城市轨道交通列车全自动折返设计与实现

2021-11-19黄柒光刘德伟

城市轨道交通研究 2021年10期

黄柒光梁宇刘德伟

(卡斯柯信号有限公司，200071，上海∥第一作者，高级工程师)

在多数城市轨道交通线路设计中，列车到达终端站后，需在线路终端站折返后才能继续运行。列车折返效率将影响线路运营间隔，影响乘客等待列车时间及乘客满意度。

列车到达终端站折返轨后，一般需要通过司机关闭本端司机室，到列车另一端激活司机室，然后继续运营;换端关闭本端司机室，司机从一端走到另一端，并激活另一端司机室，加上折进进路和折出进路道岔动作，需要花费不少时间，一定程度上影响了列车折返效率。列车折返效率与折返线结构、折返线长度及折返时列车运行速度等因素有关，这些因素需在土建阶段确定。信号系统根据GB 50157—2013《地铁设计规范》、《城市轨道交通CBTC信号系统行业技术规范-需求规范》进行设计。设计中通过减少道岔动作时间，减少列车在折返轨换端时间，可提高折返效率。

1 列车终端站折返介绍

1.1 列车折返形式

列车折返形式有站前折返和站后折返。站前折返(见图1)是列车在站台停稳后，完成乘客的下车、上车过程，然后列车启动发车，通过终点站与上一个车站之间的折返线驶离终点站。对于站前折返，在整个折返过程中，列车仅用一侧站台，这种折返经常用于继续延长的线路中，可减少列车折返成本以及列车折返时间和停站时间。但站前折返由于需要乘客在同站台下车、上车，客流量大时，可能会引起站台客流秩序混乱，不利于地铁线路运营组织，容易导致拥挤现象;另外，站前通常布置有道岔，进站速度会因此而受到影响。

图1 列车站前折返Fig.1 Train turn back before station

站后折返是折返线在终点站之后，列车到达站台停稳，乘客下客完毕后，列车进入折返轨，完成车头换端并运行到站台另一侧，然后乘客上车;对于站后折返，列车进、出站速度较高，乘客下车、上车在站台两侧，有利于地铁线路运营组织，不易发生客流拥挤，且停站时间不会过长。

1.2 列车折返步骤说明

站前折返步骤如下:

1)列车运行到终端站到达站台轨并停稳，打开车门、站台门，乘客下车、上车;

2)列车进行换端，并激活相应的司机室;

3)停站时间结束，车门、站台门关闭;

4)列车从终端站站台轨经过站前道岔运行到下一个车站。

站后折返步骤如下:

1)列车运行到终端站到达站台轨并停稳，打开车门、站台门，乘客下车;

2)停站时间结束，车门、站台门关闭，列车从终端站到达站轨运行到站后选定折返轨;

3)列车运行到折返轨并停稳、进行换端，并激活相应司机室;

4)列车从折返轨运行到终端站出发站台轨;

5)打开车门、站台门，乘客上车;

6)停站时间结束，关闭车门、站台门，列车驶离站台。

2 列车全自动折返设计与实现

2.1 列车换端说明

列车要进行折返，换端过程是其中的主要环节。通常通过以下方式实现列车换端。

1)列车在车头、车尾两端各安装1套车载ATC(列车自动控制)设备。两端车载ATC设备为冗余冷备，仅一端ATC车载设备处于工作中。列车到达折返轨并停稳后，司机关闭本端，人工走到另一端，通过钥匙激活另一端车载ATC设备。相关案例如上海轨道交通1号线。

2)列车在车头、车尾两端各安装1套车载ATC设备。两端车载ATC设备均为冗余热备，主备结合，且处于工作中。其中一端为主控端，主控端随折返换端进行切换。列车到达折返轨并停稳后，自动切换到另一端主控端。相关案例如北京地铁8号线。

3)列车在车头、车尾两端各安装1套车载ATC设备，两端车载ATC设备为冗余设备。其中一端为主控端，主控端不随折返换端切换，列车根据轨旁ATS(列车自动监控)传递的目的地，激活列车运行方向的司机室。相关案例如上海轨道交通17号线。

第1种方式:需人工进行切换车载ATC设备，且司机从一端到另一端，影响折返间隔时间。

第2种方式:无人参与，但系统需切换车载ATC设备的主控设备，存在切换故障及切换延时的可能性，影响系统的可靠性和可用性。目前大部分无人驾驶系统采用了该方式。

第3种方式:无人参与，不需要切换车载ATC设备的主控设备，主控端不需切换。

2.2 列车全自动折返设计

对于全自动运行系统，第1种换端方式需要司机参与，故无法实现，主要采用第2种或第3种方式实现换端作业。本文主要阐述第3种换端方式下列车全自动站后折返的具体设计及实现。

2)列车运行到终端站到达站台轨，并停稳在站台;列车在进站前，轨旁ATS根据计划目的地(折返轨停车点)，及列车实际占用位置，在进站前触发站台轨到折返轨的出站进路，出站进路办理好后，信号机允许开放。

3)打开车门(根据驾驶模式和车门控制模式，进行自动或司机人工开车门)和司机室门，车载乘客向导系统和广播通知乘客下车，进行清客。

4)针对有司机驾驶列车，司机通过拔出司控器钥匙关闭激活端，按压自动折返按钮，起动自动折返模式(人工驾驶时，通过司机插入司控器钥匙判断列车激活端);针对无人驾驶列车，无需操作司控器钥匙。

5)车载ATC设备传输列车相关信息至轨旁ATS，ATS根据车载ATC设备传输的列车相关信息，给车载ATC设备下发计划行车命令。

6)车载ATC设备根据接收轨旁ATS计划行车命令，结合列车实际位置、存储的电子地图判断列车运行车头端并激活。

7)CI将轨旁信息通过无线网络传递给轨旁ATC设备。

8)轨旁ATC设备根据从CI获取的轨旁状态，结合车载ATC设备通过车地无线通信传输的位置报告，计算列车运行授权终点，并传递给车载ATC设备。

1.保持深水位。寒潮来临前低水位的池塘、虾稻田要赶紧补水，尤其要保证养虾池塘水位不低于1.5m，虾稻田水位不低于50cm。漏水严重的田（塘），可以选择在晴天的中午少量加水，每次加水15cm左右。

9)车载ATP和ATO模块根据列车运行授权终点，结合电子地图、车辆及信号等设备参数计算ATP速度触发曲线、ATP速度曲线和ATO速度曲线。其中，ATO速度曲线在ATP速度触发曲线之下，ATP速度触发曲线在ATP速度曲线之下。列车速度如到达ATP速度触发曲线，信号系统将输出紧急制动信息给车辆。

10)通过车载ATC设备判断列车具备自动折返条件(包含但不限已选择自动折返模式、列车激活端、行车方向)后，将ATO按钮灯设置为点亮状态，针对有人驾驶线路有两种方式可以起动列车自动折返，一种实现方式是司机下车按压轨旁自动折返按钮，另一种实现方式是司机在车上按压ATO起动按钮;针对无人驾驶线路，根据ATS发车时间点及清客完成信息即可自动起动列车自动折返。

11)列车起动后，自动运行至折返轨并停稳。

12)ATS接收到车载ATC设备报告的列车位置及状态信息，结合计划时刻表，更新折返车次号，并将新车次号下发给车载ATC设备，同时ATS根据运行折返后的新车次号自动触发折出进路。

13)车载ATC设备根据新列车运行命令，结合电子地图，激活列车运行方向的司机室。由于是折返换端，激活的是列车折出方向的司机室。

14)列车在折返轨停车后，轨旁ATC设备根据CI传递的轨旁信息，计算列车运行授权终点并发送给车载ATC设备。车载ATC设备计算ATO速度曲线、ATP速度触发曲线和ATP速度曲线。

15)车载ATC设备结合ATS发送列车运行命令以及列车激活端信息，判断列车具备发车条件后起动发车。

16)列车起动后通过折出进路运行至终端站出发站台轨完成自动折返。

采用上述方式进行全自动折返时，可通过轨旁按钮起动自动折返模式，也可通过司机室ATO发车按钮起动自动折返模式。该方式对列车有司机折返、无司机折返均适用。

2.3 全自动折返信号系统内部消息机制

列车全自动折返主要是由ATC(车载A TC设备与轨旁ATC设备)、ATS、CI 3个子系统，通过网络通信传递相关内容来实现。列车全自动折返消息流如下:①ATS→ATC:计划运行信息，扣车命令，列车位置请求等;②ATC→ATS:列车位置信息，列车状态信息等;③CI→ATS:轨旁设备状态信息等;④CI→ATC:轨旁设备状态信息等;⑤ATS→CI:轨旁设备操作命令;⑥ATC→CI:次级检测设备可用性等。

3 列车全自动折返案例

图2为某轨道交通线路站后折返示意图。对该线路列车全自动站后折返描述如下。

图2 某轨道交通线路站后折返示意图Fig.2 Turn back of a rail transit train after station

1)列车A车头、车尾分别为车端1、车端2，且包含2套车载ATC冗余设备，1套安装在车端1，1套安装在车端2，其中ATO主控端在车端1。

2)列车A到达终端站A的下行站台轨G11并停稳。

3)列车A在进站前或进站时，轨旁ATS根据计划信息及列车实际位置自动触发站台到折返轨的出站进路，进路办理完毕后，开放允许信号。

4)自动或人工开车门及司机室门，车载乘客向导系统和广播通知所有乘客下车，进行清客。

5)针对有司机驾驶列车，司机通过拔出司控器钥匙关闭激活端，按压自动折返按钮，启动自动折返模式(人工驾驶时，通过司机插入司控器钥匙判断列车激活端);针对无人驾驶列车，无需操作司控器钥匙。

6)车载ATC设备传输列车相关信息给轨旁ATS，ATS根据车载ATC设备传输的列车信息，结合计划时刻表，给车载ATC设备下发计划行车命令，命令为列车运行至折返轨G14。

7)车载ATC设备根据接收轨旁ATS的计划信息，结合列车实际所在位置(列车站台轨G11)以及存储的电子地图，判断列车运行车端1为车头端并激活。

8)CI将轨旁信息通过无线网络传递给轨旁ATC设备。

9)轨旁ATC设备根据从CI获取到的轨旁状态，结合车载ATC设备通过车地无线通信传输的位置报告，计算列车运行授权终点，并传递给车载ATC设备。

10)车载ATP和ATO模块根据运行授权终点，结合电子地图、车辆及信号等设备参数计算ATP速度触发曲线、ATP速度曲线和ATO速度曲线。

11)车载ATC设备判断列车已具备自动折返条件后，将ATO自动驾驶按钮灯设置为点亮状态。具备自动折返发车条件后，针对有人驾驶线路有两种方式可以起动列车自动折返:一种实现方式是司机下车按压轨旁自动折返按钮，另一种实现方式是司机在车上按压ATO起动按钮;针对无人驾驶线路，根据ATS发车时间点及清客完成信息即可自动起动列车自动折返。

12)列车起动后，自动运行到折返轨G14并停稳。

13)ATS接收到车载ATC设备发送的列车信息，并结合计划时刻表，更换折返车次号，并将新车次号等计划信息发送给车载ATC设备，同时ATS根据折返后的新车次号进行触发折出进路。

14)车载ATC设备根据新列车运行命令，结合电子地图，激活列车运行方向的司机室。由于是折返换端，车载ATC设备激活的是车端2(折返后的车头)，主控端仍然在车端1不切换。

15)轨旁ATC设备根据CI传递的轨旁信息计算列车运行授权终点并发送给车载ATC设备，车载ATC设备计算ATO速度曲线，ATP速度触发曲线和ATP速度曲线。

16)车载ATC设备结合ATS发送列车运行命令及列车激活端信息，判断列车具备发车条件后起动发车。

17)列车起动后通过折出进路自动运行至上行站台轨G12，完成自动折返。