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摘 要：目前城市轨道交通一般采用移动闭塞的 CBTC 信号系统，信号机的显示意义被弱化。但在降级模式下，信号机作为必要的安全运行条件之一，依然有重要现实意义。文章在城市轨道交通中引入绿黄灯和蓝灯显示，新增绿黄灯指示单个闭塞区间空闲，新增蓝灯指示 CBTC 模式，并进一步对各个应用场景进行分析，讨论了绿黄灯显示信号和蓝灯显示信号在城市轨道交通正线的应用，为信号机在城市轨道交通中的应用提供一种新方案。
关键词：城市轨道交通;信号系统;闭塞区间;信号机显示;绿黄灯;蓝灯
中图分类号：U284.11
目前城市轨道交通一般采用基于通信的列车自动控制信号系统（CBTC），CBTC系统根据列车之间的距离和进路条件自动控制列车运行。自动运行的列车不依靠司机进行人工控制，信号机的显示意义被大大弱化。但在降级模式下，司机主要依靠信号机的显示目视行车，信号机作为安全运行条件之一，依然有重要意义。
城市轨道交通信号机的设置和功能定义从铁路信号机发展而来，但城市轨道交通与铁路相比，具有其特殊性。目前，城市轨道交通信号机的显示定义一般采用红灯、绿灯、黄灯和引导（红黄）信号的组合[1-2]。由于城市轨道交通一般采用移动闭塞的CBTC信号系统，正常运营时，车载信号设备基于移动闭塞自动控制列车，这种情况下传统的绿灯信号机无法区分CBTC自动运行列车和允许通行的人工驾驶列车。同时，当信号机出现故障灭灯时，司机无法观察到信号机的显示，容易误闯信号机，造成很多不必要事故的发生[3]。因此，如何设计信号机的显示方案，并让其更好地为城市轨道交通服务显得尤为重要。
1 城市轨道交通信号机分类
中国交通运输协会已在《城市轨道交通CBTC信号系统行业技术规范》[4]系列标准（以下简称“标准”）中对信号机的设置进行规定：正常控制方式下，室外灭灯;点式列车控制级别的降级控制方式下，室外亮灯。
根据标准中的要求，目前国内主流的信号机分类方式有2种：①按布置位置分类，主要包括出站信号机、进站信号机、道岔防护信号机、区间信号机和线路终端信号机、进段信号机和出段信号机;②按照信号机机械结构进行分类，主要包括单显示信号机、双显示信号机、三显示信号机、四显示信号机和五显示信号机。
一般而言，单显示信号机主要用在线路终端，双显示信号机主要用在线路区间无岔区域，五显示信号机主要用在出入段线设置了双黄灯显示和双绿灯显示的信号机位置处。三显示和四显示信号机则情况比较复杂，各个城市根据自身特点有不同的布置方式，一般可能布置在道岔防护位置、出入段线和区间等位置。
虽然标准中通过灭灯区分了CBTC模式和点式列车控制模式，但并未对点式模式下信号机灯色显示进一步进行说明。因此本文在城市轨道交通的信号显示方案中引入绿黄灯和蓝灯，提供另一种解决方案。
2 绿黄灯和蓝灯显示方案
目前，城市轨道交通信号机的显示含义定义如下[5]。
（1）绿色灯光：表示道岔已锁闭，并开通直向，准许列车按规定速度运行。
（2）黄色灯光：表示道岔已锁闭，并开通侧向，准许列车按规定的限制速度运行。
（3）红色灯光：不准列车越过信号机，列车在信号机前停车。
（4）红色灯光+黄色灯光：表明开放引导信号，准许列车以不大于规定的速度（如25 km/h）越过该架信号机并随时准备停车。
可在城市轨道交通信号机的显示定义基础上增设绿黄显示信号和蓝灯显示信号，定义如下。
（1）绿灯+黄灯：允许信号，运行前方仅1个闭塞分区空闲，至下一个信号机的进路已锁闭且开通直向道岔，要求列车减速缓慢通过信号机并注意随时停车。
（2）蓝灯：CBTC信号显示，指示司机当前驾驶车辆为CBTC自动控制列车，列车将根据移动授权进路自动行驶。
绿黄灯和蓝灯显示定义是从铁路信号定义发展而来的，相较于传统城市轨道交通信号机显示定義，增设绿黄灯和蓝灯有很多现实意义。
当列车为CBTC自动控制列车时，司机并不依赖于信号机的显示状态行车。引入蓝灯显示，即是将灭灯、点灯的2种显示状态变成蓝灯、非蓝灯、故障灭灯的3种显示状态。不仅通过蓝灯显示区分了人工驾驶列车和CBTC自动控制列车，同时也用灭灯指示信号机出现灯丝故障无法亮灯。
当列车为人工驾驶列车时，绿灯显示指示前方2个闭塞区间空闲，绿黄显示指示前方1个闭塞区间空闲，且绿灯和绿黄灯开放的条件均需锁闭进路，实际上是允许司机通过当前绿灯后，还能低速通过前方绿黄显示的进路接车信号机，而不至于有安全风险。
因此，增设绿黄显示信号机可取消防护区段，大大简化了室外信号机、计轴和轨道区段的布置，节省了信号设备的采购成本和维护成本。同时，相较于红灯显示的进路接车信号机，司机开过绿灯还保持随时准备停车的状态，也相对提高了列车通行效率。
红灯信号作为禁止信号，为防止列车冒进红灯，需设置信号机有源信标。之前通常做法是采用双红灯原则，每架信号机后设置保护区段。列车冒进红灯时，读取信号机关联的有源信标信息，触发紧急制动，并停在保护区段内。因此，实际上列车允许冒进1次红灯，如图1所示。
增加绿黄灯显示，红灯信号机将作为绝对禁止冒进的信号。为防止列车冒进，需移动信号机关联的有源信标，将紧急制动的停车点包络在信号机外侧方向，如图2所示。
3 场景讨论
3.1 控区为CBTC模式
信号机所在控区为CBTC模式，当无列车接近控区内信号机时，即信号机接近区段为空闲或信号机外方区域内无车接近，这2种情况信号机均为蓝灯，如图3场景1所示。中央调度员或司机瞭望此信号机即可判断此时控区为CBTC模式，所有设备均为正常状态。
当CBTC自动控制列车接近此控区内前方信号机，信号机的显示状态不应影响CBTC列车运行，因此也统一显示为蓝灯，如图3场景2所示。列车1和列车2均为CBTC自动控制列车，此时前方信号机为蓝灯显示，司机在此场景可忽略信号机显示，由信号系统自动控制列车运行。
信号机所在控区为CBTC模式，当人工驾驶列车接近控区内信号机时，即列车进入前方信号机接近区段，进路未锁闭，信号机显示为红灯。进路锁闭且开放直向道岔，信号机将根据进路内闭塞区间的占用信息进行显示。前方2个闭塞区间空闲，则显示绿灯，如图4场景3所示;前方仅1个闭塞区间空闲，则显示绿黄灯，如图4场景4所示。
进路锁闭且开放侧向道岔，信号机显示黄灯，当道岔侧向进路用于折返时，人工驾驶列车逆行轨道一般不被允许，因此折返进路接车信号为红灯显示，如图5场景5所示。当道岔侧向进路用于正常方向发车时，则根据闭塞区段占用信息判断信号机显示，如图6场景6所示。
当列车为CBTC下的人工驾驶模式时，司机通过瞭望信号机即可判断列车前方控区占用状态和进路授权状态。前方信号机显示为红灯，即知列车进路未被授权，司机将严格按照红灯信号机的定义保证不越过信号机。前方信号机显示为绿灯，即知进路状态为直向，且可正常越过。前方信号机显示为绿黄灯，即知进路状态为直向，但需保持限速并小心驾驶随时准备停车。前方信号机显示为黄灯，即知进路状态为侧向，需按照过岔限速通过。从信号机的显示状态即可指示列车通行。
3.2 控区为后备模式
控区为后备模式，控区内所有的列车均为人工驾驶的列车，CBTC自动控制列车无法进入后备模式控区，信号机将根据进路锁闭条件进行点灯显示。
进路锁闭且开放直向道岔，信号机将根据进路内闭塞区间的占用信息进行显示。前方2个闭塞区间空闲，则显示绿灯，如图7场景7所示;前方仅1个闭塞区间空闲，则显示绿黄灯，如图7场景8所示。进路未锁闭的闭塞区段，信号机应全部显示为红灯。进路锁闭且开放侧向道岔，则信号机显示黄灯，如图8场景9所示。
控区为后备模式时，信号机的显示将作为司机驾驶列车的重要依据，从列车运行的角度，完全可以通过信号机辅助中央调度电联司机的方式来保证运营。人工驾驶列车时，CBTC控区与后备模式控区保持一致。
3.3 从CBTC控区进入后备控区
CBTC自动控制列车从CBTC控区进入后备控区时，移动授权仅能延伸到控区边界位置，为继续通过控区边界，司机需要在控区边界信号机前停车，并将列车降级到点式人工模式（iATP）或限制人工模式（RM），同时调度需要办理进入后备控区的接车进路，进路锁闭，控区边界信号机才能开放，根据前方区段占用情况点亮绿灯或绿黄灯，如图9场景10所示，否则控区边界信号机将保持红灯显示。由于上行线的区间边界信号机归属于CBTC控区，因此可以显示为蓝灯，如图9场景11所示。
3.4 从后备控区进入CBTC控区
iATP或RM人工驾驶模式从后备控区进入CBTC控区时，为满足绿灯信号的显示定义，控区边界信号机的绿黄信号状态和黄灯信号状态将送到相邻控区，此时绿灯开放的条件是前方闭塞区段空闲以及下一架信号机为允许信号，如图10场景12所示。
4 结束语
本文将铁路信号机中常见的绿黄灯显示和蓝灯显示的概念引入城市轨道交通，讨论城市轨道交通信号机绿黄灯显示和蓝灯显示的意义，并简要阐述绿黄灯和蓝灯的显示方案，并对其应用场景进行讨论。从列车运行的角度，可以通过信号机辅助中央调度电联司机的方式来保证运营，增强了司机的判断依据，也提高了运行效率，为城市轨道交通的信号机设置提供一种新的思路。
参考文件
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[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50157-2013 地铁设计规范[S]. 2013.
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收稿日期 2019-05-08
责任编辑 胡姬 |
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发表于 2022-2-27 19:46:42