城際鐵路信號系統(tǒng)設(shè)計方案研究

陳建

引言：針對城際鐵路交通信號系統(tǒng)討論了信號系統(tǒng)適用的幾種方案?？紤]到工程實際條件，從運營需求、系統(tǒng)功能、實施難度等方面對幾種信號系統(tǒng)方案進行了對比，最后對城際鐵路信號的發(fā)展提出了展望。

一、城際軌道交通特點

城際軌道交通正線線路長度一般控制在100km以內(nèi)，車站平均站間距5~10km。目前規(guī)劃的幾大城際軌道交通網(wǎng)與城市軌道交通相比，雖然同為軌道交通，但有著“區(qū)域自成網(wǎng)絡(luò)，公交化服務(wù)，客流量大”的實際特點，具體表現(xiàn)如下：

1.建設(shè)工程時間緊，一般工期為24個月。

2.雙線分方向獨立運營，右側(cè)行車。

3.一般實現(xiàn)公交化運營方式，高峰時段每隔大約3min發(fā)出一趟，密度和市內(nèi)的地鐵相當。

4.采用4輛或6輛車編組。

5.全線同時開行不同速度目標值的列車，最高速度可達200km/h，以滿足不同客流需要。

6.部分車站設(shè)有越行線，快速列車可在此越行低速列車。

7.部分列車需根據(jù)運營交路考慮在整個線網(wǎng)的跨線運營。

8.線路涵蓋地下、地面及地上高架段，各車站站臺區(qū)域均裝設(shè)有屏蔽門/安全門，信號系統(tǒng)應(yīng)具備車門、屏蔽門/安全門的開關(guān)監(jiān)控功能。

9.考慮站停時間要求，降低司機勞動強度，信號系統(tǒng)應(yīng)具備自動運行及精確停車功能。

二、正線信號系統(tǒng)方案

城際軌道交通工程條件及運營模式較特殊，系統(tǒng)制式和設(shè)備應(yīng)本著“充分考慮運營需求，滿足功能需求，立足于應(yīng)用成熟的標準體系和系統(tǒng)設(shè)備，兼顧工期要求”的原則進行選型。目前可供選擇的正線信號系統(tǒng)主要包括：城市軌道交通運用的點式固定閉塞、準移動閉塞、移動閉塞信號系統(tǒng)；國有鐵路運用的以C2列控系統(tǒng)為核心的信號系統(tǒng)和歐洲干線鐵路應(yīng)用的以ETCS-1級列控系統(tǒng)為核心的信號系統(tǒng)。

（一）城市軌道交通信號系統(tǒng)方案

城市軌道交通運用的信號系統(tǒng)其技術(shù)較為先進，一般均有完整的列車自動控制（ATC）系統(tǒng)，可供選擇的系統(tǒng)方案主要包括以下3類：固定閉塞方式的點式ATC系統(tǒng)、準移動閉塞方式的ATC系統(tǒng)和基于通信的移動閉塞ATC系統(tǒng)（CBTC系統(tǒng)）。

1.固定閉塞方式的點式ATC系統(tǒng)。按車-地通信方式劃分，國內(nèi)已投入運營的城市軌道交通固定閉塞系統(tǒng)可分為點式和連續(xù)式2種類型。相對于通過軌道電路傳遞信息的連續(xù)式系統(tǒng)，點式系統(tǒng)主要通過應(yīng)答器實現(xiàn)車-地信息傳輸。連續(xù)式固定閉塞系統(tǒng)因技術(shù)相對落后且軌旁設(shè)備較多，目前在選型中已基本不再考慮。

2.準移動閉塞方式的ATC系統(tǒng)。此類系統(tǒng)一般采用數(shù)字式音頻無絕緣軌道電路（或增加感應(yīng)電纜環(huán)線方式）作為列車占用檢測和ATP信息傳輸媒介，具有較大的信息傳輸量和較強的抗干擾能力。通過軌道電路的發(fā)送設(shè)備向車載設(shè)備提供目標速度、目標距離、線路狀態(tài)（曲線半徑、坡道等數(shù)據(jù)）等信息，ATP車載設(shè)備結(jié)合固定的車輛性能數(shù)據(jù)計算出適合本列車運行的速度-距離曲線，保證列車在速度-距離曲線下有序運行，提高了線路的利用率。

3.基于通信的移動閉塞ATC系統(tǒng)（CBTC系統(tǒng)）。此類系統(tǒng)采用交叉感應(yīng)電纜、漏纜、裂縫波導管或擴頻電臺等通信方式實現(xiàn)車-地間雙向?qū)崟r的數(shù)據(jù)傳輸。車載設(shè)備通過自身的測速傳感器（測速電機或雷達）計算列車的準確位置，使地面信號設(shè)備可以得到每一列車連續(xù)的位置信息和列車運行的其他信息，并據(jù)此計算出每一列車的運行權(quán)限，動態(tài)更新，發(fā)送給列車。列車根據(jù)接收到的移動授權(quán)和自身的運行狀態(tài)計算出控制列車運行的速度曲線，以確保列車不超越現(xiàn)有的移動授權(quán)點。

（二）國有鐵路信號系統(tǒng)方案

國有鐵路運用的信號系統(tǒng)主要是以C2或ETCS-1級列控系統(tǒng)為核心的信號系統(tǒng)。

1.以C2列控系統(tǒng)為核心的信號系統(tǒng)。

CTCS是參照歐洲列車控制系統(tǒng)（ETCS）制定的我國現(xiàn)代鐵路列車控制系統(tǒng)的簡稱。C2列控系統(tǒng)主要應(yīng)用于國鐵運行時速250km及以上的新建客運專線和既有提速至160km以上時速的鐵路干線，是基于軌道電路和點式信息設(shè)備（應(yīng)答器）傳輸信息的列車運行控制系統(tǒng)。

2.以ETCS-1級列控系統(tǒng)為核心的信號系統(tǒng)。

ETCS系統(tǒng)根據(jù)鐵路功能需求和運用條件配置基本結(jié)構(gòu)，從應(yīng)用角度分為4級（0~3級）。ETCS-1級是基于點式傳輸?shù)牧熊嚳刂葡到y(tǒng)，可在既有信號系統(tǒng)上疊加使用，各種移動授權(quán)在地面生成，通過歐洲應(yīng)答器（Eurobalise）傳送給列車。ETCS-1級信號系統(tǒng)有采用歐洲點式應(yīng)答器和采用點式應(yīng)答器+歐洲環(huán)線2種方式。這2種方式均通過應(yīng)答器給出移動授權(quán)，由軌道電路檢查列車完整性和所在的位置。ETCS-1級信號系統(tǒng)在歐洲鐵路的實際運用中，可滿足250 km/h及以上的速度要求。

三、方案比選

（一）運營速度。從運行速度角度分析，國有鐵路應(yīng)用速度較高，按鐵道部相關(guān)規(guī)定，C2列控系統(tǒng)可滿足250 km/h及以上的運行速度， ETCS-1級列控系統(tǒng)在歐洲干線鐵路也可滿足250km/h及以上的速度要求，國內(nèi)已開通的京津城際即采用了這種系統(tǒng)，最高運行速度可達到350km/h。城市軌道交通應(yīng)用的各種類型信號系統(tǒng)中，目前國內(nèi)外應(yīng)用的最高運行速度為120km/h。點式ATC系統(tǒng)其車-地通信主要通過應(yīng)答器實現(xiàn)，歐標應(yīng)答器在最高運行速度500km/h條件下，可保證數(shù)據(jù)的高可靠傳輸，其主要硬件可滿足運行速度需要，但其軟件及部分車載設(shè)備無法直接滿足200km/h運行速度的要求。準移動閉塞系統(tǒng)目前其軌道電路信息定義、系統(tǒng)應(yīng)用軟件均針對最高速度120km/h及以下設(shè)計，無法適應(yīng)200km/h運行速度的要求。CBTC系統(tǒng)目前最高應(yīng)用速度為120km/h。

（二）運營模式。國有鐵路的運營模式中，不同速度車輛的混跑較為普遍。國內(nèi)城市軌道交通運營模式一般均無越行作業(yè)，正線車輛按發(fā)車順序追蹤運行。近年來，為提高中長距離服務(wù)質(zhì)量，縮短重要出行點之間直達時間，國內(nèi)部分城市也開始效仿巴黎、紐約、東京等國外城市軌道交通模式，開始建設(shè)快慢車混合運行的城市軌道交通線路。正在實施的北京地鐵6號線即為快慢車混合運行線路。對城際軌道交通確定的快慢車混合運營模式，國有鐵路及城市軌道交通信號系統(tǒng)均具備一定的應(yīng)用基礎(chǔ)。

（三）系統(tǒng)功能需求。為滿足站停時間要求，降低司機勞動強度，在列車信號系統(tǒng)上裝備ATO子系統(tǒng)是城際軌道交通的重點應(yīng)用功能和下一步發(fā)展趨勢。

四、結(jié)束語

本文結(jié)合城際軌道交通發(fā)展現(xiàn)狀，討論了信號系統(tǒng)的方案設(shè)計，為城際軌道交通信號系統(tǒng)設(shè)計提供參考。隨著未來城際軌道交通路網(wǎng)規(guī)劃的日趨完善和軌道交通信號系統(tǒng)技術(shù)水平的不斷提高，信號系統(tǒng)的建設(shè)方案也會更加成熟完善。

參考文獻

[1]林瑜筠，城市軌道交通信號[M].北京：中國鐵道出版社，2008.

[2]張慶賀，朱合華，莊榮等.地鐵與輕軌[M].北京：人民交通出版社，2006.