无人驾驶模式下地铁列车在线联挂解编技术研究

卫 亮，严业智，王洪智

（通号城市轨道交通技术有限公司，北京 100000）

在线联挂解编是指根据不同区间、时段的客流特征，在保证较高列车服务频率的条件下，在正线区域通过灵活改变列车编组来实现客流需求和实际运力协同的运输组织技术[1]。从城市轨道交通形式出现到现在，国内外就城市轨道交通运输组织进行了大量研究，灵活编组技术也在实际的运输组织中得到了应用。上海16号线在高峰时期采用大小编组混跑的运输组织方式；维也纳地铁2号线列车采用6节编组，但可根据需要进行变化，通过改变列车编组，加上调节行车密度，可以适应不同时段和不同客流变化的需要。而全自动运行模式（Fully-Automatic Train Operating Mode，FAM）下的列车联挂解编技术还处于工程试验阶段，本文根据地铁信号系统基本原理就无人驾驶模式下地铁列车在线联挂解编实现过程和关键技术进行探讨。

1 各专业基础条件

（1）土建条件：在前期建设可实现灵活编组的线路时，要对联挂解编区域（站台、列检库、折返线、存车线）做相应的加长，联挂解编区域的线路坡度和曲线半径都需根据车辆条件进行评估。

（2）车辆条件：由于在无人驾驶状况下进行联挂解编作业，车辆需采用全自动车钩装置，自动车钩能够在列车产生碰撞之后完成机械联挂和电气联挂，列车联挂后贯通电气及网络，形成统一的控制平台[2]。

（3）信号条件：能够控制列车保证安全的情况下完成低速碰撞，整个联挂解编过程保持FAM模式不变。

2 联挂基本过程

联挂基本分为2类：

（1）列车根据提前编制好的联挂计划，两联挂列车分别自动运行至联挂区域完成全自动联挂，再根据后续运行计划自动运行。

（2）中心调度人员根据临时需要通过调度员工作站手动控制两列车实现在线联挂作业。

2.1 计划联挂

第一步：被联挂列车在联挂区域前一定区段范围内匹配联挂计划，如图1所示。

图1 被联挂车匹配计划

此时，被联挂列车车次窗上会有相应提示显示列车已匹配到了联挂计划。

第二步：被联挂列车自动运行至被联挂停车点，进入被联挂工况。

被联挂列车根据“被联挂命令”运行至联挂解编区域被联挂停车点停车，如图2所示。

图2 被联挂车准备阶段

被联挂列车车载控制器（Vehicle On-Board Controller，VOBC）判断已在被联挂停车点停准停稳，车钩处于对中状态后释放激活端并施加紧急制动，车辆对列车控制及监控系统（Train Control and Monitor System，TCMS）、车门系统、牵引系统、制动系统、车载火警系统和障碍物脱轨检测系统等进行检查，无影响联挂的危险项时通过TCMS向被联挂列车VOBC下达“被联挂允许”命令[3]。

第三步：去联挂列车准备阶段，如图3所示。

图3 去联挂车准备阶段

去联挂列车在联挂区域前一定区段范围内匹配到去联挂计划，同时行车综合自动化系统（Train Integration Automatic System，TIAS）为去联挂列车下达被联挂列车的列车识别号（Vehicle Identification Number，VID）。区域控制器（Zone Controller，ZC）判断收到联挂列车及被联挂列车车载VOBC发送的两列车对中状态，为去联挂列车计算用于联挂的可碰撞移动授权（Movement Authority，MA）（障碍点位于被联挂列车包络内方一定距离），此时去联挂列车进入去联挂工况。

第四步：完成机械碰撞和电气联挂，如图4所示。

图4 完成联挂示意图

TIAS判断两列车均进入联挂工况后，向去联挂列车VOBC发送“开始联挂”命令，VOBC自动通过TCMS向车辆发送“联挂限速指令”车辆进行限速控制。两列车机械车钩联挂成功后，去联挂列车及被联挂列车车辆分别通过硬线接口向各端VOBC输出“机械联挂”安全信号。随后，VOBC向TCMS发送对应端“电气联挂”指令，TCMS控制被联挂列车伸出对应端电钩，从而完成两列车的数据装载并被标记为一列车。

第五步：发车阶段，如图5所示。

图5 匹配后续运营计划

联挂后的列车根据计划生成新的车次号，ATS根据联挂列车后续运行计划排列相应进路，司机驾驶列车根据后续发车，投入运营。

2.2 非计划联挂

对于非计划联挂的系统原理与计划联挂一致，调度人员可根据运营的临时要求操作列车的联挂作业。

第一步：调度人员通过调度员工作站给被联挂列车下达“被联挂命令”，同时为该列车设置去往联挂区域的头码或人工办理进路，列车自动运行至被联挂停车点，信号及车辆完成准备工作，并施加紧急制动。

第二步：调度人员为列车2下达去联挂命令，同时为该列车设置去往联挂区域的头码或人工办理进路，列车以FAM模式运行到联挂列车停至联挂解编区域。

第三步：车辆根据信号的指令，启动联挂作业。去联挂列车以低于车钩允许碰撞速度与被联挂列车低速碰撞，完成两列车机械联挂。车辆与信号配合，依次完成交直流减载、电气车钩联挂、初运行（网络贯通）及车辆自检。信号系统地面设备将两列车标记为一列车，联挂列车VOBC间建立通信。

第四步：联挂后的4+4编组列车为人工车，调度人员根据实际情况安排后续运营工作。

3 解编基本过程

解编过程也基本分为2类：

（1）计划解编。

（2）非计划解编（调度人员手动下达解编命令）。

步骤一（联挂列车准备阶段），如图6所示。

图6 解编前准备阶段

①（计划解编）多编组FAM模式列车在解编区域前匹配到解编计划，自动运行至联挂解编区域指定位置，信号及车辆完成准备工作。

②（非计划解编）调度人员向4+4编组列车下达“解编指令”，同时为该列车设置去往联挂区域的头码或人工办理进路。若列车已停于联挂解编区域指定位置，则直接进行准备工作。

步骤二（解编阶段）：车辆根据信号系统指令断开两列车电气及机械车钩，联挂列车分离为两列车，并分别装载单列车的数据，如图7所示。

图7 解编阶段

步骤三（发车阶段）：ATS根据解编后的列车后续分别运行计划排列相应进路，列车根据后续运行计划依次发车，投入运营，如图8所示。

图8 解编后的发车阶段

4 各接口专业配合

4.1 信号与车辆接口需求

联挂过程中需要车辆向信号输入机械钩及电气钩状态。本端机械钩、电气联挂且与之联挂车完整性正常时，车辆向本端VOBC输出车辆本端电气联挂状态。对端机械钩、电气联挂且与之联挂车完整性正常时，车辆向本端VOBC输出车辆对端电气联挂状态。

原本车辆与信号的接口信息中车门状态、驾驶室激活状态等接口信息都会根据联挂列车的特点做相应的修改和适配[4]。

4.2 信号-站台门接口需求

站台门对于不同编组列车的到达需要联动相应的站台门，需针对不同编组列车实现站台门或部分站台门的开关。信号系统可通过继电接口的方式实现该功能，接口电路中需设置不同编组对应的开关门继电器，信号系统根据不同的编组信息驱动相应的继电器。

4.3 信号-PIS接口需求

信号系统与PIS的通信协议中增加列车编组信息，PIS通过编组信息向乘客显示乘降区域提示。

5 运输组织策略

（1）运行图编制。不同编组长度的列车混跑情况下列车旅行速度，正线列车间追踪能力和折返站折返能力会发生变化，运营人员在进行编制开行方案和绘制运行图时要考虑到灵活编组混跑情况下导致的系统能力降低[5]。

（2）乘客引导。灵活编制的实现使得同一列车不同车厢可能开往不同的目的地，传统的站台广播和PIS屏可能无法对乘客进行正确引导，可以通过全息投影或者屏蔽门上方增设电子屏的方式，对每节车厢乘客进行提示。

（3）灵活编组列车交路方案。灵活编制的主要目的是解决客流时间和空间上的不平衡，在实际的运营组织过程中与多交路方案组合应用才能更大幅度解决运力、客流和能耗匹配的问题。由于多交路运营会导致部分列车在运行过程中直达困难，旅客的换乘时间较长[6]。实现多交路组织方式的关键是对列车进行折返作业，实现灵活编组运营模式的关键是对列车进行解编作业，这两个作业的自身特点能够相互接续，为两种运营组织方式提供了组合的机会。

6 结束语

无人驾驶下的联挂解编技术已经逐渐从实验验证阶段进入了工程实践阶段，一项项新技术的突破也不断推动着我国城市轨道交通自动化的发展。本文对工程实践中的联挂解编过程，各专业接口配合及运输组织等进行了探讨。值得注意的是，无人驾驶下的联挂解编是一项多专业配合的系统工程，全自动车钩技术，信号与车辆对于速度的精准控制、联挂解编时间控制等都需要在实践过程中不断完善。运营企业也需要进一步研究相应的客流组织方法，在编制列车运行计划时作出适应性调整。