智能列車管理將降低成本

1 目標(biāo)

歐洲列車控制系統(tǒng)（以下簡稱ETCS）將于未來15～20年內(nèi)在英國啟動，人們所期望的顯著的節(jié)能可能由此實現(xiàn)，根據(jù)克里斯·杰克遜的研究，先進的交通管理理念能夠提高潛在鐵路網(wǎng)容量、節(jié)約能源并提高乘客滿意度。

英國國家鐵路網(wǎng)（以下簡稱NR）未來列車和運行控制系統(tǒng)（Future Train & Operational Control Systems）主任安德魯·西門子認(rèn)為：“我們需要良好的數(shù)據(jù)信息來最大限度地利用鐵路網(wǎng)?！?/p>

上個月，西門子在哥本哈根舉行的2011年信號和列車控制世界運輸論壇（Global Transport Forum’s Signalling & Train Control）大會上發(fā)言，指出運輸部幾年前擬定的英國鐵路部門的高優(yōu)先級（包括更安全、更大容量、使用低碳能源和更低的成本）和以消費者利益為核心的鐵路在指揮和控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立了“明晰的關(guān)系”。

西門子描繪了數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的綜合圖景，包括整個交通管理、智能列車運行和高品質(zhì)客戶信息，以安全層面為中心建立整合的移動授權(quán)、聯(lián)鎖和列車檢測系統(tǒng)。他對此目標(biāo)的實現(xiàn)充滿信心，但是各系統(tǒng)會根據(jù)經(jīng)營效益、既有基礎(chǔ)設(shè)施條件和技術(shù)開發(fā)速度以不同的節(jié)奏發(fā)展。他認(rèn)為問題的關(guān)鍵在于無論是經(jīng)濟資源還是物理資源是否都可以被利用。西門子堅持說：“我們想要去哪是毫無疑義的，唯一的問題是我們?nèi)绾蔚竭_目的地?！?/p>

西門子認(rèn)為，ETCS在未來幾年中的發(fā)展方向是將ETCS應(yīng)用于大部分英國鐵路網(wǎng)。“我們的優(yōu)勢在于沒有需要替換的老化的ATP系統(tǒng)。”并補充說未來對“模塊安全系統(tǒng)”的投資將基于全生命周期案例。然而，他認(rèn)為目前鐵路現(xiàn)有經(jīng)濟模型工具還不夠先進來使我們充分了解系統(tǒng)所能帶來的收益。

NR目前正與列車運營公司合作，審查并修改歐洲委員會在2007年10月根據(jù)控制、指揮和信號TSI提出的全國ETCS執(zhí)行計劃（NIP）。需對英國NIP進行修改以反映對威爾士線路早期試點開發(fā)方案的延誤情況，同時調(diào)整投資重點、技術(shù)發(fā)展方向以及大幅度節(jié)約成本的時機來支持此項投資。對ETCS配置修改后的商業(yè)案例將交至鐵路法規(guī)辦公室，預(yù)計會成為NR制定其控制周期5年（自2014年4月1日始的五年內(nèi)）目標(biāo)及資金需求的一部分。

2 高成本的實驗

英國鐵路部門已經(jīng)開始積累ETCS 2級的實際運行經(jīng)驗，開發(fā)了將近8年的威爾士電子數(shù)據(jù)系統(tǒng)（EDS）終于在3月28日投入使用。西門子承認(rèn)試點工程已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些“早期挑戰(zhàn)”，這些挑戰(zhàn)會影響NR的未來戰(zhàn)略。

2003年，前英國策略鐵路局（Strategic Rail Authority）批準(zhǔn)了此項工程，該工程包括修建218 km的大型單軌線路,并需對20世紀(jì)90年代初的24型158動車組和用于維修的3種機車以及專用列車進行改裝。安薩爾多STS（Ansaldo STS）在2006年獲得了一項合同，但直到2010年10月夏利—普爾黑利的初始35 km區(qū)段才投入使用（RG 12.10 p11）。

負責(zé)這條線路運行的來自Arriva威爾士鐵路公司（以下簡稱ATW）的運行和安全經(jīng)理皮特·里帕德說：“盡管我們已經(jīng)取得了很多成功，但一些缺點還是依然存在的?！彼嬖V代表們盡管NR、ATW和安薩爾多STS之間有著緊密聯(lián)系，NR已經(jīng)成為地面和車載設(shè)備安裝的工程管理者。

里帕德承認(rèn)：“我們一直在努力，而且我們一定要做得更好?！彼嘎读薊TCS全面應(yīng)用之后，在3月28日后的五個星期內(nèi)準(zhǔn)點率由先前的90%降到了平均62%。雖然已經(jīng)發(fā)生了6次“越過危險信號”（列車以超過移動授權(quán)（LMA）的速度運行）事故，但ATP每次都成功地進行了速度干預(yù)。里帕德不建議在會讓線上設(shè)置中間閉塞點和LMA，因為會讓線會給司機帶來“想要通過的思維橋梁”。

改裝陳舊列車已經(jīng)成為目前存在的問題之一，大多數(shù)晚點原因都歸咎于ETCS在下一環(huán)線重新設(shè)置之前，列車需要以40 km/h而不是140 km/h的速度降級運行很長一段距離。無法由RBC控制的“迷失的”列車已經(jīng)從運行線被轉(zhuǎn)移至馬漢萊斯車輛段內(nèi)。威爾士線路被認(rèn)為是最早應(yīng)用ETCS系統(tǒng)的，列車被直接“運行”至2級系統(tǒng)而不使用傳統(tǒng)的途中信號設(shè)備或站段的信號設(shè)備。

里帕德指出，80年代安裝了無線令牌電子閉塞后，威爾士線路就變得“非常簡單”，雖有液壓泵安裝座，但沒有固定信號機和軌道電路。EDS和ETCS一樣都有計軸器和電源點。他總結(jié)說：“我們已經(jīng)花了1億英鎊把我們簡單的鐵路變得復(fù)雜些。”無論如何，ETCS的引進為充滿活力的英國鐵路提供了“很有價值的經(jīng)驗”。

3 工程在全國范圍內(nèi)實施

盡管威爾士EDS正在使用SRS 2.3.0版本并將在適當(dāng)時候升級至2.3.0d版本，但西門子強調(diào)未來ETCS的配置取決于Baseline 3規(guī)范的有效性，此規(guī)范預(yù)計于2012年底出版。NR還需要分組交換技術(shù)來處理高密度地區(qū)的大量數(shù)據(jù)，因此他不確定GSM-R是否可用。根據(jù)威爾士項目和歐洲其他地區(qū)的經(jīng)驗，他認(rèn)為ETCS的引進需對運行和信號規(guī)則進行調(diào)整以使效率最大化。

他希望看到ETCS的引進工作能與正在進行的工作（即：使用具有模塊邏輯的標(biāo)準(zhǔn)軌道布局的NR模塊信號工程）協(xié)調(diào)進行， “使控制軟件能自動確認(rèn)和驗證，并使對預(yù)設(shè)工程的需求減少到最低限度”。舒茲伯利—克魯線和伊利—諾斯威奇線的第一期模塊信號工程預(yù)計于2012年完工。西門子說，為了提高兼容性和降低成本，NR將在未來的聯(lián)鎖系統(tǒng)中同ProRail一樣采用INESS標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)修改后的NIP，ETCS的安裝工作預(yù)計從大西部正線開始，置換80年代試點項目安裝的現(xiàn)已廢棄的BR ATP。原計劃是使ETCS與倫敦—布里斯托—加的夫的電氣化設(shè)備相匹配，但假如保留HST設(shè)備且多數(shù)貨運機車使用這條線路，在2018年底前改裝1 800輛機車是不切實際的。因此，NR預(yù)計在2014～2018年之間重新設(shè)置帕丁頓—布里斯托線路上的4顯示色燈信號機，使用ETCS—現(xiàn)有的由泰晤士河谷信號控制中心控制的聯(lián)鎖裝置系統(tǒng)。ETCS的鋪設(shè)工程將于2019年中期完成，在初期新型列車將使用ETCS-2級系統(tǒng)。所有列車的改裝和置換工作完成后，先前的信號機將于2025～2026年拆除。

2018～2021年后東海岸正線將安裝ETCS-2級系統(tǒng)。ETCS同時也將用于二級線路，置換下列線路上仍然使用的大量的小型人工信號箱，如構(gòu)成新興戰(zhàn)略貨運鐵路網(wǎng)一部分的伊利—彼得伯勒—萊斯特線、巴羅—沃金頓—卡萊爾線、彼德伯格—林肯—頓卡斯特線或格蘭瑟姆—斯利福德—波士頓線。廣泛應(yīng)用ETCS預(yù)計會降低一億歐元的年運營成本，但這需要同時更換大量80年代生產(chǎn)的動車組，目的是最小化陳舊列車的改裝工作。

盡管一直打算把威爾士線路作為試點工程，里帕德認(rèn)為ETCS-2級的應(yīng)用對于鄉(xiāng)村鐵路來說“過于工程化”，這同時也體現(xiàn)了西門子的觀點，他認(rèn)為ETCS-3級在許多情況下可能更為合適。盡管很少有供應(yīng)商能夠滿足ETCS-3原則（以無線報告取代地面列車定位系統(tǒng)），但歐洲鐵路運輸管理系統(tǒng)在瑞典的區(qū)域試驗（RG2.10 p40）一直都有著良好收益。拆除所有地面設(shè)備有助于進一步降低安裝和運營成本。從更長遠角度來看，最初設(shè)計的ETCS-3的移動閉塞容量還可以向其他線路提供容量并提高收益。

4 智能鐵路

但是對于西門子來說，ETCS只是向未來鐵路邁出的第一步和智能交通運輸管理前景的延伸。他的目標(biāo)是創(chuàng)造具有強大沖突算法的“先進控制系統(tǒng)”，“進行周密的進路排列并提供實時計劃，從而使鐵路日常運行更容易”，而且這些功能必須是“高度自動化”的。西門子確認(rèn)NR正在對未來將協(xié)助列車運行的“大約10個”鐵路網(wǎng)管理中心的建設(shè)和裝備進行投標(biāo)。

西門子解釋說，最優(yōu)鐵路運營成功的關(guān)鍵在于使用共享數(shù)據(jù)，如果基礎(chǔ)設(shè)施管理者和所有列車作業(yè)員對“正在發(fā)生著什么”有著同樣的認(rèn)識，收益就會成倍增長，包括在正常運行和非正常運行期間向消費者提供他們所迫切需要的實時信息。

已經(jīng)確認(rèn)至少有28項“業(yè)務(wù)功能”將包含其中，西門子堅持認(rèn)為智能鐵路概念“不是工程解決方案”，而是可以提供明確的商業(yè)收益的。例如，他指出更多地應(yīng)用司機提示系統(tǒng)可以提高列車操控性能并降低能源消耗。假如英國鐵路業(yè)目前在能源上的花費為每年4億歐元，則早期使用獨立系統(tǒng)的應(yīng)用者可以得到10%的“非常有價值的”節(jié)能，并補充說使用DAS“即使在沒有ATP的情況下也不會對安全運行產(chǎn)生不利影響”。

盡管一些系統(tǒng)已經(jīng)提供了臨時限速（BG 2.11 p50）的輸入數(shù)據(jù)，目前使用的大多數(shù)提示系統(tǒng)是獨立系統(tǒng)，列車儲存靜態(tài)線路設(shè)施數(shù)據(jù)和固定限速。下一步將隨情況變化使“實時連續(xù)更新數(shù)據(jù)”成為可能，西門子確認(rèn)“我們正著眼于相互協(xié)調(diào)”以實現(xiàn)此功能。認(rèn)為通過協(xié)調(diào)列車運行和基礎(chǔ)設(shè)施管理可以再實現(xiàn)5%的節(jié)能，包括優(yōu)化速度和在“沖突區(qū)域”使用智能算法管理接近繁忙的鐵路樞紐的列車。

5 邁向全面自動化

盡管西門子認(rèn)為在正線鐵路上使用的ATO還很少，將自動排列進路、敵對進路解決方案和司機提示系統(tǒng)整合為單一的交通運輸管理系統(tǒng)打開了列車自動運行的大門。NR目前正致力于使穿過倫敦中心的泰晤士跨城市連線中心自動化，期望這里的列車容量從20列/h提高至24列/h。他確認(rèn)NR計劃采用ATO覆蓋ETCS，使用信息包44傳輸增加的數(shù)據(jù)信息，并透露此工程正處于“招標(biāo)階段”， NR明年的重點工作是司機提示單元的試點實施項目。

ATO功能是NR計劃在其赫特福德北部集成設(shè)備站HNIF研究的幾種列控技術(shù)之一，HNIF將設(shè)置在脫離倫敦北部ECML的環(huán)線上。西門子證實基礎(chǔ)設(shè)施管理者正在為既有雙線改為兩條平行線招標(biāo)，其中一條線路允許在非高峰時刻用于測試。

HNIF將于2013年7月進行調(diào)試，在GWML開始安裝前，HNIF將用于確保不同生產(chǎn)商生產(chǎn)的車載和地面ETCS設(shè)備的互連互通性。此設(shè)備起初的配置為2.3.0d版本的SRS，前提是其在生效時立即提供基線3的升級版本。NR計劃為其試驗列車的裝備租用雙系統(tǒng)313型動車組。

為了確保ETCS設(shè)備在GWML和ECML上使用，西門子表示HNIF將在2013～2014年后用于與GSM-R信息包轉(zhuǎn)換技術(shù)的試驗中。泰晤士聯(lián)線ATO試驗將在2014～1015年左右進行，希望ETCS-3級在2015～2016年時開始進行試驗。