信号系统故障情况下的RM模式行车法研究.pdf

论坛园地信号系统故障情况下的RM模式行车法研究郭子兴，马宝奎，李征？（1.北京市地铁运营有限公司运营四分公司，北京1 0 2 2 0 6；2.北京市地铁运营有限公司调度指挥中心，北京1 0 0 0 35）摘要：北京作为全国首个拥有地铁的城市，对地铁运营延误时长有严格规定，将延误5min以上事件定为内控事故，2 0 2 3年延误原因统计中，信号系统故障占比6 4%。在信号系统严重故障采取电话闭塞法维持运行时，繁琐的人工作业程序和列车逐一通行方式将大幅降低线路行车效率，导致列车长时间迫停区间无法运营，造成站台大量乘客滞留。文章围绕北京地铁1 5号线车辆、线路区段，通过测算列车最小安全距离、区段可视距离，研究线路在信号系统严重故障情况下，采取RM行车的适用性，并选取不同线路区段和运行间隔，模拟信号系统故障情况下分别采用电话闭塞法和RM行车法运行，计算不同行车组织模式的延误情况。关键词：地铁；信号系统故障；RM；行车组织；延误中图分类号：U2921引言地铁信号系统采用基于通信的列车自动控制（CBTC）方式，其主要由列车自动防护（ATP）、列车自动监控（A T S）、列车自动驾驶（ATO）、计算机联锁（CI）等子系统组成，是行车组织和列车运行自动化系统的核心，具有超速防护、自动驾驶、自动调整行车间隔等功能。地铁信号系统发生故障时，轻则使列车施加紧急制动，重则导致故障区段列车长时间迫停区间无法运营，行车调度无法通过ATS确定列车位置、道岔状态。第一作者：郭子兴，男，工程师遇站间区间轨道区段故障，列车无法按进路闭塞法行车时，为维持列车运行，通常采用的措施为电话闭塞法，即相邻车站通过电话进行联系，以电话记录号码为依据，实现同一区段、同一时段只允许单独一组列车运行。由于行车调度从确认、调整列车位置到完成调度命令发布的时间较长、车站办理人工接发车作业流程繁琐、列车运行速度不得超过50 km/h、同一区段只允许一组列车运行等条件，导致执行电话闭塞法后列车运行延误较大。为减少延误，快速开通正线，国内主要通过取消电话闭塞法书面调度命令、优化行车调度确认列车位置过程、提高限制运行速度等方式优化通行能力，本文主要研究故障区段使用限制位人工驾驶模式（RM）行车法替代电话闭塞法的适用性及效果。2主主要规则和实施流程2.1主要规则RM行车法是在无法使用进路闭塞法行车时，在确保安全系数的前提下，为维持连续运营，基于车载ATP和人工控制，最大化提高运输能力的行车方式，其主要规则如下。（1）除调车、折返作业时，故障区段地面信号机需停用。（2）对于无法建立RM的列车，司机须采用非限制人工驾驶模式（NRM）运行，列车速度不得超过2 5km/h。（3）中心及车站无法通过信号设备确认故障区段内的道岔位置时，列车运行中遇道岔，应在道岔前一度停现代城市轨道交通9/2 0 2 3MODERNURBANTRANSIT107论坛园地信号系统故障情况下的RM模式行车法研究车，确认道岔开通方向正确后，以不超过1 5km/h越过该道岔。（4）使用RM行车，需保证安全行车间隔，为便于司机观察，根据线路百米标设置列车运行间隔不得小于100m，当列车运行间距小于1 0 0 m时应立即停车。如遇紧急情况时应及时采取紧急制动措施，并向行车调度报告。2.2实施流程行车调度在判断无法按进路闭塞法行车后，会同故障区段内设备集中站综控人员确认故障情况及影响范围，并与列车司机确认车载设备情况。向司机、综控人员发布执行RM行车调度命令，命令车站综控人员确认区间道岔位置正确且锁闭，令迫停故障末端区段列车降级NRM或RM驶出故障区段。3行车间隔的确定使用RM行车，需保证列车的安全行车距离，以确保当遇前方线路有停留车辆时能够避让且不发生相撞，因此判断车辆、线路条件是否满足RM安全行车要求，需计算分析各区段可视距离是否大于列车最小安全间隔。3.12列车最小安全间隔计算3.1.1计算方法列车制动过程大致分为2 部分：第一部分是从开始实施制动到全列闸瓦压上车轮这一瞬间的空走过程，列车在此过程中靠惯性力运行所走的距离即空走距离；第二部分是闸瓦压上车轮到列车停止的过程，即有效制动距离。使用“相撞模型”计算列车最小安全间隔，如图1所示，假设前方列车停止于运营线上，后方列车采取紧速度后方列车紧急制度距离后方列车前方列车距离图1 列车紧急制动“相撞模型”108MODERNURBANTRANSIT912023现代城市轨道交通急制动停车，后方列车从发现并施加紧急制动到列车停止时两车刚好相触碰，则有：Smin=V.T+S,+Sk式（1）中，V为后方列车初速度，m/s；T 为司机反应时间，S；S,为空走距离，m；Sk 为有效制动距离，m。3.1.2计算实例司机反应时间是指从潜在危险出现的时刻到司机开始采取措施的时间段。研究表明，司机危机感知时刻是影响紧急制动反应时间的重要因素，司机感知到危险的紧急制动平均反应时间为0.5 1 s。地铁车辆按照地铁车辆通用技术条件（GB/T7928-2003）相关技术规格进行设计，分为A、B2 种车辆类型，其最大常用制动平均减速度不低于1.0 m/s，紧急制动平均减速度不低于1.2 m/s。实际制动距离需考虑列车制动缸性能、线路曲线半径、坡道等多种影响因素。以北京地铁1 5号线车辆为试验对象，该车为B型DKZ31列车，初速度2 5km/h条件下，按照GB/T7928-2003中减速度的规定，平直区段紧急制动距离约为2 5m，考虑坡度条件，下行孙河至马泉营区段，坡度26.073%，紧急制动距离约为35m。为确保运行安全，取司机平均反应时间2 s，代入公式（1)，列车最小间隔为54.32 m时，两车刚好相触碰，即为列车最小安全间隔。实际RM行车中，当列车实际速度超过2 5km/h时将自动施加最大常用制动，故列车实际运行速度平均保持在2 0 2 2 km/h，紧急制动距离将会相应缩短。3.2各区段可视距离计算3.2.1计算方法列车在直线区段运行时，视距大于2 0 0 m，能够保障列车安全运行。列车在隧道曲线区段运行时，受空间结构及曲线半径影响目视范围减小，又因疏散平台设置前方列车在线路左侧，故司机视距最不利点为列车在单线隧道最小曲线半径区段右转时，视线相切于隧道内壁所能看到的距离，此时视距若大于列车最小安全间隔，则判定线路、车辆条件满足RM行车法。单线隧道建筑结构分为矩形、圆形和马蹄形，司机视野随列车速度提高而变窄，当车速为40 km/h时，视野范围为90 1 0 0，可满足司机在单线隧道内的视线夹角。不同隧道视距如图2、图3所示。根据城市轨道交通工程设计规范（DB11/995-(1)信号系统故障情况下的RM模式行车法研究论坛园地单线圆形隧道建筑限界直径宜为52 0 0 mm，马蹄司机视距司机视点曲线半径R线路中线一曲线内侧加宽值Bmaxi直线区段行车右侧至线路中心线距离WR注：为司机位置到曲线圆心和司机视线在隧道内壁切点到曲线圆心的夹角。图2 矩形隧道司机视野司机视距隧道内壁司机视点线路中线隧道中线注：为司机位置到曲线圆心和司机视线在隧道内壁切点到曲线圆心的夹角。图3圆形、马蹄形隧道司机视野2013），单线矩形隧道直线区段建筑限界如表1 所示。曲线区段行车方向左侧建筑限界通常通过减小疏散平台宽度来满足要求，不再调整隧道的宽度，右侧建筑限界以直线隧道列车设备限界控制点为基础，通过测算偏移量进行加宽。表1 单线矩形隧道直线区段建筑限界位置A型车B型车行车方向右侧限界至线路中心线距离2200行车方向左侧限界至线路中心线距离（设2500纵向辅助疏散平台）行车方向左侧限界至线路中心线距离（无纵向辅助疏散平台）形隧道建筑限界需结合地质条件、管线设备布置位置确定，曲线区段均通过隧道中心向线路中心线内侧偏移的方法代替隧道加宽。隧道内壁根据地铁设计规范（GB50107-2013）中加宽、偏移算法，测算不同隧道建筑结构曲线内侧建筑限界宽度。单线矩形隧道曲线区段司机视距：=arcsin(h/s)AB,=Yk cos+Zk sin-YmaxR-WR+max(AB,)a=arccosR2元RS=180式（2）式（5）中，h为轨道超高值，mm；s 为滚动圆间距，mm，取值1 50 0 mm；（Yk，Zk）为列车设备限界各控制点坐标值，mm；Ym a x 为列车设备限界控制点横坐标最大值，mm；W R 为行车右侧限界至线路中心线距离，mm；A B,为曲线隧道内侧加宽值，mm；S为司机视距，m；R 为区段曲线半径，m。曲线半径R单线圆形、马蹄形隧道曲线区段司机视距：d=hoX sin隧道中线水平移动量d(R-d)-WRa=arccosR-d2元(R-d)S=180式（6）中，d为隧道中线水平移动量，mm；h o 为区段曲线半径，m。3.2.2计算实例按照北京地铁1 5号线车辆设备限界、隧道建筑限界，列车设备限界控制点坐标如表2 所示，矩形隧道行车方向右侧隧道宽2 1 0 0 mm，圆形隧道直径52 0 0 mm。mm为便于分析，R取困难地段最小值2 50 m，h 取最大值120mm，h 取隧道半径，设司机处于列车司机室中点位置，代入公式（2）（8）。2100计算得出，矩形最小曲线半径隧道视距为6 8.49m，2.400圆形最小曲线半径隧道视距为7 2.1 1 m。由计算结果可知，1 5号线曲线区段可视距离大于列车最小安全间隔，21002.000(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)适用RM模式行车。当出现可视距离不满足列车最小安全间隔的曲线区现代城市轨道交通9/2023MODERNURBANTRANSIT109论坛园地信号系统故障情况下的RM模式行车法研究模拟计算列车出清故障区段延误和后续列车间隔。为便于计算，将人工作业延误设为定值，具体数值表2设备限界控制点坐标值控制点坐标0YK0Z3 868控制点坐标5YK1460147614851500Z3 475段时，为保证运营安全，按照道岔防护模式，在驶人该曲线区段前停车，确认前方无停止列车后通过。4交延误时间的计算分析2 种行车组织模式相较于图定运行时刻的延误，能够直观反映线路阻塞程度和通行服务能力。4.1计算方式故障区段示意如图4所示。相较列车在车站x的图定发出时刻，执行电话闭塞法或RM行车法后，列车通过故障区段的延误分为列车到达故障区段时延误、运行延误及站停延误，相应的计算公式有：Dar=ti,-T,IZ(t.s-T.s),n E NDstopx=1Z(fr-1.R-T,-1),n E NaDrunx=2Dum=m,L-Tm,=Dar+Dsop+Drun式（9）式（1 2）中，Dsum为列车通过故障区段总延误，s；D a r r 为列车到达故障区段时的延误，s；D r u n 为列车在故障区段的运行延误，S；D s t o p 为列车在故障区段的站停延误，S；n为自运行方向起，故障区段内车站编号；t，IVtn,L、t n，s 为列车在第n站实际到达、发车、站停时间，S；T n,I、T n,L、T,s 为列车在第n站图定到达、发车、站停时间，s；t n-1,R 为列车在第n-1区段实际运行时间，s；T,-1.R为列车在第n-1区段图定运行时间，S。4.2算例验证选取北京地铁1 5号线下行石门至花梨坎（站间平均长度3.55km），崔各庄至望京西（站间平mm均长度1.90 km）2 区段，区段示意如图5、图6 所示，121 0281126 13001396386838183 70567”338430441929(9)(10)(11)(12)343 6078车站1出站信号机区段1图4故障区段示意图下行花梨坎下行望京西如下：（1）两站一区段行车调度从确认、调整列车位置到完成电话闭塞发令延误时长为6 min，故障影响每增加一区段，发令延误时长则增加1 min；（2）行车调度从确认故障范围到完成发布RM行车发令延误时长为1 min；（3）车站综控员能够在列车站停时间内完成接发车流程，人工接发车作业延误为0；（4）电话闭塞法和RM行车法区间最大运行速度分别为45km/h、2 0 k m/h。如图7 所示，设信号系统故障突发时列车2 在望京站/后沙峪站，故障前各次列车均无延误，区间防护信号机故障。运行方向车站2车站-出站信号机-区段2后沙峪南法信图5石门-花梨坎区段示意图望京望京东图6 崔各庄望京西区段示意图出站信号机区段-1石门上行崔各庄上行110MODERNURBANTRANSIT9/2023现代城市轨道交通信号系统故障情况下的RM模式行车法研究论坛园地发车间隔3min13s发车间隔2min以2 min运营间隔，崔各庄至望京西、四站三区段故障为例，按照延误计算公式，各次列车运行过程如表3、表4所示。按照同样模拟方式计算，代人2 min运行间隔和1 5号线运营图TS2004、列车最小间隔3min13s，分别模拟两站一区段、三站两区段、四站三区段故障，采用不同行车组织方式，延误如表5、表6 所示。4.3时间延误分析分析延误时间可知：（1）R M 行车法无需行车调度确认列车位置，响应时间快，首辆列车驶出故障区段延误小；（2）电话闭塞法发令时间长，后续列车因需等待前方列车出清，会持续增加延误时间，若发生行车调度无法快速确认列车位置，或车站人工作业无法在图定站停时间内完成等情况，延误将进一步扩大；（3）R M 行车法对运行间隔小于5min、故障区段平均间隔小于3km的区段延误减缓明显，且运行间隔越短，延误减缓效果越大；（4）对于长、大区段故障，RM行车法因限速较低导致效果不明显，故障长时间持续时，行车调度将采取抽车、故障区段前折返等方式，延长故障区段发车间隔，使RM模式行车通行效率降低，迫停列车可按照RM模式运行至前方站，到站列车改按电话闭塞法组织行车。一运行方向关庄望京西一运行方向国展花梨坎一运行方向关庄望京西一运行方向国展花梨坎图7 故障突发时各次列车位置示意图5结语在信息系统故障情况下，RM行车法能够避免行车调度确认列车位置耗时，维持列车运行，缓解乘客情绪，并有效降低运行延误。在实施应用阶段，一方面，要研判线路曲线半径、车辆技术参数、道岔位置等边界条件。另一方面，要针对行车调度发令、车辆操纵、手信号要求等各项作业环节风险进行辨识管控。与此同表3电话闭塞法故障区段各流程用时及延误min列车流程详情行车调度令NRM/RM驶出故障区段行车调度从确认、调整列车位置到完成发令运行至望京西站望京西站站停驶出故障区段总计行车调度调整列车位置至望京站进站前运行至望京站望京站站停（等待前车出清）运行至望京西站望京西站站停驶出故障区段总计行车调度调整列车位置至望京东站望京东站站停（等待前车出清）运行至望京站望京站站停（等待前车出清）运行至望京西站望京西站站停驶出故障区段总计后续列车通过故障区段间隔望京后沙峪望京后沙峪望京东南法信望京东?南法信崔各庄石门崔各庄石门流程用时流程延误8.007.173.120.970.83011.958.132.0006.336.333.953.123.120.970.83016.2310.421.17011.4510.622.650.651.300.473.120.970.83020.5212.704.62马泉营顺义马泉营顺义现代城市轨道交通9/2023MODERNURBAN TRANSIT111论坛园地信号系统故障情况下的RM模式行车法研究参考文献时，RM模式行车法主要基于车载ATP表4RM行车法故障区段各流程用时及延误min列车流程详情行车调度令NRM/RM驶出故障区段行车调度确认列车位置到完成发令运行至望京西站望京西站站停驶出故障区段总计行车调度确认列车位置到完成发令运行至望京站望京站站停运行至望京西站望京西站站停驶出故障区段总计行车调度确认列车位置到完成发令运行至望京东站望京东站站停运行至望京站望京站站停运行至望京西站望京西站站停驶出故障区段总计后续列车通过故障区段间隔表5运行间隔3min13s时各次列车延误分析两站一区段列车望京一望京西图定用时3.8 2电话延误RM延误6.133.627.203.458.273.459.333.45后续列车驶出故障区段间隔4.28两站一区段列车后沙峪一花梨坎图定用时4.2 2电话延误RM延误7.207.509.737.0812.277.0814.807.08后续列车驶出故障区段间隔5.75系统和人工控制方式进行运行，缺少技流程用时流程延误一1.005.600.837.431.005.120.835.600.8313.381.003.150.835.120.835.600.8317.37望京东一望京西图定用时6.57电话延误RM延误7.133.627.736.578.336.578.936.573.223.82三站两区段南法信一花梨坎图定用时9.1 0电话延误RM延误8.207.5010.7310.6315.7516.8520.7716.853.228.23术防范措施。结合智慧地铁发展模式，未来可融合司机行为感知监测、地铁导0.17航辅助等先进系统，通过采用监测感3.45知、人工智能、无线传输网络、运行信0息辅助等技术，实现运行中列车状态的3.62在线监测、预警提示、处置决策支持和1.00人工远程支援等功能，从源头降低安全3.12风险。03.4507.571.001.9803.1203.4509.552三站两区段3.223.221GB/T7928-2003地铁车辆通用技术条件S.20032DB11/995-2013城市轨道交通工程设计规范S.2013.3GB50157-2013地铁设计规范S.2013.4】胡玉山.轨道交通联锁设备故障情况下行车组织方式的探索J.科技信息，2 0 1 2（9)：1 38，1 6 2.5】李文威.广州地铁七号线电话闭塞min四站三区段崔各庄一望京西图定用时9.6 2电话延误RM延误9.133.628.737.5710.207.5711.677.574.683.22四站三区段石门一花梨坎图定用时1 2.47电话延误RM延误9.207.5011.7314.3516.7519.0321.7722.288.233.22112MODERNURBANTRANSIT912023现代城市轨道交通信号系统故障情况下的RM模式行车法研究论坛园地表6 运行间隔2 min时各次列车延误分析两站一区段列车望京一望京西图定用时3.8 2电话延误RM延误6.133.628.423.4510.703.4512.983.45后续列车驶出故障区段间隔4.28两站一区段列车后沙峪一花梨坎图定用时4.2 2电话延误RM延误7.207.5010.957.0814.707.0818.457.08后续列车驶出故障区段间隔5.75法的优化措施研究 .技术与市场，2 0 2 1，2 8（4)：47-49.6】吴斌，朱西产，沈剑平.基于自然驾驶数据的驾驶员紧急制动行为特征 J.同济大学学报（自然科学版)，2 0 1 8，4 6（1 1)：1 5 1 4-1 5 1 9，1 5 3 5.7王玮.基于驾驶员动态视觉的视距分析 D.云南昆明：昆明理工大学，2 0 1 0.8高士杰，温朋哲，徐道亮.A型车地铁限界设计 1 .天津建设科技，2 0 1 9，2 9（S1)：1 0 9-1 1 2.9】王帆.地铁信号故障导致列车追尾分析及预防对策.城市轨道交通研究，2 0 1 4，1 7（8)：4 9-5 2.10叶伟勇.地铁信号故障时三种电话闭塞间隔模式的适用性分析 1 .城市轨道交通研究，2 0 1 6，1 9（1 1)：99-102.1朱奎斌.广州地铁五号线信号轨旁ATP、无线故障处理及行车组织探讨 J.黑龙江交通科技，2 0 1 9,42(1):162-164.12靳添舟.轨道交通非典型信号故障处置原则探析 .黑龙江交通科技，2 0 2 0，4 3（2)：2 2 8-2 2 9.13康馨，马伟.信号系统故障下地铁行车组织方案 1 .科技风，2 0 1 8（3 6)：1 2 0.收稿日期2 0 2 3-0 4-2 4责任编辑安小璟min三站两区段四站三区段望京东一望京西图定用时6.5 7崔各庄一望京西图定用时9.6 2电话延误RM延误7.133.625.337.578.126.5711.938.572.003.82三站两区段南法信一花梨坎图定用时9.1 0电话延误RM延误8.207.5011.959.8715.7016.4521.9316.852.008.23Research on RM mode driving method under signalGuo Zixing,Ma Baokui,Li ZhengAbstract:As the first city in China to have a metro,Beijing has strict regulations on the delay time of metrooperations,and classifies an event with a delay of morethan 5 minutes as an internal control incident.In thedelay cause statistics in 2023,signal system failuresaccounted for 64%.When the signal system is seriouslymalfunctioning and the telephonic block method isadopted to maintain operations,the cumbersome manualoperation procedures and the one-by-one train passagemode will greatly reduce the efficiency of line operation,which results in a long-time operation suspension of thetrain,and a large number of stranded passengers on theplatform.This paper takes Beijing metro line 15 as anexample,studies the applicability of restricted manualdriving mode(RM)in the case of severe signal systemfailure on the line by measuring train minimum safetydistance and section visual distance,selects differentline sections and operating intervals,simulates theoperation using telephonic block method and RM modetrain operation method under information system faults,and calculates the delay situation of different operationorganization modes.Keywords:metro,signal system failure,RM,operationorganization,delay现代城市轨道交通9/2023MODERNURBANTRANSIT113电话延误8.1310.4212.7014.982.004.62四站三区段石门一花梨坎图定用时1 2.4 7电话延误RM延误9.207.5012.959.8716.7016.4522.9318.302.008.23systemfailureRM延误3.627.577.577.572.002.00