城市轨道交通互联互通线路中列车跨线移交场景分析

左旭涛

(青岛地铁集团有限公司，266045，青岛//高级工程师)

随着我国城市轨道交通规模及网络化发展，节约资源与共享资源将成为城市轨道交通未来的发展模式，互联互通由此应运而生。根据《城市轨道交通基于通信的列车运行控制(CBTC)系统互联互通系统规范》中的定义，互联互通是指装备不同信号厂家车载设备的列车可以在装备不同信号厂家轨旁设备的一条轨道交通线路内或多条轨道交通线路上无缝互通，安全可靠运营。其实质是，在车载设备与轨旁设备分属不同信号厂家的情况下，信号系统仍可安全可靠运营。其中，在信号系统设计过程中，要充分考虑边界重叠区的设置以及跨线移交的多种可能场景。

1 边界重叠区设置与切换原则

1.1 边界重叠区设置原则

互联互通线路在正线之间应设置重叠区，其ZC(区域控制器)边界设计原则为：ZC边界应设置在计轴点，且与联锁边界相同；ZC边界不应设置在折返区段中间(不含折返区段边界)；ZC边界不应设置在站台区段中间(不含站台区段边界)；ZC边界上/下行方向均应设置实体信号机或虚拟信号机；ZC子系统及ZC-ZC通信接口规范(线间)应支持相邻ZC间设置有多个ZC边界；ZC重叠区移交ZC管辖范围应至少包括接管ZC管辖范围内第一条进路的接近区段。

1.2 边界重叠区切换原则

ZC切换重叠区原则为：每个ZC边界点上行和下行方向定义一个ZC重叠区，并在电子地图中进行定义；ZC切换重叠区的设置，应保证列车通过ZC边界时不减速运行，具体长度应在工程阶段确定；ZC切换重叠区的边界点应为计轴点，同时考虑到接管ZC建立连接时间、列车常用制动距离，距离ZC边界的长度应大于该距离；移交重叠区范围应保证最不利情况下，列车不会在ZC超时时间内由移交重叠区外越过移交ZC边界进入接管ZC；重叠区内计轴长度不应小于列车最大回退距离加悬垂距离。

对于互联互通线路，由于列车长度、车辆参数等因素，各信号厂商应分别计算各自的ZC重叠区长度，然后取最大值为实际的移交ZC重叠区长度。图1为典型的ZC重叠区布置方式。

2 列车跨线移交

车载ATP(列车自动保护)设备接收中央ATS(列车自动监控)下发的接管ZC信息，用于判断是否进入移交ZC内定义的接管ZC的重叠区。如图1所示，列车驶入1号线ZC的重叠区，如果列车是在2号线JZB站进行站后折返，但车载ATP设备根据ATS下发的接管ZC信息判断列车未进入接管ZC的重叠区，则不会启动列车跨线移交；如果列车要从2号线进入1号线，车载ATP设备根据ATS下发的接管ZC信息判断列车进入接管ZC的重叠区，则启动列车跨线移交过程。在列车跨线移交时，当通信列车的包络完全进入移交ZC的重叠区域后，与接管ZC建立通信，随后完全退出移交ZC的控制区域，同时主动中断与移交ZC的通信。移交ZC与接管ZC将相互传递重叠区内的道岔信息、物理区段信息、列车信息、移动权限移交等数据信息。两个相邻边界点只能有且仅有一列列车处于控制权切换过程中，追踪列车应按抵近边界点的顺序进行控制权切换。

图1 城市轨道交通信号系统典型的ZC重叠区布置方式

列车转线作业时，系统应对进入本线路的列车自动分配列车号，对离开本线路的列车自动删除列车号。车载 ATP设备应根据列车所处线路和线路内位置，与对应线路的CBTC 轨旁设备进行通信。两条连续式列车控制级别线路间应设置移交边界和移交重叠区，移交管理应符合以下要求：

(1) 列车进入移交重叠区后，车载 ATP 设备应同时与移交、接管线路的轨旁 ATP 设备建立通信，并根据列车是否越过移交边界选择采用移交/接管线路的轨旁 ATP 设备发送的移动授权信息；

(2) 移交、接管线路的轨旁 ATP 设备间应互传线路状态、列车位置等信息，并向车载 ATP 设备发送移动授权信息；

(3) 移交、接管线路的 ATS 设备间应互传列车运行调整信息、列车运行监视信息、站场显示信息；

(4) 移交、接管线路的联锁设备间应互传跨线进路范围内的轨旁设备状态信息、进路状态信息、进路控制命令，实现跨线进路安全防护和办理；

(5) 列车进入移交重叠区后，车载 ATP 设备应同时与移交、接管线路的维护支持设备建立通信，并将维护相关信息发送给移交和接管线路的维护支持设备；

(6) 列车车载数据库将同时包含需要跨线的两条线路的资料，轨旁通信以及车地间通信的信息格式、定义及内容应满足互联互通规范。

3 列车跨线移交场景

场景1：CBTC列车从CBTC线路进入CBTC线路，与移交、接管ZC均通信良好。

CBTC列车安全包络完全进入移交ZC重叠区范围(见图2)，列车注册接管ZC，同时与移交、接管ZC建立通信。

图2 CBTC列车安全包络完全进入移交ZC重叠区范围

移交ZC为列车计算的移动授权到达移交边界(见图3)，控制权移交开始。移交ZC向接管ZC发送的移交列车信息包含该列车，移交状态信息中列车VID(车辆标识号)为该列车VID，如图3所示。

图3 移交ZC为列车计算的移动授权到达移交边界

接管ZC收到移交ZC的移交状态信息中包含该列车的“列车移交”状态，接管ZC为列车计算移动授权(见图4)。若移动授权可延伸进入接管ZC管辖范围，接管ZC则向移交ZC发送“列车移交接管状态”为“列车接管”，移交ZC将该列车的移动授权延伸进入接管ZC管辖范围，最远不能超过接管ZC的重叠区范围，且不能越过接管ZC计算的移动授权终点。列车同时收到移交ZC和接管ZC发送的移动授权，但仅采用移交ZC的移动授权。

图4 接管ZC收到移交ZC的移交状态信息

列车向前运行，最大安全前端驶出移交ZC管辖范围(见图5)，移交ZC和接管ZC互发列车的移交状态信息和移交列车信息，并均向列车发送移动授权。列车继续使用移交ZC的移动授权。

列车安全包络驶过移交边界并完全驶出移交ZC管辖范围后(见图6)，列车断开与移交ZC的通信。列车使用接管ZC的移动授权，完成列车跨线移交。

图5 列车最大安全前端驶出移交ZC管辖范围

图6 列车安全包络驶过移交边界并完全驶出移交ZC管辖范围

场景2：CBTC列车从CBTC线路进入CBTC线路，但未与接管ZC建立通信或丢失通信。

CBTC列车安全包络完全进入移交ZC重叠区范围，但只与移交ZC有通信而未与接管ZC建立通信或丢失通信(见图7)。

图7 CBTC列车安全包络完全进入移交ZC重叠区范围但未与接管ZC建立通信

移交ZC为列车计算的移动授权到达移交边界前方(见图8)。移交ZC向接管ZC发送的移交列车信息包含该列车，移交状态信息中列车VID为该列车VID。

图8 移交ZC为列车计算的移动授权到达移交边界前方

接管ZC收到移交ZC的移交状态信息中包含该列车的“列车移交”状态，但列车未与接管ZC建立通信，接管ZC向移交ZC发送“列车移交接管状态”为“禁止驶入”，列车移动授权终点仍只能到移交边界(见图9)。

列车向前运行，在最大安全前端靠近移动授权终点即移交边界时，列车将停车。确认边界信号机开放后，列车以RM(限制人工驾驶)模式向前行驶，若在边界信号机主应答器处获取点式移动授权则可升级为点式模式驶入接管ZC，如图10所示。

图9 列车移动授权终点只能到移交边界

图10 列车在最大安全前端靠近移动授权终点停车确认信号开放状态

列车安全包络驶过移交边界，完全驶出移交ZC管辖范围后，列车断开与移交ZC的通信，接管ZC对该列车按照非通信列车进行追踪。移交ZC和接管ZC均停发移交状态信息，完成列车跨线移交，如图11所示。

图11 接管ZC对列车按照非通信列车进行追踪

场景3：非CBTC列车从CBTC线路进入CBTC线路。

2.4 静脉输液风险环节及内容的确立 经过2轮专家咨询后，最终确立了由9项1级指标、26项2级指标和66项3级指标构成的静脉输液风险环节及内容。见表1。

点式或RM列车安全包络完全进入移交ZC重叠区范围，但只与接管ZC有通信而不与移交ZC通信。移交ZC向接管ZC发送的移交状态信息中接近列车ID为非通信列车默认ID，移交列车信息中列车状态为非通信列车，如图12所示。

图12 列车只与接管ZC有通信而与移交ZC无通信

列车与接管ZC建立通信并向前行驶，在最大安全前端靠近移交边界时，确认边界信号机开放后，驶入接管ZC，如图13所示。

图13 列车与接管ZC建立通信并在最大安全前端靠近移交边界时确认信号机开放状态

列车安全包络驶过移交边界，完全驶出移交ZC管辖范围后，保持与接管ZC的通信，根据接管ZC为列车计算的移动授权，列车可升级至CBTC模式。移交ZC和接管ZC均停发移交信息，完成列车跨线移交。

对于通信的非CBTC列车，因移交ZC不给列车发送移动授权信息，因此跨线时可以将此类列车作为非通信列车处理，与上述场景类似。

场景4：CBTC列车从CBTC线路进入CBTC线路，移交ZC和接管ZC通信未建立或通信丢失。

CBTC列车安全包络完全进入移交ZC重叠区范围，列车注册接管ZC，同时与移交ZC和接管ZC建立通信。移交ZC为列车计算的移动授权到达移交边界前方，移交ZC与接管ZC之间没有互传信息，如图14所示。

图14 移交ZC与接管ZC之间没有互传信息

列车向前运行，在最大安全前端靠近移动授权终点即移交边界时，列车将停车。确认边界信号机开放后，列车以RM模式向前行驶，如图15所示。

图15 列车根据边界信号机开放状态以RM模式向前行驶

场景5：非CBTC列车从非CBTC线路驶入CBTC线路。

此时，列车与移交ZC没有通信，且移交ZC与接管ZC也没有通信。进入重叠区后与接管ZC建立通信，并以点式或RM模式跨线，进入接管ZC区域后。当列车完全进入接管ZC管辖范围后，根据接管ZC技术的移动授权，可升级成CBTC列车。

场景6：CBTC列车从CBTC线路驶入非CBTC线路。

此时，列车与接管ZC没有通信，且移交ZC与接管ZC也没有通信。CBTC列车进入重叠区后，根据移交ZC的移动授权在边界信号机前停车，确认边界信号机开放后，列车以RM模式向前行驶。若在边界信号机主应答器处获取点式移动授权则可升级为点式模式驶入跨线，进入接管ZC区域后，继续以点式或RM模式行驶。

场景7：非CBTC列车从非CBTC线路驶入非CBTC线路。

此时，列车与移交ZC，列车与接管ZC，移交ZC与接管ZC均没有通信。列车接近控区边界，从边界信号机的预告应答器更新点式授权后，确认信号机开放，以点式授权越过边界信号机进入其他线路，此时列车可以保持点式模式驶入另一条点式线路。

4 结语

根据对互联互通线路边界重叠区域设置原则与切换原则的分析，以及对多种情况下列车跨线移交场景的分析，可以得出以下结论：基于互联互通的列车跨线运行，应在信号系统设计之初，充分结合运营规章制度、各信号厂商信号系统的安全距离、车辆的特性、运营场景等进行设计，以确保列车在跨线移交过程中的安全性和可靠性。

目前，重庆已经开通了互联互通线路，北京、青岛、呼和浩特等城市也相继开展了互联互通研究。如果实现了真正意义上不同厂家之间、车载信号系统与地面信号系统之间互相兼容、互相“交流”，则可满足乘客一站式“直达”需求，减少客流换乘压力，降低城市轨道交通建设成本，大幅度提高车辆利用率和运营效率。