TSTCBTC®2.0系统DTO模式的功能特点、应用场景与技术要点

张 磊

(上海电气泰雷兹交通自动化系统有限公司，201206，上海//工程师)

2018年10月19日，上海轨道交通5号线顺利完成信号系统新旧系统割接，由西门子点式ATP(列车自动保护)信号系统升级为上海电气泰雷兹交通自动化系统有限公司(以下简称“TST”)提供的TSTCBTC®2.0信号系统。TSTCBTC®2.0信号系统，以双CBTC(基于通信的列车控制)实现全系统冗余和更高的可用性，使上海轨道交通5号线的整体运力和系统性能有了大幅提升。与TST上一代SelTrac® CBTC技术相比，TSTCBTC®2.0子系统采用有人值守的自动驾驶是一大亮点。按照IEC 62290-2—2014的定义，列车运行的自动化等级分为5级：GOA0—GOA4[1]。其中，自动化等级较高的GOA3和GOA4 属于无人驾驶范畴。DTO(有人值守的列车自动运行)模式属于GOA3等级，UTO(无人值守的列车自动运行)模式属于GOA4等级。上海轨道交通5号线列车运行采用GOA3等级的DTO模式，系统软件实现符合欧洲铁路标准EN 50128—2011 规定的SIL4的软件安全完整性等级[2]，能够安全可靠地提高系统的运营效率和自动化程度。TST的GOA4等级的FAO(全自动运行)无人驾驶技术正处于研发后期，将率先用于上海轨道交通14号线。DTO模式在上海轨道交通5号线的成功部署，将为后续FAO模式的顺利实施提供宝贵的工程经验。本文着重于介绍区别于TST上一代SelTrac®CBTC技术的TSTCBTC®2.0系统的DTO新增功能、应用场景与技术要点。

1 功能介绍

上海轨道交通5号线列车有多种运行模式可供选择，各种模式对应于特定的应用场景。RM(限制人工驾驶)模式用于列车初始建立定位，以及特殊情况的处理；此模式下没有ATP(列车自动保护)防护，只有最大限速防护，通常速度限定在20 km/h以内。WSP(轨旁信号保护)模式为信号保护运行模式，作为CBTC失效的后备模式。WM(洗车模式)用于列车洗车。ATPM(列车自动保护下的人工驾驶)模式为ATP监督下的人工驾驶模式，列车的牵引、制动、开关门等都由司机操控。ATO(列车自动运行)模式为有人驾驶的列车自动运行模式，关门和发车操作需要司机发出指令。DTO模式是上海轨道交通5号线列车的最高级别运行模式，在DTO模式下，只有在列车首次发车时，需要司机按发车按钮进行发车确认；然后列车会自动靠站、对齐、开门，并在靠站停留时间超出后自动关门发车；在折返站台能自动折返，全程无需司机干预。DTO模式是日常运营中最常用的模式，列车一般在此模式下运行。以下详细分析DTO模式的功能特点、应用场景与技术要点。

1.1 DTO模式的可用性

DTO模式可用性条件包括：列车已经建立位置，轮径已经校验完成，牵引、制动列车线输出正常，方向列车线输出正常，等等。为了提高运营效率和自动化程度，减少司机工作量，确保DTO模式上电后立即可用，VOBC(车载控制器)增加了位置恢复和轮径记忆两项新功能。

1.1.1 位置恢复功能

列车完整的定位信息包括列车运行方向与列车所处位置，定位前司机需用RMF(限制向前人工驾驶)模式驾驶列车运行。当VOBC检测到2个连续的定位信标后，方可建立定位。在引入位置恢复功能后，系统上电时位置能够立即建立，司机用RMF模式定位的过程可以省去。车辆库存车站台为位置恢复站台，在存车站台布置了2个位置唤醒信标W-Tag。当列车完成运营驶入存车站台对齐后，司机在确认位于列车首尾两端的2个VOBC能够检测到唤醒信标后，列车断电。当列车重新上电后，2个VOBC读入各自的唤醒信标并进行比对，如果配对成功，则进行位置恢复。列车所在位置依据信标在数据库中的位置即可确定，运行方向可以通过信标数据的方向属性获得。

1.1.2 轮径记忆功能

导轨上装有特殊的车轮校准应答器对，这些应答器对之间的距离被精确地测量并存储在导轨数据库中。当列车行驶在导轨上，遇到校准的第一个应答器时，VOBC开始积累转速表脉冲；当遇到第二个应答器后，结束脉冲积累。通过应答器对之间的距离和脉冲累计数进行车轮直径计算。每次轮径校验后，VOBC将有效的新的轮径值存入FeRAM(铁电存储器)中，同时更新CRC(循环冗余校验)校验值并写入FeRAM。上电后，VOBC从FeRAM读入轮径值，并进行CRC校验；若校验通过，则恢复断电前的轮径值。

2.2 DTO模式进入

当DTO模式可用性条件满足时，司机应在列车静止的前提下将模式选择开关打到OFF位置，并按压DTO模式请求按钮DOMR向VOBC请求进入DTO模式。在收到请求信号后，VOBC激活DTO模式使能列车线(DOME)，从而带起车辆模式列车线到DTO模式，列车进入DTO模式并在司机室显示；同时，VOBC跟随当前激活的司机室(CAB)进行CAB列车线的激活输出。司机在看到模式从OFF到DTO后，移除驾驶室钥匙。在DOME、CAB列车线以及DTO模式列车线稳定后，VOBC校验激活CAB是否与进路授权的方向一致；如果不一致，则先去激活当前CAB，然后按照进路方向激活另一个CAB。在确保CAB与进路方向一致后，VOBC按照激活的CAB来激活运行方向列车线。随后，VOBC判断DTO模式进入就绪状态，许可发车授权并将其显示到司机室，司机可以按压发车按钮发车。整个DTO模式进入的流程比较复杂，模式同步和列车线输出是模式进入过程中的2个技术要点。

2.2.1 模式同步

TSTCBTC®2.0车载处理单元采用2乘2取2的冗余架构，由2套互为备份的VOBC组成。任一时刻，最多只能有一套激活的VOBC主用，并将其输出连接到列车进行控制；另一套VOBC为非激活状态，虽然逻辑运算在同时进行，但是其输出列车线与车辆断开，无法实际控制列车。当激活的VOBC发生故障，非激活的VOBC立即激活并接管控制，同时重启故障的VOBC。非激活的VOBC只有在切换前已经进入DTO模式，才能保证列车在DTO模式下进行无扰动的切换。在司机通过按压DOMR按钮、拔钥匙的操作流程进入DTO时，若非激活 VOBC的DTO模式可用，则非激活的VOBC会按照正常流程进入DTO模式；若非激活的VOBC由于模式不可用而无法同步进入DTO模式，或者在DTO模式下被重启导致DTO模式丢失，则其应在DTO模式可用时，通过UDP(用户数据包协议)数据包将对端VOBC的DTO模式进行同步。

2.2.2 列车线输出

当VOBC进入DTO模式后，需要持续输出3类列车线，并持续监控它们的输出与对应回踩值的状态；若两者不匹配，则判定当前VOBC发生不可恢复的错误，转到非激活状态，并发生VOBC切换。这3类列车线如下：

1)模式使能列车线。此列车线输出到列车，列车会将DTO模式的列车线带起来，在DTO模式运行过程中，VOBC读入的模式列车线应持续为DTO模式。

2)司机室激活列车线。在DTO模式下，司机会移除司机室钥匙，整个CAB会掉电。VOBC应该按照LMA(移动授权)的授权方向和所在的CAB来决定激活本端司机室还是远端司机室。

3)运行方向列车线 。在非DTO模式下，方向输出与模式选择开关(MSS)相关联。而在DTO模式下，MSS在OFF位置，方向的控制依赖于VOBC输出的方向列车线，VOBC会依据当前激活CAB选择正确的方向输出。

由于VOBC采用2乘2取2的冗余架构，激活司机室和激活的VOBC可能在相同端，也可能在不同端，这导致CAB和方向的列车线输出在逻辑判断上有一定复杂性。

2.3 DTO模式运行流程

DTO模式进入就绪状态后，在列车首次发车时，需要司机按发车按钮进行发车确认，然后列车会按照ATS(列车自动监控)分配的进路自动运行，全程无需司机再干预。列车能够自动靠站、对齐、开门、关门、发车。自动折返和自动进库是列车自动运行过程中的两个特殊场景。

2.3.1 自动折返

DTO模式下，VOBC可以完成传统的站前折返与站后折返功能。与SelTrac®CBTC原有的DTB(无人值守折返)模式不同，TSTCBTC®2.0数据库中不需要定义站台的折返属性。另外，对于站后折返场景，也没有倒行的过程(激活的司机室与运动方向不一致)。DTO模式下的自动折返过程中，列车在对齐折返站台后(折返点或者终点站)，触发新的ATS进路，VOBC依据新的进路授权方向来进行司机室激活，确保列车运行方向和激活的司机室一致。在切换司机室过程中，会出现列车首尾两端司机室都没激活的过渡情形，由此会触发列车紧急制动(EB)，因此VOBC会跟随这个EB，这种场景下的EB应该能自动缓解，以避免列车无法自动发车。为了实现这一功能，VOBC在切换CAB操作前，会记住当前的EB状态，在CAB切换结束后，恢复之前的EB状态。

2.3.2 自动进库

为了提高运营效率，上海轨道交通5号线增加了自动化车辆库，业主要求列车能用高级模式(ATO、DTO)自动停靠并对齐存车站台。为了在有限空间内停较多车辆，节约土建成本和用地面积，存车车位和车库边缘及存车车位之间的间隔都设计得比较短。原有的ATP安全制动模型[3]使以ATO方式运行的列车在站外就停车，导致无法进站对齐。为了解决这一难题，TSTCBTC®2.0信号系统采用了超短安全防护距离下的close-up的进站控制方案。此方案依据车辆性能、轨道布置参数等实际数据，改进了安全制动模型。此模型符合IEEE 1474.1—2004安全制动的相关标准[4]，经过了严格的仿真计算和现场测试，论证了其可行性。Close-up方案的引入，解决了列车以ATO方式自动进站并对齐防护区域受限的存车站台这一新问题。

2.4 DTO模式退出

DTO模式的退出包括正常退出和异常退出。当司机在任一端的司机室插入钥匙并旋转至ON的位置，VOBC正常退出DTO模式，进入OFF模式；当VOBC的模式可用性条件变得不满足或者模式列车线不是DTO模式时，VOBC将会异常退出DTO模式，并进入非激活模式，同时向ATS报告异常退出事件。

3 结语

为了实现TSTCBTC®2.0系统的DTO功能，保证列车高效可靠运行，很多新的场景被识别了出来，并开发出了对应的新功能。这些新功能在上海轨道交通5号线上的成功应用，为TST的GOA4级别的FAO技术打下了坚实理论基础。上海轨道交通5号线项目工程实践经验也必将为上海轨道交通14号线的工程实施提供可靠的实践指导。可以预期，在TSTCBTC®2.0系统的FAO新功能的加持下，致力于智慧交通的上海轨道交通14号线势必树立行业新的标杆。