城際鐵路與地鐵信號系統(tǒng)互聯(lián)互通方案研究

城際鐵路與地鐵信號系統(tǒng)互聯(lián)互通方案研究

作為支持城市圈網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，軌道交通是城市圈協(xié)調(diào)配合的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是城市圈交通體系的骨干。構(gòu)建結(jié)構(gòu)完善、布局合理、互聯(lián)互通的軌道交通網(wǎng)絡(luò)，對都市圈融合發(fā)展具有重要意義。特別是城際鐵路與地鐵的互聯(lián)互通，能夠縮短沿線乘客出行時(shí)間、降低出行成本；能有效利用存量資產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域軌道交通一體化運(yùn)營；可實(shí)現(xiàn)車輛檢修、線路維修資源共享，完善生產(chǎn)力布局，滿足軌道快線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開展運(yùn)營維護(hù)、列車救援的需要。目前城際鐵路信號系統(tǒng)主要采用CTCS-2+ATO系統(tǒng)，而地鐵信號系統(tǒng)多采用CBTC系統(tǒng)，二者均為運(yùn)用多年的成熟技術(shù)，但其系統(tǒng)架構(gòu)、功能、接口等均存在一定差異，無法支持城際鐵路與地鐵之間的過軌運(yùn)營。因此，研究不同制式下信號系統(tǒng)的兼容性十分必要。城際鐵路與地鐵信號系統(tǒng)互聯(lián)互通主要存在如下問題：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范適應(yīng)性；兩系統(tǒng)功能適應(yīng)性；CBTC和CTCS系統(tǒng)為滿足互聯(lián)互通的技術(shù)可行性；行車調(diào)度指揮系統(tǒng)協(xié)調(diào)；互聯(lián)互通方案可實(shí)施性；引起的投資及風(fēng)險(xiǎn)分析等。信號系統(tǒng)包含子系統(tǒng)較多，本文主要針對對互聯(lián)互通影響較大的列控系統(tǒng)和行車調(diào)度指揮系統(tǒng)進(jìn)行分析，提出解決方案及比選分析。1連接系統(tǒng)的連接分析1.1珠三角城際鐵路國內(nèi)城際鐵路主要采用CTCS系列信號系統(tǒng)，如：長吉城際、青榮城際、海南西環(huán)、長株潭等均采用CTCS-2級列控系統(tǒng)；已建和在建的珠三角城際鐵路全部采用CTCS-2+ATO信號制式，其中廣佛肇、莞惠、廣清最高速度均為200km/h，廣佛肇、穗莞深分別與國家鐵路廣茂、廣深鐵路實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)互通。國內(nèi)地鐵信號系統(tǒng)主要采用CBTC系統(tǒng)，均為單線運(yùn)營，采用乘客換乘方式完成線網(wǎng)內(nèi)各線路間的客流交互。采用CTCS系列信號系統(tǒng)與采用CBTC系統(tǒng)的線路，若實(shí)現(xiàn)過軌運(yùn)營，需要研究實(shí)現(xiàn)方案。1.2軌旁設(shè)備配置方案1：列車上安裝1套車載設(shè)備，與CBTC及CTCS-2級列控系統(tǒng)信息接收、發(fā)送終端分別配置接口。該方案將CBTC及CTCS系統(tǒng)車載核心運(yùn)算融合，布置于統(tǒng)一的硬件平臺(tái)，提高了車載設(shè)備的集成度。正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)支持CBTC和CTCS模式列車的混合運(yùn)行。城際/市域列車運(yùn)行在ATO/ATPM駕駛模式下，按照移動(dòng)閉塞方式運(yùn)行。軌旁設(shè)備布置以CTCS系統(tǒng)為主，采用CTCS列控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范，可根據(jù)跨線運(yùn)行的國體列車車載設(shè)備要求，布設(shè)速差式自動(dòng)閉塞區(qū)間信號機(jī)。同時(shí)增加CBTC所需的車地?zé)o線通信設(shè)備，滿足車地信息傳輸要求。方案2：列車上安裝2套獨(dú)立的車載設(shè)備，在接駁站（或區(qū)間）進(jìn)行車載設(shè)備切換。其中車載設(shè)備的切換又可以分為人工切換與自動(dòng)切換2種。人工切換通過加裝電氣開關(guān)，實(shí)現(xiàn)2套車載間的切換，切換需停車完成，整個(gè)切換流程均需人工確認(rèn)；自動(dòng)切換通過在切換區(qū)前布設(shè)預(yù)告應(yīng)答器來完成，具體實(shí)現(xiàn)方式可類比自動(dòng)過分相的處理流程。該方案地面設(shè)備也需要進(jìn)行調(diào)整，接駁站聯(lián)鎖按一套進(jìn)行配置，分別配置列控中心（及區(qū)域控制器）與接駁站聯(lián)鎖接口。進(jìn)路辦理均由CTC或地鐵ATS系統(tǒng)觸發(fā)，列車的行車許可通過列控中心及區(qū)域控制器分別發(fā)送。方案3：改造地面設(shè)備，根據(jù)貫通運(yùn)營需求，在CTCS-2線路疊加CBTC軌旁設(shè)備，或在CBTC線路疊加CTCS-2軌旁設(shè)備。該方案下列車車載設(shè)備無需切換，但軌旁設(shè)備需根據(jù)通過列車的車載設(shè)備，采用相匹配的方式發(fā)送行車許可。1.3車輛接口方案方案1可兼容CBTC與CTCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)城際線與地鐵線的互聯(lián)互通，僅安裝1套車載設(shè)備，對既有車輛改造相對較容易。同時(shí)，采用兼容系統(tǒng)可有效提高系統(tǒng)能力，更好地滿足客流需求，實(shí)現(xiàn)更小的追蹤間隔、縮短旅行速度。此外，還可進(jìn)一步考慮實(shí)現(xiàn)GoA4級的自動(dòng)化水平，提高全線運(yùn)營水平。但該方案車載設(shè)備與既有車載設(shè)備的區(qū)別較大，對既有車輛接口調(diào)整較大，研發(fā)內(nèi)容較多，研發(fā)周期無法估計(jì)，并且目前國內(nèi)外均無開通項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)可借鑒。方案2能夠?qū)崿F(xiàn)CBTC與CTCS-2級列控系統(tǒng)的互聯(lián)互通，2套車載設(shè)備相對獨(dú)立，研發(fā)內(nèi)容較少，對需要互聯(lián)互通的線路改造工程量較小，整體系統(tǒng)簡單，可行性較高，并且該方案有國外項(xiàng)目開通經(jīng)驗(yàn)可以學(xué)習(xí)借鑒。但該方案對車載設(shè)備安裝條件要求較高，需對2套車載設(shè)備安裝方式及與車輛接口等內(nèi)容進(jìn)行研究。方案3中CTCS-2線路疊加CBTC軌旁設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)CBTC列車跨線至城際線運(yùn)營的需求（CBTC線路疊加CTCS-2系統(tǒng)情況由于股道有效長等土建因素?zé)o法實(shí)現(xiàn)，不再具體討論），但需對互聯(lián)的全部城際線路進(jìn)行改造，投資過大。并且由于該方案下CBTC車輛與CTCS車輛混跑時(shí)，行車許可由不同軌旁設(shè)備下發(fā)，需進(jìn)一步研究確保行車安全的相關(guān)措施。1.4投資比較等因素以上方案均能夠滿足城際鐵路與地鐵互聯(lián)互通的需求，但綜合技術(shù)研發(fā)周期、工程實(shí)施難度、項(xiàng)目投資比較等因素，暫推薦采用兼容CBTC與CTCS的系統(tǒng)方案。但還需對該方案進(jìn)行深入分析，包括不同制式的切換時(shí)機(jī)、車載設(shè)備共享分析、既有車輛接口變更分析、軌旁設(shè)備布置原則、司機(jī)切換流程、切換故障處理、車載設(shè)備與車輛接口、降級系統(tǒng)方案、車地?zé)o線通信方案等技術(shù)問題。2總線設(shè)備連接系統(tǒng)的分析2.1ctc系統(tǒng)：綜合綜合調(diào)度服務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用1）城際鐵路采用調(diào)度集中控制（CTC）系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)參照鐵路總公司現(xiàn)行《列車調(diào)度指揮系統(tǒng)（CTCS）、調(diào)度集中系統(tǒng)（CTC）組網(wǎng)方案和硬件配置標(biāo)準(zhǔn)（暫行）》（運(yùn)基信號[2009]676號），配置數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用、接口等各類服務(wù)器，以及調(diào)度員工作站、復(fù)示終端、系統(tǒng)維護(hù)終端，網(wǎng)絡(luò)及信息安全、通信質(zhì)量監(jiān)督、城際列車自動(dòng)駕駛（ATO）等功能接口設(shè)備。CTC系統(tǒng)完成基本行車指揮、運(yùn)營調(diào)整（階段計(jì)劃）管理、進(jìn)路自動(dòng)控制、調(diào)度命令管理、城際列車運(yùn)行監(jiān)視及站場圖形顯示、綜合信息服務(wù)、施工信息管理、系統(tǒng)維護(hù)管理、仿真驗(yàn)證等主要功能。2）地鐵線路采用自動(dòng)列車監(jiān)控（ATS）系統(tǒng)，作為ATC系統(tǒng)的一個(gè)重要子系統(tǒng)，ATS子系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)對高密度、大流量的城市軌道交通運(yùn)輸進(jìn)行自動(dòng)化管理和調(diào)度，是一個(gè)綜合的行車指揮調(diào)度控制系統(tǒng)。其主要功能包含編制運(yùn)行圖、根據(jù)運(yùn)行圖自動(dòng)辦理列車進(jìn)路、自動(dòng)調(diào)整列車運(yùn)行間隔、必要時(shí)可以人工介入調(diào)整列車間隔、記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)等。為了實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通線路的統(tǒng)一行車調(diào)度指揮，提出如下具體解決方案。2.2ctc與cbtc的接口方案1：地鐵與城際行車指揮系統(tǒng)分別設(shè)置，CTC系統(tǒng)與ATS系統(tǒng)分別完成城際鐵路與地鐵的行車調(diào)度指揮，同時(shí)增加ATS與CTC之間的接口，實(shí)現(xiàn)ATS與CTC系統(tǒng)間信息透明。該方案需研究開發(fā)ATS與CTC系統(tǒng)間的接口形式，具體可參考CTC系統(tǒng)局間接口。方案2：全部線路納入城際運(yùn)輸指揮系統(tǒng)CTC統(tǒng)一管理。這種管理可實(shí)現(xiàn)線網(wǎng)的統(tǒng)一調(diào)度指揮，有利于全網(wǎng)的運(yùn)輸組織協(xié)調(diào)，但CTC與CBTC列控系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)等接口均需對應(yīng)修改，存在一定的工作量。此外CTC系統(tǒng)在運(yùn)行自動(dòng)調(diào)整、調(diào)度指揮方面，如扣車、跳停、運(yùn)行圖調(diào)整等功能，仍需進(jìn)一步強(qiáng)化。方案3：全部線路納入地鐵行車指揮系統(tǒng)ATS統(tǒng)一管理。ATS系統(tǒng)雖然可以同時(shí)控制多條線路，實(shí)現(xiàn)線網(wǎng)級的行車調(diào)度指揮功能，但目前國內(nèi)各城市軌道交通項(xiàng)目中，ATS基本只負(fù)責(zé)本線路的行車指揮，采用線網(wǎng)級ATS系統(tǒng)進(jìn)行行車調(diào)度指揮尚無先例。2.3ctc或ats系統(tǒng)方案1通過研發(fā)ATS與CTC系統(tǒng)的接口功能，能夠?qū)崿F(xiàn)一體化運(yùn)營管理，并且仍舊保持2種制式下的運(yùn)營管理模式不發(fā)生重大改變，僅需研發(fā)系統(tǒng)接口。由于兩系統(tǒng)對車輛的描述方式不一致，接口能夠?qū)崿F(xiàn)部分車輛顯示，但運(yùn)行圖（列車時(shí)刻表）的統(tǒng)一編制、調(diào)整仍難以實(shí)現(xiàn)。我國早期建設(shè)地鐵項(xiàng)目部分采用了CTC系統(tǒng)，例如北京八通線。但隨著城市軌道交通項(xiàng)目對于列車運(yùn)營管理需求的逐步提高，行車調(diào)度指揮功能需求逐漸增加，如運(yùn)行圖自動(dòng)調(diào)整、運(yùn)行圖沖突檢查等。目前的CTC系統(tǒng)逐漸不能滿足城市軌道交通項(xiàng)目的行車調(diào)度指揮需求。待未來智能CTC系統(tǒng)逐漸發(fā)展，完善相關(guān)功能后，方案2也可作為推薦方案。目前ATS系統(tǒng)尚未有運(yùn)用于線網(wǎng)指揮的實(shí)例，重慶地鐵互聯(lián)互通線路之前正在進(jìn)行基于ATS對線網(wǎng)級指揮的調(diào)度系統(tǒng)實(shí)施，但是所管線線路均為CBTC線路，無CTCS線路；并且CTCS系統(tǒng)按鐵總頒布技術(shù)條件運(yùn)營多年，若按照方案3方式修改CTCS系統(tǒng)軌旁設(shè)備來配合ATS系統(tǒng)，存在較多問題。2.4統(tǒng)間接口根據(jù)分析，推薦采用方案1，即地鐵與城際鐵路行車指揮系統(tǒng)分別設(shè)置，系統(tǒng)間接口實(shí)現(xiàn)信息透明。該方案僅為推薦過渡方案，同時(shí)未來進(jìn)一步研究地鐵與城際鐵路行車指揮系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)配合功能，例如運(yùn)行圖自動(dòng)調(diào)整、運(yùn)行圖沖突檢查等，逐步提高城際鐵路與地鐵一體化運(yùn)營管理的自動(dòng)化、智能化水平。3信號系統(tǒng)的互聯(lián)互通隨著京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)等都市圈的發(fā)展，城際鐵路逐步向公交化過渡，實(shí)現(xiàn)城際鐵路與地鐵的互聯(lián)互通是未來技術(shù)的發(fā)