基于车组号的地铁车辆段列车跟踪方法

景顺利 王 恒

(南京恩瑞特实业有限公司, 211106, 南京//第一作者，工程师)

地铁信号系统中，正线与车辆段采用不同信号厂商提供的信号系统，且正线ATS(列车自动监控)系统不监控车辆段内信号元素状态及列车运行状态。车辆段内的信号元素状态、列车运行状态及相关操作在车辆段联锁上位机上进行监控和操作。此种模式下，调度中心的调度员无法在第一时间掌握车辆段内列车的运行状态、位置等相关信息，不方便中央调度员统一指挥调度。

为了满足调度员的需求，正线ATS系统不仅要显示车辆段内信号元素状态，如信号机开/关、轨道电路占用/出清、道岔定反位及进路等状态，还要准确显示车辆段内列车的位置及状态信息。本文提出了车辆段内车组号的跟踪方法，便于界面车组号实时显示。

1 车辆段与正线上列车跟踪的区别

1.1 控制列车的范围不同

正线列车跟踪范围为列车由车辆段驶入正线转换轨开始，至列车由正线转换轨驶入车辆段转换轨结束。ATS系统根据正线联锁和/或列车数据，对列车在正线的运行予以模拟，更新界面车次号并实时显示。

车辆段列车跟踪范围为列车由正线转换轨驶入车辆段转换轨开始，至列车由车辆段转换轨再次驶入正线转换轨结束。车辆段ATS系统根据车辆段联锁数据对列车在段内的运行予以模拟，更新界面车组号并实时显示。

1.2 显示列车的目的不同

车次号是列车自动运行的根本。正线显示车次号，ATS根据车次号为列车自动排列进路，下发列车指令，如停站时间、站间运行时间等。正线通过ATS自动控制功能降低调度员的劳动强度，在紧急情况下通过人工操作干预线路上列车的运行。

车辆段内列车以人工驾驶模式运行，不需要ATS对联锁及车载下发指令。所以车辆段只需实现对列车车组号的跟踪，实时显示列车在车辆段内的位置。

1.3 车地通信方式不同

正线车辆与ATS之间存在信息交互，ATS可获取车载相关信息，如位置、状态等信息。例如：基于固定闭塞或准移动闭塞的信号系统中，通过轨道电路、环线等实现列车与ATS的信息交互；基于无线通信或者LTE(长期演进)通信的移动闭塞信号系统，通过无线或LTE系统实现列车与ATS的信息交互。车辆段内，列车与ATS之间无信息交互。

1.4 闭塞方式不同

正线有固定闭塞、准移动闭塞、移动闭塞三种闭塞方式。其中，移动闭塞是其普遍采用的方式，提高了列车运营密度。该闭塞方式下，正线联锁向ATS发送逻辑轨道占用/出清状态、轨道方向、道岔等信息。

车辆段内采用固定闭塞方式，车辆段联锁向ATS发送物理轨道电路的占用/出清状态。

2 系统结构

2.1 系统布置

车辆段列车跟踪系统软件布置于车辆段ATS系统中，负责与车辆段联锁系统、正线ATS系统通信。车辆段ATS系统结构图如图1所示。

图1 系统布置图

2.2 物理接口

车辆段ATS系统与中央ATS系统设备之间通过以太网接口连接，车辆段ATS与车辆段联锁系统通过RS-422串口连接，如图2所示。

图2 物理接口

3 系统功能

3.1 车组号跟踪原理

车组号跟踪对象是轨道电路，轨道电路占用/出清状态变化会触发列车跟踪作业。列车跟踪作业过程包含列车识别和列车步进。轨道电路变化过程如下:

(1) 一个轨道电路由“空闲”状态变为“占用”状态。此时一列列车的第一个轮对刚进入该轨道电路，即触发列车跟踪作用，将列车车组号关联到当前占用的轨道电路。

(2) 一个轨道电路由“占用”状态变为“空闲”状态。此时一列列车的最后一个轮对刚出清该轨道电路，判断“空闲”的轨道电路是否关联车组号，若关联车组号，则将车组号关联到当前占用的轨道电路。 以图3为例进行说明。

图3 车组号跟踪原理

3.1.1 列车识别

列车识别用于确定移动的列车。由轨道电路“占用”或“空闲”状态触发的跟踪，列车识别的目的不同。

(1) 轨道电路“占用”引起的车组号跟踪，主要是为了确定列车来自的源轨道电路。

(2) 轨道电路“空闲”引起的车组号跟踪，主要是为了确定列车运行到的目标轨道电路。

针对图3中的列车移动，处理以下两个事件：

(1) 轨道电路D3G占用事件。 车辆段ATS接收到轨道电路D3G占用后，查看其默认前置轨道电路D2G的状态和默认后置轨道电路D4G的状态，根据轨道电路D2G和轨道电路D4G的不同状态识别列车来源。处理流程如图4所示。

图4 轨道电路占用列车识别

·如果轨道电路D2G占用并且轨道电路D4G空闲，则轨道电路D3G的列车来源于轨道电路D2G 。

·如果轨道电路D2G空闲并且轨道电路D4G占用，则轨道电路D3G的列车来源于轨道电路D4G 。

·如果轨道电路D2G占用并且轨道电路D4G占用，则无法识别D3G的列车来源。此时需要人工干预，通过人工步进车组号功能实现车组号的移动。

· 如果轨道电路D2G空闲并且轨道电路D4G空闲，则无法识别D3G的列车来源。此种情况下，系统将自动创建虚假车组号用于界面显示，调度员可使用人工操作功能进行车组号修正。

(2) 轨道电路D2G出清事件。车辆段ATS接收到轨道电路D2G出清后，获取轨道电路D2G关联的车组号。若不关联车组号，则不进行处理；若关联车组号，查看其默认前置轨道电路D1G的状态和默认后置轨道电路D3G的状态，根据轨道电路D1G和轨道电路D3G的不同状态识别列车运行到的目标轨道电路。处理流程如图5所示。

图5 轨道电路出清列车识别

·如果轨道电路D1G占用并且轨道电路D3G空闲，则轨道电路D2G的列车运行到轨道电路D1G 。

·如果轨道电路D1G空闲并且轨道电路D3G占用，则轨道电路D2G的列车运行到轨道电路D3G 。

·如果轨道电路D1G占用并且轨道电路D3G占用，则系统无法识别轨道电路D2G列车运行的目标轨道电路，此时通过人工步进车组号实现车组号的移动。

·如果轨道电路D1G空闲并且轨道电路D3G空闲，则无法识别轨道电路D2G的列车运行，此时系统将自动删除轨道电路D2G关联的车组号。

3.1.2 列车步进

通过列车识别获得列车当前关联的轨道电路以及车组号移动的目标轨道电路。列车步进将列车车组号关联到目标轨道电路，将当前轨道电路关联车组号删除，同时将车组号显示位置发送界面进行显示。

3.2 三种场景下的列车跟踪方法

3.2.1 列车进入车辆段

列车经由正线转换轨驶入车辆段，即列车占用车辆段转换轨时，轨道电路的状态由“出清”变为“占用”，触发列车跟踪作业。车辆段ATS通过列车识别确定列车来源轨道电路(如图6中的G1619)，同时判断当前轨道电路为车辆段转换轨，则向正线请求正线转换轨关联的列车车组号。当车辆段ATS接收到正线发送的转换轨关联车组号后，在车辆段转换轨上创建车组号，并发送给车辆段和正线界面进行显示，如图6所示。

图6 列车驶入车辆段

3.2.2 列车在车辆段内运行

列车在车辆段运行时，车辆段联锁将轨道电路、信号机、道岔等信号元素状态发送给车辆段ATS。车辆段ATS根据来自车辆段联锁的轨道电路占用/出清状态触发车组号跟踪作业，通过列车识别和列车步进实现车组号在界面上的移动显示，如图7所示。

图7 车辆段内车组号显示

3.2.3 列车驶出车辆段

列车由车辆段驶入正线转换轨时，车辆段内车组号显示在车辆段转换轨处。此时，列车纳入正线ATS监控范围，正线转换轨占用时ATS自动为列车分配车次号，同时向车辆段ATS请求车辆段转换轨关联的车组号，用于正线车次号与车组号进行关联。当列车完全驶出车辆段，车辆段转换轨出清时，车辆段ATS自动将车辆段转换轨关联车组号删除，同时关闭车组号界面显示，车辆段内的跟踪作业结束。

3.3 终端无电轨道电路内的列车跟踪方法

列车进入无电轨道电路区段时，车辆段ATS无法接收来自车辆段联锁的占用/出清状态，无法实现车组号跟踪作业。当列车完全进入无电轨道电路后，前一轨道电路已出清，车组号保留在前一轨道电路上。当列车由终端无电轨道电路驶入前一轨道电路时，上次保留车组号与此列车关联。如图8所示。列车在车辆段内移动时，能够实现列车车组号跟踪作业。

图8 终端无电轨道电路轨道图

3.4 车组号管理方法

3.4.1 车组号初始化

车辆段列车采用车组号跟踪。车组号采用6位标识，即车头编号+车尾编号，如001002。车辆段ATS接收到轨道电路占用并且无法确定列车来源时，车辆段ATS自动为当前列车分配虚假车组号，如00X000，其中X用于标识系统中存在的列车数。

3.4.2 车组号同步

车辆段ATS自动创建车组号时为运行列车分配虚假车组号，因此需要对系统中存在的虚假车组号进行修正。本系统提供以下两种方式的车组号同步功能：

(1) 列车由正线驶入车辆段时，通过与正线ATS系统交互，获取正线车组号用于车辆段车组号显示。

(2) 针对车辆段终端无电轨道电路，系统提供无电轨道电路车组号保留功能，当列车驶出无电轨道电路后仍使用保留的车组号。

3.4.3 车组号人工操作

车辆段ATS除提供车组号自动跟踪功能，还提供人工车组号操作。该功能位于车辆段调度工作站，方便调度员对车组号进行人工创建、修改、步进操作。

3.5 中央远程监控

车辆段ATS将接收到的信号机、道岔、轨道电路等信号元素状态及车组号实时发送给正线ATS，用于正线工作站及大屏实时显示，以便调度员、维护员实时监督车辆段内列车运行及信号元素状态信息。

4 结语

车辆段列车车组号自动跟踪，实现了正线列车车次号与车辆段列车车组号的信息交互，方便调度员第一时间掌握车辆段内运行列车、上线列车及下线列车的情况。其作为一种先进的实现车辆段内列车车组号自动跟踪的新系统，适于在地铁的车辆段大力推广。