FAO信号系统兼容升级列车唤醒场景方案设计

徐 旦，郑 波，李全杰 ，黄雪兰

(1.绍兴职业技术学院，浙江 绍兴 312085；2.中路交科(北京)交通咨询有限公司，北京 100000；3.浙江大华智联有限公司，浙江 杭州 310051)

0 引 言

随着国内城镇化进程的高速发展，城市轨道交通线路运量持续攀升[1]，尤其在早晚高峰，客运量剧增，这对城市轨道交通的运力、运量提出更高的要求，许多城市的轨道交通系统面临着前所未有的挑战，这也对研发追踪间隔时间更短的信号系统提出了现实工程应用需求[2]。国内大多数既有线路采用的CBTC系统已难以满足人们对于轨道交通出行高效、舒适的需求，未来将有大量的CBTC线路升级改造，全自动无人驾驶(Fully Automatic Operation，FAO)信号系统因其技术先进性、经济性、高效兼容的特点或将成为兼容升级改造首选方案。既有线路FAO信号系统兼容升级主要涉及全自动运营场景研究、系统架构调整设计、信号系统与车辆系统间电气接口调整设计、信号设备安装方案等方面。全自动运营场景研究是实现升级改造的基石，因此，基于FAO信号系统兼容升级运营场景的研究亟待开展。

1 兼容系统需求功能分析

FAO信号系统具备无司乘全自动运行功能，可以实现自动投入/退出运营、按设定行车计划发车等多种自动化功能，突破了传统人工驾驶的功能限制，区别于传统CBTC系统中需要人工操作的列车自动驾驶模式(Automatic Train Operation，ATO)。列车在FAO信号系统的控制下，由控制中心统一指挥，自动实现列车运行功能的高度智能运营组织模式[3-4]。

相较传统CBTC系统而言，兼容系统运营需新增列车唤醒、列车休眠、列车自动出库/入库、再关门控制、障碍物防护、远程控制、自动洗车、自动对位调整、蠕动模式、列车清扫、自动驾驶区与非自动驾驶区转换等功能场景[5]。其中列车唤醒是实现全自动无人驾驶的基础，也是保障列车安全、自主运营的关键功能，本文将对列车唤醒场景进行分析，并研究列车唤醒场景的技术方案。

2 列车唤醒场景方案设计

列车唤醒方式有3种：远程计划唤醒、远程人工唤醒、本地人工唤醒[6]，其中远程计划唤醒和远程人工唤醒均通过中心ATS(列车自动监控系统)发送唤醒指令至唤醒模块，车载控制器(CC)处理流程无区别。本地人工唤醒与远程唤醒区别是不需要唤醒模块发送唤醒指令来触发，车辆自动进行低压上电，低压上电成功后，车辆反馈“低压上电检测”信号有效。车头和车尾唤醒休眠模块互为冗余，通过车载冗余交换机通信，当其中一端唤醒休眠模块故障后，另一端的唤醒休眠模块也能正常执行列车唤醒功能。

2.1 列车唤醒流程设计

上电自检、静态/动态测试是列车唤醒流程中最主要的步骤，兼容系统与传统CBTC系统在执行的自检项、测试项上有较大区别，具体如表1所示。

表1 上电自检、静态/动态测试内容

2.1.1 远程(计划/人工)唤醒流程

远程计划/人工唤醒流程具体如图1所示。①中心ATS下发唤醒指令到TC1(车头)端、TC2(车尾)端唤醒模块；②唤醒模块发送唤醒指令给车辆，车辆对全列车低压上电，上电成功后反馈IO信号“低压上电检测”至唤醒模块[7]；③车辆和TC1端、TC2端CC开始上电自检；④车辆和CC上电自检成功后，CC输出驾驶室激活、FAM(全自动驾驶模式)模式、ATO控车，并开始静态测试前准备工作，包括升弓、打风等；⑤TC1端、TC2端CC静态测试准备工作完成后，开始TC1端CC的静态测试；⑥TC1端CC静态测试成功后，切换到TC2端CC进行静态测试；⑦CC周期上报列车唤醒状态给中心ATS，并在DMI(司机显示器)上显示；⑧TC2端CC静态测试成功后，进入FAM模式，待命工况。

注：TCMS为列车控制和管理系统，ZC为区域控制器，ATB为自动折返

2.1.2 本地人工唤醒流程

本地人工唤醒由司机将激活旋钮旋至唤醒位，车辆自动进行低压上电，将“低压上电检测”信号发送至唤醒模块，上电自检及后续流程与远程唤醒一致。

2.2 上电自检

车辆和CC上电自检不区分先后顺序，流程如图2所示。

图2 车辆和CC上电自检流程

车辆上电自检内容主要包含车辆设备上电自检和旁路开关状态自检两部分，自检时不区分先后顺序。车辆设备主要是烟火报警系统、广播对讲系统(PA)、乘客信息系统(PIS)、障碍检测设备、脱轨检测设备、走行部在线监测系统、无线通信系统等；旁路开关主要包括障碍物检测设备旁路旋钮、车门状态旁路开关、脱轨检测设备旁路旋钮、车门使能旁路开关、远程风缸低压旁路、远程制动旁路等旁路开关等。车辆设备自检和旁路开关状态自检采用同一个超时检查时间，超时未反馈结果，CC判断自检失败，车辆设备自检超时通过唤醒模块进行计时。

CC上电自检。自检设备主要包括速度传感器、雷达、BTM(应答查询器)主机、无线设备、DMI等。

DMI和障碍检测设备自检失败不影响列车正常运营，CC发送故障告警ATS，但不影响列车正常唤醒流程，此项可根据实际进行选择配置。

2.3 静态/动态测试

2.3.1 静态测试准备

静态测试前需进行静态测试准备工作，由主控端CC向ZC申请静态测试，申请成功后进行升弓并检查，若成功则继续对充电机等设备进行超时检查。以上检查结果若状态异常，则退出唤醒流程。

静态测试准备流程中“静态测试申请”、“升降弓”整车只做1次，即CC只需1次执行此项操作，TCMS会一直保持第1次的测试结果。通过网络协议的测试项，整车只做一次，由TCMS保持测试结果。硬线输入输出接口的测试内容，TC1端、TC2端CC主备系都需做测试。

2.3.2 静态测试

静态测试内容主要为升降弓测试、制动牵引测试和其他静态测试三部分。升降弓测试仅在主控端CC主系进行，依次进行升双弓、降单弓、升单工、降双弓、升双弓测试，同时车辆发送弓网状态给CC，并进行超时检查[8]；制动牵引测试先后进行施加保持制动、施加停放制动、缓解停放制动、缓解EB、制动自检、制动硬线指令(低电平)、施加常用制动(75%、100%)、缓解常用制动、牵引测试、施加EB测试；其他静态测试包括照明测试、广播系统测试、空调电热测试、门控测试、蠕动模式测试[9]。

通过TCMS执行的静态测试内容整车只需要做1次(默认为主控端CC的主系)，TCMS会一直保持第1次的测试结果，硬线相关静态测试TC1端、TC2端CC主备系都需做测试。每端CC有主备2系，先由主系进行静态测试，完成后切换到备系，本端都完成后切换到对端进行相应测试。所有测试项都需要做超时检查，超时未反馈测试结果，则判断该项测试失败，超时时间可配置。

2.3.3 动态测试

动态测试包含鸣笛测试和跳跃接口测试两项，测试时若收到司机钥匙激活，如在进行鸣笛测试，待鸣笛测试完毕后不再执行后续测试；如在执行跳跃接口测试，撤销跳跃接口信号输出，不再执行后续测试。动态测试流程如图3所示。

图3 动态测试流程

3 唤醒过程非预期事件处理

3.1 司机钥匙激活事件处理

对于司机钥匙激活，列车唤醒不同阶段处理策略不同。

上电自检流程不受司机钥匙激活影响，上电自检完成后有钥匙激活端的CC成为主控端，并开始执行本地人工唤醒流程，测试通过后DMI进入运营界面。

静态测试阶段检测到司机钥匙激活后，退出当前测试流程，静态测试失败，列车唤醒失败，具体处理策略如下：①CC输出EB；②若正在进行升降弓测试，正在输出升/降弓指令执行完毕后，不再继续后续升降弓测试；③若正在进行开关门测试，开/关门指令执行完毕后，不再执行后续测试，同时切除门使能；④若正在进行紧急车门解锁测试，左/右车门紧急解锁指令撤销，不再执行后续测试，并切除紧急解锁指令；⑤若正在进行蠕动模式硬线测试，撤销蠕动模式硬线输出，不再执行后续测试；⑥若正在执行其他测试项，则停止当前测试，不再执行后续测试。

动态测试阶段检测到司机钥匙激活，处理过程如本文2.3.3所述。

3.2 测试失败处理

车辆设备或CC及其相关设备(速度传感器、雷达、BTM主机、无线设备等)上电自检失败后，最多可进行2次复检。若旁路开关状态上电自检失败，则将相应旁路开关打到非旁路位后再进行自检。

静态测试准备是后续测试的前提条件，若升弓异常或主风缸欠压，则判定CC本系测试失败并跳过本系后续测试项，切换到另一系或另一端CC继续测试。

静态测试项失败，则间隔一段时间后再发起1次测试，列车静态测试任何一项失败不影响后续静态测试。

动态测试项失败，处理流程同静态测试，需注意跳跃接口测试最多进行2次。

列车上电自检失败或静态测试失败后，车场ATS工作站、中央ATS工作站均会显示列车报警信息。

若TC1、TC2端CC有多于1次唤醒失败，则先自动重启或远程重启，重启完成后再次唤醒，若连续多次唤醒均失败，则判定为故障列车，建议不出车。

4 结 语

列车唤醒场景是FAO系统中较为复杂的运营场景，也是FAO系统兼容升级的难点之一。为此，基于CBTC系统基础，结合国内既有线路实际情况，提出了FAO信号系统兼容升级列车唤醒场景方案，为信号系统软件开发和项目实施提供蓝本。目前国内还未有实施改造的案例，在后续项目应用实施过程中会碰到很多难题，在唤醒场景安全性和非预期事件处理等方面仍需进一步研究。