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摘要：城市轨道交通信号系统故障情况下的运营效率和安全无法保障，如果能有一套列车辅助预警系统能在信号系统故障情况下辅助司机驾驶列车或者行调组织管理列车，会大幅提高运营效率并保障行车安全。文中介绍了采用列车辅助预警系统的必要性、功能需求和关键技术等内容，希望能为地铁运营效率和安全提升提供参考。
关键词：地铁列车；信号故障；辅助预警；运输效率提升
中图分类号：U298 文献标识码：A 文章编号：2095-6487 （2018） 01-0100-02
0 引言
城市轨道交通信号系统是实现列车快速、高密度、有序运行的关键系统，是城市轨道交通调度指挥和安全运营的中枢神经。信号系统虽然可靠性较高，但作为一种系统设备，其必然存在自身设备故障、人员误操作等故障情况，在信号系统出现故障时，司机人工驾驶或行车调度组织管理行车效率低下，且不能保证行车安全，此时如果能有一套辅助系统，在信号系统故障时提供给司机或者行车调度所需重要信息，辅助其进行行车或者组织管理工作，保障行车安全和效率，提高运营服务水平，显得越来越具有现实意义。
1 必要性分析
随着城市轨道交通线路网络化运营的快速发展，对城市轨道交通的载客能力要求越来越高。信号系统是保障行车效率和安全的关键系统，信号系统列车自动控制系统（ATc系统）分为ATP子系统、ATO子系统、ATS子系统以及联锁子系统。其中ATP子系统的主要功能是监督及控制列车在安全状态下运行，实现超速和运行间隔等安全防护；ATO子系统是在ATP防护下，实现列车自动驾驶，确保达到计划的行车间隔和旅行速度；ATS子系统是实现对运行列车的监督和控制，并辅助调度人员对全线列车进行管理；联锁子系统是实现道岔、信号机、计轴间的正确逻辑关系及进路控制的安全设备，是确保行车安全的基础设备[1]。
在实际运营中，难免会出现一些信号系统故障，会对运营造成不同程度的影响。对行车效率及安全存在较大隐患的情况主要有以下两种。
1.1 车载信号ATP切除情况下的行车问题
ATP子系统分为车载ATP和轨旁ATP，如果由于某种原因造成行车过程中车载ATP不能正常使用，如车载ATP设备故障、正线信号电源故障等情况，根据信号系统的故障导向安全设计原则往往会导致信号行车模式无法正常投入，为使故障对运营的影响降至最低，一般会采取切除ATP模式由司机人工驾驶列车。切除ATP后系统不提供任何保护，行车完全由司机人工操控，人工驾驶因人而异，经常会出现对前车距离、道岔位置、弯道以及进站停车精度等控车要素的判断和识别出现偏差，会大幅影响运营效率，且行车安全无法保证。
1.2在故障时人工组织行车启动过程缓慢问题
在发生较大信号系统故障情况下，如正线信号电源故障、联锁子系统故障、轨旁ATP子系统故障时，往往会造成整个联锁区信号系统无法正常工作，此时整个联锁区内的列车均不能正常投入信号模式，会引发列车大面积晚点，这种情况下往往会启用电话闭塞无法行车。电话闭塞法行车启动时，行调需要耗费较长时间与司机、车站人员共同核对列车位置以及掌握列车周围环境，这样便带来了相当长的一段运营恢复期，效率低且安全性差。
基于以上两种情况，如果能在信号ATP切除时辅助司机进行列车驾驶，避免人为失误造成追尾、闯红灯信号、挤岔等故障的发生；或者在出现大范围信号故障或电话闭塞启动前辅助行调进行列车位置、数量以及各列车周围环境确认，确保及时组织恢复运营。以此来提升运营效率及安全，显得越来越具有必要性。
2 国内市场现状
目前，国内关于列车辅助预警系统的应用尚处于初步阶段，国内各城市轨道交通公司中，在运营线路安装列车辅助预警系统设备的主要为上海地铁。2011年上海10号线发生追尾擦碰事故后，为了预防该类事故的再次发生，上海地铁多条线路陆续安装了列车辅助预警系统，其主要功能是防撞，当存在追尾或障碍物碰撞等重大安全隐患时，可以提前进行预警，为列车运行提供安全保障。
目前，国内部分城市轨道交通公司对列车辅助预警系统逐渐重视起来，也积极参与到该系统的试用或测试当中，如：北京、成都等部分地铁线路。国内研究该系统的厂家也越来越多，但其产品大多处于研究或测试阶段，应用到实际运营中的情况较少。
3 主要功能需求
列车辅助预警系统是一种在信号系统故障时的后备应用，主要是辅助司机驾驶列车或者行调组织管理列车。因此，其主要功能可分为以下几类：（1）在车载ATP切除情况下，能实时检测同一轨道前方列车距离、道岔区域距离、信号机显示（如有）等关键点（见图1），并给出司机相应的距离、限速等提示信息和不同等级报警信息，其功能不受对向运行列车的干扰；（2）能识别线路上列车位置、数量，以及列车周围环境等信息给中央行车调度，辅助其在大面积信号故障时组织和管理列车；（3）能够对系统工作状态进行日志记录，同时系统具有自诊断功能。
4 关键技术分析
针对地铁列车辅助预警系统的特点，采用适当的技术会提高系统的可用性、稳定性和安全性。
4.1 多传感器融合技术
采用高精度、高可靠性、多功能的视觉采集和雷达设备相融合的方式，通过视觉感知及雷达测距对前方环境实时探测，对场景进行分析，通过一定的逻辑算法，深度分析前方隐患，给出安全预警信息[2]。
4.2
RFID定位识别技术
无线射频识别RFID技术通过无线射频识别特定目标并读写相关数据至设定标签，针对地铁特殊的运行条件，基于RFID的信号探测技术可采用前后车应答或者车地应答的列车定位探测方法，可准确追踪和探测列车位置和距离，确保定位准确性及可靠性[3]。
4.3雷达二次测距技术
采用先进的雷达二次测距技术，实现问询、应答一体化模式，可在前方车头和后方车尾间建立通信，这样在弯曲隧道或高架段，可在车与车之间建立应答通信，以确保测距的准确和可靠，确保安全行车。
5 结束语
地铁列车辅助预警系统目前只在国内少数地铁线路应用，随着各地地铁线路的增多，运营压力的增大，為了避免信号系统故障造成的运输效率低和安全无法保证问题，列车辅助预警系统会受到足够重视，越来越多的地铁线路会引入使用该系统，以确保正常运营。
参考文献
[1] 鞠丽丽，李军，梁如军，等.地铁列车辅助追踪预警系统设计方案[J].现代城市轨道交通，2016（4）：15 -18.
[2] 郑策.列车防撞辅助预警系统的研究与实现[D].北京：北京交通大学，2015.
[3] 周巧莲.城市轨道交通列车辅助防撞系统方案研究[J].城市轨道交通研究，2014（1）：18 22.
关键词：地铁列车；信号故障；辅助预警；运输效率提升
中图分类号：U298 文献标识码：A 文章编号：2095-6487 （2018） 01-0100-02
0 引言
城市轨道交通信号系统是实现列车快速、高密度、有序运行的关键系统，是城市轨道交通调度指挥和安全运营的中枢神经。信号系统虽然可靠性较高，但作为一种系统设备，其必然存在自身设备故障、人员误操作等故障情况，在信号系统出现故障时，司机人工驾驶或行车调度组织管理行车效率低下，且不能保证行车安全，此时如果能有一套辅助系统，在信号系统故障时提供给司机或者行车调度所需重要信息，辅助其进行行车或者组织管理工作，保障行车安全和效率，提高运营服务水平，显得越来越具有现实意义。
1 必要性分析
随着城市轨道交通线路网络化运营的快速发展，对城市轨道交通的载客能力要求越来越高。信号系统是保障行车效率和安全的关键系统，信号系统列车自动控制系统（ATc系统）分为ATP子系统、ATO子系统、ATS子系统以及联锁子系统。其中ATP子系统的主要功能是监督及控制列车在安全状态下运行，实现超速和运行间隔等安全防护；ATO子系统是在ATP防护下，实现列车自动驾驶，确保达到计划的行车间隔和旅行速度；ATS子系统是实现对运行列车的监督和控制，并辅助调度人员对全线列车进行管理；联锁子系统是实现道岔、信号机、计轴间的正确逻辑关系及进路控制的安全设备，是确保行车安全的基础设备[1]。
在实际运营中，难免会出现一些信号系统故障，会对运营造成不同程度的影响。对行车效率及安全存在较大隐患的情况主要有以下两种。
1.1 车载信号ATP切除情况下的行车问题
ATP子系统分为车载ATP和轨旁ATP，如果由于某种原因造成行车过程中车载ATP不能正常使用，如车载ATP设备故障、正线信号电源故障等情况，根据信号系统的故障导向安全设计原则往往会导致信号行车模式无法正常投入，为使故障对运营的影响降至最低，一般会采取切除ATP模式由司机人工驾驶列车。切除ATP后系统不提供任何保护，行车完全由司机人工操控，人工驾驶因人而异，经常会出现对前车距离、道岔位置、弯道以及进站停车精度等控车要素的判断和识别出现偏差，会大幅影响运营效率，且行车安全无法保证。
1.2在故障时人工组织行车启动过程缓慢问题
在发生较大信号系统故障情况下，如正线信号电源故障、联锁子系统故障、轨旁ATP子系统故障时，往往会造成整个联锁区信号系统无法正常工作，此时整个联锁区内的列车均不能正常投入信号模式，会引发列车大面积晚点，这种情况下往往会启用电话闭塞无法行车。电话闭塞法行车启动时，行调需要耗费较长时间与司机、车站人员共同核对列车位置以及掌握列车周围环境，这样便带来了相当长的一段运营恢复期，效率低且安全性差。
基于以上两种情况，如果能在信号ATP切除时辅助司机进行列车驾驶，避免人为失误造成追尾、闯红灯信号、挤岔等故障的发生；或者在出现大范围信号故障或电话闭塞启动前辅助行调进行列车位置、数量以及各列车周围环境确认，确保及时组织恢复运营。以此来提升运营效率及安全，显得越来越具有必要性。
2 国内市场现状
目前，国内关于列车辅助预警系统的应用尚处于初步阶段，国内各城市轨道交通公司中，在运营线路安装列车辅助预警系统设备的主要为上海地铁。2011年上海10号线发生追尾擦碰事故后，为了预防该类事故的再次发生，上海地铁多条线路陆续安装了列车辅助预警系统，其主要功能是防撞，当存在追尾或障碍物碰撞等重大安全隐患时，可以提前进行预警，为列车运行提供安全保障。
目前，国内部分城市轨道交通公司对列车辅助预警系统逐渐重视起来，也积极参与到该系统的试用或测试当中，如：北京、成都等部分地铁线路。国内研究该系统的厂家也越来越多，但其产品大多处于研究或测试阶段，应用到实际运营中的情况较少。
3 主要功能需求
列车辅助预警系统是一种在信号系统故障时的后备应用，主要是辅助司机驾驶列车或者行调组织管理列车。因此，其主要功能可分为以下几类：（1）在车载ATP切除情况下，能实时检测同一轨道前方列车距离、道岔区域距离、信号机显示（如有）等关键点（见图1），并给出司机相应的距离、限速等提示信息和不同等级报警信息，其功能不受对向运行列车的干扰；（2）能识别线路上列车位置、数量，以及列车周围环境等信息给中央行车调度，辅助其在大面积信号故障时组织和管理列车；（3）能够对系统工作状态进行日志记录，同时系统具有自诊断功能。
4 关键技术分析
针对地铁列车辅助预警系统的特点，采用适当的技术会提高系统的可用性、稳定性和安全性。
4.1 多传感器融合技术
采用高精度、高可靠性、多功能的视觉采集和雷达设备相融合的方式，通过视觉感知及雷达测距对前方环境实时探测，对场景进行分析，通过一定的逻辑算法，深度分析前方隐患，给出安全预警信息[2]。
4.2
RFID定位识别技术
无线射频识别RFID技术通过无线射频识别特定目标并读写相关数据至设定标签，针对地铁特殊的运行条件，基于RFID的信号探测技术可采用前后车应答或者车地应答的列车定位探测方法，可准确追踪和探测列车位置和距离，确保定位准确性及可靠性[3]。
4.3雷达二次测距技术
采用先进的雷达二次测距技术，实现问询、应答一体化模式，可在前方车头和后方车尾间建立通信，这样在弯曲隧道或高架段，可在车与车之间建立应答通信，以确保测距的准确和可靠，确保安全行车。
5 结束语
地铁列车辅助预警系统目前只在国内少数地铁线路应用，随着各地地铁线路的增多，运营压力的增大，為了避免信号系统故障造成的运输效率低和安全无法保证问题，列车辅助预警系统会受到足够重视，越来越多的地铁线路会引入使用该系统，以确保正常运营。
参考文献
[1] 鞠丽丽，李军，梁如军，等.地铁列车辅助追踪预警系统设计方案[J].现代城市轨道交通，2016（4）：15 -18.
[2] 郑策.列车防撞辅助预警系统的研究与实现[D].北京：北京交通大学，2015.
[3] 周巧莲.城市轨道交通列车辅助防撞系统方案研究[J].城市轨道交通研究，2014（1）：18 22.