)備影響運(yùn)營(yíng)。

車輛試車：列車可以在試車線進(jìn)行車輛專業(yè)的專項(xiàng)測(cè)試，能夠測(cè)試車輛各系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)功能。車輛在傳統(tǒng)試車線進(jìn)行自身系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，可以無需信號(hào)系統(tǒng)配合，甚至信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備可以直接斷電，由車輛自身控制和防護(hù)試車調(diào)試。車輛通過合用車輛段信號(hào)設(shè)備的試車線進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，需要信號(hào)系統(tǒng)支持和配合，試車線工作站必須為列車辦理調(diào)試進(jìn)路，或者設(shè)置封閉試車線范圍，使列車在試車線內(nèi)往復(fù)調(diào)試運(yùn)行，否則可能造成異常故障，影響車輛段整套信號(hào)設(shè)備。

3.3 結(jié)束試車場(chǎng)景分析

在試車線工作站控制下，列車完成上述功能調(diào)試，停在試車線折出停車點(diǎn)。完成控制權(quán)交接，按照 DCC 折出回庫進(jìn)路，可以全自動(dòng)折返回庫，也可人工折返駕駛列車回庫，從而完成試車線功能調(diào)試。而傳統(tǒng)模式的試車線為非全自動(dòng)區(qū)域，需要人工駕駛列車回庫，回庫過程中，逐步升級(jí)。

4 結(jié)束語

與車輛段合用設(shè)備的試車線相對(duì)于傳統(tǒng)試車線，能夠節(jié)省投資、降低維護(hù)成本，節(jié)約設(shè)備室安裝空間，減少施工量，但是其對(duì)于各系統(tǒng)故障工況復(fù)現(xiàn)、排查、驗(yàn)證、演示和軟硬件升降級(jí)替換測(cè)試有限制要求，甚至特殊升級(jí)、故障排查無法在試車線進(jìn)行，會(huì)導(dǎo)致此類需求在全線及場(chǎng)段無測(cè)試驗(yàn)證，因此針對(duì)受限調(diào)試功能，需要充分評(píng)估對(duì)正線和車輛段影響范圍和程度，制定對(duì)應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案和防護(hù)措施，在各系統(tǒng)、各地點(diǎn)相關(guān)人員協(xié)同配合和同意情況下，才能進(jìn)行相關(guān)功能調(diào)試。