景順利 王 恒

(南京恩瑞特實(shí)業(yè)有限公司, 211106, 南京//第一作者，工程師)

地鐵信號(hào)系統(tǒng)中，正線與車輛段采用不同信號(hào)廠商提供的信號(hào)系統(tǒng)，且正線ATS(列車自動(dòng)監(jiān)控)系統(tǒng)不監(jiān)控車輛段內(nèi)信號(hào)元素狀態(tài)及列車運(yùn)行狀態(tài)。車輛段內(nèi)的信號(hào)元素狀態(tài)、列車運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)操作在車輛段聯(lián)鎖上位機(jī)上進(jìn)行監(jiān)控和操作。此種模式下，調(diào)度中心的調(diào)度員無(wú)法在第一時(shí)間掌握車輛段內(nèi)列車的運(yùn)行狀態(tài)、位置等相關(guān)信息，不方便中央調(diào)度員統(tǒng)一指揮調(diào)度。

為了滿足調(diào)度員的需求，正線ATS系統(tǒng)不僅要顯示車輛段內(nèi)信號(hào)元素狀態(tài)，如信號(hào)機(jī)開/關(guān)、軌道電路占用/出清、道岔定反位及進(jìn)路等狀態(tài)，還要準(zhǔn)確顯示車輛段內(nèi)列車的位置及狀態(tài)信息。本文提出了車輛段內(nèi)車組號(hào)的跟蹤方法，便于界面車組號(hào)實(shí)時(shí)顯示。

1 車輛段與正線上列車跟蹤的區(qū)別

1.1 控制列車的范圍不同

正線列車跟蹤范圍為列車由車輛段駛?cè)胝€轉(zhuǎn)換軌開始，至列車由正線轉(zhuǎn)換軌駛?cè)胲囕v段轉(zhuǎn)換軌結(jié)束。ATS系統(tǒng)根據(jù)正線聯(lián)鎖和/或列車數(shù)據(jù)，對(duì)列車在正線的運(yùn)行予以模擬，更新界面車次號(hào)并實(shí)時(shí)顯示。

車輛段列車跟蹤范圍為列車由正線轉(zhuǎn)換軌駛?cè)胲囕v段轉(zhuǎn)換軌開始，至列車由車輛段轉(zhuǎn)換軌再次駛?cè)胝€轉(zhuǎn)換軌結(jié)束。車輛段ATS系統(tǒng)根據(jù)車輛段聯(lián)鎖數(shù)據(jù)對(duì)列車在段內(nèi)的運(yùn)行予以模擬，更新界面車組號(hào)并實(shí)時(shí)顯示。

1.2 顯示列車的目的不同

車次號(hào)是列車自動(dòng)運(yùn)行的根本。正線顯示車次號(hào)，ATS根據(jù)車次號(hào)為列車自動(dòng)排列進(jìn)路，下發(fā)列車指令，如停站時(shí)間、站間運(yùn)行時(shí)間等。正線通過(guò)ATS自動(dòng)控制功能降低調(diào)度員的勞動(dòng)強(qiáng)度，在緊急情況下通過(guò)人工操作干預(yù)線路上列車的運(yùn)行。

車輛段內(nèi)列車以人工駕駛模式運(yùn)行，不需要ATS對(duì)聯(lián)鎖及車載下發(fā)指令。所以車輛段只需實(shí)現(xiàn)對(duì)列車車組號(hào)的跟蹤，實(shí)時(shí)顯示列車在車輛段內(nèi)的位置。

1.3 車地通信方式不同

正線車輛與ATS之間存在信息交互，ATS可獲取車載相關(guān)信息，如位置、狀態(tài)等信息。例如：基于固定閉塞或準(zhǔn)移動(dòng)閉塞的信號(hào)系統(tǒng)中，通過(guò)軌道電路、環(huán)線等實(shí)現(xiàn)列車與ATS的信息交互；基于無(wú)線通信或者LTE(長(zhǎng)期演進(jìn))通信的移動(dòng)閉塞信號(hào)系統(tǒng)，通過(guò)無(wú)線或LTE系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)列車與ATS的信息交互。車輛段內(nèi)，列車與ATS之間無(wú)信息交互。

1.4 閉塞方式不同

正線有固定閉塞、準(zhǔn)移動(dòng)閉塞、移動(dòng)閉塞三種閉塞方式。其中，移動(dòng)閉塞是其普遍采用的方式，提高了列車運(yùn)營(yíng)密度。該閉塞方式下，正線聯(lián)鎖向ATS發(fā)送邏輯軌道占用/出清狀態(tài)、軌道方向、道岔等信息。

車輛段內(nèi)采用固定閉塞方式，車輛段聯(lián)鎖向ATS發(fā)送物理軌道電路的占用/出清狀態(tài)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)布置

車輛段列車跟蹤系統(tǒng)軟件布置于車輛段ATS系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)與車輛段聯(lián)鎖系統(tǒng)、正線ATS系統(tǒng)通信。車輛段ATS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)布置圖

2.2 物理接口

車輛段ATS系統(tǒng)與中央ATS系統(tǒng)設(shè)備之間通過(guò)以太網(wǎng)接口連接，車輛段ATS與車輛段聯(lián)鎖系統(tǒng)通過(guò)RS-422串口連接，如圖2所示。

圖2 物理接口

3 系統(tǒng)功能

3.1 車組號(hào)跟蹤原理

車組號(hào)跟蹤對(duì)象是軌道電路，軌道電路占用/出清狀態(tài)變化會(huì)觸發(fā)列車跟蹤作業(yè)。列車跟蹤作業(yè)過(guò)程包含列車識(shí)別和列車步進(jìn)。軌道電路變化過(guò)程如下:

(1) 一個(gè)軌道電路由“空閑”狀態(tài)變?yōu)椤罢加谩睜顟B(tài)。此時(shí)一列列車的第一個(gè)輪對(duì)剛進(jìn)入該軌道電路，即觸發(fā)列車跟蹤作用，將列車車組號(hào)關(guān)聯(lián)到當(dāng)前占用的軌道電路。

(2) 一個(gè)軌道電路由“占用”狀態(tài)變?yōu)椤翱臻e”狀態(tài)。此時(shí)一列列車的最后一個(gè)輪對(duì)剛出清該軌道電路，判斷“空閑”的軌道電路是否關(guān)聯(lián)車組號(hào)，若關(guān)聯(lián)車組號(hào)，則將車組號(hào)關(guān)聯(lián)到當(dāng)前占用的軌道電路。 以圖3為例進(jìn)行說(shuō)明。

圖3 車組號(hào)跟蹤原理

3.1.1 列車識(shí)別

列車識(shí)別用于確定移動(dòng)的列車。由軌道電路“占用”或“空閑”狀態(tài)觸發(fā)的跟蹤，列車識(shí)別的目的不同。

(1) 軌道電路“占用”引起的車組號(hào)跟蹤，主要是為了確定列車來(lái)自的源軌道電路。

(2) 軌道電路“空閑”引起的車組號(hào)跟蹤，主要是為了確定列車運(yùn)行到的目標(biāo)軌道電路。

針對(duì)圖3中的列車移動(dòng)，處理以下兩個(gè)事件：

(1) 軌道電路D3G占用事件。 車輛段ATS接收到軌道電路D3G占用后，查看其默認(rèn)前置軌道電路D2G的狀態(tài)和默認(rèn)后置軌道電路D4G的狀態(tài)，根據(jù)軌道電路D2G和軌道電路D4G的不同狀態(tài)識(shí)別列車來(lái)源。處理流程如圖4所示。

圖4 軌道電路占用列車識(shí)別

·如果軌道電路D2G占用并且軌道電路D4G空閑，則軌道電路D3G的列車來(lái)源于軌道電路D2G 。

·如果軌道電路D2G空閑并且軌道電路D4G占用，則軌道電路D3G的列車來(lái)源于軌道電路D4G 。

·如果軌道電路D2G占用并且軌道電路D4G占用，則無(wú)法識(shí)別D3G的列車來(lái)源。此時(shí)需要人工干預(yù)，通過(guò)人工步進(jìn)車組號(hào)功能實(shí)現(xiàn)車組號(hào)的移動(dòng)。

· 如果軌道電路D2G空閑并且軌道電路D4G空閑，則無(wú)法識(shí)別D3G的列車來(lái)源。此種情況下，系統(tǒng)將自動(dòng)創(chuàng)建虛假車組號(hào)用于界面顯示，調(diào)度員可使用人工操作功能進(jìn)行車組號(hào)修正。

(2) 軌道電路D2G出清事件。車輛段ATS接收到軌道電路D2G出清后，獲取軌道電路D2G關(guān)聯(lián)的車組號(hào)。若不關(guān)聯(lián)車組號(hào)，則不進(jìn)行處理；若關(guān)聯(lián)車組號(hào)，查看其默認(rèn)前置軌道電路D1G的狀態(tài)和默認(rèn)后置軌道電路D3G的狀態(tài)，根據(jù)軌道電路D1G和軌道電路D3G的不同狀態(tài)識(shí)別列車運(yùn)行到的目標(biāo)軌道電路。處理流程如圖5所示。

圖5 軌道電路出清列車識(shí)別

·如果軌道電路D1G占用并且軌道電路D3G空閑，則軌道電路D2G的列車運(yùn)行到軌道電路D1G 。

·如果軌道電路D1G空閑并且軌道電路D3G占用，則軌道電路D2G的列車運(yùn)行到軌道電路D3G 。

·如果軌道電路D1G占用并且軌道電路D3G占用，則系統(tǒng)無(wú)法識(shí)別軌道電路D2G列車運(yùn)行的目標(biāo)軌道電路，此時(shí)通過(guò)人工步進(jìn)車組號(hào)實(shí)現(xiàn)車組號(hào)的移動(dòng)。

·如果軌道電路D1G空閑并且軌道電路D3G空閑，則無(wú)法識(shí)別軌道電路D2G的列車運(yùn)行，此時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)刪除軌道電路D2G關(guān)聯(lián)的車組號(hào)。

3.1.2 列車步進(jìn)

通過(guò)列車識(shí)別獲得列車當(dāng)前關(guān)聯(lián)的軌道電路以及車組號(hào)移動(dòng)的目標(biāo)軌道電路。列車步進(jìn)將列車車組號(hào)關(guān)聯(lián)到目標(biāo)軌道電路，將當(dāng)前軌道電路關(guān)聯(lián)車組號(hào)刪除，同時(shí)將車組號(hào)顯示位置發(fā)送界面進(jìn)行顯示。

3.2 三種場(chǎng)景下的列車跟蹤方法

3.2.1 列車進(jìn)入車輛段

列車經(jīng)由正線轉(zhuǎn)換軌駛?cè)胲囕v段，即列車占用車輛段轉(zhuǎn)換軌時(shí)，軌道電路的狀態(tài)由“出清”變?yōu)椤罢加谩?，觸發(fā)列車跟蹤作業(yè)。車輛段ATS通過(guò)列車識(shí)別確定列車來(lái)源軌道電路(如圖6中的G1619)，同時(shí)判斷當(dāng)前軌道電路為車輛段轉(zhuǎn)換軌，則向正線請(qǐng)求正線轉(zhuǎn)換軌關(guān)聯(lián)的列車車組號(hào)。當(dāng)車輛段ATS接收到正線發(fā)送的轉(zhuǎn)換軌關(guān)聯(lián)車組號(hào)后，在車輛段轉(zhuǎn)換軌上創(chuàng)建車組號(hào)，并發(fā)送給車輛段和正線界面進(jìn)行顯示，如圖6所示。

圖6 列車駛?cè)胲囕v段

3.2.2 列車在車輛段內(nèi)運(yùn)行

列車在車輛段運(yùn)行時(shí)，車輛段聯(lián)鎖將軌道電路、信號(hào)機(jī)、道岔等信號(hào)元素狀態(tài)發(fā)送給車輛段ATS。車輛段ATS根據(jù)來(lái)自車輛段聯(lián)鎖的軌道電路占用/出清狀態(tài)觸發(fā)車組號(hào)跟蹤作業(yè)，通過(guò)列車識(shí)別和列車步進(jìn)實(shí)現(xiàn)車組號(hào)在界面上的移動(dòng)顯示，如圖7所示。

圖7 車輛段內(nèi)車組號(hào)顯示

3.2.3 列車駛出車輛段

列車由車輛段駛?cè)胝€轉(zhuǎn)換軌時(shí)，車輛段內(nèi)車組號(hào)顯示在車輛段轉(zhuǎn)換軌處。此時(shí)，列車納入正線ATS監(jiān)控范圍，正線轉(zhuǎn)換軌占用時(shí)ATS自動(dòng)為列車分配車次號(hào)，同時(shí)向車輛段ATS請(qǐng)求車輛段轉(zhuǎn)換軌關(guān)聯(lián)的車組號(hào)，用于正線車次號(hào)與車組號(hào)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。當(dāng)列車完全駛出車輛段，車輛段轉(zhuǎn)換軌出清時(shí)，車輛段ATS自動(dòng)將車輛段轉(zhuǎn)換軌關(guān)聯(lián)車組號(hào)刪除，同時(shí)關(guān)閉車組號(hào)界面顯示，車輛段內(nèi)的跟蹤作業(yè)結(jié)束。

3.3 終端無(wú)電軌道電路內(nèi)的列車跟蹤方法

列車進(jìn)入無(wú)電軌道電路區(qū)段時(shí)，車輛段ATS無(wú)法接收來(lái)自車輛段聯(lián)鎖的占用/出清狀態(tài)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)車組號(hào)跟蹤作業(yè)。當(dāng)列車完全進(jìn)入無(wú)電軌道電路后，前一軌道電路已出清，車組號(hào)保留在前一軌道電路上。當(dāng)列車由終端無(wú)電軌道電路駛?cè)肭耙卉壍离娐窌r(shí)，上次保留車組號(hào)與此列車關(guān)聯(lián)。如圖8所示。列車在車輛段內(nèi)移動(dòng)時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)列車車組號(hào)跟蹤作業(yè)。

圖8 終端無(wú)電軌道電路軌道圖

3.4 車組號(hào)管理方法

3.4.1 車組號(hào)初始化

車輛段列車采用車組號(hào)跟蹤。車組號(hào)采用6位標(biāo)識(shí)，即車頭編號(hào)+車尾編號(hào)，如001002。車輛段ATS接收到軌道電路占用并且無(wú)法確定列車來(lái)源時(shí)，車輛段ATS自動(dòng)為當(dāng)前列車分配虛假車組號(hào)，如00X000，其中X用于標(biāo)識(shí)系統(tǒng)中存在的列車數(shù)。

3.4.2 車組號(hào)同步

車輛段ATS自動(dòng)創(chuàng)建車組號(hào)時(shí)為運(yùn)行列車分配虛假車組號(hào)，因此需要對(duì)系統(tǒng)中存在的虛假車組號(hào)進(jìn)行修正。本系統(tǒng)提供以下兩種方式的車組號(hào)同步功能：

(1) 列車由正線駛?cè)胲囕v段時(shí)，通過(guò)與正線ATS系統(tǒng)交互，獲取正線車組號(hào)用于車輛段車組號(hào)顯示。

(2) 針對(duì)車輛段終端無(wú)電軌道電路，系統(tǒng)提供無(wú)電軌道電路車組號(hào)保留功能，當(dāng)列車駛出無(wú)電軌道電路后仍使用保留的車組號(hào)。

3.4.3 車組號(hào)人工操作

車輛段ATS除提供車組號(hào)自動(dòng)跟蹤功能，還提供人工車組號(hào)操作。該功能位于車輛段調(diào)度工作站，方便調(diào)度員對(duì)車組號(hào)進(jìn)行人工創(chuàng)建、修改、步進(jìn)操作。

3.5 中央遠(yuǎn)程監(jiān)控

車輛段ATS將接收到的信號(hào)機(jī)、道岔、軌道電路等信號(hào)元素狀態(tài)及車組號(hào)實(shí)時(shí)發(fā)送給正線ATS，用于正線工作站及大屏實(shí)時(shí)顯示，以便調(diào)度員、維護(hù)員實(shí)時(shí)監(jiān)督車輛段內(nèi)列車運(yùn)行及信號(hào)元素狀態(tài)信息。

4 結(jié)語(yǔ)

車輛段列車車組號(hào)自動(dòng)跟蹤，實(shí)現(xiàn)了正線列車車次號(hào)與車輛段列車車組號(hào)的信息交互，方便調(diào)度員第一時(shí)間掌握車輛段內(nèi)運(yùn)行列車、上線列車及下線列車的情況。其作為一種先進(jìn)的實(shí)現(xiàn)車輛段內(nèi)列車車組號(hào)自動(dòng)跟蹤的新系統(tǒng)，適于在地鐵的車輛段大力推廣。