城市轨道交通全自动运行线路运营场景信号系统功能需求研究

城市轨道交通全自动运行线路运营场景信号系统功能需求研究

王宁1,朱贺2

1.身份证号码：372925199508132913  2.身份证号码：372925199001078014

摘要:在城市轨道交通快速发展过程中，越来越多的人依靠轨道交通出行。而全自动运行信号系统的运营场景作为地铁新线建设发展的目标场景,对地铁能够安全、可靠、高效的投入运营起到关键作用。本文研究了在全自动运行系统运营场景下信号系统应具备的功能。

关键词：轨道交通；全自动运行；信号系统；运营场景

城市轨道交通全自动运行信号系统运营场景对全自动运行运营管理具有重要的指导意义。本文主要研究了在城市轨道交通全自动运行线路中的正常、故障和应急运营场景下，信号系统应具备的相关功能。

一、全自动运行系统

全自动运行系统（FAO）是基于现代计算机、通信、控制和系统集成等技术实现列车运行全过程自动化、覆盖整条线路及其所有车站和列车全天候不间断运行的高可靠、高安全、高度自动化的系统。主要由中央监控系统、车站子系统、车载控制器和车-地通信网络等子系统构成。全自动运行系统结构组成见图1-1，全自动运行系统等级划分见1-2。

图1-1 全自动运行系统结构组成图

表1-1全自动运行系统等级划分

二、运营场景

对于全自动运行信号系统而言，运营场景主要分为正常运营、故障运营及应急运营场景。通过分析重点场景下运营作业过程及需求，明确该运营场景下信号系统相关功能需求，将为全自动运行线路提供可靠稳定的系统服务。运营场景汇总见图2-1。

图2-1：全自动运行运营场景

三、重点运营场景下信号系统功能需求

3.1正常运营场景

（1）列车唤醒/休眠

列车唤醒前，ISCS系统确认接触网是否带电，并将接触网带电状态发送给ATS系统作为列车唤醒/休眠的前提条件。车载VOBC设备自动完成自检（静态、动态测试）并向ATS发送检修状态，在列车具备唤醒/休眠条件下，ATS向唤醒休眠单元发送远程唤醒/休眠命令，车辆可实现列车的唤醒/休眠。

（2）列车出库

FAM模式下待命列车根据ATS发送的运行方向激活列车驾驶室，获得ZC发送的移动授权后维持FAM模式，当发车倒计时为0、允许列车全自动运行授权有效、移动授权满足列车启动条件且接收到启动授权时，列车出库运行。

（3）列车进入正线服务

ATS系统根据计划运行图为列车自动分配车次号。列车进入转换轨后，或正线唤醒后，ATS向列车发送“正线运行”工况指令。

（4）列车进站停车/发车

信号系统ZC设备、CI设备判断是否具备进站停车条件（站台门关门且锁闭，紧急停车按钮未按下等），具备进站停车条件时，ATS向ISCS发送进站信息，列车以FAM模式进站自动对标停车。列车发车时信号系统下发“关门命令”给车辆和站台门，同时车载VOBC设备、ZC设备、联锁设备、ATS设备检查车站发车条件，例如：移动授权是否满足，车门、站台门是否关门且锁闭（缝隙检测未检测到障碍物）等，具备发车条件时列车即可从车站发车前往下一站。

（5）列车扣车/跳停

列车运行中，行调设定区间可运行列车数后，如该区间已达到行调设定最大定额，则信号系统自动扣停后续列车。自动扣车后，如果列车数量减少会自动报警。行调在ATS工作站设置跳停，ATS将跳停指令下发给VOBC及ISCS。

（6）清客/折返换端

ATS根据计划或临时命令给VOBC发送清客指令。VOBC接收到清客指令后，进站停车自动开门后不自动关门。待清客完成后，列车在具备折返条件车站进行换端运营，此时中央远程发送关门命令后关闭车门及站台门，站台人员确认系统进入站后折返模式后，按压站台折返按钮，列车自动运行至折返线停车窗停车并完成换端，自动运行至出发站台，打开车门、站台门，开始停站倒计时。

（7）列车退出正线服务/回库

信号根据列车的停放计划或行调进行运营调整，对退出运营的列车根据目的地码自动触发回库进路，ATS根据计划运行图自动清除目的地码，向列车发送“停止正线服务”指令。VOBC收到“停止正线服务”指令后，向车辆TCMS发送停止正线服务工况指令，由车辆关闭正常照明、空调，保持应急照明打开。CI收到回库进路办理请求后，检查SPKS状态等联锁条件是否满足，为列车办理回库进路。

（8）列车自动洗车/清扫

洗车机接收联锁洗车请求，反馈洗车请求确认，信号持续发送洗车请求作为洗车机使能的条件，洗车机使能是指：洗车机持续收到此信号才将洗车臂落下，才进行车身的清洗，否则应立即停止洗车，将洗车设备归位，停止回复请求确认信息。当洗车全部完成后，场调确认后，人工操作洗车机断电。返回库内信号VOBC设备根据清扫作业时间窗向车辆TCMS发送清扫工况和结束清扫工况，清扫完毕后执行休眠作业。

3.2故障运营场景

（1）信号设备故障

1）ATS设备故障

ATS中心应用服务器、接口服务器和数据库服务器及ATS车站服务器均为双机冗余配置，单机故障后，自动切换到备机运行，不影响系统正常功能的使用。当ATS设备故障时，故障处理流程如下图3-1：

图3-1 ATS设备故障处理流程图

2）ZC设备故障

区域控制器ZC采用安全可靠的冗余架构，其中一系故障时，系统将自动切换到另一系运行，不影响系统功能。当区域控制器完全故障时，其控制区域中的所有列车紧急制动，降级为非CBTC列车。列车可降级到点式等级的AM、CM模式或RM模式运行，系统提供点式ATP/ATO功能。当列车行至ZC工作正常的区域并与其建立有效连接后，可重新升级到CTC控制等级。

3）车载ATP/ATO设备故障

车载ATP/ATO设备采用冗余配置，一系故障不影响列车正常运行并向中央行车调度台报警。FAM模式/CAM模式下，单端两系车载ATP/ATO均故障时，列车实施紧急制动，AM模式下，单端两系车载ATP/ATO均故障时，列车不施加紧急制动。

4）车地通信设备故障

VOBC与轨旁的车地通信采用在车头和车尾分别设置通信设备的双套冗余网络，车地通信无线双网同时工作，当一个网络故障时，车地通信不会中断，不影响列车的运行，并向中央行车调度台报警；车地无线通信轨旁双网通信设备均故障时，故障区域列车紧急制动停车，降级为非CTC列车，列车转换为RM/NRM模式运行至下一站台；轨旁通信设备正常，部分列车（单列或多列）车地双网络同时中断后，列车紧急制动停车，降级为非CTC列车，其它CTC列车的车地通信将不受影响。

5）道岔故障

在正线线路道岔左/右转不到位或失去表示，此时ATS显示道岔故障报警，当单操道岔能密贴至任何一侧时，列车可组织变更进路，采用FAM模式运行。当道岔无法恢复，由人工钩锁道岔，列车停车，等待现场人工修复并进行临时停车的人工广播。

（2）蠕动模式

蠕动模式为在全自动运行条件下，当VOBC与车辆网络通信故障、VOBC在FAM模式下监督到牵引或制动反馈异常、车辆网络故障时，VOBC向中心申请进入蠕动模式运行，列车进入限速运行（25km/h）的一种模式。列车以蠕动模式进站停车后（精确停车），施加紧急制动防止列车移动，等待站务员上车处理。

（3）车门/站台门故障

车门/站台门故障主要分为门关闭且锁闭信号丢失，单扇门故障等。

当列车在线路任意位置（含与站台有交叉）采集到车门处于非关闭且锁闭状态时，车门关闭状态丢失是一个安全风险非常高的故障，因此VOBC无论处于什么运行模式下，都立即停车，并上报中心ATS，等待组织处理。列车单扇门因故障无法打开时，TCMS通过信号系统向行调、车站值班员报警，由人工对故障车门进行隔离。

当VOBC接收到CI采集的站台门关闭且锁闭状态丢失后主要处理流程如图3-2

图3-2 站台门状态丢失故障处理流程

当单扇站台门发生故障时，VOBC分别向车辆和联锁发送打开车门指令和打开站台门指令，车辆控制故障站台门对应的车门由车辆控制不打开。

（4）列车位置丢失（RRM）

在车地通信正常情况下，列车连续丢失两个应答器失去定位将实施紧急制动，可通过远程指令启动远程限制驾驶模式（RRM），限制列车以25km/h速度运行一定距离（可根据现场情况确定）直至再次获得定位。

3.3应急运营场景

（1）乘客控制紧急手柄

当车载VOBC收到TCMS发送的紧急手柄激活信息后，传输至ATS，并在调度工作站上报警，根据列车位置分别处理。当列车在站台停车时，列车打开车门不自动关门，切除牵引不再发车，当列车部分可停在站台时，VOBC立即实施紧急制动停车，当列车区间运行时，继续运行至下一站精准停车后由车站工作人员上车处理，紧急手柄恢复。

（2）车辆/车站/区间火灾

列车运行过程中，列车上的FAS系统检测到客室内部物体或列车车体发生火灾时，车辆TCMS通过网络方式给VOBC提供火灾报警信息，VOBC将火灾报警上报ATS系统，在行调以及相关车站的ATS工作站上显示。ATS转发火灾报警给综合监控，在设备调度（环）综合监控工作站显示火灾报警。行调确认火灾。

（3）障碍物/脱轨检测

VOBC收到车辆的障碍物或脱轨信息传送至ATS系统，ATS系统在车辆调、行调的工作站上显示，并报警。车载VOBC设备同时输出紧急制动、切除牵引。当障碍物/脱轨故障恢复、防护区取消后，防护区内非故障的FAM、CAM、AM模式列车可自动发车，防护区内故障的FAM、CAM、AM模式列车需人工确认后发车。

（4）区间救援/疏散

VOBC将车载信号设备故障信息（如发生车载信号设备故障）发送给ATS系统，行调的ATS系统工作站上显示故障信息，由行调决定是否进行区间救援/疏散。行调决定区间救援/疏散后，通过ATS工作站对区间进行封锁，并将故障列车的后续列车扣在最近的站台等候，不允许发车。

四、总结

通过对城市轨道交通线路全自动运行系统运营过程中出现的正常场景、故障场景、应急场景下信号系统应具备的功能进行分析和介绍，为相关设计人员提供设计参考，以此提升城市轨道交通全自动运行线路运营过程中的可靠性、安全性、可用性和可维护性。