吳炳昊 代繼龍

(1.北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070；2.北京市高速鐵路運(yùn)行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100070)

1 概述

北京S1線是北京市第一條以中低速磁懸浮列車運(yùn)行的軌道交通線路，該線路裝備了中國(guó)通號(hào)研發(fā)的FZL200型MATC (Maglev Automatic Train Control)系統(tǒng)、JZ.GD-1型微機(jī)計(jì)軸設(shè)備，并由中國(guó)通號(hào)負(fù)責(zé)信號(hào)系統(tǒng)集成。北京S1線信號(hào)系統(tǒng)具備CBTC控制級(jí)、聯(lián)鎖控制級(jí)二級(jí)控制模式。

北京S1線采用JZ.GD-1型計(jì)軸設(shè)備進(jìn)行列車的占用空閑檢測(cè)，使用方式與傳統(tǒng)輪軌線路有所不同，如：磁浮列車上加裝感應(yīng)鋼板作為模擬輪對(duì)使計(jì)軸系統(tǒng)通過(guò)車輪傳感器得到列車輪對(duì)計(jì)數(shù)，線路中的渡線道岔區(qū)段區(qū)別于傳統(tǒng)輪軌線路那樣在渡線道岔中心安裝車輪傳感器等。

本文將對(duì)在渡線道岔中心無(wú)安裝車輪傳感器此特殊安裝方式，介紹信號(hào)系統(tǒng)的處理方案，并對(duì)該方案進(jìn)行安全分析。

2 渡線道岔計(jì)軸相關(guān)的特殊點(diǎn)

北京S1線渡線道岔區(qū)段未在道岔中心位置安裝車輪傳感器，其車輪傳感器的布置如圖1所示。

圖1 渡線道岔區(qū)段車輪傳感器安裝示意圖Fig.1 Installation diagram of wheel detectors in crossover switch area

為了在圖1所示的車輪傳感器安裝方式下，能夠區(qū)分渡線道岔上、下行區(qū)段各自的占用/空閑狀態(tài)，渡線道岔區(qū)段JZ.GD-1型計(jì)軸主機(jī)采集道岔的DBJ、FBJ。以單渡線道岔區(qū)段2DG計(jì)軸主機(jī)為例（雙渡線道岔與單渡線類似），說(shuō)明其主要計(jì)軸邏輯如下：

當(dāng)采集到DBJ吸起且FBJ落下時(shí)，計(jì)軸判斷道岔處于定位，以J2、J3為車輪傳感器進(jìn)行列車輪對(duì)計(jì)數(shù)；

當(dāng)采集到DBJ落下且FBJ吸起時(shí)，計(jì)軸判斷道岔處于反位，以J1、J2、J3、J4為車輪傳感器進(jìn)行列車輪對(duì)計(jì)數(shù)；

當(dāng)采集到DBJ吸起且FBJ吸起時(shí)，計(jì)軸判斷道岔處于四開(kāi)，以J1、J2、J3、J4為車輪傳感器進(jìn)行列車輪對(duì)計(jì)數(shù)。

上述計(jì)軸功能是安全可信的。

另外：

當(dāng)計(jì)軸系統(tǒng)采集到道岔位置異常（DBJ吸起且FBJ吸起）時(shí)，則計(jì)軸進(jìn)入故障狀態(tài)（輸出GJ落下）；

當(dāng)計(jì)軸系統(tǒng)采集到道岔四開(kāi)（DBJ落下且FBJ落下）時(shí)，同時(shí)檢測(cè)到輪對(duì)計(jì)數(shù)區(qū)域內(nèi)存在列車輪對(duì)，則計(jì)軸進(jìn)入故障狀態(tài)（輸出GJ落下）。

在北京S1線實(shí)施過(guò)程的分析中發(fā)現(xiàn)：計(jì)軸系統(tǒng)對(duì)渡線道岔定位、反位信息的采集僅可采用簡(jiǎn)單接口方式，但這種接口方式在理論上存在錯(cuò)誤采集的可能性。因此，需對(duì)由該失效引入的系統(tǒng)安全性影響進(jìn)行分析，以確保北京S1線渡線道岔上、下行區(qū)段占用/空閑信息的安全性。本文后續(xù)內(nèi)容將對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行探討。

3 北京S1線的聯(lián)鎖處理方案

由于聯(lián)鎖系統(tǒng)對(duì)道岔的DBJ、FBJ采集是安全可信的，項(xiàng)目以此為依靠點(diǎn)，對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行處理，對(duì)聯(lián)鎖系統(tǒng)提出了安全需求：

當(dāng)聯(lián)鎖采集到渡線道岔（含雙渡線道岔、單渡線道岔）并非所有道岔均處于定位時(shí)，則采集到渡線道岔區(qū)段上、下行任一區(qū)段的GJ落下應(yīng)作為上、下行區(qū)段GJ均為落下處理；

僅當(dāng)聯(lián)鎖采集到渡線道岔（含雙渡線道岔、單渡線道岔）所有道岔均處于定位時(shí)，才可將渡線道岔區(qū)段上、下行區(qū)段的GJ不做關(guān)聯(lián)，分別處理。

4 以計(jì)軸、聯(lián)鎖特殊處理為基礎(chǔ)上的安全分析

本文通過(guò)枚舉的方法，對(duì)道岔實(shí)際開(kāi)向與計(jì)軸可能采集的道岔開(kāi)向進(jìn)行分析。分析時(shí)，基于下列幾點(diǎn)：

1）計(jì)軸采集的DBJ、FBJ不是安全可信的，聯(lián)鎖采集的DBJ、FBJ是安全可信的；

2）計(jì)軸系統(tǒng)的計(jì)軸功能是安全可信的，但其根據(jù)采集到的DBJ、FBJ選取的車輪傳感器、以及由車輪傳感器組成的輪對(duì)計(jì)數(shù)區(qū)域不是安全可信的；

3）對(duì)于道岔系統(tǒng)而言，對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的安全要求是不應(yīng)錯(cuò)誤的啟動(dòng)道岔；

4）在信號(hào)系統(tǒng)未啟動(dòng)道岔時(shí)，道岔系統(tǒng)由于其他原因啟動(dòng)導(dǎo)致的危險(xiǎn)信號(hào)系統(tǒng)無(wú)法防護(hù)，本文的分析亦不考慮。

4.1 計(jì)軸未采集到DBJ、FBJ狀態(tài)變化的情況

在計(jì)軸采集DBJ、FBJ狀態(tài)與道岔實(shí)際狀態(tài)一致時(shí)，會(huì)選取正確的車輪傳感器組成正確的輪對(duì)計(jì)數(shù)區(qū)域，無(wú)安全風(fēng)險(xiǎn)。

4.1.1 CI采集渡線道岔為定位（DBJ吸起、FBJ落下）

1）若計(jì)軸錯(cuò)誤判斷為反位（DBJ落下、FBJ吸起）

a.實(shí)際無(wú)車時(shí)，無(wú)安全影響；

b.若實(shí)際有車占用，會(huì)導(dǎo)致CI認(rèn)為的占用區(qū)域擴(kuò)大，影響可用性，但無(wú)安全風(fēng)險(xiǎn)。

2）若計(jì)軸錯(cuò)誤判斷為四開(kāi)（DBJ落下、FBJ落下）

a.實(shí)際無(wú)車時(shí)，無(wú)安全影響；

b.若實(shí)際有車占用，則計(jì)軸進(jìn)入故障狀態(tài)，可能導(dǎo)致CI認(rèn)為的占用區(qū)域擴(kuò)大，會(huì)影響可用性，但無(wú)安全風(fēng)險(xiǎn)。

3）若計(jì)軸錯(cuò)誤判斷為異常位置（DBJ吸起、FBJ吸起）：計(jì)軸進(jìn)入故障狀態(tài)，會(huì)影響可用性，但無(wú)安全風(fēng)險(xiǎn)。

4.1.2 CI采集渡線道岔為反位（DBJ落下、FBJ吸起）

1）若計(jì)軸錯(cuò)誤判斷為定位（DBJ吸起、FBJ落下）

a.實(shí)際無(wú)車時(shí)，無(wú)安全影響；

b.若實(shí)際有車占用，只要渡線道岔上、下行區(qū)段不同時(shí)出清（見(jiàn)4.3節(jié)），則雖然計(jì)軸輸出可能導(dǎo)致占用區(qū)域減小的危險(xiǎn)測(cè)輸出，但CI在道岔反位時(shí)，會(huì)將占用區(qū)域重新修正為渡線道岔上、下行區(qū)段均為占用，并不會(huì)導(dǎo)致CI認(rèn)為占用區(qū)域減少，沒(méi)有導(dǎo)致危險(xiǎn)。

2）若計(jì)軸錯(cuò)誤判斷為四開(kāi)（DBJ落下、FBJ落下）

a.實(shí)際無(wú)車時(shí)，無(wú)安全影響；

b.若實(shí)際有車占用，則計(jì)軸進(jìn)入故障狀態(tài)，會(huì)影響可用性，但無(wú)安全風(fēng)險(xiǎn)。

3）若計(jì)軸錯(cuò)誤判斷為異常位置（DBJ吸起、FBJ吸起）

計(jì)軸進(jìn)入故障狀態(tài)，會(huì)影響可用性，但無(wú)安全風(fēng)險(xiǎn)。

4.1.3 CI采集渡線道岔為四開(kāi)（DBJ落下、FBJ落下）

1）若計(jì)軸錯(cuò)誤判斷為定位（DBJ吸起、FBJ落下）

a.實(shí)際無(wú)車時(shí)，無(wú)安全影響；

b.若實(shí)際有車占用，只要渡線道岔上、下行區(qū)段不會(huì)同時(shí)出清（見(jiàn)4.3節(jié)），則雖然計(jì)軸輸出可能導(dǎo)致占用區(qū)域減小的危險(xiǎn)測(cè)輸出，但CI在道岔四開(kāi)時(shí)，會(huì)將占用區(qū)域重新修正為渡線道岔上、下行區(qū)段均為占用，并不會(huì)導(dǎo)致CI認(rèn)為占用區(qū)域減少，沒(méi)有導(dǎo)致危險(xiǎn)。

2）若計(jì)軸錯(cuò)誤判斷為反位（DBJ落下、FBJ吸起）

a.實(shí)際無(wú)車時(shí)無(wú)安全影響；

b.若實(shí)際有車占用，計(jì)軸雖然不會(huì)進(jìn)入故障，但仍按照正確的車輪傳感器計(jì)軸，CI此時(shí)只要采集到上、下行任一區(qū)段的GJ落下，則會(huì)按照上、下行區(qū)段均有車占用處理，沒(méi)有導(dǎo)致危險(xiǎn)。

3）若計(jì)軸錯(cuò)誤判斷為異常位置（DBJ吸起、FBJ吸起）：計(jì)軸進(jìn)入故障狀態(tài)，會(huì)影響可用性，但無(wú)安全風(fēng)險(xiǎn)。

4.1.4 CI采集渡線道岔為異常（DBJ吸起、FBJ吸起）

此時(shí)CI按照道岔四開(kāi)處理，可以參照“CI采集渡線道岔為四開(kāi)（DBJ落下、FBJ落下）”的情況。

綜上所述：在計(jì)軸未采集到DBJ、FBJ狀態(tài)變化時(shí)，北京S1線的系統(tǒng)方案不會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)。

4.2 計(jì)軸采集到DBJ、FBJ狀態(tài)變化的情況

渡線道岔區(qū)域（包含渡線道岔上、下行區(qū)段）實(shí)際無(wú)車占用時(shí)，無(wú)安全風(fēng)險(xiǎn)，可能是正常的扳動(dòng)道岔。

考慮渡線道岔區(qū)域（包含渡線道岔上、下行區(qū)段）實(shí)際有車占用的情況，通過(guò)前面的分析已經(jīng)知道：在計(jì)軸未采集到DBJ、FBJ狀態(tài)變化時(shí)，沒(méi)有安全風(fēng)險(xiǎn)（見(jiàn)4.1節(jié)）；并且不會(huì)出現(xiàn)上、下行計(jì)軸區(qū)段同時(shí)出清的情況（見(jiàn)4.3節(jié)）。那么相對(duì)不利的情況考慮，即渡線道岔上、下行計(jì)軸區(qū)段只有1個(gè)輸出占用。

1) 出清計(jì)軸采集到DBJ、FBJ變化的情況：該計(jì)軸會(huì)將此情況當(dāng)作正常狀態(tài)處理，DBJ、FBJ變化后，按照新的車輪傳感器組成輪對(duì)計(jì)數(shù)區(qū)域，并根據(jù)該區(qū)域存在的列車輪對(duì)數(shù)驅(qū)動(dòng)GJ吸起或落下，無(wú)安全風(fēng)險(xiǎn)。

2) 占用計(jì)軸采集到DBJ、FBJ變化的情況：首先這是一種異常情況；另外，計(jì)軸根據(jù)其采集的DBJ、FBJ狀態(tài)，選擇相應(yīng)的車輪傳感器組成輪對(duì)計(jì)數(shù)區(qū)域，進(jìn)行列車輪對(duì)計(jì)數(shù)，并判斷應(yīng)輸出GJ的狀態(tài)。此時(shí)，計(jì)軸應(yīng)保證的是：不應(yīng)存在輪對(duì)計(jì)數(shù)、輸出GJ落下時(shí)，由于其采集DBJ、FBJ的變化，而導(dǎo)致其輪對(duì)計(jì)數(shù)邏輯混亂，造成后續(xù)輸出GJ的不可信。可行的措施如下。

a.計(jì)軸在判定輪對(duì)計(jì)數(shù)區(qū)域內(nèi)存在列車輪對(duì)（輸出GJ落下）時(shí)，若采集到DBJ或FBJ任意發(fā)生變化，則應(yīng)進(jìn)入持續(xù)輸出GJ落下的故障狀態(tài)；除非經(jīng)人工復(fù)位確認(rèn)安全，不可自動(dòng)恢復(fù)。

b.計(jì)軸內(nèi)部應(yīng)同時(shí)維護(hù)2個(gè)輪對(duì)計(jì)數(shù)：一個(gè)通過(guò)道岔采集為定位（DBJ吸起、FBJ落下）時(shí)的車輪傳感器進(jìn)行輪對(duì)計(jì)數(shù)，另一個(gè)通過(guò)道岔采集為反位（DBJ落下、FBJ吸起）、四開(kāi)（DBJ落下、FBJ落下）、異常（DBJ吸起、FBJ吸起）時(shí)的車輪傳感器進(jìn)行輪對(duì)計(jì)數(shù)；并根據(jù)其采集的道岔DBJ、FBJ狀態(tài)，選擇對(duì)應(yīng)的輪對(duì)計(jì)數(shù)，來(lái)判定應(yīng)驅(qū)動(dòng)GJ吸起還是落下。

比較上述2種方法，方法b的可用性好一些；但是即便采用方法b在異常場(chǎng)景下，計(jì)軸系統(tǒng)進(jìn)入故障狀態(tài)，會(huì)提升總體信號(hào)系統(tǒng)的安全邊際，提升總體信號(hào)系統(tǒng)的安全性。

4.3 渡線道岔上、下行區(qū)段計(jì)軸同時(shí)出清的安全分析

若渡線道岔上、下行區(qū)段均無(wú)車占用，此時(shí)對(duì)應(yīng)上、下行計(jì)軸區(qū)段均輸出出清（GJ吸起），無(wú)安全風(fēng)險(xiǎn)。

若渡線道岔區(qū)域（包含渡線道岔上、下行區(qū)段）實(shí)際有車占用，以第2節(jié)所示單渡線道岔（雙渡線道岔類似）為例，可按照表1考慮。

如表1所示，渡線道岔上、下行區(qū)段實(shí)際有車占用時(shí)，僅當(dāng)上、下行計(jì)軸主機(jī)均采集道岔位置為定位時(shí)，才存在同時(shí)輸出出清（GJ吸起）的可能。進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)：此時(shí)，渡線道岔上、下行區(qū)段計(jì)軸分別以上、下行的2個(gè)車輪傳感器進(jìn)行列車輪對(duì)計(jì)數(shù)，至少1個(gè)計(jì)軸主機(jī)會(huì)檢測(cè)列車輪對(duì)，不會(huì)出現(xiàn)上、下行計(jì)軸區(qū)段同時(shí)輸出GJ吸起的情況。

所以，在渡線道岔區(qū)域（包含渡線道岔上、下行區(qū)段）實(shí)際有車占用時(shí)，至少有1個(gè)計(jì)軸會(huì)輸出占用（GJ落下），不會(huì)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)上、下行計(jì)軸區(qū)段均輸出出清（GJ吸起）的情況。

表1 有車占用時(shí)的渡線道岔區(qū)段計(jì)軸輸出Tab.1 Outputs of axle counters in crossover switch area when train occupied

5 總結(jié)

本文介紹了北京中低速磁懸浮軌道交通S1線信號(hào)系統(tǒng)集成對(duì)渡線道岔中心位置無(wú)安裝車輪傳感器的處理方法。由于北京S1線車輪傳感器的特殊安裝方式，對(duì)信號(hào)系統(tǒng)渡線道岔上、下行區(qū)段占用、空閑狀態(tài)的采集進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)分析，論證了該處理方法的安全性。這種處理方法是一個(gè)通過(guò)系統(tǒng)層面安全設(shè)計(jì)，完善子系統(tǒng)/設(shè)備層面安全性的例子。