【转贴】麦加轻轨信号移动闭塞系统后备模式

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麦加轻轨信号移动闭塞系统后备模式
洪宗皓（中铁建电气化局集团南方工程有限公司  湖北武汉  430012）
摘  要：麦加轻轨信号系统的后备模式作为一期运营及二期移动闭塞系统故障后运营的辅助手段，为移动闭塞系统在轨道交通行业的应用提供了借鉴。
关键词：麦加轻轨；移动闭塞；后备模式
1  麦加轻轨所采用的移动闭塞系统
麦加轻轨工程信号系统首次在沙特轨道交通行业中采用了seltrac mb移动闭塞系统，并将于2011年5月开通。该系统是一套集中控制的信号系统，主要包括以下几个部分：系统管理中心(smc)、车辆控制中心(vcc)、车站控制中心(stc)、车载控制中心(vobc)。
麦加轻轨工程分为两期开通，分别采用两种运营模式：一期采用固定闭塞的后备模式；二期采用atc模式。atc模式采用移动闭塞原理，依据列车的最大运行速度、制动曲线以及在线路上的位置来动态计算前后列车的安全间隔。由于列车的高精确定位(以6．25米为“位置单元”)，后续列车能够以该线路区段所允许的最大速度，安全地接近距离前行列车的最后一次校核位置(此为安全制动距离的位置)。
移动闭塞系统采用列车的高定位精度以及移动授权的更新频率来提高运力，并缩短列车间隔距离，它通过与车载控制器间的数据通信来实现这些功能(而不是用轨旁信号机进行防护)。移动闭塞系统还可以安全地允许多列列车占用同一区域，而该区域在后备模式的固定闭塞系统中只作为一个闭塞分区。
另外，列车之间总保持一个安全距离。安全距离是后续列车的命令停车点和障碍物之间的一个固定距离，障碍物可以是确认了的前行列车尾部的位置。该距离是考虑了一系列最不利的条件，在仍能保证安全间隔的基础上确定的。不同的线路区域可能会定义不同的安全距离值，这是由“综合安全距离”逻辑来处理的。
安全列车间隔的监督是通过向车载子系统提供最大允许速度和当前命令停车点信息来实现的。该通信被周期性地更新以确保连续的更新对列车来说是可用的。因此，列车可以在由下列数据所定义的包络内安全地运行：最大速度；确认的停车点；制动曲线；线路坡度。
虽然seltrac mb移动闭塞系统具有上述优点，但考虑到它在行车调度控制理念、故障管理等方面有诸多不协调因素，因此麦加轻轨项目在较详细地了解了该套移动闭塞系统的基础上，将固定闭塞系统的应用与移动闭塞系统紧密联系在一起，制定了一套用于移动闭塞系统故障后的运营模式——后备模式。
2  后备模式的概述
2.1  后备模式的特点
后备模式可以根据故障影响，分为全人工后备模式和局部后备模式。后备模式下的行车是单方向的，用于使无通信列车(原因有：整个vcc故障、smc和vcc同时故障、环线故障、vobc故障、无vobc车辆或列车司机要求转换到人工限制模式或切断模式等)进入固定闭塞下运营在确保安全的前提下，达到一定的运输能力。系统中的stc设备可以为其控制区域内的列车提供地面信号，以保证列车安全运行。
进路的设置是这样完成的：由中央调度员或车站值班员采取设置人工进路的方式，并将进路上有关道岔设到所要求的位置。
2.2  后备模式的功能
后备模式时，轨旁信号机平时点亮红灯，在人工办理了进路、联锁条件满足的情况下开放允许信号，在禁止信号“红灯”不能点亮的情况下不能开放任何允许信号。开放的允许信号实时检查其联锁条件，如道岔位置、锁闭状态、区段空闲、无敌对进路等；非正常情况可造成已开放的信号关闭，并有相应的报警指示，且在故障恢复后，只有人工的介入才能重新开放此信号。
后备模式可以提供有限的几条进路。每架信号机有1～2条进路与其相关。如果只有一条，则该进路即为“正常”进路。所有信号机都有一条“正常”进路，有些信号机还有第二条“变更”进路。
在后备模式下，stc根据区段占用状态和道岔位置等联锁条件来设置信号机的显示。因此，一旦调度员设置了人工进路，当列车占用了该进路计轴区段时，防护该进路的信号机将显示“红灯”。当列车出清该占用区段后，如果所有的道岔都处在“正常”进路所要求的正确位置，则该区段信号机自动开放，显示“绿灯”；如果所有的道岔都处在“变更”进路所要求的正确位置，则该区段信号机自动显示“黄灯”。当道岔处于锁闭状态时，信号机才能显示开放的信号(绿灯或黄灯)，开放信号仅意味着列车能够安全停靠下一站台。
stc根据中心smc(或处于局部后备模式的vcc)的指令或smc本地工作站控制指令转动道岔，并依据联锁条件设置信号机的显示。假如接近计轴区段并且道岔区段均空闲，则在stc将信号机成功设置为红灯后，命令道岔开始转动；当道岔转到规定位置并锁闭后，stc检查所有的联锁条件，均符合时就将信号机设置为允许灯光显示。
如果stc收到道岔转换指令时接近计轴区段，有车且道岔区段空闲，stc则将信号机显示为“红灯”后60秒计时；一旦时间计完，若道岔区段无车，则stc开始转动道岔，使其转到规定的位置。
2.3  后备模式的转换
后备模式与自动模式的相互倒换时机取决于中央调度员，而时间长短主要取决于司机、调度员以及系统中正在运行的列车数量。
当vcc故障时，中央调度员开始干预，系统将在大约60秒内从自动模式转入全人工后备模式。
只有所有的人工预留进路均已取消，所有线路上正在以人工模式运行的列车都重新进入自动模式，并且中央调度员进行干预，系统才能启用全自动运行模式，否则系统将维持原局部人工或全人工运行模式。
3  后备模式的应用
移动闭塞系统可以让多个列车进入同一个计轴区段，因为这样对安全没有任何影响。但是，当系统进入全后备模式时，必须按照一定的规章步骤，将同一个计轴区段内的所有列车都分隔到各单独的区段上，并确保每个区段只能有一列车(在此之前不允许信号机显示任何前行灯光)。只有在这种前提下，才能通过信号机的显示来保证列车的安全分隔。
为实现局部后备运行，中央调度员会为故障列车或故障区段设置一个进路预留。一旦设置了进路预留，负责控制进入该区域的信号机将被置于该区域stc的控制之下。stc将防护进路预留区域的信号机置为人工模式，同时用“红灯命令”将防护人工预留进路的信号机设置为“红灯”，再通过中央调度员取消“红灯命令”，信号机显示正常状态。
进路预留应覆盖整个故障区域，该区域包括其前方车站发车端与其后方车站(含站内轨道)之间的区段。这保证了任何接近故障区域的列车，在故障区域的前一站均将被强制切换到限制(或非限制)人工模式(进路预留可以防止全自动列车或atp保护下的人工模式列车的闯入)。进路预留后的区段必须包含有一个有效的环线边界，这样故障列车才能在经过环线边界后重新投入，并在调度命令下达后，驾驶建立通信联系的人工列车进入自动区域，转换成自动列车后，恢复自动运营。
故障修复后，由中央调度员解除人工进路预留。一旦解除，系统立即回到全自动运营方式，无须调度员进一步干预。
4  系统后备模式的不足及改进建议
4.1  外部设备的状态检查
在后备模式中，stc机柜的自检启动及人工办理进路时只是检查内部电路及需电子柜驱动继电器的动作状态而不检查室外设备及电路的状态正常与否，此原则与安全-故障原则不符。针对这一问题，笔者建议在现阶段后备功能设计中加以修改，将人工办理进路时软件需检查信号机的dj状态，以判断是否开放信号。相应地，stc联锁逻辑也将有部分改动。stc机柜可以输出一路24v电源，经过dj的吸起节点返回机柜，以检查其是否吸起，并在lsmc及smc上有相应的状态及报警显示。
4.2  人工列车与自动运行的转换方式
在局部后备使用中，人工列车需要通过调度命令进入自动区域才能转为自动列车，这与运营规定“人工列车禁止驶入正线上蓝灯信号机后方的自动区域”存在矛盾。在现阶段局部后备功能设计中需加以修改，将人工预留进路覆盖范围设置更改为“车站发车端至其后方车站(不包含站内轨道)”。相应地，stc联锁逻辑也将有部分改动。车站发车端信号机的开放需检查前方计轴区段空闲，并设置有覆盖在两架信号机之间的人工进路预留(不包含站内轨道)。信号开放后，可保证人工列车能安全停靠在下一车站。
站台内的轨道区段可作为人工区域和自动区域的“转换轨”。故障列车前方的自动列车通过计轴区段定位，在站台轨道区段有车占用时，人工预留进路防护信号机不开放；设置了人工进路后，自动列车将不能闯入。方案的局部改动保证了系统的安全可靠。
5  值得注意的问题
将站台轨道区段从原来的人工进路覆盖范围内取消，使得该区域成为了自动区域，虽然可通过计轴区段空闲开放后备模式下的信号机，但计轴区段在自动模式下并不参与stc联锁，导致信号机开放后，在人工列车向前方站台运行中，有可能出现自动列车反向运行，也将该站台作为目标点，带来运营隐患。
解决办法可分为两类，一是考虑在移动闭塞系统设计中对自动列车都规定有75m左右的保护距离，除保证自动列车线路上正向运行时仍遵循这一保护距离外，在站台区域轨道上反向运行时，在该固定区域要按照75m加上站台长度距离，作为系统行车的反向保护距离，可解决自动列车反向进入站台区域带来的安全隐患问题，但该方案会牺牲站台区域的列车反向运行的追踪效率。
第二种则考虑到环线边界通常都设置在区间中，当人工列车经过人工进路预留内的环线边界后，建立了通信联系，也将避免前行至前方站台自动区域时可能出现的安全隐患。但是，需要在设计中考虑列车建立通信联系的时间与列车正常速度行驶至前方站台的时间上存在的时间差，保证人工列车在进入站台前已经建立了通信联系并预留站台轨道。同时，要考虑到车载vobc设备投入失败的可能性，对行车存在安全隐患。该方案将不作为解决问题的最终方案。
6  结语
移动闭塞系统结合固定闭塞的运营理念，在国外轨道交通及运输中都是破天荒的，信号系统又始终需要遵循“故障—安全”的原则，在调试中认识系统、改进系统都是正常的。只要在安全的前提下能提高运营效率，任何方面的改动都是值得的—后备模式为移动闭塞在轨道交通的使用提供了一个成功的典范。

参考文献
【1】阿尔卡特加拿大公司.武汉轻轨atc系统设计综述【g】2003.
【2】武汉轨道交通有限公司与阿尔卡特联合体.武汉市轨道交通i号线一期工程信号系统合同第6章.技术规格书[g]2003.

该文原载于“中国社会科学院文献信息中心主办《环球市场信息导报》（理论）杂志2011年4月28 日出版，转载请注明出处