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全年無休的捷運員工:由機場捷運看號誌系統

2016 年 09 月 21 日

「桃園機場捷運力拚今年底前通車。」只要一有桃園機場捷運的相關新聞,這句話常被重點畫記。

桃園機場捷運於 1996 年出生(計畫案通過),小名機捷,除了成長過程乖舛,更讓放羊的孩子叫它一聲師傅(六度跳票預計營運時程),社會大眾提到它也免不了一抹冷笑 —— 若是再跳票一次,難保不會出現「你機捷喔?」之類的日常用語。

桃園國際機場捷運直達車。圖片來源:桃園捷運公司
桃園國際機場捷運直達車。圖片來源:桃園捷運公司

但再怎麼說機捷仍是捷運家族的成員之一,而捷運的命脈莫過於「號誌系統」 —— 它掌管捷運如何加減速、進車站;一旦號誌失靈,小則過站、誤點,大則出軌的惡夢都會發生。

機捷正是不斷面對這些狀況,甚至不惜降速以策安全,導致無法達標原訂 6 分鐘班次間距、35 分鐘由北車至機場直達車的驗收標準,而年底通車的允諾,也是在放寬標準的情況下才有望實行。

這一篇文章我們先不論機捷究竟是先天不良(地理環境),還是後天失調(包商問題),而是回到捷運系統運作的最根本概念,分析「號誌系統」究竟對捷運有多重要,又是如何精準掌控列車進出站與指揮各列車的運作狀況呢?

列車們的總司令官 —— 號誌系統

講到台灣捷運的成長史,就得從在1996 年 3 月 28 日通車的木柵線開始說起。經過 20 多年來不斷建設、整頓,北捷至今日載客量達到 200 萬人次的輝煌成績,成爲臺北大眾運輸工具的命脈。

拿 200 萬這數字給剪票員們當一日 KPI,不少人可能會兩手一攤、打包閃人;而捷運班距十分密集,要是有什麼人為失誤,將連帶影響後面班次,若耽誤每位乘客一分鐘,乘上 200 萬倍後的損失將是無可計量 —— 因此如何以自動化的方式有效管理捷運系統,成為維繫捷運運作的要點。

在眾多捷運系統中,前面提過的「號誌系統」更能大幅提升捷運的安全及運作效率,舉凡列車開動、停靠月台,或是兩列車間距的拿捏等等,都能透過「號誌系統」進行協調。目前全世界各國盛行的號誌系統為「號誌通訊式列車控制」(CBTC),而文湖線也是北捷第一個套用 CBTC 的案例。

現行的號誌控制系統即為自動列車控制系統(ATC),下面還可再細分出自動列車保護(ATP)、自動列車監督(ATS)及自動列車操作(ATO)三個子系統,並透過行控中心主電腦交換資訊,以達到即時監控列車資訊。這三項系統分職不同責任,同時彼此相輔相乘,缺少其中一項都可能引發重大失誤。

ATC 系統流程圖。圖片來源:Railway Technical Web Pages
ATC 系統流程圖。圖片來源:Railway Technical Web Pages

自動列車保護(ATP)系統透過計算坡度及路軌曲度等條件,來制定列車速度。系統主要任務是確保兩列車間的安全距離,可藉由轉徹(變換軌道)、鎖定控制列車的進路。而列車進站後,確保車門、月台門的開關也是它的管轄範圍。

自動列車監督(ATS)系統的運作相對簡單,它負責追蹤、監督各列車行駛狀況以進行調整,並隨時回傳資料給行控中心,讓行控中心人員在有緊急事件發生時能第一時間應變。而當行控中心失靈時,還能透過異地備援行控中心,手動切換控制權,盡可能減少失靈帶來的損害。

自動列車操作(ATO)系統則可把它看成一位技術熟練的虛擬駕駛員,它掌管整台列車包含加減速、轉彎及進站等動作,並在 ATP、ATS 等系統監控下選擇最安全的速度行使;簡單來說,ATP 保護系統是 ATO 操作系統的保姆,而 ATS 監督系統就像老天一樣無時無刻眷顧它們,並在緊急時刻提供完整的資訊及指令。

台北捷運行控中心工作實況。

號誌通訊 vs 傳統電路

在 CBTC 控制系統盛行前,傳統軌道控制是利用電路系統偵測列車位置及傳送速度指令。軌道電路將站與站間的軌道區分成好幾個區間,最小至 15 公尺,最大可到 457 公尺,每個區間的出入口皆有安裝阻抗塔接器(確保訊號能有效率傳播,盡量不發生反射的情況),並透過電纜連接至車站號誌設備室,構成完整迴路。

當列車進入區間時,由於車軸會導電而破壞了迴路,透過系統計算能得出列車所在位置,在知道所有列車的位置資訊後,便能傳送速度指令給各列車,完成適當的行駛路線。

傳統軌道運輸的精確度倚靠區間的大小,區間越小能測得較精密的數據;但裝置架設不易且成本高的特性,加上電子通訊技術的進步,讓 CBTC 逐漸取代傳統軌道控制。

CBTC 僅需在軌道間架設基準點來感測位置,而每個基準點也會有自己的位置資訊。當列車通過時,基準點會透過無線電將資訊傳給道旁控制系統及行控中心,道旁控制系統便會將位置資訊發送至各列車,再由 ATC 系統制定列車行駛速度、進出站等規劃,而基準點因不需倚靠電纜傳遞資訊,比起傳統軌道控制可大量架設,進而提高列車偵測的精度。

CBTC 運作過程。

平常我們在搭乘捷運時,可能只在乎列車是開往台電大樓還是新店,或是讚嘆新店線和淡水線在中正紀念堂站能無縫接軌地轉乘;但捷運系統不同於馬路,自動化程序是先講究安全的情況下再追求效率,而在追求效率的狀況下,若號誌系統產生一點偏差,不僅危及車上幾百名乘客的生命安全,更可能癱瘓整個捷運系統當下的運作。

機捷身為一項重大政策,背負著政治、工程、觀光等層面的責任,但一定得遵循「安全至上」的準則進行分配,不可為了達標而貿然開通,也不能因契約、包商等問題而擺爛到底。

我們就來期待這位剛成年的弟兄,有沒有辦法在今年年底前公開亮相吧!

參考資料:


老闆學校講座國際場

《硬體創新點子出來後,然後呢?/ New idea for hardware comes up, and then?》

新創團隊或許都曾面臨相同的問題:如何面對國際市場的廣大與不同?尤其硬體創新團隊更面臨實體銷路、通路等問題。身為硬體創新小團隊,要如何在沒太多資源的情況下,以小蝦米之身對抗大廠鯨魚?然而,或許我們也看到不少國外硬體新創團隊成功走出一片天,難道國際團隊就真的比較吃香?

另一方面,自從 IoT、Maker 技術一詞大量被搬上檯面後,似乎人人都可以透過軟體、改變製造技術來硬體創新,製造出又酷又炫的產品。但卻逐漸看到各種募資失敗、無法正常出貨等新聞,最終,硬體創新只是一場夢?身為小團隊在沒有大量資本下,要如何製造原型(Prototype),快速檢驗自己的想法?從點子到實現,需要花費多少時間?當團隊成功出貨後,又要如何延續之後的銷路,將商品銷售到全世界?如何再利用第一批的顧客名單?

2017 年老闆學校講座,我們邀請到專注於 VR 領域穿戴式裝置的美國新創團隊「Machina」,跨海與臺灣快速試製團隊「美鈦國際」及工研院主導的硬體媒合平台「Tripple」(快速試製中心)分別一起談論國際新創團隊是如何突破市場的界線,操作國際市場,把商品銷售到全世界,他們是怎麼從點子到概念商品化?並找到快速試製供應商?如果你也好奇,7/20 歡迎一起來和我們聊聊《硬體創新點子出來後,然後呢?》

 

首圖來源:桃園捷運公司

關於作者


Liang

PanX 實習編輯,期望能將「寫」與「做」集於一身。

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