城市軌道交通互聯(lián)互通線路中列車跨線移交場(chǎng)景分析

左旭濤

(青島地鐵集團(tuán)有限公司，266045，青島//高級(jí)工程師)

隨著我國(guó)城市軌道交通規(guī)模及網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，節(jié)約資源與共享資源將成為城市軌道交通未來(lái)的發(fā)展模式，互聯(lián)互通由此應(yīng)運(yùn)而生。根據(jù)《城市軌道交通基于通信的列車運(yùn)行控制(CBTC)系統(tǒng)互聯(lián)互通系統(tǒng)規(guī)范》中的定義，互聯(lián)互通是指裝備不同信號(hào)廠家車載設(shè)備的列車可以在裝備不同信號(hào)廠家軌旁設(shè)備的一條軌道交通線路內(nèi)或多條軌道交通線路上無(wú)縫互通，安全可靠運(yùn)營(yíng)。其實(shí)質(zhì)是，在車載設(shè)備與軌旁設(shè)備分屬不同信號(hào)廠家的情況下，信號(hào)系統(tǒng)仍可安全可靠運(yùn)營(yíng)。其中，在信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，要充分考慮邊界重疊區(qū)的設(shè)置以及跨線移交的多種可能場(chǎng)景。

1 邊界重疊區(qū)設(shè)置與切換原則

1.1 邊界重疊區(qū)設(shè)置原則

互聯(lián)互通線路在正線之間應(yīng)設(shè)置重疊區(qū)，其ZC(區(qū)域控制器)邊界設(shè)計(jì)原則為：ZC邊界應(yīng)設(shè)置在計(jì)軸點(diǎn)，且與聯(lián)鎖邊界相同；ZC邊界不應(yīng)設(shè)置在折返區(qū)段中間(不含折返區(qū)段邊界)；ZC邊界不應(yīng)設(shè)置在站臺(tái)區(qū)段中間(不含站臺(tái)區(qū)段邊界)；ZC邊界上/下行方向均應(yīng)設(shè)置實(shí)體信號(hào)機(jī)或虛擬信號(hào)機(jī)；ZC子系統(tǒng)及ZC-ZC通信接口規(guī)范(線間)應(yīng)支持相鄰ZC間設(shè)置有多個(gè)ZC邊界；ZC重疊區(qū)移交ZC管轄范圍應(yīng)至少包括接管ZC管轄范圍內(nèi)第一條進(jìn)路的接近區(qū)段。

1.2 邊界重疊區(qū)切換原則

ZC切換重疊區(qū)原則為：每個(gè)ZC邊界點(diǎn)上行和下行方向定義一個(gè)ZC重疊區(qū)，并在電子地圖中進(jìn)行定義；ZC切換重疊區(qū)的設(shè)置，應(yīng)保證列車通過ZC邊界時(shí)不減速運(yùn)行，具體長(zhǎng)度應(yīng)在工程階段確定；ZC切換重疊區(qū)的邊界點(diǎn)應(yīng)為計(jì)軸點(diǎn)，同時(shí)考慮到接管ZC建立連接時(shí)間、列車常用制動(dòng)距離，距離ZC邊界的長(zhǎng)度應(yīng)大于該距離；移交重疊區(qū)范圍應(yīng)保證最不利情況下，列車不會(huì)在ZC超時(shí)時(shí)間內(nèi)由移交重疊區(qū)外越過移交ZC邊界進(jìn)入接管ZC；重疊區(qū)內(nèi)計(jì)軸長(zhǎng)度不應(yīng)小于列車最大回退距離加懸垂距離。

對(duì)于互聯(lián)互通線路，由于列車長(zhǎng)度、車輛參數(shù)等因素，各信號(hào)廠商應(yīng)分別計(jì)算各自的ZC重疊區(qū)長(zhǎng)度，然后取最大值為實(shí)際的移交ZC重疊區(qū)長(zhǎng)度。圖1為典型的ZC重疊區(qū)布置方式。

2 列車跨線移交

車載ATP(列車自動(dòng)保護(hù))設(shè)備接收中央ATS(列車自動(dòng)監(jiān)控)下發(fā)的接管ZC信息，用于判斷是否進(jìn)入移交ZC內(nèi)定義的接管ZC的重疊區(qū)。如圖1所示，列車駛?cè)?號(hào)線ZC的重疊區(qū)，如果列車是在2號(hào)線JZB站進(jìn)行站后折返，但車載ATP設(shè)備根據(jù)ATS下發(fā)的接管ZC信息判斷列車未進(jìn)入接管ZC的重疊區(qū)，則不會(huì)啟動(dòng)列車跨線移交；如果列車要從2號(hào)線進(jìn)入1號(hào)線，車載ATP設(shè)備根據(jù)ATS下發(fā)的接管ZC信息判斷列車進(jìn)入接管ZC的重疊區(qū)，則啟動(dòng)列車跨線移交過程。在列車跨線移交時(shí)，當(dāng)通信列車的包絡(luò)完全進(jìn)入移交ZC的重疊區(qū)域后，與接管ZC建立通信，隨后完全退出移交ZC的控制區(qū)域，同時(shí)主動(dòng)中斷與移交ZC的通信。移交ZC與接管ZC將相互傳遞重疊區(qū)內(nèi)的道岔信息、物理區(qū)段信息、列車信息、移動(dòng)權(quán)限移交等數(shù)據(jù)信息。兩個(gè)相鄰邊界點(diǎn)只能有且僅有一列列車處于控制權(quán)切換過程中，追蹤列車應(yīng)按抵近邊界點(diǎn)的順序進(jìn)行控制權(quán)切換。

圖1 城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)典型的ZC重疊區(qū)布置方式

列車轉(zhuǎn)線作業(yè)時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)對(duì)進(jìn)入本線路的列車自動(dòng)分配列車號(hào)，對(duì)離開本線路的列車自動(dòng)刪除列車號(hào)。車載 ATP設(shè)備應(yīng)根據(jù)列車所處線路和線路內(nèi)位置，與對(duì)應(yīng)線路的CBTC 軌旁設(shè)備進(jìn)行通信。兩條連續(xù)式列車控制級(jí)別線路間應(yīng)設(shè)置移交邊界和移交重疊區(qū)，移交管理應(yīng)符合以下要求：

(1) 列車進(jìn)入移交重疊區(qū)后，車載 ATP 設(shè)備應(yīng)同時(shí)與移交、接管線路的軌旁 ATP 設(shè)備建立通信，并根據(jù)列車是否越過移交邊界選擇采用移交/接管線路的軌旁 ATP 設(shè)備發(fā)送的移動(dòng)授權(quán)信息；

(2) 移交、接管線路的軌旁 ATP 設(shè)備間應(yīng)互傳線路狀態(tài)、列車位置等信息，并向車載 ATP 設(shè)備發(fā)送移動(dòng)授權(quán)信息；

(3) 移交、接管線路的 ATS 設(shè)備間應(yīng)互傳列車運(yùn)行調(diào)整信息、列車運(yùn)行監(jiān)視信息、站場(chǎng)顯示信息；

(4) 移交、接管線路的聯(lián)鎖設(shè)備間應(yīng)互傳跨線進(jìn)路范圍內(nèi)的軌旁設(shè)備狀態(tài)信息、進(jìn)路狀態(tài)信息、進(jìn)路控制命令，實(shí)現(xiàn)跨線進(jìn)路安全防護(hù)和辦理；

(5) 列車進(jìn)入移交重疊區(qū)后，車載 ATP 設(shè)備應(yīng)同時(shí)與移交、接管線路的維護(hù)支持設(shè)備建立通信，并將維護(hù)相關(guān)信息發(fā)送給移交和接管線路的維護(hù)支持設(shè)備；

(6) 列車車載數(shù)據(jù)庫(kù)將同時(shí)包含需要跨線的兩條線路的資料，軌旁通信以及車地間通信的信息格式、定義及內(nèi)容應(yīng)滿足互聯(lián)互通規(guī)范。

3 列車跨線移交場(chǎng)景

場(chǎng)景1：CBTC列車從CBTC線路進(jìn)入CBTC線路，與移交、接管ZC均通信良好。

CBTC列車安全包絡(luò)完全進(jìn)入移交ZC重疊區(qū)范圍(見圖2)，列車注冊(cè)接管ZC，同時(shí)與移交、接管ZC建立通信。

圖2 CBTC列車安全包絡(luò)完全進(jìn)入移交ZC重疊區(qū)范圍

移交ZC為列車計(jì)算的移動(dòng)授權(quán)到達(dá)移交邊界(見圖3)，控制權(quán)移交開始。移交ZC向接管ZC發(fā)送的移交列車信息包含該列車，移交狀態(tài)信息中列車VID(車輛標(biāo)識(shí)號(hào))為該列車VID，如圖3所示。

圖3 移交ZC為列車計(jì)算的移動(dòng)授權(quán)到達(dá)移交邊界

接管ZC收到移交ZC的移交狀態(tài)信息中包含該列車的“列車移交”狀態(tài)，接管ZC為列車計(jì)算移動(dòng)授權(quán)(見圖4)。若移動(dòng)授權(quán)可延伸進(jìn)入接管ZC管轄范圍，接管ZC則向移交ZC發(fā)送“列車移交接管狀態(tài)”為“列車接管”，移交ZC將該列車的移動(dòng)授權(quán)延伸進(jìn)入接管ZC管轄范圍，最遠(yuǎn)不能超過接管ZC的重疊區(qū)范圍，且不能越過接管ZC計(jì)算的移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)。列車同時(shí)收到移交ZC和接管ZC發(fā)送的移動(dòng)授權(quán)，但僅采用移交ZC的移動(dòng)授權(quán)。

圖4 接管ZC收到移交ZC的移交狀態(tài)信息

列車向前運(yùn)行，最大安全前端駛出移交ZC管轄范圍(見圖5)，移交ZC和接管ZC互發(fā)列車的移交狀態(tài)信息和移交列車信息，并均向列車發(fā)送移動(dòng)授權(quán)。列車?yán)^續(xù)使用移交ZC的移動(dòng)授權(quán)。

列車安全包絡(luò)駛過移交邊界并完全駛出移交ZC管轄范圍后(見圖6)，列車斷開與移交ZC的通信。列車使用接管ZC的移動(dòng)授權(quán)，完成列車跨線移交。

圖5 列車最大安全前端駛出移交ZC管轄范圍

圖6 列車安全包絡(luò)駛過移交邊界并完全駛出移交ZC管轄范圍

場(chǎng)景2：CBTC列車從CBTC線路進(jìn)入CBTC線路，但未與接管ZC建立通信或丟失通信。

CBTC列車安全包絡(luò)完全進(jìn)入移交ZC重疊區(qū)范圍，但只與移交ZC有通信而未與接管ZC建立通信或丟失通信(見圖7)。

圖7 CBTC列車安全包絡(luò)完全進(jìn)入移交ZC重疊區(qū)范圍但未與接管ZC建立通信

移交ZC為列車計(jì)算的移動(dòng)授權(quán)到達(dá)移交邊界前方(見圖8)。移交ZC向接管ZC發(fā)送的移交列車信息包含該列車，移交狀態(tài)信息中列車VID為該列車VID。

圖8 移交ZC為列車計(jì)算的移動(dòng)授權(quán)到達(dá)移交邊界前方

接管ZC收到移交ZC的移交狀態(tài)信息中包含該列車的“列車移交”狀態(tài)，但列車未與接管ZC建立通信，接管ZC向移交ZC發(fā)送“列車移交接管狀態(tài)”為“禁止駛?cè)搿保熊囈苿?dòng)授權(quán)終點(diǎn)仍只能到移交邊界(見圖9)。

列車向前運(yùn)行，在最大安全前端靠近移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)即移交邊界時(shí)，列車將停車。確認(rèn)邊界信號(hào)機(jī)開放后，列車以RM(限制人工駕駛)模式向前行駛，若在邊界信號(hào)機(jī)主應(yīng)答器處獲取點(diǎn)式移動(dòng)授權(quán)則可升級(jí)為點(diǎn)式模式駛?cè)虢庸躗C，如圖10所示。

圖9 列車移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)只能到移交邊界

圖10 列車在最大安全前端靠近移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)停車確認(rèn)信號(hào)開放狀態(tài)

列車安全包絡(luò)駛過移交邊界，完全駛出移交ZC管轄范圍后，列車斷開與移交ZC的通信，接管ZC對(duì)該列車按照非通信列車進(jìn)行追蹤。移交ZC和接管ZC均停發(fā)移交狀態(tài)信息，完成列車跨線移交，如圖11所示。

圖11 接管ZC對(duì)列車按照非通信列車進(jìn)行追蹤

場(chǎng)景3：非CBTC列車從CBTC線路進(jìn)入CBTC線路。

2.4 靜脈輸液風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)及內(nèi)容的確立 經(jīng)過2輪專家咨詢后，最終確立了由9項(xiàng)1級(jí)指標(biāo)、26項(xiàng)2級(jí)指標(biāo)和66項(xiàng)3級(jí)指標(biāo)構(gòu)成的靜脈輸液風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)及內(nèi)容。見表1。

點(diǎn)式或RM列車安全包絡(luò)完全進(jìn)入移交ZC重疊區(qū)范圍，但只與接管ZC有通信而不與移交ZC通信。移交ZC向接管ZC發(fā)送的移交狀態(tài)信息中接近列車ID為非通信列車默認(rèn)ID，移交列車信息中列車狀態(tài)為非通信列車，如圖12所示。

圖12 列車只與接管ZC有通信而與移交ZC無(wú)通信

列車與接管ZC建立通信并向前行駛，在最大安全前端靠近移交邊界時(shí)，確認(rèn)邊界信號(hào)機(jī)開放后，駛?cè)虢庸躗C，如圖13所示。

圖13 列車與接管ZC建立通信并在最大安全前端靠近移交邊界時(shí)確認(rèn)信號(hào)機(jī)開放狀態(tài)

列車安全包絡(luò)駛過移交邊界，完全駛出移交ZC管轄范圍后，保持與接管ZC的通信，根據(jù)接管ZC為列車計(jì)算的移動(dòng)授權(quán)，列車可升級(jí)至CBTC模式。移交ZC和接管ZC均停發(fā)移交信息，完成列車跨線移交。

對(duì)于通信的非CBTC列車，因移交ZC不給列車發(fā)送移動(dòng)授權(quán)信息，因此跨線時(shí)可以將此類列車作為非通信列車處理，與上述場(chǎng)景類似。

場(chǎng)景4：CBTC列車從CBTC線路進(jìn)入CBTC線路，移交ZC和接管ZC通信未建立或通信丟失。

CBTC列車安全包絡(luò)完全進(jìn)入移交ZC重疊區(qū)范圍，列車注冊(cè)接管ZC，同時(shí)與移交ZC和接管ZC建立通信。移交ZC為列車計(jì)算的移動(dòng)授權(quán)到達(dá)移交邊界前方，移交ZC與接管ZC之間沒有互傳信息，如圖14所示。

圖14 移交ZC與接管ZC之間沒有互傳信息

列車向前運(yùn)行，在最大安全前端靠近移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)即移交邊界時(shí)，列車將停車。確認(rèn)邊界信號(hào)機(jī)開放后，列車以RM模式向前行駛，如圖15所示。

圖15 列車根據(jù)邊界信號(hào)機(jī)開放狀態(tài)以RM模式向前行駛

場(chǎng)景5：非CBTC列車從非CBTC線路駛?cè)隒BTC線路。

此時(shí)，列車與移交ZC沒有通信，且移交ZC與接管ZC也沒有通信。進(jìn)入重疊區(qū)后與接管ZC建立通信，并以點(diǎn)式或RM模式跨線，進(jìn)入接管ZC區(qū)域后。當(dāng)列車完全進(jìn)入接管ZC管轄范圍后，根據(jù)接管ZC技術(shù)的移動(dòng)授權(quán)，可升級(jí)成CBTC列車。

場(chǎng)景6：CBTC列車從CBTC線路駛?cè)敕荂BTC線路。

此時(shí)，列車與接管ZC沒有通信，且移交ZC與接管ZC也沒有通信。CBTC列車進(jìn)入重疊區(qū)后，根據(jù)移交ZC的移動(dòng)授權(quán)在邊界信號(hào)機(jī)前停車，確認(rèn)邊界信號(hào)機(jī)開放后，列車以RM模式向前行駛。若在邊界信號(hào)機(jī)主應(yīng)答器處獲取點(diǎn)式移動(dòng)授權(quán)則可升級(jí)為點(diǎn)式模式駛?cè)肟缇€，進(jìn)入接管ZC區(qū)域后，繼續(xù)以點(diǎn)式或RM模式行駛。

場(chǎng)景7：非CBTC列車從非CBTC線路駛?cè)敕荂BTC線路。

此時(shí)，列車與移交ZC，列車與接管ZC，移交ZC與接管ZC均沒有通信。列車接近控區(qū)邊界，從邊界信號(hào)機(jī)的預(yù)告應(yīng)答器更新點(diǎn)式授權(quán)后，確認(rèn)信號(hào)機(jī)開放，以點(diǎn)式授權(quán)越過邊界信號(hào)機(jī)進(jìn)入其他線路，此時(shí)列車可以保持點(diǎn)式模式駛?cè)肓硪粭l點(diǎn)式線路。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)對(duì)互聯(lián)互通線路邊界重疊區(qū)域設(shè)置原則與切換原則的分析，以及對(duì)多種情況下列車跨線移交場(chǎng)景的分析，可以得出以下結(jié)論：基于互聯(lián)互通的列車跨線運(yùn)行，應(yīng)在信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初，充分結(jié)合運(yùn)營(yíng)規(guī)章制度、各信號(hào)廠商信號(hào)系統(tǒng)的安全距離、車輛的特性、運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景等進(jìn)行設(shè)計(jì)，以確保列車在跨線移交過程中的安全性和可靠性。

目前，重慶已經(jīng)開通了互聯(lián)互通線路，北京、青島、呼和浩特等城市也相繼開展了互聯(lián)互通研究。如果實(shí)現(xiàn)了真正意義上不同廠家之間、車載信號(hào)系統(tǒng)與地面信號(hào)系統(tǒng)之間互相兼容、互相“交流”，則可滿足乘客一站式“直達(dá)”需求，減少客流換乘壓力，降低城市軌道交通建設(shè)成本，大幅度提高車輛利用率和運(yùn)營(yíng)效率。