董 波

淺談CBTC信號(hào)系統(tǒng)后備模式的分類(lèi)及應(yīng)用

董 波

摘 要：目前在建及擬建的城軌交通項(xiàng)目中，信號(hào)系統(tǒng)絕大多數(shù)采用基于通信的移動(dòng)閉塞列車(chē)控制 (CBTC)系統(tǒng)，且大部分城市的CBTC系統(tǒng)都考慮了適當(dāng)?shù)暮髠淠Ｊ?。介紹國(guó)內(nèi)城軌交通CBTC信號(hào)系統(tǒng)不同后備模式的設(shè)備配置、工作原理、系統(tǒng)性能等，以便進(jìn)一步闡述CBTC信號(hào)系統(tǒng)后備模式的分類(lèi)及應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：城軌交通;后備模式;計(jì)軸

在國(guó)內(nèi)城軌交通CBTC信號(hào)系統(tǒng)項(xiàng)目中，開(kāi)通初期無(wú)線通信不能及時(shí)調(diào)試完成、開(kāi)通后通信中斷或者信號(hào)系統(tǒng)在部分設(shè)備故障時(shí)，后備模式均作為保持一定運(yùn)營(yíng)水平和安全防護(hù)的手段。雖然CBTC信號(hào)系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)城軌交通應(yīng)用已近10年，但圍繞CBTC后備模式的爭(zhēng)論一直沒(méi)有停止過(guò)，也沒(méi)有形成一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

1 后備模式的應(yīng)用場(chǎng)景

后備模式的設(shè)置從根本上是為了提高信號(hào)系統(tǒng)的可用性，主要是出于以下應(yīng)用場(chǎng)景的考慮：①線路開(kāi)通初期，信號(hào)系統(tǒng)不具備CBTC開(kāi)通條件時(shí)，后備模式作為臨時(shí)過(guò)渡期間列車(chē)運(yùn)行模式;②對(duì)未配備車(chē)載設(shè)備的列車(chē) (如工程車(chē)或不兼容本線信號(hào)系統(tǒng)的列車(chē))，車(chē)站值班員需直觀確認(rèn)其對(duì)區(qū)段的占用、出清情況，提高作業(yè)效率;③正線的軌旁設(shè)備故障 (如軌旁ATP主機(jī)、軌旁通信網(wǎng)絡(luò)或軌旁接入點(diǎn)AP故障)而聯(lián)鎖完好時(shí)，要求運(yùn)行狀態(tài)能夠?qū)虬踩?，支持具有一定運(yùn)營(yíng)效率的系統(tǒng)運(yùn)行;④車(chē)載設(shè)備故障時(shí)，方便調(diào)度員進(jìn)行列車(chē)追蹤、定位，以便使故障列車(chē)盡快撤離，恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)營(yíng)。

2 后備模式的特點(diǎn)

1．車(chē)載設(shè)備與軌旁設(shè)備間無(wú)法形成連續(xù)通信，CBTC系統(tǒng)可采用后備模式降級(jí)使用。

2．后備模式使用必須建立在聯(lián)鎖設(shè)備正常運(yùn)行基礎(chǔ)上。

3．核心工作原理是利用不依賴(lài)于車(chē)-地?zé)o線通信的輔助列車(chē)位置檢測(cè)設(shè)備，完成聯(lián)鎖進(jìn)路控制。

4．后備模式具有多種級(jí)別，可人工保障安全，也可具有ATP防護(hù)。

3 各級(jí)別后備模式簡(jiǎn)介

目前我國(guó)城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中采用的后備模式主要有3種：①僅疊加輔助的列車(chē)位置檢測(cè)設(shè)備;②聯(lián)鎖控制級(jí);③點(diǎn)式控制級(jí)。

3.1 疊加輔助的列車(chē)位置檢測(cè)設(shè)備

1．疊加輔助的列車(chē)位置檢測(cè)設(shè)備原理如圖1所示。該制式在全線配置計(jì)軸設(shè)備，劃分計(jì)軸區(qū)段，實(shí)現(xiàn)對(duì)非通信列車(chē) (故障列車(chē)、未裝備車(chē)載信號(hào)設(shè)備列車(chē))的占用檢測(cè)，便于值班員確認(rèn)列車(chē)位置，加快解鎖/出清故障車(chē)所占用過(guò)的區(qū)段(進(jìn)路)。

圖1 列車(chē)位置檢測(cè)設(shè)備原理示意圖

2．對(duì)于晚間作業(yè)未裝備車(chē)載信號(hào)設(shè)備的工程車(chē)，方便值班員直觀確認(rèn)工程車(chē)的占用/出清情況，便于其定位和跟蹤，提高晚間作業(yè)的效率。

3．該模式未配置地面信號(hào)機(jī)，無(wú)地面信號(hào)顯示防護(hù)，非通信列車(chē)只能根據(jù)調(diào)度命令行車(chē)，并且只能按站間電話閉塞行車(chē)。

3.2 聯(lián)鎖控制級(jí)

1．聯(lián)鎖控制級(jí)原理如圖2所示，與疊加輔助的列車(chē)位置檢測(cè)設(shè)備級(jí)別相比，聯(lián)鎖控制級(jí)增加了信號(hào)機(jī)實(shí)現(xiàn)進(jìn)路閉塞。在聯(lián)鎖級(jí)控制模式下，系統(tǒng)采用進(jìn)路閉塞的行車(chē)方式，列車(chē)在完全人工駕駛模式下運(yùn)行。司機(jī)根據(jù)地面信號(hào)機(jī)的指示駕駛列車(chē)，行車(chē)安全由司機(jī)負(fù)責(zé)。既適用于地面設(shè)備故障情況，又適用于非通信車(chē)的行車(chē)控制。

圖2 聯(lián)鎖控制級(jí)原理示意圖

2．限于信號(hào)機(jī)顯示距離、保護(hù)區(qū)段設(shè)置等原因，聯(lián)鎖級(jí)控制僅能保障限速人工駕駛模式(25 km/h)安全。

3．如果要在聯(lián)鎖級(jí)別下實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行，必須在進(jìn)路開(kāi)放基礎(chǔ)上根據(jù)調(diào)度命令行車(chē)，并且只能按站間電話閉塞行車(chē)。

4．聯(lián)鎖級(jí)控制能實(shí)現(xiàn)非通信列車(chē)和通信列車(chē)混合運(yùn)營(yíng)，及局部信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備故障后的后備運(yùn)行。聯(lián)鎖控制級(jí)后備模式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.3 點(diǎn)式控制級(jí)

1．點(diǎn)式控制級(jí)原理如圖4所示，與聯(lián)鎖控制級(jí)相比，點(diǎn)式控制級(jí)在聯(lián)鎖控制級(jí)基礎(chǔ)上，采用可變應(yīng)答器實(shí)現(xiàn)地對(duì)車(chē)信息的點(diǎn)式通信。

2．可變應(yīng)答器與進(jìn)路防護(hù)信號(hào)機(jī)關(guān)聯(lián)，每個(gè)可變應(yīng)答器對(duì)應(yīng)一架信號(hào)機(jī)。

3．當(dāng)進(jìn)路鎖閉信號(hào)開(kāi)放后，關(guān)聯(lián)的可變應(yīng)答器向通過(guò)的列車(chē)發(fā)送允許信息。

圖3 聯(lián)鎖控制級(jí)后備模式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

4．列車(chē)讀取可變應(yīng)答器的信息后，通過(guò)車(chē)載軌道數(shù)據(jù)庫(kù)的定義，計(jì)算相應(yīng)的列車(chē)移動(dòng)授權(quán)，繼而計(jì)算ATP防護(hù)曲線。

5．根據(jù)行車(chē)間隔需求，可在區(qū)間劃分計(jì)軸區(qū)段，布置區(qū)間信號(hào)機(jī)，使后備模式可以支持一定運(yùn)行間隔水平的有ATP防護(hù)運(yùn)營(yíng)。點(diǎn)式控制級(jí)后備模式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

4 3種后備模式的比較

3種后備模式制式均具備對(duì)故障列車(chē)及未裝備車(chē)載信號(hào)設(shè)備的列車(chē)提供輔助列車(chē)位置檢測(cè)功能，但在系統(tǒng)復(fù)雜性、提供的運(yùn)營(yíng)能力指標(biāo)及效率等方面存在差異。3種級(jí)別的后備模式比較見(jiàn)表1。

圖4 點(diǎn)式控制級(jí)原理示意圖

圖5 點(diǎn)式控制級(jí)后備模式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

5 各級(jí)別后備模式應(yīng)用場(chǎng)景分析

結(jié)合目前國(guó)內(nèi)各城市軌道交通CBTC信號(hào)系統(tǒng)后備模式使用狀況，根據(jù)前面列出的3種后備模式應(yīng)用場(chǎng)景，分析如下。

1．在合理工期安排下，由于CBTC系統(tǒng)完全可以一次性全功能開(kāi)通，因此場(chǎng)景①出現(xiàn)會(huì)越來(lái)越少，在此場(chǎng)景下可應(yīng)用點(diǎn)式控制級(jí)后備模式。

2．工程車(chē)每天上線，與本線維修等資源共享線路的列車(chē)會(huì)經(jīng)常進(jìn)入本線，因此，場(chǎng)景②出現(xiàn)最多，是一種常態(tài)情況，僅能使用聯(lián)鎖控制級(jí)后備模式。

3．大量項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)雖證明ATP設(shè)備雙系統(tǒng)故障出現(xiàn)概率極低，且無(wú)線網(wǎng)絡(luò)自身冗余配置，重疊覆蓋，可靠性極高，但隨著各領(lǐng)域無(wú)線設(shè)備的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，特別是個(gè)人手持移動(dòng)終端的普及，無(wú)線使用環(huán)境日益復(fù)雜，場(chǎng)景③車(chē)-地?zé)o線通信被干擾的可能性始終存在，在此場(chǎng)景下可應(yīng)用點(diǎn)式控制級(jí)后備模式。

4．車(chē)載設(shè)備故障是目前CBTC系統(tǒng)最常出現(xiàn)的故障之一，場(chǎng)景④也出現(xiàn)較多，此場(chǎng)景下僅能使用聯(lián)鎖控制級(jí)后備模式。

表1 3種級(jí)別的后備模式對(duì)比表

6 結(jié)論

后備模式的選擇應(yīng)考慮線路和運(yùn)營(yíng)的具體需求，從成本效益和功能需求的觀點(diǎn)出發(fā)，而不必追求性能的過(guò)度設(shè)計(jì);應(yīng)充分考慮線路運(yùn)營(yíng)需求和運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，科學(xué)地選用性?xún)r(jià)比高的后備模式。若后備模式系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜，將不可避免地導(dǎo)致接口和軌旁設(shè)備的增加，造成初期投資及運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本加大，失去了精簡(jiǎn)軌旁設(shè)備的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，CBTC信號(hào)系統(tǒng)已經(jīng)是國(guó)內(nèi)主流方案，而且必然是今后的發(fā)展趨勢(shì)。隨著技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線通信會(huì)越來(lái)越穩(wěn)定，因此沒(méi)有必要將后備模式做得過(guò)于復(fù)雜。

如考慮點(diǎn)式控制級(jí)與CBTC級(jí)別混合運(yùn)營(yíng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)就需考慮CBTC模式與后備模式在區(qū)域邊界的銜接，以及2種制式的列車(chē)混合運(yùn)營(yíng)或后備轉(zhuǎn)換時(shí)，移動(dòng)閉塞和固定閉塞安全防護(hù)原則和理念的銜接;同時(shí)還需兼顧后備模式下的單方向運(yùn)行方式和CBTC模式下的雙方向運(yùn)行方式，在信號(hào)顯示、安全防護(hù)等方面的融合。這必然會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性加大，出現(xiàn)的接口設(shè)計(jì)原則和匹配問(wèn)題，也造成了系統(tǒng)的可靠性和可用性的降低。

綜上所述，后備模式使用必須建立在聯(lián)鎖設(shè)備正常運(yùn)行基礎(chǔ)上，所有CBTC系統(tǒng)必須具備聯(lián)鎖級(jí)后備降級(jí)模式。另外，在工期保證和調(diào)試時(shí)間充足的前提下，可適當(dāng)降低后備模式的復(fù)雜程度，通過(guò)考慮在不同運(yùn)營(yíng)需求、不同建設(shè)階段和投資的情況下，采用適合自己的后備模式策略。

［1］IEEE Std 1473．1 －1999 IEEE Standard for Communications Based Train Control(CBTC) Performance and Functional Requirements.

［2］劉劍．城市軌道交通移動(dòng)閉塞系統(tǒng)后備模式的研究［D］．中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2005(5)：24．

Abstract:Signaling systems based on moving block train traffic control system，for short，CBTC，are adopted in most of the urban rail transit projects currently under construction or being proposed and appropriate back-up mode have been taken into consideration for the CBTC systems in most cities．This article introduces the device configuration，working principle，and system performance of different back-up modes of the CBTC signaling systems of domestic urban rail transit and elaborates the classification of back-up modes of CBTC signaling systems and their applications．

Key words:Urban rail transit;Back-up mode;Axle counter

董 波：青島市地下鐵道公司設(shè)備技術(shù)與運(yùn)營(yíng)籌備處 工程師266071 山東青島

2012-11-23

(責(zé)任編輯：溫志紅)