城市軌道交通cbc系統(tǒng)線形顯示方案的比較

城市軌道交通cbc系統(tǒng)線形顯示方案的比較

近年來，隨著我國長距離鐵路的蓬勃發(fā)展，基于通信的開放式列車管理系統(tǒng)（以下簡稱cpc系統(tǒng)）得到了廣泛應(yīng)用。采用CBTC系統(tǒng)后,車載信號(hào)成為了行車主體信號(hào),但為了實(shí)現(xiàn)對(duì)故障車、工程車、非裝備列車的運(yùn)行及進(jìn)行過岔等防護(hù),正線保留了地面信號(hào)機(jī)。目前在不同城市及相同城市的不同項(xiàng)目中,正線信號(hào)機(jī)的設(shè)置和顯示也不盡相同,筆者對(duì)目前已開通和正在實(shí)施項(xiàng)目的信號(hào)機(jī)設(shè)置和顯示方案進(jìn)行了調(diào)查和分析,比較了各種方案的優(yōu)缺點(diǎn),最后提出了工程實(shí)施相關(guān)建議。1正輸入和正輸入機(jī)配置1.1出站或阻隔信號(hào)機(jī)正線信號(hào)機(jī)根據(jù)其設(shè)置位置及功能區(qū)分,主要有如下幾種類型。道岔防護(hù)信號(hào)機(jī):設(shè)置于所需防護(hù)道岔的前后適當(dāng)位置,具有出站性質(zhì)以外的道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)應(yīng)設(shè)引導(dǎo)信號(hào)。出站信號(hào)機(jī):根據(jù)運(yùn)營需求及降級(jí)運(yùn)行時(shí)的行車間隔需要,可在車站出站方向列車停車位置前方適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)設(shè)置出站信號(hào)機(jī)。出站信號(hào)機(jī)外方若有道岔,則該信號(hào)機(jī)兼做道岔防護(hù)信號(hào)機(jī),為提高運(yùn)營效率,也可增加出站引導(dǎo)信號(hào)。阻擋信號(hào)機(jī):設(shè)置于線路盡頭、折返進(jìn)路終端。把口信號(hào)機(jī):設(shè)置于聯(lián)絡(luò)線或段、場線等進(jìn)入正線把口位置。另外,還包括設(shè)置于防淹門前的防護(hù)信號(hào)機(jī)、為滿足降級(jí)運(yùn)行間隔需要而設(shè)置的通過信號(hào)機(jī)(或間隔信號(hào)機(jī))、為增加信號(hào)顯示距離而設(shè)置的復(fù)示信號(hào)機(jī)等。1.2紅色或月白色燈光目前國內(nèi)不同城市的信號(hào)機(jī)構(gòu)設(shè)置并不統(tǒng)一,但普遍采用黃(或月白)、綠、紅的基本顏色,信號(hào)機(jī)顯示意義如下:綠色燈光表示準(zhǔn)許列車按規(guī)定速度越過該架信號(hào)機(jī),當(dāng)進(jìn)路中有道岔時(shí),還表示道岔開通直向位置;黃色(或月白色)燈光表示進(jìn)路中至少有1組道岔開通側(cè)向位置,準(zhǔn)許列車按規(guī)定速度越過該架信號(hào)機(jī);紅色燈光表示禁止列車越過該架信號(hào)機(jī);紅色燈光加黃色(或月白色)燈光為引導(dǎo)信號(hào)顯示,準(zhǔn)許列車以不超過規(guī)定的速度(根據(jù)道岔的側(cè)向限速及運(yùn)營需求確定,上海地鐵為20km/h,其他城市為25km/h)越過該架信號(hào)機(jī),并隨時(shí)準(zhǔn)備停車。2信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈原理CBTC系統(tǒng)普遍采用計(jì)軸設(shè)備實(shí)現(xiàn)降級(jí)運(yùn)營時(shí)的列車占用、出清檢查,一般相鄰2個(gè)站間有1個(gè)或2個(gè)計(jì)軸區(qū)段。在正常的CBTC系統(tǒng)列車運(yùn)行下,道岔防護(hù)、出站等信號(hào)機(jī)的防護(hù)進(jìn)路中,可以允許多列車追蹤運(yùn)行,移動(dòng)授權(quán)不檢查進(jìn)路中的計(jì)軸區(qū)段的狀態(tài)。因此在CBTC系統(tǒng)下,正常模式和降級(jí)模式出現(xiàn)了不同的信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈原理。鑒于把口和阻擋信號(hào)機(jī)常態(tài)一般為亮燈狀態(tài),故下面主要對(duì)道岔防護(hù)、出站等信號(hào)機(jī)的顯示及常態(tài)進(jìn)行分析。為了便于分析,將運(yùn)行的列車分為CBTC列車和非CBTC列車,CBTC列車這里定義為車地通信正常,列車采用ATO模式或ATP監(jiān)控下的人工駕駛模式;非CBTC列車這里指列車采用ATP限制人工駕駛模式、非限制人工駕駛模式、降級(jí)模式下的點(diǎn)式ATP模式或非裝備CBTC車載信號(hào)的列車。將地面信號(hào)系統(tǒng)狀態(tài)分為CBTC模式和降級(jí)模式,降級(jí)模式這里指聯(lián)鎖級(jí)的站間閉塞或進(jìn)路閉塞。以CBTC列車為對(duì)象,信號(hào)顯示分為兩大方案:亮燈方案和滅燈方案。2.1照明設(shè)備2.1.1cbtc模式下的信號(hào)顯示增加額外的顯示燈位,用于區(qū)分CBTC模式和降級(jí)模式,目前有以下2種實(shí)施方案。方案一:增加藍(lán)燈。已經(jīng)開通的武漢軌道交通1號(hào)線,廣州地鐵3號(hào)線及在建的沈陽地鐵1、2號(hào)線,昆明地鐵1號(hào)線采用了該方案。信號(hào)機(jī)設(shè)置為四燈位組合機(jī)構(gòu),信號(hào)機(jī)常態(tài)僅藍(lán)燈點(diǎn)亮。藍(lán)燈點(diǎn)亮表示地面信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)行在CBTC模式下,CBTC列車按車載信號(hào)運(yùn)行,而非CBTC列車遇到藍(lán)燈則視為禁止信號(hào),列車必須在信號(hào)機(jī)前停車。當(dāng)?shù)孛嫘盘?hào)系統(tǒng)運(yùn)行在降級(jí)模式下時(shí),信號(hào)機(jī)藍(lán)燈熄滅,根據(jù)聯(lián)鎖條件改點(diǎn)相應(yīng)的黃、綠、紅燈,信號(hào)顯示意義依前所述。方案二:增加M紅燈。已經(jīng)開通的深圳地鐵3號(hào)線、在建的天津地鐵2、3號(hào)線采用了該方案。信號(hào)機(jī)設(shè)置為四燈位組合機(jī)構(gòu),地面信號(hào)系統(tǒng)在CBTC模式下時(shí),信號(hào)機(jī)顯示M紅、黃、綠、紅;在降級(jí)模式下時(shí),信號(hào)機(jī)顯示黃、綠、紅。M紅燈顯示為白底色,上面有紅色“M”字,表示信號(hào)機(jī)內(nèi)方所防護(hù)的站間閉塞或進(jìn)路閉塞在鎖閉狀態(tài),但區(qū)段內(nèi)有CBTC列車正在運(yùn)行,此時(shí)后續(xù)的CBTC列車可以通過此信號(hào)機(jī),而非CBTC列車則禁止通過,需等待信號(hào)機(jī)變?yōu)榫G或黃燈才能通過。當(dāng)區(qū)段內(nèi)列車出清時(shí),信號(hào)機(jī)才可改點(diǎn)綠或黃燈。自動(dòng)進(jìn)路中的一個(gè)計(jì)軸區(qū)段故障也會(huì)將入口信號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)換為M紅燈。其他的信號(hào)顯示意義依前所述。2.1.2狀態(tài)2:cbtc列車北京地鐵4號(hào)線、大興線,上海地鐵6、7、8、9、11、12、13號(hào)線均采用該方式。北京采用了黃、綠、紅的三燈位組合機(jī)構(gòu),而上海采用了綠、紅、月白的三燈位組合機(jī)構(gòu)。信號(hào)機(jī)常態(tài)亮燈。CBTC地面核心設(shè)備ZC(區(qū)域控制器)將列車的運(yùn)行狀態(tài)“CBTC列車”還是“非CBTC列車”信息傳給計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備,計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖根據(jù)此信息,對(duì)于“CBTC列車”和“非CBTC列車”自動(dòng)給出不同的信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈原則。當(dāng)信號(hào)機(jī)前方是非CBTC列車時(shí),信號(hào)機(jī)的開放檢查相應(yīng)進(jìn)路內(nèi)的區(qū)段空閑條件。信號(hào)機(jī)允許信號(hào)燈絲雙斷時(shí),則改點(diǎn)為紅燈信號(hào)。當(dāng)紅燈信號(hào)機(jī)燈絲雙斷未能點(diǎn)亮?xí)r,該信號(hào)機(jī)視為禁止信號(hào)。當(dāng)信號(hào)機(jī)前方是CBTC列車時(shí),信號(hào)機(jī)的開放不檢查相應(yīng)進(jìn)路內(nèi)的區(qū)段空閑條件,根據(jù)移動(dòng)授權(quán)點(diǎn)亮相應(yīng)的信號(hào)機(jī)。由于CBTC列車以車載信號(hào)為主體信號(hào),故允許信號(hào)的開放可不檢查燈絲的完好條件,允許信號(hào)燈絲雙斷時(shí),可不改點(diǎn)紅燈信號(hào),信號(hào)機(jī)滅燈不影響列車的運(yùn)行。紅燈燈絲雙斷時(shí),如允許信號(hào)燈絲完好的條件下,可以開放允許信號(hào)。燈絲雙斷絲時(shí),在列車駕駛臺(tái)的人機(jī)界面上有報(bào)警提示。2.2隔離方案2.2.1信號(hào)機(jī)滅燈方案北京地鐵房山線,上海地鐵10號(hào)線,深圳地鐵2、5號(hào)線,成都地鐵1號(hào)線均采用此方式。該方案信號(hào)機(jī)常態(tài)亮燈,CBTC列車接近信號(hào)機(jī)時(shí)(距離可設(shè)置),觸發(fā)移動(dòng)授權(quán)范圍內(nèi)信號(hào)機(jī)滅燈,列車以車載信號(hào)為行車信號(hào),當(dāng)列車越過信號(hào)機(jī)后,信號(hào)機(jī)點(diǎn)亮紅燈,如后續(xù)列車仍為CBTC列車,則列車接近信號(hào)機(jī)時(shí)繼續(xù)觸發(fā)信號(hào)機(jī)滅燈,列車按收到的移動(dòng)授權(quán)行車。對(duì)于非CBTC列車,則信號(hào)機(jī)一直處于亮燈狀態(tài),列車以地面信號(hào)機(jī)顯示行車。2.2.2信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈控制廣州地鐵4、5號(hào)線,北京地鐵2、10號(hào)線、亦莊線采用了此方式,信號(hào)機(jī)設(shè)置為黃、綠、紅三燈位組合機(jī)構(gòu)。國鐵高速鐵路CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)也采用了軌旁信號(hào)機(jī)常態(tài)滅燈方式。CBTC列車時(shí),信號(hào)機(jī)滅燈,列車以車載信號(hào)為行車信號(hào)。列車降級(jí)為非CBTC列車,但未接近信號(hào)機(jī)時(shí),列車運(yùn)行前方信號(hào)機(jī)仍然為滅燈;列車接近信號(hào)機(jī)時(shí)(距離可設(shè)置),系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈,司機(jī)根據(jù)信號(hào)機(jī)顯示行車,該列車如果在信號(hào)機(jī)前方能夠再升級(jí)成CBTC列車,信號(hào)機(jī)又將滅燈。信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈時(shí),允許燈光因故滅燈時(shí),則改點(diǎn)為紅燈信號(hào)。當(dāng)紅燈因故不能點(diǎn)亮?xí)r,對(duì)于非CBTC列車視為禁止信號(hào)。信號(hào)機(jī)的點(diǎn)亮需檢查進(jìn)路的空閑。早期開通的項(xiàng)目如北京地鐵2號(hào)線采用了人工進(jìn)行信號(hào)機(jī)點(diǎn)亮、滅燈的切換,后期開通項(xiàng)目則采用了自動(dòng)切換的方式。國鐵CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)也是采用了人工操作點(diǎn)亮的方式。CBTC系統(tǒng)信號(hào)顯示實(shí)施方案對(duì)照見表1。3優(yōu)秀分析下面將從幾個(gè)方面對(duì)上述4種CBTC系統(tǒng)信號(hào)顯示實(shí)施方案做優(yōu)缺點(diǎn)分析、比較。3.1信號(hào)機(jī)滅燈方案以上方案目前均可實(shí)現(xiàn)CBTC列車和非CBTC列車的混跑。對(duì)于加顯示燈位的亮燈方案,通過不同的信號(hào)顯示分別用于CBTC列車和非CBTC列車,系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單;對(duì)于不加顯示燈位的亮燈方案,則系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),需根據(jù)是CBTC列車還是非CBTC列車給出不同的信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈原則,故系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜;對(duì)于信號(hào)機(jī)滅燈方案,則采用對(duì)CBTC列車滅燈,以車載信號(hào)行車,而對(duì)非CBTC列車點(diǎn)燈,以信號(hào)機(jī)顯示來行車,系統(tǒng)設(shè)計(jì)也較復(fù)雜。正常CBTC列車追蹤運(yùn)行時(shí),后續(xù)CBTC列車的移動(dòng)授權(quán)限制在前行CBTC列車車尾虛擬占用邊界,因此計(jì)軸區(qū)段內(nèi)的列車數(shù)量沒有限制。地面信號(hào)系統(tǒng)狀態(tài)分為CBTC模式和降級(jí)模式(即站間閉塞或進(jìn)路閉塞),為了實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)行模式列車混運(yùn)時(shí),地面信號(hào)系統(tǒng)狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換,計(jì)軸區(qū)段也對(duì)應(yīng)可分為CBTC模式和降級(jí)模式。CBTC列車進(jìn)入的計(jì)軸區(qū)段則為CBTC模式區(qū)段,非CBTC列車進(jìn)入則為降級(jí)模式區(qū)段。CBTC模式區(qū)段僅允許后續(xù)的CBTC列車進(jìn)入;如后續(xù)列車為非CBTC列車,則此CBTC模式區(qū)段入口信號(hào)機(jī)顯示為禁止信號(hào)。降級(jí)模式區(qū)段則不容許后續(xù)的列車進(jìn)入。如后續(xù)列車是非CBTC列車,則降級(jí)模式區(qū)段入口信號(hào)機(jī)顯示禁止信號(hào)。如后續(xù)列車是CBTC列車,則列車的移動(dòng)授權(quán)終端設(shè)置在入口信號(hào)機(jī)處,如為亮燈方案則還應(yīng)點(diǎn)亮入口信號(hào)機(jī)的禁止信號(hào)。3.2led信號(hào)機(jī)作用亮燈方案時(shí),當(dāng)?shù)孛嫘盘?hào)機(jī)因故不能點(diǎn)亮,對(duì)于CBTC列車,由于車載信號(hào)為主體信號(hào),再加上列車駕駛臺(tái)上有燈絲斷絲報(bào)警提示,故信號(hào)機(jī)的滅燈可不影響列車的運(yùn)行,列車可按車載信號(hào)行車,故此時(shí)出現(xiàn)了地面信號(hào)和車載信號(hào)不一致的情況。由于城軌項(xiàng)目普遍采用了小型LED信號(hào)機(jī),并設(shè)置了報(bào)警設(shè)備,可以實(shí)現(xiàn)電流低于16%(可設(shè)定)的預(yù)報(bào)警和當(dāng)LED信號(hào)機(jī)達(dá)到預(yù)設(shè)的25%～30%時(shí)的報(bào)警,提醒維護(hù)人員及時(shí)修復(fù)。故采用LED信號(hào)機(jī)后可有效地降低該類事件的發(fā)生概率。滅燈方案時(shí),CBTC列車以車載信號(hào)顯示行車,地面信號(hào)機(jī)不參與顯示,避免了車地信號(hào)顯示的不一致。此方案中的常態(tài)滅燈方式由于平時(shí)無法實(shí)時(shí)檢測燈絲的完整狀態(tài),如當(dāng)需要啟用降級(jí)模式點(diǎn)亮信號(hào)機(jī)時(shí),存在信號(hào)機(jī)剛好發(fā)生故障而無法點(diǎn)亮的可能,從而影響到了降級(jí)模式的啟用。采用LED信號(hào)機(jī)及通過夜間停運(yùn)時(shí)間定期檢查信號(hào)機(jī)燈絲完好狀態(tài),可降低該類事件的發(fā)生概率。此方案中的CBTC列車觸發(fā)滅燈方式由于信號(hào)機(jī)常態(tài)點(diǎn)亮,故信號(hào)機(jī)發(fā)生故障時(shí)可及時(shí)發(fā)現(xiàn),不存在此類問題。當(dāng)?shù)孛嫘盘?hào)設(shè)備為降級(jí)模式或?yàn)榉荂BTC列車運(yùn)行時(shí),信號(hào)機(jī)應(yīng)亮燈,此時(shí)應(yīng)做到信號(hào)機(jī)允許信號(hào)因故不能點(diǎn)亮?xí)r,改點(diǎn)為紅燈信號(hào)。當(dāng)紅燈信號(hào)因故不能點(diǎn)亮,則視為禁止信號(hào)。3.3其他方面3.3.1非cbtc模式加顯示燈位的亮燈方案,由于增加了信號(hào)機(jī)構(gòu)及額外的燈光顯示意義,使得機(jī)構(gòu)設(shè)置相對(duì)復(fù)雜,不便于運(yùn)營,也相應(yīng)增加了軌旁信號(hào)機(jī)和電纜的費(fèi)用。增加藍(lán)燈的方式,早期開通的項(xiàng)目,當(dāng)列車降級(jí)為非CBTC模式時(shí),則需在藍(lán)燈前停車,與調(diào)度員聯(lián)系,調(diào)度員確認(rèn)列車可以運(yùn)行時(shí),經(jīng)人工操作點(diǎn)亮相應(yīng)的允許信號(hào),列車方可繼續(xù)運(yùn)行。目前該方案已發(fā)展為非CBTC列車運(yùn)行時(shí),可在一定范圍內(nèi)自動(dòng)提前關(guān)閉藍(lán)燈,改點(diǎn)相應(yīng)的黃、綠、紅燈,已與CBTC常態(tài)滅燈方案中的信號(hào)機(jī)點(diǎn)亮原理類似,只是在CBTC列車運(yùn)行時(shí)地面還給出了藍(lán)燈以提示司機(jī)地面信號(hào)設(shè)備在CBTC狀態(tài)下。增加M紅燈的方式,對(duì)于CBTC列車司機(jī),存在遠(yuǎn)距離將M紅燈誤認(rèn)為紅燈的可能,雖然此時(shí)司機(jī)以車載信號(hào)為主體信號(hào),但誤認(rèn)的地面信號(hào)和車載信號(hào)不一致,也會(huì)造成司機(jī)的緊張。3.3.2機(jī)點(diǎn)火部分該方案信號(hào)顯示簡單,在CBTC列車運(yùn)行時(shí),信號(hào)機(jī)點(diǎn)亮,優(yōu)點(diǎn)是司機(jī)可以根據(jù)道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)的顯示判斷出道岔開通直向位置還是側(cè)向位置。缺點(diǎn)是司機(jī)駕駛列車時(shí)的信號(hào)不唯一,存在車地顯示不一致的可能。3.3.3機(jī)滅燈司機(jī)以車載信號(hào)行車該方案信號(hào)顯示簡單,CBTC列車運(yùn)行時(shí),信號(hào)機(jī)滅燈,司機(jī)以車載信號(hào)行車,司機(jī)駕駛列車的信號(hào)唯一,降低了駕駛難度,方便了運(yùn)營,且節(jié)約能源。缺點(diǎn)是CBTC列車司機(jī)需人工確認(rèn)道岔開向。3.4燈位的方式信號(hào)顯示意義、運(yùn)營規(guī)則相對(duì)簡單綜合以上分析繪制信號(hào)顯示實(shí)施方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)照表(表2),從表中可以看出亮燈方案中,不加顯示燈位的方式信號(hào)顯示意義、運(yùn)營規(guī)則相對(duì)簡單、道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)可顯示出道岔的開通方向,軌旁信號(hào)機(jī)及電纜工程造價(jià)少,故優(yōu)于加顯示燈位的方式。滅燈方案與亮燈方案相比則除了具有信號(hào)顯示意義和運(yùn)營規(guī)則簡單外,還更加節(jié)能。而常態(tài)滅燈方式比CBTC列車觸發(fā)滅燈方式則更具有節(jié)能的優(yōu)勢。4項(xiàng)目建議4.1信號(hào)顯示方案4種信號(hào)顯示方案各有優(yōu)缺點(diǎn),但考慮運(yùn)營方便和節(jié)能等因素,在新建CBTC系統(tǒng)城軌項(xiàng)目中,正線信號(hào)機(jī)除了阻擋和聯(lián)絡(luò)線的把口信號(hào)機(jī)外,結(jié)合本城市已建項(xiàng)目信號(hào)顯示方式,如采用亮燈方案,優(yōu)先選用不加顯示燈位的方式;如采用滅燈方案,優(yōu)先選用常態(tài)滅燈的方式。4.2按信號(hào)系統(tǒng)的要求發(fā)生轉(zhuǎn)移新版《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(征求意見稿)中對(duì)信號(hào)機(jī)規(guī)定如下“信號(hào)機(jī)采用定位亮燈方式時(shí),應(yīng)遵循下列原則:……防護(hù)信號(hào)機(jī)顯示允許信號(hào)因故未能點(diǎn)亮?xí)r,應(yīng)給出禁止信號(hào)顯示。信號(hào)機(jī)顯示禁止信號(hào)因故未能點(diǎn)亮?xí)r,該信號(hào)應(yīng)視為禁止信號(hào),并宜實(shí)現(xiàn)燈光轉(zhuǎn)移?！蹦壳皩?shí)施的采用不加顯示燈位的亮燈方式的項(xiàng)目中,由于CBTC列車以車載信號(hào)為主體信號(hào),且燈絲斷絲時(shí)列車駕駛臺(tái)上有報(bào)警提示,為了提高運(yùn)營效率,信號(hào)系統(tǒng)按信號(hào)機(jī)因故不能點(diǎn)亮不影響列車運(yùn)行進(jìn)行了設(shè)計(jì),故沒有降級(jí)改點(diǎn)禁止信號(hào),與新版規(guī)范的規(guī)定有差異。鑒于國標(biāo)《城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)通用技術(shù)條件》(GB/T12758—2004)規(guī)定“地面信號(hào)為主體信號(hào)時(shí),其信號(hào)顯示熄滅