朱 莉

(上海軌道交通維護(hù)保障中心通號分公司,200233,上?！喂こ處?

在城市軌道交通中,為保證列車運行安全,必須保證列車以一定的安全間隔運行。實現(xiàn)這種間隔的技術(shù)稱為閉塞,即用信號或憑證來保證列車按照空間間隔制運行的技術(shù)方法[1]。閉塞技術(shù)包括固定閉塞、準(zhǔn)移動閉塞和移動閉塞。

移動閉塞是一種新型的閉塞制式,是實現(xiàn)CBTC(Communications-Based Train Control,基于通信的列車控制)的關(guān)鍵技術(shù)之一。CBTC是這種閉塞的應(yīng)用系統(tǒng)[2]。

1 城市軌道交通系統(tǒng)中軌旁信號的作用

對于固定閉塞,軌道交通線路被劃分為若干閉塞分區(qū)。在一個或多個閉塞分區(qū)之間設(shè)置軌旁信號機(jī)對分區(qū)進(jìn)行防護(hù),根據(jù)閉塞分區(qū)的方向及列車運行時對分區(qū)的占用狀態(tài),確定防護(hù)該分區(qū)的軌旁信號顯示。列車則根據(jù)信號顯示運行。

當(dāng)采用移動閉塞時,不需要真正的物理閉塞分區(qū),只有邏輯閉塞分區(qū)或者說是虛擬閉塞分區(qū)。軌旁CBTC系統(tǒng)根據(jù)聯(lián)鎖系統(tǒng)給出的道岔位置、閉塞分區(qū)方向等安全變量,給出列車的移動授權(quán);列車再根據(jù)前方列車的位置和速度,計算自己的運行速度曲線,以保證列車安全的運行間隔。于是,有人提出,由于CBTC技術(shù)的應(yīng)用,列車依靠移動授權(quán)來運行,軌旁信號并無實際意義,是否可以取消,從而節(jié)約工程造價和施工工作量,并減少后期的維護(hù)。

CBTC技術(shù)目前尚處于發(fā)展初期,經(jīng)過近幾年的運營實踐,發(fā)現(xiàn)有許多不確定因素,比如通信故障、列車自動控制系統(tǒng)故障等。當(dāng)發(fā)生這些故障時,由于城市軌道交通運營的特點,必須保證不間斷運營,且軌道線路中有時需要運行未裝備CBTC的列車(非通信列車)、救援列車等,這就需要有后備模式可以選用。在后備模式下,列車需要根據(jù)軌旁信號和物理閉塞分區(qū)提供的安全防護(hù)維持運行。后備模式的選用,增加了城市軌道交通控制系統(tǒng)的技術(shù)難度。

2 CBTC技術(shù)下的軌旁信號顯示

軌旁信號在CBTC模式和后備模式下所起的作用顯然是不同的。在CBTC模式下,軌旁信號只是一個輔助設(shè)備,但列車的運行又不能違背傳統(tǒng)的軌旁信號顯示,如果軌旁信號和車載信號顯示不一致時,反而給運行速度的判斷帶來困擾。因此,本文分別對后備模式、CBTC點燈模式和CBTC滅燈模式進(jìn)行分析。

2.1 CBTC點燈模式

CBTC點燈模式,即在CBTC模式下,軌旁信號采用點燈的顯示方式。上海軌道交通6、8、9號線以及北京地鐵機(jī)場線都采用了CBTC點燈模式。

在CBTC模式下,軌旁信號機(jī)顯示允許信號和禁止信號的邏輯與后備模式是不同的。CBTC模式時,列車將按照移動授權(quán)(LMA)的命令來運行,所有LMA范圍內(nèi)的信號機(jī)顯示允許信號,這樣可以縮短運行間隔,提高運營效率(如圖1所示)。

圖1 CBTC點燈模式

圖1中,在CBTC點燈模式下,由CBTC系統(tǒng)來保證列車的運行間隔。當(dāng)列車 A在EF區(qū)段運行時,可以為列車B建立以D 點(S1信號機(jī)處)為始端通向EF區(qū)段的進(jìn)路;進(jìn)路建立、道岔鎖閉、敵對進(jìn)路未建立時,S1信號機(jī)顯示綠燈,指示列車B能駛過S1繼續(xù)前行。列車A與列車B的間隔距離通過CBTC系統(tǒng)計算來保證安全。

這種設(shè)計方法,同一架軌旁信號所防護(hù)的進(jìn)路中允許同時有一列以上列車運行,其安全距離由CBTC系統(tǒng)來保證。軌旁信號所防護(hù)的進(jìn)路中有車在運行時,允許點亮允許信號,這與既有的計算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)條件中規(guī)定的“防護(hù)該進(jìn)路的信號機(jī)必須檢查其進(jìn)路空閑[3]”不相符。并且當(dāng)S1由于故障不能正常點亮綠燈時,雖然CBTC模式下不會迫使列車停在S1前方,但會對司機(jī)產(chǎn)生混淆,有可能影響運營效率。

2.2 CBTC滅燈模式

CBTC滅燈模式,是在CBTC模式下,軌旁信號采用滅燈的顯示方式。北京地鐵2號線、上海軌道交通10號線均采用了CBTC滅燈模式。

在CBTC滅燈模式下,列車完全依賴于車載信號運行,軌旁信號只能為車載系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)或其它軌旁設(shè)備故障時提供一種后備顯示(如圖2所示)。

圖2中,在CBTC滅燈模式下,當(dāng)列車A在EF區(qū)段運行時,可以為列車B建立以D點(S1信號機(jī)處)為始端通向EF區(qū)段的進(jìn)路,進(jìn)路建立、道岔鎖閉、敵對進(jìn)路未建立時,CBTC系統(tǒng)為列車B提供“允許信號”(這里的“允許信號”并不是說S1信號開放,只是給出了列車 B在S1前方運行的移動授權(quán)),指示列車B可以越過S1,按規(guī)定速度運行。列車B與列車A的安全距離由CBTC系統(tǒng)保證。

圖2 CBTC滅燈模式

在CBTC滅燈模式下,軌旁信號處于滅燈狀態(tài),列車運行的安全間隔距離由CBTC系統(tǒng)來保證。由于運行圖中可以方便地搜索和計算前方是否有列車在運行,以及前方列車運行的速度,并且可以實時更新列車位置信息,大大提高了運行的效率;同時軌旁信號平時不點亮任何燈光,可以節(jié)約能源、減少熱量排放。

當(dāng)然,CBTC滅燈模式也有缺陷,如無法實時檢測信號機(jī)的故障情況。在CBTC運行模式下,如果設(shè)備發(fā)生故障啟用后備模式時,聯(lián)鎖子系統(tǒng)根據(jù)區(qū)段占用情況、道岔位置等信息開放軌旁信號機(jī),為司機(jī)行車提供安全指令。此時,假設(shè)信號機(jī)也發(fā)生故障,無法正常開放時,后備模式也無法正常使用,使得故障影響擴(kuò)大化。因此,如果采用CBTC滅燈模式,建議夜間停運期間,維護(hù)人員定期人工開放信號機(jī),檢查信號機(jī)狀態(tài),以免發(fā)生不能正常啟用后備模式的情況發(fā)生。

2.3 后備模式

上海地鐵信號系統(tǒng)由于工期較緊,在CBTC系統(tǒng)投入使用前,往往會先開通后備系統(tǒng)。后備系統(tǒng)通常是由聯(lián)鎖、閉塞和點式超速防護(hù)系統(tǒng)等構(gòu)成的,為線路開通初期的運營提供安全保障。

在CBTC系統(tǒng)開通后,后備系統(tǒng)作為ATC(列車自動控制)系統(tǒng)的組成部分,又可以作為一種降級模式使用,為車載設(shè)備故障的運營列車或非通信列車(工程車等)提供聯(lián)鎖及閉塞防護(hù)功能;或當(dāng)無線通信子系統(tǒng)故障或軌旁區(qū)域控制器發(fā)生故障(不含聯(lián)鎖相關(guān)設(shè)備)時,對相應(yīng)故障區(qū)域內(nèi)的列車提供聯(lián)鎖、閉塞及點式超速防護(hù)的功能。當(dāng)CBTC系統(tǒng)運行正常時,不采用后備模式。

在后備模式下,上海已經(jīng)開通的軌道交通6、8、9號線采用“雙紅燈”防護(hù)的理念,并且每個信號機(jī)前方都有相關(guān)聯(lián)的信標(biāo)。當(dāng)信號機(jī)顯示允許信號(綠燈或白燈)時,相對應(yīng)的信標(biāo)通電;若信號機(jī)顯示禁止信號,則信標(biāo)失電。此時若列車冒進(jìn)信號,將觸發(fā)緊急制動,以確保運行安全。如圖3所示,當(dāng)列車A在EF區(qū)段運行時,信號機(jī)S1、S2必須都顯示紅燈,以防止列車B駛?cè)?如果一旦列車B越過紅燈信號S1,車載設(shè)備由于檢測不到與信號機(jī)S1允許顯示相應(yīng)的應(yīng)答器,從而觸發(fā)一個緊急制動,迫使列車停車,以保證不越過第二架紅燈信號機(jī)S2。

圖3 后備模式的軌旁信號顯示

2.4 模式轉(zhuǎn)換

在CBTC技術(shù)條件下的信號系統(tǒng)中,其CBTC子系統(tǒng)和聯(lián)鎖子系統(tǒng)都有CBTC模式與后備模式兩種模式,可實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)換。模式轉(zhuǎn)換的條件,由CBTC子系統(tǒng)和聯(lián)鎖配合完成,CBTC子系統(tǒng)提供當(dāng)前所處模式信息,發(fā)送給聯(lián)鎖子系統(tǒng),最終由聯(lián)鎖子系統(tǒng)判斷后決定軌旁信號的點燈模式。當(dāng)CBTC子系統(tǒng)和聯(lián)鎖子系統(tǒng)選擇相同的模式時,系統(tǒng)根據(jù)所選模式運行。當(dāng)CBTC子系統(tǒng)和聯(lián)鎖子系統(tǒng)選擇了不同模式時,應(yīng)以較低一級的模式處理,確保系統(tǒng)安全運行。

1)選擇CBTC模式:聯(lián)鎖根據(jù)CBTC模式下的技術(shù)條件,所建立的進(jìn)路不檢查區(qū)段空閑,CBTC系統(tǒng)將移動授權(quán)、運行方向等信息發(fā)送給車載系統(tǒng),列車根據(jù)CBTC子系統(tǒng)的移動授權(quán)運行;軌旁信號處于滅燈或點燈狀態(tài)。

2)選擇后備模式:聯(lián)鎖根據(jù)后備模式下的聯(lián)鎖技術(shù)條件,檢查進(jìn)路中的軌道區(qū)段空閑并滿足進(jìn)路的其它聯(lián)鎖條件,才能開放軌旁信號;運行間隔由聯(lián)鎖保證安全,列車根據(jù)軌旁信號顯示運行;軌旁信號處于點燈狀態(tài)。

根據(jù)設(shè)計的需要,同一條軌道交通線路中不同的軌旁信號可以處于不同的模式。如圖3中的軌旁信號S1和S2,可以選擇不同的模式,S1、S2可根據(jù)當(dāng)前所處的狀態(tài),分別選擇CBTC模式和后備模式。

3 結(jié)語

CBTC系統(tǒng)采用先進(jìn)的通信、計算機(jī)技術(shù),對列車進(jìn)行實時、連續(xù)地控制,能夠縮短運行間隔,提高運營效率。目前國內(nèi)正在大力修建客運專線。針對僅開行動車組的客運專線,信號機(jī)常態(tài)滅燈,如車載設(shè)備故障或開行未安裝ATP(列車自動防護(hù))車載設(shè)備的列車時,按照站間閉塞模式運行,信號機(jī)轉(zhuǎn)為點燈狀態(tài)[4]。廣株客運專線、滬杭客運專線、武廣客運專線等,都將采用這種軌旁信號顯示方式。總之,在CBTC技術(shù)下,城市軌道交通系統(tǒng)采用軌旁信號滅燈的顯示方式,可以滿足大容量的城市軌道交通系統(tǒng)的運營要求,同時也有利于實現(xiàn)節(jié)能減排的環(huán)境需求。

[1]TB/T 454—1981 鐵路信號名詞術(shù)語[S].

[2]蔣晟.基于通信的列車控制-CBTC[J].科協(xié)論壇,2009(2):74.

[3]TB/T 3027—2002 計算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)條件[S].

[4]鐵運[2008]19號文.關(guān)于客運專線信號顯示系統(tǒng)若干問題的指導(dǎo)意見[S].