自动化车辆段内的车辆段信号系统与试车线信号系统整合方案研究

赵 亮 王喜军 郭佳怡

(1. 中国铁路设计集团有限公司， 300251， 天津；2. 武汉大学电子信息工程学院， 430072， 武汉∥第一作者， 高级工程师)

为满足场段内列车自动运行的要求，自动化车辆段越来越受到城市轨道交通业主的青睐。自动化车辆段的本质是将正线信号系统引入车辆段，将车辆段作为一级集中站。车辆段内列车运行安全防护，也随之由最初的提供固定限速人工驾驶模式发展为无人值守的全自动运行(UTO)模式。在车辆段自动化区范围内，列车的唤醒、自检、运行防护、休眠等操作均由设备自动完成，无需人工参与。

目前，我国大部分城市轨道交通的场段信号系统仅配置了计算机联锁系统，列车进路的安全由联锁设备和司机共同确保，车载ATP(列车自动防护)仅提供固定限速。而在自动化车辆段内，其信号系统配置了与正线标准一致的计算机联锁、ATP/ATO(列车自动运行)系统、ATS(列车自动监控)系统，从而实现了车-地无线覆盖。自动化车辆段采用与正线一致的计轴设备作为区段占压检测设备。

自动化车辆段一般均配有试车线，并在试车线设有信号设备室及控制室。试车线主要用于对车辆本身的机械性能和车载信号设备进行测试、试验。车辆在维修保养后、上线运营前，均需要利用试车线对车载信号设备进行动态测试及试验。无论是车辆试车还是信号试车，都需通过试车线信号控制室值班员和车辆段信号控制室值班员办理相应的交接手续，以取得试车线的控制权。

自动化车辆段信号系统与试车线信号系统彼此独立，因此试车线设备与车辆段联锁设备的接口设计方案较多，外部接口电路复杂，不利于日常的应用和维护。基于此，本文对自动化车辆段中信号系统的整合方案进行研究。

1 既有自动化车辆段中信号系统的主要功能及架构

与常规的城市轨道交通车辆段相比，自动化车辆段基于全自动运行系统，增加了休眠、唤醒、自动驾驶、车门管理、自动调整、自动发车、自动洗车、清客、远程控制等列车全自动控制功能。列车可在试车线实现全自动运行模式和人工驾驶模式的转换。由于增加了ATS系统，自动化车辆段还可为试验列车分配目的地码和指定运行工况等列车在正线运行时具备的功能。

自动化车辆段内有两套信号系统，一套用以控制车辆段内除试车线外的自动化区域，另一套用以专门控制试车线。这两套信号系统均为完整的ATC系统，相互独立工作，通过继电接口交接控制权限，其构成如图1所示。

注：SPKS——人员防护开关；PCB——站台门开关控制按钮；RRU——射频拉远单元；AP——无线接入点；BBU——基带处理单元。

试车线的功能定位为车辆试车和信号试车。信号试车是利用试车线有限的条件模拟列车运行的各种工况，验证信号系统各种功能，检验设备的性能指标。但试车线信号系统不具备与站台门、洗车机、车库门的外部接口，也未安装SPKS、PCB及紧急停车按钮，故需外接模拟条件。系统外部模拟条件(站台门、洗车机、车库门)和系统内部模拟条件(SPKS、紧急停车按钮、PCB)均与试车线的联锁系统接口，可实现联锁对模拟条件的采集，以及控制指令的输出。

2 自动化车辆段中信号系统主要功能及架构的改进方案

在车辆段、试车线信号系统的既有架构基础上，本研究对其ATC系统进行优化整合。改进方案如下：在既有的车辆段联锁以及ATP、ATO系统功能的基础上，扩大其控制范围，扩展试车线功能，完全将试车线纳入自动化车辆段控制范围。该方案下，车辆段ATS、ATP/ATO系统需增加试车线模块，增加部分特殊模拟条件，以实现车辆段和试车线ATC系统的整合。改进后的车辆段信号系统的ATC系统构架如图2所示。

图2 自动化车辆段的ATC系统构架(改进方案)

改进方案中，试车线信号ATC系统仍由ATP/ATO、联锁、ATS和DCS(通信子系统)组成。ATP/ATO系统在正线、车辆段和试车线的软件架构均相同，并根据不同物理位置配置数据，实现相应的功能。试车线ATP/ATO系统功能的集成度最高，将其与车辆段ATP/ATO系统整合，则要求改进后自动化试车线的ATP/ATO系统为全功能系统，需要增加试车线模块，并配置试车线虚拟车站、虚拟列车的在线功能。

由于试车线受土建条件和工程综合成本的限制，无法设置真实车站，因此，为了模拟列车运行，在试车线上设置了虚拟车站，以便更好地仿真正线列车之间的追踪运行。为此，联锁系统增加模拟输入条件和输出表示接口，主要用于采集包括SPKS、紧急停车按钮、PCB的节点状态，站台门、车库门开/关状态，洗车机开/闭状态、站台门单门故障数据等信息，以及输出站台门、车库门开/关命令、站台门隔离命令等命令。在试车线还需增加必要的信号机计轴设备，以模拟正线车站的接/发车作业。ATS系统需要增加试车模块，使其具有正线和场段ATS系统全功能，并按照虚拟车站配置数据。DCS根据实际系统设置架构，构成了数据网络传输体系。

3 改进后试车线信号系统的ATC功能

经改进方案对各子系统进行调整后，试车线信号系统具备了完整的ATC功能。具体功能描述如下：

1) 列车的休眠/唤醒功能。列车信号车载设备基于车辆段ATS休眠/唤醒指令和司机本地控制列车两种模式，在试车线特定范围内进行列车的休眠/唤醒。在唤醒过程中，车载信号设备除完成自检外，还需配合车辆设备完成必要的自检和功能测试。休眠/唤醒成功后，车载信号系统将列车的休眠/唤醒状态反馈给ATS。

2) 列车的全自动运行功能。ATO在ATP的防护下，根据车辆段ATS指令生成试车线列车速度控制命令，实现对列车启动、牵引、巡航、惰行和制动等的控制功能，并以较高的速度实现在试车线上的自动追踪功能。车载ATO根据列车当前的运行速度、ATP限速、目标点位置(包括虚拟车站和虚拟列车)等信息，向列车发送控制命令，控制列车施加牵引力或制动力，在ATP的防护下实现列车的全自动运行，以及速度的自动调整。在ATP的防护下，ATO根据ATS的指令全过程控制列车在试车线上的运行，实现列车在虚拟车站自动停车、自动启动及自动折返等自动化运行功能。

3) 列车车门管理功能。在试车线虚拟站台范围内，在车载ATP给出门允许条件并判断列车停准后，车载ATO向ATP发送开门指令，通过联锁系统输出模拟开门显示。在进行全自动运行试验的过程中， ATO自动控制列车关门，若车门因故未关闭，则ATO可执行人工远程关门命令或站台关门按钮的关门命令，再次发出关门指令。此外，ATO还具备车门/站台门故障隔离的功能。当列车车门或车站站台门发生故障需要隔离时，车载设备、站台门、车辆间将传递故障信息，在列车进站(虚拟车站)停稳后，ATO将自动打开车门，并输出模拟打开站台门显示。

4) 列车进站停准功能。在试车线虚拟车站范围内，ATO具有列车进站停准的自动调整功能。在试验全自动运行模式时，列车进站停车时如停车误差超出精度范围，则列车车门和虚拟站台门不能打开。

5) 自动发车功能。ATO根据ATS发送的停站(虚拟车站)时间控制列车，当列车停站接近发车时间时，ATO系统给出关门信号。一旦获得列车车门和站台门的关闭信号，ATO系统将自动或人工启动列车运行。ATO可根据ATS指令调整列车的停站时间。列车唤醒成功后，在FAM(全自动运行模式)条件具备时，ATO自动控制列车启动。在FAM下，ATO检查确认列车具备发车条件后，可自动启动列车在车站的发车功能。

6) 自动洗车功能。ATO控制下在试车线利用虚拟车站进行的模拟洗车作业可采用全自动方式。系统外部条件模拟模块通过模拟条件向联锁系统发送洗车机状态。在接收到联锁发来的洗车请求确认信息后， ATO向全自动运行列车发送洗车模式及牵引命令。列车收到命令后，将运行速度控制在3 km/h以内。在模拟洗车过程中，ATO控制列车定点停车及折返换端。收到模拟洗车机的移动指令后，ATO将控制列车运行至出清洗车库(虚拟车站)停车点。待列车停稳后退出洗车模式，列车根据移动授权自动运行回库(另一个虚拟车站)。

7) 清客功能。车载ATO根据电子地图在终到站(虚拟车站)停车后，向车辆TCMS(列车控制与管理系统)发送清客指令。在清客结束前，车载信号设备保持车门打开。试车人员进行人工清客确认后，此时可通过试车人员按压模拟站台关门按钮关闭现场列车车门和站台门，也可由ATO发送清客确认指令，远程关闭列车车门和站台门。

8) 远程控制功能。ATS具备的远程控制功能主要包括：① 对试车线上特定列车下发立即停车命令的功能。当紧急制动缓解条件具备时，试车人员可远程对列车紧急制动进行缓解。② 对列车车门的远程控制功能，用于实现车门的远程人工开闭控制。③ 针对线路区域和列车，设置允许/禁止FAM运行授权的功能。④ 具备预设列车空调/电热参数、临时设置单车空调/电热参数功能。⑤ 可采用人工方式向故障列车发送远程故障复位或旁路指令。⑥ 具备远程打开或关闭全线全自动驾驶列车客室的照明功能。

4 结语

本文对自动化车辆段内的车辆段信号系统和试车线信号系统提出了整合改进方案。该改进方案与既有方案比较，可节省一套试车线ZC(区域控制器)、ATS、联锁及相关电源系统设备，试车线用房中信号系统所需的房间也可节省，且减少了信号系统自身与附属工程(风水电)的投资。

基于改进方案，可将试车线调度和车辆段调度/值班员岗位进行合并，一来可以达到减员增效的目的，二来取消了车辆段调度和试车线调度间的工作交接，也可尽量避免产生人为失误。此外，该改进方案将试车线的室外设备纳入到车辆段信号系统中，取消原车辆段联锁与试车线联锁的接口电路，转为采用设备内部逻辑控制，既降低了设备故障发生率，又可减轻设备的维修工作量。