移动闭塞下车地通信丢失后的信号防护规则简析*

顾家泉 李立明

（上海工程技术大学城市轨道交通学院，201620，上海∥第一作者，本科生）

移动闭塞下车地通信丢失后的信号防护规则简析*

顾家泉 李立明

（上海工程技术大学城市轨道交通学院，201620，上海∥第一作者，本科生）

针对上海地铁多条线路采用的基于无线通信的Seltrac S40移动闭塞信号设备，分析了车地通信丢失后对运营的影响。阐述三种不同情况下信号系统采取的应对措施及相应的防护规则，提供了基于无线通信的列车控制信号系统中一种典型故障的技术解决方案。

城市轨道交通；移动闭塞；车地通信故障；信号防护

First-author’s addressCollege of Urban Railway Transportation，Shanghai University of Engineering Science，201620，Shanghai，China

上海轨道交通6、7、8、9、11号线均采用了阿尔卡特/泰雷兹联合体提供的基于无线通信的Seltrac S40移动闭塞信号设备。该系统采用无线通信技术，为列车提供基于移动闭塞的安全间隔防护。但是，由于无线通信技术在轨道交通信号领域的应用时间较短，技术尚未成熟，常常会造成车地通信超时，甚至单列车失去与地面信号设备通信的能力。此时，移动闭塞的间隔防护对失去通信的列车及其后续列车将不再适用，必须依靠传统的计轴器位置检测和信号机防护等手段保证列车安全，确保列车间隔［1］。

从闭塞方式来说，对于已经失去通信的列车，需根据双红灯防护的规则按轨旁信号机运行，是典型的固定闭塞［2］；对之后的第1列通信列车，计轴器位置检测只能判断计轴区段的出清或占用，但列车接收连续式的无线信号报文实现连续控制，是准移动闭塞；其后的通信列车不会受到非通信列车的影响，将继续以移动闭塞运行。在1条线路上同时出现3种不同的闭塞方式，是比较罕见的，值得深入探讨［3］。

1 列车通信丢失后对运营的影响

在典型的CBTC（基于无线通信的列车控制）信号系统中，通信列车（CT）通过信号安全数据网（DCS）不断向移动授权单元（MAU）报告自身位置；MAU根据所有列车报告的位置，以及需要考虑的信号机、站台、风井等停车点，为每一列CT提供移动授权限制（LMA）。这是CT唯一的行车凭证。CT无需考虑轨旁信号基础设备的具体状况，可安全地以自动驾驶（ATO）模式运行。一旦某一列车出现通信丢失，该列车将无法获得LMA的更新，不能再以ATO模式运行，并不再获得安全行车模式的保护；同时，该列车无法报告自身位置，MAU将无法为其后续CT延伸LMA，既有的移动闭塞运营规则将被破坏［4］。

2 基本解决方案

为克服列车通信丢失后对运营的影响，轨旁保留了信号机和计轴器（ACB）等信号基础设备，信号机可以使非通信列车（NCT）以地面信号显示为行车凭证，在双红灯规则的保护下安全运行，及时疏通线路。计轴器作为列车位置检测设备［5］，对NCT进行定位，使其后续第1列CT可以在准移动闭塞规则下运行，而之后的CT继续以移动闭塞运行。

当列车失去与MAU的通信时，MAU将停止对其后续CT的LMA更新；12 s后列车之前接收的LMA被判为无效，并施加紧急制动。此时，该列车从CT变成NCT，前方已经开放的信号机全部被关闭；MAU之前发出的LMA自动变为人工列车授权，作为该NCT的进路请求。之后，联锁单元根据双红灯间隔防护原则结合进路请求，为NCT重新开放信号。若通信在63 s后还未恢复，MAU将根据具体情况为NCT创建一个未清扫的非通信障碍物（NCO），对后续CT来说，未清扫的NCO是1个障碍物，LMA将在其起点处终止，以达到防护CT安全的目的［6］。

需要说明的是，如果CT根据调度员的命令以人工限制驾驶（RM）模式通过了未清扫的NCO，则该NCO的状态会变成已清扫的NCO，对后续CT来说，该NCO将不再是1个障碍物，不会影响LMA的通过［7］。

为了维持线路运行，NCT可以根据信号机显示以RM模式继续运行。当NCT通过一个开放的信号机后，系统会为NCT提供一种轨旁信号保护（WSP）模式，对列车冒进红灯防护和超速防护［8］。随着NCT的移动，ACB负责对NCT的位置检测，并把计轴区段的占用出清情况报告给MAU，MAU根据ACB的报告更新NCO的状态和位置，并根据线路情况为CT提供可靠的LMA。

3 不同情况下的信号防护规则

3.1 后续列车间隔1个或多个计轴区段

当后续列车间隔1个或多个区段时，第1列CT与NCT间隔较长的保护距离，对整个行车组织影响不大。此时，NCT根据信号机的指示在双红灯防护规则下运行；第1列CT根据MAU提供的LMA，以NCT相邻的计轴区段入口处作为目标点运行；第1列CT后续的CT继续以移动闭塞运行。其信号防护如图1所示。

（1）列车2追踪列车1运行，两者至少间隔1个空闲的计轴区段，如图1-a）所示。

（2）列车1与MAU失去通信，列车1从CT变为NCT，前方信号机关闭。MAU将列车1所在计轴区段的后一个轨道区段入口处作为列车2的 ATO停车点，CT将无法以ATO模式越过该停车点（见图1-b））。一旦CT进入相邻的计轴区段，前方NCT潜在的倒溜情况将无法被计轴器检测出来，MAU也无法对CT提供及时的安全防护，因此，CT和NCT或未清扫的NCO间相隔1个空闲的区段是必要的。因为此时NCT所在区段还不是未清扫的NCO，因此，对于列车2来说，列车1失去通信之前既有的LMA不会被撤回。

（3）NCT倒计时结束之后，MAU将列车1所在计轴区段3变成1个未清扫的NCO。对CT来说，未清扫的NCO是障碍物，移动授权将撤回到NCO起点。联锁单元根据间隔规则重新为NCT开放信号。如图1-c）所示。

（4）根据信号机指示，列车1以RM模式出清计轴区段3，进入计轴区段4，ACB报告计轴区段3空闲，MAU删除位于区段3的NCO，同时为区段4创建NCO；列车2的LMA将延伸至NCO的起点，而ATO停车点将位于计轴区段3的入口处。如图1-d）所示。

（5）随后列车2以准移动闭塞的方式，将与NCO相邻计轴区段的入口处作为目标点（ATO停车点），以ATO模式运行。

3.2 后续列车在相邻区段

当后续列车在相邻区段时，第1列CT与NCT没有1个空闲的计轴区段作为间隔，两列车不具备追踪运行的条件。因此，MAU必须根据ACB的状态及CT的位置报告，为第1列CT的追踪运行留出1个空闲的计轴区段，为其后的安全运行创造条件。其信号防护示意图如图2所示。

（1）列车2追踪列车1运行，两车在相邻计轴区段，如图2-a）所示。

图1 后续列车间隔1个或多个区段信号防护示意图

（2）列车1与MAU失去通信，列车1由CT变为NCT，前方信号机关闭。MAU将列车1所在计轴区段入口处作为列车2的ATO停车点。但对列车2来说，在列车1失去通信前既有的LMA不会被撤回。如图2-b）所示。

图2 后续列车在相邻区段信号防护示意图

（3）NCT倒计时结束后，MAU将列车1所在计轴区段2变为1个未清扫的NCO，LMA撤回到NCO起点。联锁单元根据间隔规则重新为NCT开放信号。如图2-c）所示。

（4）列车1根据信号机显示出清计轴区段2，进入计轴区段3，ACB报告计轴区段2空闲，MAU删除位于区段2的NCO，同时为区段3创建NCO，列车2的LMA延伸至NCO的起点。为保证两车之间有1个空闲的计轴区段，虽然LMA已经延伸，但ATO停车点不会改变。如图2-d）所示。

（5）列车1出清计轴区段3，进入计轴区段4，LMA与ATO停车点同时延伸1个计轴区段，保证了两车之间有1个空闲的计轴区段。如图2-e）所示。

（6）随后列车2按准移动闭塞的方式，以NCO相邻计轴区段的入口处作为目标点（ATO停车点）以ATO模式运行。

3.3 后续列车在同一区段

由于2列及以上列车同时占用1个计轴区段，即使NCT按运营规则已驶离发生通信丢失的计轴区段，但该区段仍然处于占用状态，故此时NCT的位置检测已不能单纯依靠ACB，必须同时依靠后方第1列CT的“清扫”，以使MAU确认前方的线路空闲。其信号防护示意图如图3所示。

（1）列车2追踪列车1运行，两车在同一计轴区段，列车3在相邻计轴区段，追踪列车2运行，如图3-a）所示。

图3 后续列车在同一区段信号防护示意图

（2）列车1与MAU失去通信，由CT变为NCT，前方信号机关闭。MAU将与列车1失去通信前的LMA终点作为列车2的ATO停车点，此时列车2的LMA与ATO停车点重合。如图2-b）所示。

（3）NCT倒计时结束后，LMA无法回撤。同时，MAU创建一个未清扫的NCO，其范围为列车1失去通信前最后报告的位置到本计轴区段末端。联锁单元根据间隔规则重新为NCT开放信号。如图3-c）所示。

（4）NCT按运行规则驶离本计轴区段，调度员确认后，命令列车2在LMA终点前停车并转换成RM模式清扫该NCO。因为LMA无法通过未清扫的NCO，列车无法以ATO模式运行。如图3-d）所示。

（5）被列车2安全行驶过的未清扫的NCO范围变成已清扫的NCO，此段CT列车而言不是障碍物，因此，列车3的LMA可以通过。如图3-e）所示。

（6）当列车2完全离开计轴区段2进入计轴区段3时，会收到MAU的LMA，可转回ATO模式；同时清扫完成，未清扫的NCO完全变成已清扫的NCO，MAU发送给CT的LMA可以通过。如图3 -f）所示。

（7）如果某时刻ACB报告计轴区段2空闲，则MAU完全删除已清扫的NCO，线路恢复初始状态。如图3-g）所示。

（8）后续CT列车继续以移动闭塞追踪运行。

需要说明的是，在NCT前方存在1列CT时，NCO的初始范围为NCT失去通信前最后报告的位置到该CT的末端。由于NCT不能报告位置，MAU将无法预计其移动，所以，NCO的范围将跟随前方CT的移动逐渐扩大。当CT离开本计轴区段时，NCO的终端即为本区段的末端，此时，NCO不再改变直至后续CT进行清扫。

4 结语

车地通信对于CBTC线路的运营安全至关重要，当出现车地通信丢失等状况时，除了依靠既有信号设备的防护，控制中心调度员和列车司机还需密切配合，严格按照行车组织规则及车地通信丢失应急方案恢复线路运营。尤其当列车需要转为RM模式或切除ATP（列车自动防护）时，调度员应确认该列车前方线路空闲，然后通知司机转换模式继续运行；当班司机应按照调度员命令和信号机显示运行，以确保整条线路的运行安全。

［1］ 王琰.基于通信的列车控制系统后备系统的探讨［J］.铁道标准设计，2007（6）：133.

［2］ 居里.移动闭塞后备系统的应用分析［J］.城市轨道交通研究，2011（1）：16.

［3］ 阎珺.CBTC系统中车载设备功能实现［J］.电子测试，2011（12）：72.

［4］ 上海申通地铁集团有限公司轨道交通培训中心.城市轨道交通信号技术［M］.北京：中国铁道出版社，2012.

［5］ 陈兴杰，户国.浅析上海地铁计轴器［J］.沿海企业与科技，2011（10）：40-42.

［6］ 汤璐诘，钱剑敏，梁鉴如.基于无线通信技术的CBTC信号系统［J］.上海工程技术大学学报，2011（3）：217.

［7］ 王历珘.移动闭塞系统计轴远程预复位功能的安全分析［J］.城市轨道交通研究，2011（10）：78.

［8］ 徐金祥，冲蕾.城市轨道交通信号基础［M］.北京：中国铁道出版社，2010.

Analysis of Signal Protection Rules after the Loss of Communication in Moving Block Condition

Gu Jiaquan，Li Liming

Aimed at the wireless communication based on Seltrac S40 CBTC moving block signal equipment of Shanghai rail transit，the influence on operation after the loss of communication between train and zone control is analyzed. The measures to be taken and the corresponding protection rules in three circumstances of signal system fault are described，so as to provide a typical technology solution to CBTCsignal system faults.

urban rail transit；moving block；train-wayside communication fault；signal protection

U 231.7

2012-09-21）

*2012年上海大学生创新训练计划项目（cs1210001）；2013年国家级大学生创新创业训练计划（201310856025）