城市轨道交通信号系统目标-距离型后备模式的设计原理比较分析

柴慧君 王晓燕

(卡斯柯信号有限公司,200070,上海//第一作者,高级工程师)

城市轨道交通信号系统目标-距离型后备模式的设计原理比较分析

柴慧君 王晓燕

(卡斯柯信号有限公司,200070,上海//第一作者,高级工程师)

目标-距离型后备模式为目前城市轨道交通CBTC (基于通信的列车控制)系统降级情况下的主流模式。介绍了目前城市轨道交通项目应用的3种不同目标-距离后备模式(标准后备模式、设置防丢属性信标的后备模式、增强型后备模式),比较了不同后备模式信息流特点,对不同后备模式的优缺点进行了分析,指出需从实用性、经济性上综合考虑,并结合项目实际情况选择适合的后备模式。

城市轨道交通; 信号系统; 目标-距离后备模式; 防护原理; 信息流

Author′s address CASCO signal Co.,Ltd.,200070,Shanghai,China

城市轨道交通信号系统主要由联锁子系统、自动监控子系统、数据通信子系统、维护监测子系统和列车自动控制子系统等构成。联锁子系统主要实现列车进路上轨道区段、道岔、信号机之间的正确联锁关系和进路控制,同时负责和编码器接口,在目标-距离型后备模式中使列车通过信标获得信号机和道岔的状态信息。自动监控子系统主要使调度人员利用计划时刻表等方式对线路上列车资源进行管理。数据通信子系统是CBTC (基于通信的列车控制)模式下信号系统数据传输的通道,使各子系统的信息能够交互。维护监测子系统收集其它子系统的报警信息,实现对轨道交通系统的远程集中监测和维护管理。自动控制子系统是城市轨道交通系统的核心,为线路上列车提供安全防护及监控。

目标-距离型后备模式作为目前城市轨道交通的主流后备模式,既可以在CBTC功能尚未开通前作为主模式使用,也可以在CTBC系统开通后,当数据通信子系统故障必须依赖后备模式才能维持轨道交通系统继续运行时,将故障的影响降到最低,并可满足一定的运营间隔要求。

本文从应用设计的角度对目前城市轨道交通系统中存在的不同类型的目标-距离型后备模式的原理进行介绍及优缺点分析,以便城市轨道交通建设者能够合理地选择不同的目标-距离型后备模式。

1 不同类型的目标-距离型后备模式的原理及优缺点

1.1 标准后备模式

1.1.1 标准后备模式的原理

标准后备模式下,联锁子系统通过继电器采集轨旁信号机和道岔的状态信息,并将相关信息发送给编码器,编码器将信号机和道岔的状态信息发送给轨旁有源信标;列车从轨旁分散布置的有源信标获得运行授权以及更新定位等,车载设备连续、实时地计算允许的最大运行速度,并在司机操作面板上显示;当列车速度超过最大允许速度时,系统设备实施紧急制动。因此,运行安全是由设备保障的。其整个信号传递过程如图1所示。

注:⓪～④为信号传递顺序;区域控制器给联锁子系统发送信号取消信息,控制现场信号机的显示

该后备模式下,列车读取信号机前方有源信标中信号机和道岔的状态信息,车载ATP(列车自动防护)做出如下反应:如果是禁止信号,列车会触发紧急制动,或防止列车越过停车点;如果是允许信号,列车会正常前行到闭塞区段的末端,并获取下一个停车信号信息。

1.1.2 标准后备模式的优缺点

从工程实施经验来看,标准后备模式具有以下优缺点:

(1) 在标准后备模式下,列车必须经过信号机前方的有源信标才能获得下一个区间的授权速度码,也就是说,标准后备模式是使用开口速度的方式实现列车的闯红灯防护。

(2) 在标准后备模式下,为实现列车的初始化,列车通过初始化信标的速度必须满足一定的要求,如果速度过快,列车的初始化不能成功。另外,列车的初始化在一定的距离内才能实现,工程车的长度严重影响着列车初始化窗口的长度及初始化的成功率。目前大多数工程车的长度都比较小,所以大部分的地铁项目都禁止工程车在运营时段上线,给工程车装载ATP[2]的呼声也越来越高。

(3) 在标准后备模式下,当折返换端时,会暂时失掉ATP,这时,需要司机人工驾驶列车驶过初始化信标,才能重新获得ATP。

1.2 设置防丢属性信标的后备模式

1.2.1 防丢属性信标的需求来源

在标准后备模式下,列车无法实时从系统获得移动授权点,只有在经过信号机前方的有源信标时才能获得下一个区间的授权速度码,文献[3]详细介绍了列车闯红灯防护功能需求。本文对点式ATP信息传输过程进行简单介绍。

如图2所示,正常情况下列车从信标1读取信号机S1的状态,目标-距离线防护终点是S2信号机,EB(紧急制动)线计算防护终点为SDD4末端;当列车通过信标2时,在该点处更新变量状态,读取信号机2的状态,确定继续保持当前速度运行或停在信号机S2前;当列车通过信标3时,重新更新变量状态,确定继续保持当前速度运行或停在信号机S2前。

图2 后备系统有源信标信息传递图

然而,在整个运行过程中,可能发生列车漏读部分信标信息,使得变量更新失败的情况(称为丢信标)。丢信标有以下两种情况:

(1) 丢掉了信标1或信标3、信标4的变量信息;

(2) 丢掉了信标2中的变量信息。

当丢掉信标3的变量信息时,假设信标2中S2信号机为允许状态,S3信号机为允许状态,但值班员取消了信号机S3防护的进路,S2信号机变成了禁止状态,此时列车需在S3前停车,但由于信标3变量信息丢失,变量无法更新,导致在变量有效期内,ATP系统认为S3仍为允许状态,从而发生列车闯红灯的情况。当信标2丢失时,由于列车还可利用信标3来更新变量状态,因此不会出现列车闯红灯的问题。

为防止因丢失信标而出现的列车闯红灯现象,设计了信标的防丢属性。

1.2.2 设置防丢属性信标后备模式的优点

防丢属性信标后备模式的设计原理如图3所示。

图3 防丢信标原理图

首先根据信号机前列车自动控制系统的信标布置,考虑列车通过信标时的速度、定位误差、信标到天线的距离及相应的车载计算周期、不同的加速度率等因素,计算出信标到关键区域的距离;然后由系统工具计算关键区域的长度,当列车通过防丢信标进入关键区域内变量依然没有更新,系统会触发紧急制动使列车停下来。

设置防丢信标的后备模式很好地规避了标准后备模式的问题,在车载丢信标后,其利用固定设置的变量有效时间倒计时实施制动的方式,极大地提高了对于信标丢失的响应时间,完善了防护功能。

1.3 增强型后备模式

1.3.1 增强型后备模式的原理

增强型后备模式的原理和结构与标准后备模式基本一样,但增强型后备模式在站台区域及其它一些地方增加了无线覆盖区域,使得变量在该区域能够连续传输,车载控制器和联锁子系统之间能够通过无线直接进行相关信息的传输,如图4所示。

图4 增强型后备模式无线覆盖区域示意图

与标准型后备模式相比,增强型后备模式的信息传递增加了图5中虚线所示的信息传输通道。其中,⑤表示联锁子系统将信号机和道岔状态信息通过无线网络发送给数据通信设备并通过数据通信设备获取车载控制器发送来的停稳信息;⑥表示数据通信设备将信号机和道岔状态信息通过无线网络连续发送给车载控制器。

注:⓪～⑥为信息传递顺序

1.3.2 增强型后备模式优点

由于设置了无线覆盖区域,增加了控制中心和联锁子系统的直接接口,使得增强型后备模式具有以下优点:

(1) 列车在不移动的情况下可实现后备模式的初始化;

(2) 后备模式列车在换端区域换端后,可以直接使用后备模式下具有ATP防护的驾驶模式运行(无须人工模式运行列车);

(3) 信号机由允许信号变成禁止信号后,可提前获取前方信号机的禁止状态;

(4) 允许防护区段快速解锁。

2 结语

综上所述,标准后备模式结构最简单,基本满足了在CBTC系统故障的情况下偶尔降级使用的功能需求;增强型后备模式完善了标准后备模式的多种功能,克服了标准后备模式的不足之处,但其架构比标准后备模式复杂,联锁子系统传输的信息量增大,设备及投资比标准后备模式大,比较适合后备模式和CBTC系统开通年限相差比较大的项目;带防丢属性的后备模式比标准后备模式功能有所完善,设备投资基本一致,复杂程度增大,比增强型后备模式节省了设备投资,但功能没有增强型后备模式完善。

因此,需从实用性、经济性上综合考虑,结合项目实际情况选择适合的后备模式。

[1] 张琼艳.基于无线通信的列车控制系统下后备模式的选择与应用[J].城市轨道交通研究,2012(7):33-36.

[2] 束剑峰,徐烨.工程车加装ATP设备的应用[J].铁道通信信号,2014,50(8):42-44.

[3] 弓剑.城市轨道交通点式列车自动防护下的防闯功能及站台屏蔽门联动功能的优化设计[J].城市轨道交通研究,2015(3):41-44.

Design Principle and Application of the Distance-to-Go Block Mode

CHAI Huijun, WANG Xiaoyan

In case of degradation of CBTC system,the distance-to-go block mode is the mainstream pattern at present. From the perspective of design and application,three kinds of different distance-to-go block mode are introduced,the information flow characteristics of different block modes are compared and analyzed,their advantages and disadvantages are pointed out.On this basis,advices for rational selection of different types of block mode system are proposed,which emphasize the practicality and economy of the distance-to-go block mode.

urban rail transit; signal system; distance-to-go block mode; protection principle; information flow

U231.7

10.16037/j.1007-869x.2017.04.011

2015-09-07)