广州地铁2号线大小交路信号系统改造实施研究

卫春燕

为提供更合理的运输服务水平，满足乘客出行的需要，同时实现节能降耗和减排的目的，基于广州地铁2号线 “中间大两头小”的实际客流特点，提出在原有 “嘉禾望岗—广州南站”全线交路的运行基础上，在高峰期增加 “三元里—江泰路”小交路运行，以缓解高峰时段的客流压力。这样，就产生了2号线大小交路混跑的运行方式，随即带来对地铁信号系统新的运营要求。为此，提出了对现有2号线信号系统的改造方案，对大小交路运行方式下实施的信号系统改造进行分析研究。

1 大小交路运行方式

大小交路是城轨交通基本交路模式之一，适用于区段客流不均衡、客流断面突变明显的线路。广州地铁2号线利用这一特点，在早高峰采用了 “广州南站—嘉禾望岗 （大交路）＋江泰路—三元里（小交路）”的混跑交路方案，如图1所示。

图1 2号线大小交路运行方式示意图

大小交路开行比例按2∶1组织，即中间重合段每开行2列大交路列车，加开1列小交路列车。增设的三元里与江泰路2个小交路列车折返点，可以实现自动折返。如此一来，有效地缓解了线路早高峰尖峰客流压力。

2 信号系统设备条件

广州地铁2号线采用LZB700M准移动闭塞列控系统，配置的信号系统 （ATC）是一套成熟的连续列车控制系统，由下列3个主要系统组成：联锁SICAS系统、ATS系统、LZB700MATP／ATO系统。

联锁系统完成进路排列，使进路中的道岔转到正确位置并且锁闭，征用进路全部区段，并确认监控区段轨道电路空闲、无敌对进路、主进路侧面防护已提供的条件均达到后，给出开放信号命令。这时轨旁ATP设备根据联锁提供的进路要素信息，以及实时的轨道区段空闲或占用情况，为线上运营的每列列车发送移动授权 （列车允许前进的距离）和每个区段允许的最高速度，保证全线列车行驶安全 （建立安全和非安全停车点），不发生追尾、不越过非安全区域等。

2号线全线具备列车自动监控系统 （ATS）功能，可实现线路运营状况显示和人工命令操作、进路自动排列功能 （ARS）、时刻表建立和比较、自动列车调整 （ATR）等。在实现大小交路运行的改造过程中，主要涉及改造的信号系统有联锁与ATS子系统。

3 大小交路套跑产生的问题及解决方案

2号线原单一交路运行时，除故障情况组织列车以特殊方式运行以外 （包括使用变更进路），正常情况下的所有列车均在线路两头嘉禾望岗与广州南站进行折返，这就意味着对于同一起始点来说，所有列车在线路中的进路相同，不存在不同列车在同一起始点需要排列不同方向进路的情况；而且因单一交路模式不存在大小交路交叉点，也就不存在同一位置有2种不同且又都属于正常方向的列车产生潜在冲突的可能性；此外，单一交路运行时列车运行密度相对较低、所有列车在同一站的去向相同等等，这些相对稳定且简单的运行条件，在改为大小交路运行的情况下都产生了突变。

采用大小交路混跑运行后，对信号系统而言，产生了各种问题和新的需求，包括：列控系统中涉及行车安全的进路排列、折返冲突，以及折返效率受到制约等信号基本问题，也涉及到PIDS乘客导向和车站广播无法满足复合交路运行需要的问题。

3．1 联锁子系统

在2号线准移动闭塞西门子列车控制系统中，列车的正常运行仍是建立在进路排列、信号机开放的基础上，因此，进路排列是行车安全的重要前提。

3．1．1 单一进路在交叉点无法满足大小交路列车的运行需要

1．问题分析。2号线在单一交路运营的条件下，所有列车均是在嘉禾望岗和广州南站进行自动折返。对于线路上任意的一个起始点，所有列车需要排列的进路方向是相同的。

基于这一点，2号线自2010年开通新线以来，信号系统全线各联锁区，均使用信号机追踪模式排列进路，即由联锁系统直接排路，提前根据线路及信号要素编制好联锁进路表，当列车到达进路表中该段进路的触发点时，进路则被联锁按预先设定好的方向排列，进行要素检查并征用，从而开放信号使列车驶入。可以看出，由于联锁系统并无目的地（车次号）的概念，所以它所排列的进路方向是单一的。

但大小交路混跑时，在三元里及江泰路2个交叉点 （以江泰路为例），如图2所示，存在方向1（小交路）和方向2（大交路）2种不同的列车行驶方向，系统需要及时、正确地根据大小交路排列不同方向的进路。

2．改造方案。运营条件的改变，使在交叉点的信号机不能再使用追踪模式。幸运的是，信号系统还预留了ARS排路功能，这样，可根据列车的目的地码排列不同方向的进路。使用大小交路混合运行时，需要在2种交路的交叉点，将该联锁区信号机设置为自排模式，并按照 “二大一小”的运营组织秩序编制时刻表，通过ATS系统按照时刻表分配给大、小交路列车不同的目的地码，就可有效解决该问题。

3．1．2 原系统进路设置原则制约小交路列车折返效率

1．问题分析。由于2号线准移动闭塞列控系统存在进路的保护区段，因此在设置进路时，需将保护区段考虑在内。如图2所示，当小交路列车要进入短线终点站江泰路存车线进行折返时，出于折返效率考虑，系统设计对于该车进入江泰路下行站台的X1302—X1216进路，联锁被要求排列相应进路，并征用交汇点道岔 W1216（图中圆圈处）的侧股左位作为保护区段，如此一来可减少保护区段（W1216直股右位）的延时解锁时间和不必要的道岔转换。

图2 江泰路大小交路进路示意图

但变为大小交路方式后，一方面，将要进入江泰路下行站台的小交路列车，其进站进路X1302－X1216需要征用W1216的侧股作为保护区段；另一方面，由于江泰路站上行列车延误，前一趟小交路列车仍在折返过程中 （停在江泰路存车线折返轨处需要驶出）时，其进路S1210—S1201需要征用下行W1216道岔的直股作为侧防条件。可见，两方对于交汇点道岔W1216的征用存在冲突，这样就造成不论二者哪种情况先满足，都会影响另一方进路无法正常排列或者信号无法正常开放。

相关条件不满足时，会导致进站列车进路的保护区段无法建立，列车在站台中部自动停车，需要司机人工介入打破ATO自动驾驶模式进站对标；或者导致存车线折返列车的进路无法按时达到主信号层，列车无法按时折返。局部线路的行车效率因此大大降低，且存在司机人工驾驶的冲标风险。

2．改造方案。对于大小交路交汇点江泰路对道岔不同方向的征用冲突问题，只有一种解决方案，就是在收到ARS命令排列小交路列车的X1302—X1216进站进路 （如图2所示）时，改变联锁系统中对其保护区段的设置，将原本默认的侧股保护区段改为直股保护区段设置。

这样的联锁软件修改升级之后，对于大交路列车无影响，对于之前出现问题的小交路列车，不论其进站进路征用交汇点道岔W1216在前，还是前一趟在存车线列车排列折返进路在前，2种命令就不存在征用W1216不同位置的冲突，而改为均征用其直股 （右位）。这样2个动作可以同时进行，就解决了原系统进路设置原则制约小交路列车折返效率的问题。

3．2 ATS子系统

2号线信号ATS系统的自排进路 （ARS）功能，可以根据列车不同的目的地方向，命令联锁系统在同一起始点排列出不同的进路。但这种排路在大小交路混跑时，也出现了无法满足运营需要的问题。

1．问题分析。交叉点区段出现被大、小交路2个方向的列车进路征用，但没有合理设置优先级，造成运行组织混乱。在大小交路的2个交叉点，出现折返后的站台及相关区段可能被大小交路2个不同方向的列车抢用的情况。以图3三元里站为例，方向1驶来的从三元里存车线折返出的小交路列车进路X2105—X2104，需要征用三元里下行站台区段及站台前一个道岔区段，而方向2驶来的从22FXG出站的大交路列车，其X2101—X2104进路也需要征用这2个轨道区段。

这样，就出现了系统先排列哪个方向列车进路的不确定性，但按照“二大一小”的交路运行原则，系统里应存在一个控制程序，使列车进路能够按照需要的先后次序，排列交叉点不同方向的进路。

图3 三元里大小交路进路示意图

2．改造方案。

方案一，单独关闭存车线折返进路始端X2105信号机的ARS自排功能，改为调度员判断应该组织小交路列车驶入交叉点时，手动排出X2105—X2104折返进路，防止系统自动排列进路的顺序错误。

方案二，对于小交路列车在存车线的折返进路被系统提早排出的问题，组织列车在交叉点 （即小交路列车折返点）使用ATO模式折返，而不再使用DTRO自动折返。因为DTRO模式下，一旦系统提早排出了折返进路 （以三元里为例X2105—X2104进路），则列车会自动驶出存车线到达折返后的站台，而无法人工干预。而ATO模式下，如果系统按照正确顺序排出折返进路，则正常折返；如果系统提早排出了折返进路，则可以由司机人工控制先不进行折返，同时调度员手动取消系统排出的进路，从而防止干预大交路列车的通过进路。

方案三，找到一个合理的控制原则，可以满足“二大一小”的行车组织要求，使系统ARS被此程序控制，从而自动按正确的大、小交路列车运行顺序排列进路。

对比以上3个方案，前2个都需要较多的人工介入操作及时话，不利于行车组织。只有方案三中“合理的控制原则”，考虑到ATS系统中的时刻表功能，恰好可以满足这样的控制需要。因此按照方案三进行系统改造。

按照重合段 “二大一小”的原则创建的大小交路时刻表，特别是在复合进路的交叉点三元里与江泰路，可明显显示出每2列大交路后穿插1列小交路列车的顺序，只要使ATS系统的ARS排路功能在时刻表的控制之下，就可以解决大小交路排路顺序错误的问题。而由于非重合段只有大交路单一进路，重合段内各条进路并不存在以上问题，那么需要控制的就只有交叉点三元里与江泰路存车线的折返进路。

基于以上分析，对ATS系统OC501软件进行了升级，增加了这2个折返点信号机ARS排路的“时刻表对比”触发条件，并配合进行FALKO时刻表的参数修改，解决了大小交路在交叉点的进路触发顺序错误而造成行车组织混乱的问题。

3．3 ATS系统与其他专业接口

在2号线大小交路运行条件下，对信号系统接口而言，产生较大变化的是ATS系统与以下2个系统的接口需求。

3．3．1 ATS系统与PIDS接口

1．需求分析。原信号设计中，考虑到提高运营服务质量，为乘客提供列车方向和预计到站时间的信息显示，增加了信号ATS系统与旅客信息显示系统 （PIDS）专业的接口。该接口使ATS可以发送线路上每个站台前方列车的运行目的地和距离该车到站的预计时间，此项功能是通过ATS发出以站台号为对象，包含目的地码与到站时间的PIDS报文来实现。

而在大小交路混跑条件下，由于将要到达站台的列车有可能是大交路列车，也有可能是小交路列车，对于乘客而言，如果将要到达的是一列小交路列车，而乘客的目的地是只有大交路列车才到达的车站，那么优化的乘车方法是继续等待再下一列的大交路列车。此时单列车目的地及到站时间的PIDS显示就远远无法满足乘客导向需要，特别是上班高峰时乘客出行时间较紧张的情况下。因此必须考虑PIDS显示多列车的改造需求。

2．改造方案。PIDS显示三列车的需要已经比较明显，因为三列车接近或者符合大、小交路交替的一个周期。

原信号系统ATS提供的PIDS报文只有一列车的信息，包含到达时间、目的站、跳站、停站时间内容。为了达到PIDS显示三列车的需要，ATS系统的改造主要有以下几个方面：①报文构成必须扩展2个额外的列车信息模块；②ZZA程序（PIDS后端处理）必须修改，以便填写报文中的第2和第3列车信息模块，而ZZA可以在其内部数据库里最多存储8列车的信息，以满足必要的信息要求；③ANKO （接口程序）必须修改，以便能够处理新的报文格式；④测试脚本必须可以检查ZZA数据库的内容，并有效地对修改进行测试。

对于信号ATS系统来说，接口的物理层和协议层将不会改变，消息结构将在应用层进行修改。总之，在进行了ATS系统以上相关程序软件的修改升级后，经测试演练，能够显示连续三列车的目的地及到达时间的PIDS功能，能达到大小交路使用要求。

3．3．2 ATS与车站广播接口

1．需求分析。原广播系统中，2号线的列车到站广播直接依靠红外线感应触发，没有与ATS系统直接或间接连接，所触发的列车到站广播无法区分大小交路列车。而大小交路营运中，除PIDS提供的乘客导向外，对于无法观看PIDS显示的乘客，小交路列车的预到站广播也是必要的。小交路预到站广播是指在小交路列车 （可能无法直接搭载乘客前往2号线的相应目的地）到站或者快要到站时，通过站台的广播告知旅客该列车目的地。

由于ATS系统提供给PIDS的报文中，已经存在含有列车目的地和到站时间的信息数据，因此，考虑通过建立广播系统与信号系统的数据连接，进而实现小交路列车的预到站广播功能。

2．改造方案。在2号线大小交路的改造方案中，广播系统没有与ATS系统直接建立接口，而是从PIDS一方获得ATS发送的PIDS报文，对此数据进行判断和处理，从而实现小交路预到站广播功能。

在具体实施中，广播系统以某一站台为对象。在接收到ATS发送的前一列车出站重设信息后，以其后的第1条含目的地与到站时间的有效信息作为判断依据，当此报文中目的地是小交路终点站、且到站时间小于5min时，广播系统则认为接近该站台的是小交路列车，随即触发站台的小交路预到站广播，内容提示为本列车的终点站为江泰路／三元里站，以及相应的搭乘建议。

4 结论

广州地铁2号线由之前的单一交路运行改为大小交路混跑方式后，原信号系统在突变的运行条件下也出现了种种问题，或者产生了新的、原信号系统无法满足的运营需求。2号线大小交路信号系统的改造，有LZB700M系统的特殊问题，也有信号系统的共性问题，希望通过本文的研究探讨，为其他线路信号系统混合交路运营改造方案的制定与实施提供一点帮助。

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［2］ 城市轨道交通岗位技能培训教材－信号检修工［M］．北京：中国劳动社会保障出版社，2010．

［3］ 陈锋．LZB700M和TrainGuardMT列车信号控制系统综述［J］．现代城市轨道交通，2011（4）．

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