全自动运行线路不同编组列车运行时信号系统方案研究

郝瑞庭

中铁通信信号勘测设计院有限公司 北京 100036

随着我国城市化进程的不断推进，城市轨道交通建设得到了长足发展。截至2020年底，我国内地已有45个城市累计开通城市轨道交通线路约7978km。但随着城市规模的日益扩大，线路的潮汐客流、初近远期客流均存在较大变化，其客流分布不均衡性十分显著。越来越多的城市轨道交通线路提出了混合编组运行的需求，即根据客流变化采用不同编组列车上线运行的运营策略，以降低能耗、节约运营成本。本文提出全自动运行线路不同编组列车运行时信号系统的方案设计原则，并对具体技术应对方案进行分析研究。

1.概述

以某市一条在建的全自动运行线路为例，本线路列车编组方案为：初、近期采用4辆A型车编组运行，远期采用4辆A型车编组与6辆A型车编组混合运行；4辆编组列车长度为94.4m，6辆编组列车长度为140m。根据行车组织提供的列车编组方案，在线路进入远期运营时，将存在两种不同编组制式列车上线运行，其列车长度、重量、性能参数均不相同，列车的牵引制动曲线也不相同。车辆参数是信号系统进行列车控制及系统设计的重要基础数据，因此信号系统需采取必要的技术措施以适应不同编组列车运行带来的需求变化。

2.不同编组列车运行时信号系统设计原则

为满足4编组和6编组列车混合运行的需求，信号系统技术方案应符合以下设计原则：

（1）信号系统应对不同编组列车在CBTC级别、联锁级运行时的控制和管理进行整体一体化设计；

（2）不同编组列车的运行控制和管理应使用相同的控制曲线策略、列车追踪策略，保证列车控制的一致性，实现同一套软件下不同编组列车的控制功能；

（3）防护区段设计应按6辆编组列车考虑，以确保列车运行的安全性，同时可避免设置不同防护区段使系统过于复杂；

（4）轨旁设备、站台设备的布置应满足不同编组列车运行时的对应关系，应兼容两种列车运行需要；

（5）列车在站台停车时，车载设备应能准确区分4/6编组列车，并向站台门传递列车编组信息, 保证站台门系统按照列车编组安全并准确打开相应门体，并能保证两种不同编组列车均能实现精确停车以及对位隔离功能；

（6）信号系统宜按照4/6编组列车对站台端停车设计，以统一停车点，简化轨旁信号设备布置；

（7）车载软件配置应考虑两种不同编组列车，应能准确识别并精确控制，满足不同编组列车同时上线运行要求。

3.不同编组列车运行时信号系统方案研究

3.1 轨旁及站台设备布置方案

当列车在CBTC模式下运行时，地面区域控制器（ZC）根据列车位置、轨道区段占用状态、联锁进路状态等实时计算列车移动授权，信号车载设备根据移动授权生成列车运行曲线控制列车运行。在设置有运营停车点处，如站台、转换轨、存车线等，需针对4编组及6编组混合运行需要来进行轨旁及站台设备的布置。轨旁设备布置方案如下：

（1）计轴及信号机

轨旁设备中计轴和信号机应按照满足6辆编组列车运行要求进行设计，同时兼容4编组列车。采用该布置方案可在保证系统安全、满足运营要求的基础上，降低系统复杂度并节省成本。

（2）应答器

根据应答器设置区域，其布置方案如下：

1）转换轨处轮径校正应答器及固定应答器无需区分4/6编组列车进行布置，可完全兼容。列车轮径校正成功后获取初始位置，运行至转换轨同一停车点停车。

2）折返轨处应答器布置应考虑不同编组列车折返作业停车点位置，4/6编组列车应分别按照4编组列车停车点和6编组列车停车点位置停车。固定应答器、休眠唤醒应答器（如有）布置应满足4编组和6编组列车运行及停放需求（如图1所示）。

3）站台轨处固定应答器布置需考虑列车运行方向需求。对于单向运行站台，在站内连续布置若干固定应答器作为ATO停车位置校正应答器，满足4/6编组列车单向精确停车；对于双方向运行站台，为实现4/6编组列车在站台双方向精确停车作业，其应答器布置需考虑双方向运行需要，如图2为典型的双方向运行站台应答器布置方案。

图1 4/6编组列车在折返轨处设备布置图

图2 4/6编组列车在站台轨处设备布置图（双方向）

（3）站台设备

布置于站台的清客确认按钮、站台开门按钮、站台关门按钮、紧急停车按钮设置于站台两端及站台中心，总计3处。4/6编组列车运行时至少有两个按钮与列车车身对应，满足运营需求。

无人折返按钮及发车计时器布置位置均可满足4/6编组列车运行及乘务人员需求，全自动运行线路可结合工程实际取消该两种设备，其功能由车载设备完成。

3.2 与站台门接口方案

3.2.1 站台门控制方案

列车在CBTC模式运行时，车载ATP/ATO设备通过与计算机联锁（CI）设备的接口，发出控制命令，CI设备通过继电接口实现对站台门的开、关门控制，同时将状态反馈给车载ATP/ATO设备。在不同编组列车混合运行时，CI设备与站台门系统硬线接口信息中的开门信息需区分列车编组，其余接口信息与单一编组运行时一致。设置的两个开门继电器及其作用如下：

1）4编组开门继电器（SKMJ）：平时落下，发送四编组车对应站台门开门命令时，CI驱动该继电器吸起；

2）6编组开门继电器（LKMJ）：平时落下，发送六编组车对应站台门开门命令时，CI驱动该继电器吸起。

在4/6辆编组列车运行时，站台门系统按照列车不同编组安全准确打开相应门体，在车载ATP/ATO设备与CI设备接口中增加了相应编组信息码位，具体接口信息如表1所示。

表1 车载ATP/ATO向CI输出信息

3.2.2 对位隔离信息控制

在全自动运行线路，车门与站台门应实现故障对位隔离功能。当车门/站台门故障被隔离后，其对应的站台门/车门不应打开。信号ATS子系统实时向站台门系统报告车门故障信息，站台门系统实时向ATS子系统发送站台门故障信息。当4编组与6编组列车混合运行时，其对位隔离应能兼容两种列车编组形式，因此，在系统设计时应按照6编组列车对全线站台门进行统一编码，确保每个站台门编码全线唯一。站台门、车门编码及对应方式示意如图3所示。

图3 站台门、车门编码及对应方式示意图

3.3 车载软件配置方案

不同编组列车采用的安全控制策略是完全相同的，针对4/6辆不同编组列车，只需将列车长度、系统紧急制动最小减速度等基本参数提取出来，作为不同的列车参数代入安全制动模型，即可计算出适用于本编组列车的紧急制动曲线。同样，对于不同编组列车采用的列车自动驾驶闭环反馈模型也是相同的，根据列车运行前方停车点信息，代入不同编组列车的车辆加/减速度等性能参数，即可计算出适合本编组列车的ATO推荐速度曲线，实现本编组列车的高效、节能、舒适运行。

为满足不同编组列车运行需求，信号系统需为每列车车载系统分配一个固定ID信息，进行列车识别。列车车载设备唤醒或重启后自动根据列车ID调用本列车的编组、车长、加速度以及线路配置等参数信息并自动加载，控制列车运行。

4.不同编组列车运行对全自动运行场景的影响分析

全自动运行系统列车按照时刻表进行自动唤醒，完成自检后进入正线运营，并完成站间行驶、到站精准停车、自动开闭车门、自动发车离站等一系列运营工作。当不同编组列车混跑运行时，部分运行场景存在一定影响及变化。具体分析如表2所示。

表2 混跑对全自动运行场景的影响分析

5.结束语

全自动运行线路采用不同编组列车运行时，对车辆、信号、站台门、通信等专业均产生一定影响、提出新的技术要求，其整体方案应是一项系统性工程。通过上述分析，信号系统的相应措施及技术方案是合理可行的，为列车混编运行提供了有效的安全技术保障。在系统设计及相关软件编制时，应充分考虑不同编组列车运行的需求，建议按照远期一次性完成设计，以减少远期对系统的适应性改造工作量、减小对既有运营的影响并降低实施难度。