市域快轨信号机显示方案研究

邓志翔

(中铁第四勘察设计院集团有限公司， 武汉 430063)

市域快轨信号机显示方案研究

邓志翔

(中铁第四勘察设计院集团有限公司， 武汉 430063)

作为一种新型的轨道交通，市域快轨在站间距、运行时速等方面与城市轨道交通有着明显的区别，分析城市轨道交通信号降级及后备系统的信号机“两显示”和“三显示”方案，将其应用于市域快轨中存在的信号机显示逻辑关系不明确、岔区信号机间距过小等问题，从而提出针对市域快轨工程特点的“三显示”信号方案，并给出各工况条件下信号机(出发信号机、进站信号机、区间通过信号机)之间的点灯逻辑关系。该方案可在保障行车安全的前提下，有效提高降级及后备模式下的行车效率，更加适用于平均站间距大、速度目标值和旅行速度高的市域快轨公交化运营需求。

市域快轨； 运营需求； 信号机； 逻辑关系； 显示方案

1 研究背景

随着城市化进程的加快及城市框架的不断拉大，城市规模快速膨胀。传统轨道交通模式(国铁和城市轨道交通)已经无法适应新型城镇化的运营需求[1]，因此市域快轨作为一种较城市轨道交通营运速度更快、运量更大的交通工具，成为增进城市中心与卫星城、组团城区之间经济交互的最佳交通模式，对城市的可持续发展、资源的节约利用以及生态环境的保护都具有重要意义。

市域快轨的功能定位介于国铁干线和城轨交通之间[2]，相比国铁干线更具公交化运营[3]特点，运营需求和工程体量更接近城市轨道交通。相比城轨，市域快轨在工程体系上具有如下特点[4]：

1) 线路运营里程较长，单一工程规划一般在50～100 km，区间和车站均以高架为主，中心城区或跨江(河、湖)区域采用隧道方式；

2) 平均站间距一般不小于3 km，最长站间距可超过10 km；

3) 速度目标值为120～160 km/h，且旅行速度不低于50 km/h；

4) 初、近期高峰时期的最小行车间隔在5 min以上，远期则不小于2.5 min；

5) 公交化运营模式，一般采用站站停的运营方式，当运量增长且具有相关需求之后，可开行大站快车。

鉴于市域快轨项目一般由地方政府建设，无需与国铁互联互通，且自动化程度更高，因此其信号系统一般采用基于通信的列车自动控制系统(CBTC系统)[5]或基于ETCS-1平台的点式列车自动控制系统(ATC系统)[6]。

2 信号机显示方案

无论CBTC系统还是点式ATC系统，均具备ATP(列车自动防护)功能和ATO(列车自动驾驶)功能，当ATP设备正常时，司机均以车载信号为主体信号。为降低设备故障对运营的影响，信号系统在设计之初就应具备灵活多样的降级控制模式，当上级设备发生故障时，能自动或经人工转换至下一级设备对行车进行控制，并能维持较低一级的运营。当ATP设备故障时，司机必须根据轨旁信号机的显示来驾驶列车，人工保障行车安全。

2.1 城市轨道交通信号显示方案

目前，城市轨道交通的车载ATP设备发生故障时，列车一般处于“RM受限制人工驾驶模式”或“NRM非受限制人工驾驶模式”。在RM模式下，列车由司机人工驾驶，最高限速一般为25 km/h，一旦超速列车会紧急制动；在NRM模式下，列车完全由司机人工驾驶，无速度限制，但司机仍然会将车速控制在比较低的速度等级，这是因为城市轨道交通的降级及后备系统的信号显示主要采用“两显示”方案，即：绿灯表示前方一个进路闭塞分区空闲；红灯表示禁止列车越过该架信号机。一方面当司机看到前方信号机显示绿灯时，无法知道该架信号机后方的闭塞区段长度和下一架信号机的显示信息，因此无法把握开车的速度，只能低速行驶；另一方面，正线道岔区段的信号机之间的距离往往很短，如图1所示，X1和X2之间的距离仅一列车长，一旦司机驾车速度略高，则容易出现闯“红灯”的事故。

图1 城轨典型道岔区段信号机布置示意Fig.1 Signal layout diagram of typical urban switch section

为了进一步保障道岔区段的行车安全，信号机会增加黄灯显示，从而变成所谓的“三显示”方案，黄灯表示前方一个进路闭塞分区空闲，进路中有道岔锁闭在反位。

在“三显示”方案中，绿灯和黄灯之间没有逻辑关系，黄灯只是起到对道岔反位的警示作用，其本质仍是“两显示”方案。黄灯的下一架信号机可以为任意显示，司机同样无法预知该架信号机后方的闭塞区段长度和下一架信号机的显示信息。因此在“三显示”方案中，司机的驾驶速度仍然很低，行车效率低下。

在城市轨道交通中，由于列车正常运营的旅行速度不高，平均站间距较小，因此在降级及后备模式下运行时，乘客的感受不会特别明显。然而将该显示方式应用到市域快轨中，例如4 km的站间距，在正常运营时约需3.5 min；然而在25 km/h的限速下，人工驾驶将耗时超过12 min,乘客的感受差异非常大，由此会带来较大的负面影响。

2.2 市域快轨信号显示方案

鉴于轨道交通“两显示”和“三显示”方案在平均站间距较大的市域快轨中存在的不足，为了进一步提高市域快轨后备及降级运营模式下的运营效率，笔者借鉴了国铁“三显示”自动闭塞原理[7]，提出了市域快轨“三显示”信号系统方案。国铁“三显示”[8]方案是根据区间自动闭塞概念设计的，区间通过信号机默认显示绿灯，然而市域快轨CBTC系统或点式ATC系统均采用站区一体化设计思路，区间通过信号机的显示均根据联锁逻辑而来，默认显示红灯。为了实现“三显示”方案的逻辑关系[9]，联锁层面应做相应的调整，并在通过信号机上增加引导信号：故市域快轨“三显示”方案在系统实现上与国铁存在一定的差异，但更符合CBTC或点式ATC主用系统的应用，更适应市域快轨公交化运营的需求。

根据市域快轨站场配线情况[10]，将车站及紧邻的岔区均视为车站范围，正线信号机大致分为进站信号机、出发信号机和区间通过信号机，3种类型的信号机如图2所示。出发信号机和区间通过信号机的机构类型相同，均采用“黄、绿、红”3灯位机构，出发信号机的道岔表示器用小白灯表示，进站信号机采用“黄、绿、黄、封、红”5灯位机构。

图2 正线信号机示意Fig.2 The sketch map of signals

1) 出发信号机的灯光显示含义：绿色灯光表示前方至少有两个闭塞分区空闲；黄色灯光表示前方有一个闭塞分区空闲；红色灯光表示禁止列车越过该架信号机；红黄灯光为引导信号显示，准许列车以不大于规定允许的速度越过该架信号机继续运行，并随时准备停车；小白灯光表示出发进路中需通过道岔侧向。

2) 进站信号机的灯光显示含义：绿色灯光表示列车以不大于站台允许的速度通过车站；黄色灯光(1黄)表示列车经道岔直向进入车站站台停车；双黄灯光表示列车经道岔侧向进入车站站台/存车线停车；红色灯光表示禁止列车越过该架信号机；红黄灯光(2黄)为引导信号显示，准许列车以不大于规定允许的速度越过该架信号机继续运行，并随时准备停车。

3) 区间通过信号机的灯光显示含义：绿色灯光表示前方至少有两个闭塞分区空闲；黄色灯光表示前方有一个闭塞分区空闲；红色灯光表示禁止列车越过该架信号机；红黄灯光为引导信号显示，准许列车以不大于规定允许的速度越过该架信号机继续运行，并随时准备停车。

区间信号机的布点基本原则是每一个闭塞分区的长度均大于一个紧急制动距离；如为保障行车效率，且区间长度较为特殊时，可以适当缩短出发信号机外方“一离去”区段的长度，以保障其他区段长度均满足制动距离要求。基于上述布点基本原则和信号机灯光表示含义，司机可明确各信号显示之间的逻辑关系，并且闭塞区段的长度和信号显示关系可以保障人工目视行车的安全。

当区间通过信号机显示绿灯时，可以按照后备及降级模式下规定的最高运营速度(根据正线道岔型号确定，市域快轨一般采用12号道岔，可确定限速为55 km/h，若考虑信号机的可视距离，可进一步提高该限速)行驶至前方次一架信号机;当区间通过信号机显示黄灯时，列车应在前方次一架信号机前停车，此时司机可以放心开车，无需担心闯“红灯”事故的发生，可大大提高降级及后备模式下的运营效率。

3 信号机显示关系

笔者所提出的市域快轨信号机显示方案由于增加了“三显示”的逻辑概念，信号机的显示关系较城市轨道交通信号机显示方案复杂[11]，主要的显示关系如下所述。

3.1 出发信号机

3.1.1 显示绿灯

当出发信号机显示绿灯时，表示直向发车，出站进路内所有道岔都必须开通直向，前方至少有两个闭塞分区空闲。

1) 若两站区间较长，出发信号机前方次一架为区间通过信号机时，其显示关系如图3所示。

图3 前方次一架为区间通过信号机Fig.3 The next one is a block signal

2) 若两站区间较短，区间无法设置通过信号机，即本站出发信号机前方次一架信号机为下一站进站信号机时，无论是直向进站还是侧向进站，出发信号机均开放绿灯，其显示关系如图4所示。

图4 前方次一架为进站信号机Fig.4 The next one is an arrival signal

3.1.2 显示黄灯

当出发信号机显示黄灯时，表示直向发车，出站进路内所有道岔都必须开通直向，前方只有一个闭塞分区空闲。

1) 若出发信号机与前方次一架区间通过信号机的距离大于安全制动距离时，该区间通过信号机显示红灯，出发信号机开放黄灯，其显示关系如图5所示。

图5 前方次一架为区间通过信号机且开放红灯信号Fig.5 The next block signal shows red

2) 若出发信号机前方次一架区间通过信号机开放引导信号时，出发信号机开放黄灯，其显示关系如图6所示。

图6 前方次一架为区间通过信号机且开放引导信号Fig.6 The next block signal shows pilot information

3) 若出发信号机前方次一架区间通过信号机允许灯光故障灭灯时，出发信号机开放黄灯，其显示关系如图7所示。

图7 前方次一架为区间通过信号机且允许灯光故障灭灯Fig.7 The next block signal extinguish because green or yellow light breaks down

4) 若出发信号机前方次一架为进站信号机且显示红灯或者引导信号时，出发信号机开放黄灯，其显示关系如图8所示。

图8 前方次一架为进站信号机且显示红灯/引导信号Fig.8 The next arrival signal shows red/pilot information

3.1.3 显示绿灯+道岔表示器

当出发信号机显示“绿灯+道岔表示器”，则表示出站进路内有道岔开通弯股，前方进路至少两个闭塞分区空闲。

1) 若出发信号机前方次一架信号机为区间通过信号机且显示黄灯或绿灯时，出发信号机显示“绿灯+道岔表示器”，其显示关系如图9所示。

图9 前方次一架为区间通过信号机且开放允许信号Fig.9 The next block signal shows green or yellow

2) 若出发信号机前方次一架信号机为进站信号机时，无论进站信号机显示绿灯、黄灯或双黄，本架出发信号机均显示为“绿灯+道岔表示器”，其显示关系如图10所示。

图10 前方次一架为进站信号机且开放允许信号Fig.10 The next arrival signal shows green or yellow or double yellow

3) 若出发信号机前方次一架信号机为进段/场信号机时，无论是正向进段/场还是反向进段/场，本架出发信号机均显示为“绿灯+道岔表示器”，其显示关系如图11所示。

图11 前方次一架为进段/场信号机且开放允许信号Fig.11 The next depot arrival signal shows double yellow

3.1.4 显示黄灯+道岔表示器

当出发信号机显示“黄灯+道岔表示器”，则表示出站进路内有道岔开通弯股，前方进路只有一个闭塞分区空闲。

1) 若出发信号机前方次一架信号机为区间通过信号机时，该通过信号机显示红灯或引导或允许信号灭灯时，出发信号机显示“黄灯+道岔表示器”，其显示关系如图12所示。

图12 前方次一架为区间通过信号机且显示红灯或引导/允许信号灭灯Fig.12 The next block signal shows red or pilot/green or yellow light breaks down

2) 若出发信号机前方次一架信号机为进站信号机时，无论是正向进站还是反向进站，进站信号机显示红灯或引导信号时，出发信号机显示“黄灯+道岔表示器”，其显示关系如图13所示。

图13 前方次一架为进站信号机且显示红灯/引导信号Fig.13 The next arrival signal shows red/pilot information

3.1.5 显示红灯

1) 若出发信号机前方次一架为区间通过信号机或进站信号机(包括正方向进站和反方向进站)，红灯发生故障灭灯时，出发信号机也同时显示红灯，其显示关系如图14所示。

图14 前方次一架信号机红灯故障灭灯Fig.14 The next signal extinguishes because red light breaks down

2) 若出发信号机与前方次一架区间通过信号机的距离小于安全制动距离，且此区间通过信号机显示红灯时，出发信号机也显示红灯，其显示关系如图15所示。

图15 “一离去”区段小于安全制动距离Fig.15 The length of first departure section is less than safe braking distance

3.2 进站信号机

3.2.1 显示绿灯

当进站信号机显示绿灯，则表示进站进路、出站应为“直进直出”的通过进路，即进站进路和出站进路上的所有道岔均开通直向位置，其显示关系如图16所示。

图16 进站信号机开放绿灯Fig.16 The arrival signal show green

3.2.2 显示黄灯

直向进站停车，进站进路内的道岔均开通直向，出发信号机显示红灯或引导或红灯灭灯，进站信号机显示黄灯，其显示关系如图17所示。

图17 出发信号机红灯/引导/红灯灭灯Fig.17 The departure signal shows red or pilot/red light breaks down

3.2.3 显示双黄灯光

1) 侧向进站停车，进站进路内有道岔开通侧向，且对应的出发信号机显示红灯，进站信号机显示双黄灯光。

2) 当列车经由道岔侧向进站时，无论终端信号机为何种显示，进站信号机均显示双黄。具体显示关系如图18所示。

图18 侧向进站，出发信号机任意显示Fig.18 When the train arrivals by the siding， the arrival signal shows double yellow no matter the departure signal gives any information

3.3 区间通过信号机

3.3.1 前方次一架为通过信号机

若前方次一架通过信号机显示绿灯或黄灯时，本架通过信号机显示绿灯；若前方次一架通过信号机显示红灯或引导或允许灯光灭灯时，本架通过信号机显示黄灯；若前方次一架信号机显示红灯灭灯时，本架通过信号机显示红灯。具体显示关系如图19所示。

图19 前方次一架为通过信号机Fig.19 The next one is a block signal

3.3.2 前方次一架为进站信号机

若前方次一架进站信号机显示绿灯或黄灯或双黄灯时，本架通过信号机显示绿灯；

若前方次一架信号机显示红灯或引导信号时，本架通过信号机显示黄灯；

若前方次一架信号机显示红灯灭灯时，本架通过信号机显示红灯。

具体显示关系如图20所示。

图20 前方次一架为进站信号机Fig.20 The next one is an arrival signal

4 结语

综上所述，虽然市域快轨可以采用和城轨一致的CBTC或点式ATC系统，但因其速度目标值和旅行速度较高、平均站间距较大等特点，不宜直接套用城市轨道交通信号机显示方案。本文针对市域快轨的工程特点及运营需求，提出了信号机“三显示”方案，更适用于较长站间距的轨道交通模式，可有效提高市域快轨后备模式下的行车效率，降低后备模式下司机人工驾车时的紧张疲劳程度，减少人工驾驶时的事故概率，该方案具有较强的安全性和可实施性。

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(编辑：王艳菊)

Signal Display Scheme in Suburban Rapid Rail Transit

DENG Zhixiang

(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.,Ltd., Wuhan 430063)

As a new kind of railway transportation, suburban rapid rail transit system is distinct from metro in many aspects,such as longer station interval and higher travelling speed. The traditional signal with “two display” and “three display” schemes currently applied in mass rail transit system under degradation and backup mode does not fit for suburban rapid rail transit system, because the logical relationship of signal display is not clear and the distance of signal in switches section is not enough for breaking. Therefore, a new “three display” scheme specially designed for suburban rapid rail transit project is presented, of which the logic lighting relation about the departure signal, the arrival signal and the interval signal in various working conditions is illustrated. Under the premise of ensuring the safety of driving, this new “three display” scheme can effectively improve the efficiency under degradation and backup mode, which is more suitable for the bus type operation requirements in suburban rapid rail transit. Keywords: suburban rapid rail transit; operation requirement; signals; logical relationship; display scheme

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.03.014

2016-09-13

2017-03-06

邓志翔，男，博士，高级工程师，从事轨道交通信号设计，dzxsunny@vip.qq.com

U231.7

A

1672-6073(2017)03-0072-06