摘要：近年来，我国的城市轨道交通建设加快步伐，地铁全自动无人驾驶信号系统成为了发展的趋势，它实现了自动化、无人干预的列车运行模式，更加智能，更加效率。地铁车辆段是列车检修、整备的基地。为实现列车全自动无人驾驶，列车在车辆段内必须以CBTC模式运行，因此自动化车辆段是无人自动驾驶系统的先决条件。
关键词：地铁信号系统；自动化技术；无人自动驾驶
地铁信号自动控制系统（以下简称ATC），是保证地铁运行的安全，提高地铁运营的效率的关键。ATC分为三个关键子系统：列车自动驾驶系统（ATO）、列车自动防护系统（ATP）、以及列车自动监控系统（ATS）。为实现地铁无人全自动驾驶，中国通号推出了互联互通&全自动运行（FAO）型信号自动控制系统，其中自动化车辆段系统方案在北京地铁8号线首次投入使用。本文将结合瀛海车辆段介绍车辆段自动化的实现方案。
一、常规车辆段信号系统介绍
常规车辆段司机只能通过信号机显示手动操作列车，列车无法以CBTC模式运行，具有很大局限性。
1.联锁系统
1.1车辆段联锁系统架构
联锁架构共分为三层，人机界面层，联锁层和室外设备层，是常规车辆段信号系统防护安全最核心的部分
1）人机界面层
常规车辆段中，联锁人机界面是车辆段信号楼综控员直接指挥列车段内运行、日常办理列车进路、调车进路的工具。一般使用联锁控制台或者联锁控显计算机两种方式实现，放置于信号楼综控室。
2）联锁层
常规车辆段联锁层是采集室外信号设备状态信息，接受人机界面操作命令、
控制室外信号设备的核心设备，并负责向ATS系统传递信号设备表示信息。一般置于信号楼信号设备室。
3）室外设备层
车辆段室外设备层主要有三大联锁设备：信号机、道岔、轨道电路。
1.2联锁功能
常规车辆段联锁层由一套采用二乘二取二的联锁逻辑运算部进行联锁关系运算，为室外设备提供输入。人机界面中含有车辆段站场图的显示；室外信号设备的元素；相应信号设备的功能按钮（用于下达操作命令）以及各种表示灯，人机界面主要负责接收综控员的指令为联锁逻辑部提供相应的输入并通过图形显示反馈室外信号设备状态。室外信号设备是联锁系统的终端设备，负责接收联锁层传来的联锁信号并执行相应命令，反馈设备的信息给联锁层进行计算。三层设备相辅相成，为列车提供安全可靠的进路。
2.ATS系统
常规车辆段中ATS系统有两部分功能，第一是复示联锁人机界面，并为信号楼综控员提供车辆段内所有列车的车组信息提示，第二是为列检库调控提供派班系统的人机界面，使得调控人员可以根据出库计划对列车进行派班操作，操作完成后，列车人工出库到达转换轨后即可匹配相应正线计划，实现正线进路的自动触发。
3.ATP/ATO系统
在常规车辆段中，车地无法建立连接，ATS系统无法接收列车的识别信息、目的号码、位置信息等，车载ATO系统也无法投入使用，在车辆段内运行过程中列车无法升级为移动闭塞模式（CBTC）。
二、自动化车辆段系统
自动化车辆段与常规车辆段的最大不同在于增设了地面ATP系统，并且在车载ATO系统中进行适配。自动化车辆段中分为自动化区域和非自动化区域，下图中绿色区域为自动化区域，列车可以在此区域内升级为CBTC模式。自动化车辆段采用列调分离方案，在以下区域设置列车进路：
自动化区域内；
停车列检库前后库之间。
列车进路始端信号机采用红白黄三显示机构，除可以作为列车进路的始端使用外，还可以作为调车进路的始端使用。
在自动化运行区域以调车进路方式作业，或在非自动化运行区域内作业时，司机以人工模式RM或NRM模式驾驶列车运行。
图1车辆段自动化运行区域示意图
1.联锁系统
1.1自动化车辆段联锁系统架构
基本架构与常规车辆段相同，在联锁层新增了与地面ATP系统的接口
1.2联锁功能
自动化车辆段联锁系统与常规车辆段相比，增加了联锁与地面ATP接口通道，可以向地面ATP发送联锁状态信息，同时接收地面ATP发送的列车升级后位置信息以及ATP发送的列车接近信息，扩容了与ATS接口部分的协议，可以接收ATS子系统发送的控制命令信息。
2.ATS系统
ATS子系统是自动化车辆段中的核心子系统，在原有ATS功能的基础上，新增了与地面ATP的接口，接收CBTC列车的相关信息。自动化车辆段ATS功能如下
2.1控制联锁人机界面
自动化车辆段中ATS作为人机界面，需要扩展与联锁的接口协议，使ATS可以完全控制联锁人机界面。
2.2进路自动触发与车次号追踪
ATS系统需要在车辆段内设置相应目的地码（转换轨，牵出线及列检库停车位），列车根据派班计划中的上线时间以及上线轨，提前一定余量，将对应定列车设置为头码车，结合列车派班的车组号自动触发列检库至转换轨的列车进路，列车进入转换轨后，ATS系统根据列车运行计划自动生成列车识别号，并在正线自动进行列车识别号的连续跟踪。当列车运营结束，回到转换轨并停稳时，ATS系统根据派班计划中指定的列车回库停车列检线，自动将列车设置为头码车，自动触发到停车列检线的列车进路。
车次号的显示在列车处于CBTC模式时根据地面ATP发送的位置显示，处于降级模式时根据轨道的占用出清逻辑显示。
2.3派班功能
派班功能需要支持列车派班后ATS系统可以根据车组号匹配列车出入段计划的相关头码，并根据头码正确寻址，触发出入段的列车进路。
3.ATP/ATO系统
为了建立列车与地面之间的通信，需要在车辆段的停车列检库及咽喉区设置室外无线接入点（AP），确保车辆段停车列检库以及自动化区域范围内的无线覆盖。同时室内增加一套二乘二取二的ATP系统保证CBTC模式下列车信息的计算。同时，为满足车辆段内列车初始化以及定位的要求，在车辆段停车列检库各库线的出口处、洗车线处以及牵出线处设置无源应答器，用于列车投入ATO时的初始化。
三、自动化车辆段基本运营场景描述
1.进段运行
对于正线进段列车，列车在进入转换轨前与车辆段地面ATP建立连接，并在转换轨停车。ATS子系统根据出入库计划中指定的停车列检线，自动将列车设置为头码车，自动触发到列检库相应列位的列车进路，进段进路开放后，系统允许列车以CBTC模式运行进段，ATO应控制列车在停车列检库前停车点停车，在接近停车点点时，系统提示司机转换人工RM模式，司机确认后，驾驶列车以RM模式运行至库内。
图2自动化车辆段进段运行示意图
2.出段运行
车辆停放于停车列检库前库，ATS子系统根据出入库计划中的运营时间，提前自动将列车设置为头码车，自动触发到转换轨的列车进路，出库进路开放后，司机驾驶列车以RM模式越过设置在库前的一组无源应答器，车载ATP获得定位，并向车辆段地面ATP发送位置报告，车辆段地面ATP根据列车提供的位置报告向车载发送移动授权，允许列车在库内升级至CBTC模式运行。
图3自动化车辆段出段运行示意图
总结：
自动化车辆段是地铁列车全自动无人驾驶的必要条件，它不仅避免了人为操作带来的诸多不利，而且提高了车辆段运营效率，降低了风险。但是不难看出FAO系统的彻底实现依然存在着挑战，随着科学的进步，自动化车辆段系统将更加完善，为地铁运营贡献更大的力量。
参考文献：
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[3] 田光超.地铁信号专业的职业教育探讨[J].神州，2011（8）：108-108.
论文作者:陶秋实
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/19
标签：列车论文; 联锁论文; 进路论文; 车辆论文; 系统论文; 信号论文; 人机界面论文; 《基层建设》2019年第8期论文;