基于車組號的地鐵車輛段列車跟蹤方法

景順利 王 恒

(南京恩瑞特實業有限公司, 211106, 南京//第一作者，工程師)

地鐵信號系統中，正線與車輛段采用不同信號廠商提供的信號系統，且正線ATS(列車自動監控)系統不監控車輛段內信號元素狀態及列車運行狀態。車輛段內的信號元素狀態、列車運行狀態及相關操作在車輛段聯鎖上位機上進行監控和操作。此種模式下，調度中心的調度員無法在第一時間掌握車輛段內列車的運行狀態、位置等相關信息，不方便中央調度員統一指揮調度。

為了滿足調度員的需求，正線ATS系統不僅要顯示車輛段內信號元素狀態，如信號機開/關、軌道電路占用/出清、道岔定反位及進路等狀態，還要準確顯示車輛段內列車的位置及狀態信息。本文提出了車輛段內車組號的跟蹤方法，便于界面車組號實時顯示。

1 車輛段與正線上列車跟蹤的區別

1.1 控制列車的范圍不同

正線列車跟蹤范圍為列車由車輛段駛入正線轉換軌開始，至列車由正線轉換軌駛入車輛段轉換軌結束。ATS系統根據正線聯鎖和/或列車數據，對列車在正線的運行予以模擬，更新界面車次號并實時顯示。

車輛段列車跟蹤范圍為列車由正線轉換軌駛入車輛段轉換軌開始，至列車由車輛段轉換軌再次駛入正線轉換軌結束。車輛段ATS系統根據車輛段聯鎖數據對列車在段內的運行予以模擬，更新界面車組號并實時顯示。

1.2 顯示列車的目的不同

車次號是列車自動運行的根本。正線顯示車次號，ATS根據車次號為列車自動排列進路，下發列車指令，如停站時間、站間運行時間等。正線通過ATS自動控制功能降低調度員的勞動強度，在緊急情況下通過人工操作干預線路上列車的運行。

車輛段內列車以人工駕駛模式運行，不需要ATS對聯鎖及車載下發指令。所以車輛段只需實現對列車車組號的跟蹤，實時顯示列車在車輛段內的位置。

1.3 車地通信方式不同

正線車輛與ATS之間存在信息交互，ATS可獲取車載相關信息，如位置、狀態等信息。例如：基于固定閉塞或準移動閉塞的信號系統中，通過軌道電路、環線等實現列車與ATS的信息交互；基于無線通信或者LTE(長期演進)通信的移動閉塞信號系統，通過無線或LTE系統實現列車與ATS的信息交互。車輛段內，列車與ATS之間無信息交互。

1.4 閉塞方式不同

正線有固定閉塞、準移動閉塞、移動閉塞三種閉塞方式。其中，移動閉塞是其普遍采用的方式，提高了列車運營密度。該閉塞方式下，正線聯鎖向ATS發送邏輯軌道占用/出清狀態、軌道方向、道岔等信息。

車輛段內采用固定閉塞方式，車輛段聯鎖向ATS發送物理軌道電路的占用/出清狀態。

2 系統結構

2.1 系統布置

車輛段列車跟蹤系統軟件布置于車輛段ATS系統中，負責與車輛段聯鎖系統、正線ATS系統通信。車輛段ATS系統結構圖如圖1所示。

圖1 系統布置圖

2.2 物理接口

車輛段ATS系統與中央ATS系統設備之間通過以太網接口連接，車輛段ATS與車輛段聯鎖系統通過RS-422串口連接，如圖2所示。

圖2 物理接口

3 系統功能

3.1 車組號跟蹤原理

車組號跟蹤對象是軌道電路，軌道電路占用/出清狀態變化會觸發列車跟蹤作業。列車跟蹤作業過程包含列車識別和列車步進。軌道電路變化過程如下:

(1) 一個軌道電路由“空閑”狀態變為“占用”狀態。此時一列列車的第一個輪對剛進入該軌道電路，即觸發列車跟蹤作用，將列車車組號關聯到當前占用的軌道電路。

(2) 一個軌道電路由“占用”狀態變為“空閑”狀態。此時一列列車的最后一個輪對剛出清該軌道電路，判斷“空閑”的軌道電路是否關聯車組號，若關聯車組號，則將車組號關聯到當前占用的軌道電路。 以圖3為例進行說明。

圖3 車組號跟蹤原理

3.1.1 列車識別

列車識別用于確定移動的列車。由軌道電路“占用”或“空閑”狀態觸發的跟蹤，列車識別的目的不同。

(1) 軌道電路“占用”引起的車組號跟蹤，主要是為了確定列車來自的源軌道電路。

(2) 軌道電路“空閑”引起的車組號跟蹤，主要是為了確定列車運行到的目標軌道電路。

針對圖3中的列車移動，處理以下兩個事件：

(1) 軌道電路D3G占用事件。 車輛段ATS接收到軌道電路D3G占用后，查看其默認前置軌道電路D2G的狀態和默認后置軌道電路D4G的狀態，根據軌道電路D2G和軌道電路D4G的不同狀態識別列車來源。處理流程如圖4所示。

圖4 軌道電路占用列車識別

·如果軌道電路D2G占用并且軌道電路D4G空閑，則軌道電路D3G的列車來源于軌道電路D2G 。

·如果軌道電路D2G空閑并且軌道電路D4G占用，則軌道電路D3G的列車來源于軌道電路D4G 。

·如果軌道電路D2G占用并且軌道電路D4G占用，則無法識別D3G的列車來源。此時需要人工干預，通過人工步進車組號功能實現車組號的移動。

· 如果軌道電路D2G空閑并且軌道電路D4G空閑，則無法識別D3G的列車來源。此種情況下，系統將自動創建虛假車組號用于界面顯示，調度員可使用人工操作功能進行車組號修正。

(2) 軌道電路D2G出清事件。車輛段ATS接收到軌道電路D2G出清后，獲取軌道電路D2G關聯的車組號。若不關聯車組號，則不進行處理；若關聯車組號，查看其默認前置軌道電路D1G的狀態和默認后置軌道電路D3G的狀態，根據軌道電路D1G和軌道電路D3G的不同狀態識別列車運行到的目標軌道電路。處理流程如圖5所示。

圖5 軌道電路出清列車識別

·如果軌道電路D1G占用并且軌道電路D3G空閑，則軌道電路D2G的列車運行到軌道電路D1G 。

·如果軌道電路D1G空閑并且軌道電路D3G占用，則軌道電路D2G的列車運行到軌道電路D3G 。

·如果軌道電路D1G占用并且軌道電路D3G占用，則系統無法識別軌道電路D2G列車運行的目標軌道電路，此時通過人工步進車組號實現車組號的移動。

·如果軌道電路D1G空閑并且軌道電路D3G空閑，則無法識別軌道電路D2G的列車運行，此時系統將自動刪除軌道電路D2G關聯的車組號。

3.1.2 列車步進

通過列車識別獲得列車當前關聯的軌道電路以及車組號移動的目標軌道電路。列車步進將列車車組號關聯到目標軌道電路，將當前軌道電路關聯車組號刪除，同時將車組號顯示位置發送界面進行顯示。

3.2 三種場景下的列車跟蹤方法

3.2.1 列車進入車輛段

列車經由正線轉換軌駛入車輛段，即列車占用車輛段轉換軌時，軌道電路的狀態由“出清”變為“占用”，觸發列車跟蹤作業。車輛段ATS通過列車識別確定列車來源軌道電路(如圖6中的G1619)，同時判斷當前軌道電路為車輛段轉換軌，則向正線請求正線轉換軌關聯的列車車組號。當車輛段ATS接收到正線發送的轉換軌關聯車組號后，在車輛段轉換軌上創建車組號，并發送給車輛段和正線界面進行顯示，如圖6所示。

圖6 列車駛入車輛段

3.2.2 列車在車輛段內運行

列車在車輛段運行時，車輛段聯鎖將軌道電路、信號機、道岔等信號元素狀態發送給車輛段ATS。車輛段ATS根據來自車輛段聯鎖的軌道電路占用/出清狀態觸發車組號跟蹤作業，通過列車識別和列車步進實現車組號在界面上的移動顯示，如圖7所示。

圖7 車輛段內車組號顯示

3.2.3 列車駛出車輛段

列車由車輛段駛入正線轉換軌時，車輛段內車組號顯示在車輛段轉換軌處。此時，列車納入正線ATS監控范圍，正線轉換軌占用時ATS自動為列車分配車次號，同時向車輛段ATS請求車輛段轉換軌關聯的車組號，用于正線車次號與車組號進行關聯。當列車完全駛出車輛段，車輛段轉換軌出清時，車輛段ATS自動將車輛段轉換軌關聯車組號刪除，同時關閉車組號界面顯示，車輛段內的跟蹤作業結束。

3.3 終端無電軌道電路內的列車跟蹤方法

列車進入無電軌道電路區段時，車輛段ATS無法接收來自車輛段聯鎖的占用/出清狀態，無法實現車組號跟蹤作業。當列車完全進入無電軌道電路后，前一軌道電路已出清，車組號保留在前一軌道電路上。當列車由終端無電軌道電路駛入前一軌道電路時，上次保留車組號與此列車關聯。如圖8所示。列車在車輛段內移動時，能夠實現列車車組號跟蹤作業。

圖8 終端無電軌道電路軌道圖

3.4 車組號管理方法

3.4.1 車組號初始化

車輛段列車采用車組號跟蹤。車組號采用6位標識，即車頭編號+車尾編號，如001002。車輛段ATS接收到軌道電路占用并且無法確定列車來源時，車輛段ATS自動為當前列車分配虛假車組號，如00X000，其中X用于標識系統中存在的列車數。

3.4.2 車組號同步

車輛段ATS自動創建車組號時為運行列車分配虛假車組號，因此需要對系統中存在的虛假車組號進行修正。本系統提供以下兩種方式的車組號同步功能：

(1) 列車由正線駛入車輛段時，通過與正線ATS系統交互，獲取正線車組號用于車輛段車組號顯示。

(2) 針對車輛段終端無電軌道電路，系統提供無電軌道電路車組號保留功能，當列車駛出無電軌道電路后仍使用保留的車組號。

3.4.3 車組號人工操作

車輛段ATS除提供車組號自動跟蹤功能，還提供人工車組號操作。該功能位于車輛段調度工作站，方便調度員對車組號進行人工創建、修改、步進操作。

3.5 中央遠程監控

車輛段ATS將接收到的信號機、道岔、軌道電路等信號元素狀態及車組號實時發送給正線ATS，用于正線工作站及大屏實時顯示，以便調度員、維護員實時監督車輛段內列車運行及信號元素狀態信息。

4 結語

車輛段列車車組號自動跟蹤，實現了正線列車車次號與車輛段列車車組號的信息交互，方便調度員第一時間掌握車輛段內運行列車、上線列車及下線列車的情況。其作為一種先進的實現車輛段內列車車組號自動跟蹤的新系統，適于在地鐵的車輛段大力推廣。