CITYFLO650信号系统在上海浦江线的应用概述

摘 要 上海轨道交通浦江线信号系统采用CITYFLO650信号系统设备，满足了国内首条APM300线路对无人驾驶、无人值守、高度安全、低故障率的要求。

关键词 自动列车控制系统;系统功能;实际应用

在城市轨道交通信号系统中，GOA4无人值守UTO运行模式的信号系统需求已在国内外得到了迅速的发展。上海轨道交通浦江线为国内首条APM300胶轮路轨系统与CITYFLO650信号系统相结合的上海申通地铁路网内营运线路。浦江线正线全长约6.689公里，有6个车站1个车辆基地，全线共46组道岔，浦江线列车11列，列车最大编组4节贯通，不设司机室，实现自动化等级GOA4的无人值守UTO运行，所有11列车均可以在列检线内自动唤醒、休眠，按照运行计划自动出库回库，最高运行速度80公里/每小时，旅行速度35公里每小时，采用等间隔运行，最小运行间隔低于90秒，自动停站对准精度±20cm，信号系统采用基于无线通信2.4GHz的移动闭塞系统。本文主要对CITYFLO650设备在上海轨道交通浦江线的配置及应用情况进行讲述，同时分析和解决运营至今存在的问题。

1CITYFLO650信号系统配置

浦江线全自动驾驶系统信号主体系统设备包括中央ATS设备、数据通信设备（DCS）、列车自动控制设备（RATO/RATP）设备、目标控制器设备（OCS）、门控柜设备（DCC）以及电源系统设备、防雷分线柜（CTR）等设备。底层设备包含车地通信设备（WNRA、NP）和车载信号设备VATC。

1.1 中央ATS架构

CITYFLO650信号系统的ATS仅在浦江线车辆基地的OCC大楼进行配置，无车站ATS系统，中央ATS的架构采用了双网络措施，以实现冗余。重要的控制服务器和数据库都是容错的机器，其中包括冗余的处理器和电源。中央ATS是采取热备冗余配置运行的，不需要人工干预。每台列车控制操作员工作站本身都不是冗余的。但是，每台操作员工作站都可以接管其他出故障的工作站的控制和监测功能。

1.2 轨旁信号系统架构

CITYFLO650轨旁信号系统由正线和车辆基地两个轨旁ATC区域构成。轨旁RATC包括一个主用和备用ATC，以实现冗余。主用 ATC 和备用ATC各包含一个ATO和一个ATP。各区域 ATP 都包括一个独立的主用系统和一个功能上冗余的后备系统。每个主用和后备 ATP 系统通过以太网连接与区域 ATO 接口。在每个车站和车辆基地，设置目标控制器来连接轨旁信号、道岔、门控柜、洗车机等。目标控制器接收来自主用 ATP 的设备输出指令、处理分配给它的数字输入/输出任务，并返回设备状态，目标控制器通过 DCS 网络与主用ATP连接 。线路底层轨旁包含NP信标与WNRA（轨旁网络电台组件）、信号机、紧停按钮、高水位检测装置以及与道岔、站台门、洗车机的接口。

1.3 车载信号系统架构

每列营运列车包括四节车辆。头尾的车辆都有独立的VATC设备，具备冗余功能，车底包含车载信号采集单元，如每端配置4个霍尔效应速度计、1个信标阅读器、2个车地无线LOS天线、1个站台门天线。ATC 数据经过移动数据无线单元MDR与VATC往来传输。车载ATP负责列车运行的安全，包括列车运动的安全和占用的生成。车载ATO 负责保持一定限度内列车乘坐舒适性。

2CITYFLO650信号系统的功能

2.1 中央ATS系统功能

ATS系统提供管理列车自动控制（ATC）系统的功能，并且作为中心操作员（CCO）与ATC系统的接口。ATS本质上是监督，所以任何从ATS发出到其他安全型子系统的命令都不涉及安全，其主要功能包含对列车自动运行的监控、交通控制支持功能、如列车车次跟踪系统及进路排列自动化、停站时间、列车调整、维护与诊断功能、事件统计、回放与外部系统接口等等。

2.2 轨旁信号系统功能

CITYFLO 650轨旁信号系统采用分布式系统架构。轨旁ATP主要实现轨旁目标控制、进路设置和锁闭、列车位置判定、列车限速、安全列车间隔、站台门使能/禁止命令的发送、零速检测、车站和车载门状态监督、列车完整性检测、临时限速、列车长度判定等功能;轨旁ATO主要实现车载和轨旁开关门、高级诊断功能;目标控制系统负责轨旁设备的状态信息的控制和采集;门控柜DCC实现向站台发送门使能和开门命令、从站台接收门锁闭和门旁路信息、向OCS发送非预期开门信息、从OCS接收门使能信息，通过独立的RF Modem在车地检交互数据、通过PLC在DCC和信号系统间交换数据、检测道岔基坑水位情况等功能;数据传输系统DCS负责轨旁设备间和车地设备间的通信，但是由于APM信號系统没有后备模式，这对DCS子系统的可靠性提出更高要求。

2.3 车载信号系统功能

CITYFLO 650车载ATP主要执行列车位置和速度监测、移动授权、安全制动距离防护、超速防护、列车车门监控、倒溜防护、自检功能、自动调速、精确停站、车门控制等功能。车载ATO主要实现车载速度曲线、车站精确停车、自动折返功能、车载和轨旁开关门、远程唤醒/休眠、车载节能速度控制优化、跳跃和爬行模式、停车功能、多站台停车、高级诊断功能。

3存在的问题及解决方案

CITYFLO 650信号系统在上海轨道交通浦江线运行至今已满24个月，该系统运行稳定，功能基本满足运营需求，未出现严重影响运营的故障，但仍存在一些问题。

3.1 存在的问题

（1）列车丢失通信故障较多。列车丢失通信故障均是以相关告警信息作为判断标准，通信丢失3秒以上时ATS可看到相关告警，目前列车丢失通信故障占信号总故障比例的70%。从目前的故障情况来看，列车丢失通信故障发生的位置较为分散，且正线发生的比率明显高于车辆基地。由于浦江线车地无线通信系统采用2.4Ghz频段，而WLAN网络是开放无须授权的，且可使用的非重叠信道少，因此特别容易形成干扰。

（2）车载ATC故障问题。VATC系统的故障主要集中在继电器故障，其中60%的故障涉及继电器及板卡的更换，未知原因系统自动恢复或重启后恢复占据30%、瞬时故障10%。这些故障中10%存在VATC-A故障告警，但ATS与CFMS均未出现故障告警的情况，且列车日志无告警的情况。

VATC故障造成的后果主要有：车门无法打开，列车上EB，ATO定位丢失，运营清客等。

VATC故障目前分析主要受列车晃动、震动、设备运行环境差导致的车载VATC硬件故障。

（3）定位问题。定位问题主要体现在列车速度低于5km/h时，VATP无法正常读取信标，列车会丢失定位，对运营造成影响。OCC对站前折返道岔区段侧向限速10km/h，列车运行等级为节能和巡道模式。节能模式下列车的巡航速度为50%;巡道模式下列车的巡航速度为30%。列车进入汇臻站上行站台和沈杜公路站下行站台时，速度过低（不超过5km/h），导致位置误差增大。当列车在速度低于等于5公里的时候，读到的信标脉冲波是平的（正常情况下信标脉冲是尖峰的脉冲波），VATC会认为这个脉冲信号是无效的，此时信标信息会丢掉，列车位置误差就得不到修正，列车会失去定位。

（4）ATS系统告警未按区域划分。浦江线按区域分为正线和车辆基地，OCC的调度分为正线调度和车场调度。正线是载客运营区域，任何的故障都可能对运营产生影响，因此正线调度会时刻关注系统的告警信息，而车场调度对告警的关注度相对较低。当列车停在车库中时，车辆维护过程中会产生很多告警，这些告警在ATS告警列表中会统一显示，导致停车场调度无法及时确认这些告警，这样车场基地告警将干扰正线调度员对真正发生在正线告警的关注和处理。

3.2 解决的方法

（1）在列车上增加滤波装置。浦江线整个运营区段为开放式区段，经过分析列车丢失通信故障频发可能是受环境干扰因素所致，采用将低通滤波器安装在列车移动数据无线单元与天线之间使用同轴电缆进行连接的方式，从而获得降低干扰的作用。加装滤波器前后通过测量驻波比后发现滤波情况有较大改善。同时在加装完成后，使用列车进行动车验证。验证发现在列车端安装濾波器测试后列车丢失通信的故障率大幅下降。后续计划出图后批量对11列车进行安装，从而基本解决车辆丢失通信的问题。

（2）利用VAST设备验证车载备件。通过使用VAST（车辆自动系统测试仪），模拟信号会呈现出列车线动态运行状态，通过模拟信号测试车载ATC可替换设备（板卡、继电器、线缆等），VAST可测试列车事件（例如，超速情况，不可预料的车门事件、车辆警报等），这在真实的列车上可能是困难或危险的，通过验证从列车上拆卸下来的可疑故障设备或者备品备件，置于工作台VAST中，启动VAST通过设置运行时间或者模拟各种故障状态来核实或验证设备件的应激状态。

（3）采取速度限制，规避丢失定位风险。对低速定位问题，开展了专题研究，内容包括过岔速度必须高于5公里/小时、信标丢失或读取到无效信标点、低速进站停站精度等。提供了两套解决方案，短期解决方案：由于列车贯通道性能限制，列车站前折返速度不能高于10km/h。我们要求OCC在降级模式下，不采用节能模式或巡道模式。对于人工驾驶模式下的列车，保证进站速度不低于5km/h。长期解决方案：解决列车轨道贯通道性能限制。运营列车在全线限速应不低于15km/h。目前列车因速度过低导致定位丢失的故障已大幅下降。

（4）通过修改软件，ATS按区域报警。通过修改ATS服务器和调度台软件，服务器软件增加计算列车分区功能，当收到报警后，服务器软件依据自身收到的报警信息计算报警区域。调度台增加对分区告警的设置和过滤功能，将原来的一个区域划分成三个，分别是正线、车辆基地和试车线，对告警功能分区内容包含过滤：对于固定设备，例如门、站台、AP等，依据数据中配置的所在控制区域进行分区。对于列车，依据车头所在的位置进行分区。调度员登录后可以选择关注的控区，由此解决了列车维护告警对正线调度的干扰，提供了故障处置的效率。

4结束语

目前CITYFLO650信号系统在上海轨道交通浦江线运行状态良好，得到了较好的应用效果。通过和系统供应商的合作研究，采取有效手段，减少了信号设备故障率，提高了信号设备的可靠性。通过发现遗留问题，采取补缺技术手段，不断完善，优化CITYFLO650信号系统功能，为后续相类似系统的建设及运营方提供引导作用。

参考文献

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[2] 赵晓峰.胶轮路轨全自动旅客捷运（APM）信号系统研究[J]，城市轨道交通研究，2016，19（z2）：62-66.

[3] 娄琦，旅客自动运输系统（APM）全自动驾驶应用解析[J]，城市轨道交通研究，2016，（8）：12-20.

作者简介

汤培峰（1981-），男，上海人;职称：工程师，现就职单位：上海申凯公共交通运营管理有限公司，研究方向：城市轨道交通设备维护管理。