大連地鐵信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與方案比選

摘 要：信號(hào)系統(tǒng)由正線信號(hào)系統(tǒng)和車輛段信號(hào)系統(tǒng)組成。本文根據(jù)大連地鐵1號(hào)線和2號(hào)線的運(yùn)營(yíng)要求，詳細(xì)介紹并比較了各種閉塞方式，為系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)提供了可研究性報(bào)告。

關(guān)鍵詞：ATC；列車控制；移動(dòng)閉塞

在城市軌道交通中，信號(hào)系統(tǒng)是保證列車安全、快捷、正點(diǎn)、高密度、不間斷運(yùn)行的重要技術(shù)裝備。根據(jù)大連地鐵遠(yuǎn)期2分鐘的行車間隔要求，及全線裝備安全門，對(duì)停車精度有較高的要求，因此正線信號(hào)系統(tǒng)采用完整的ATC系統(tǒng)，通常包括列車自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）、列車自動(dòng)防護(hù)子系統(tǒng)（ATP）、列車自動(dòng)運(yùn)行子系統(tǒng)（ATO）和正線計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖（CBI）子系統(tǒng)。

ATC系統(tǒng)從閉塞方式上區(qū)分主要有固定閉塞系統(tǒng)，準(zhǔn)移動(dòng)閉塞系統(tǒng)和移動(dòng)閉塞系統(tǒng)。其中固定閉塞影響了線路的使用效率，不作為本次設(shè)計(jì)的選擇對(duì)象。

目前城市軌道交通項(xiàng)目ATC系統(tǒng)廣泛采用準(zhǔn)移動(dòng)閉塞和移動(dòng)閉塞系統(tǒng)。

一、準(zhǔn)移動(dòng)閉塞系統(tǒng)

準(zhǔn)移動(dòng)閉塞方式一般是以數(shù)字信號(hào)技術(shù)為基礎(chǔ)，利用鋼軌或環(huán)線等作為車地信息的傳送載體。由于信號(hào)傳輸、處理過(guò)程的數(shù)字化，使系統(tǒng)具有信息量大，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。軌道電路可以向列車傳遞足夠用于列車連續(xù)曲線速度控制信息（包括目標(biāo)速度、目標(biāo)距離、線路狀態(tài)、線路允許速度、軌道電路標(biāo)號(hào)及長(zhǎng)度等），車載設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的連續(xù)曲線速度控制。

該系統(tǒng)減少了階梯式控制的安全保護(hù)距離對(duì)列車運(yùn)行間隔的影響，提高了列車控制的精度和行車效率，使用司機(jī)在駕駛中比較輕松，不需要進(jìn)行頻繁的制動(dòng)、牽引，可以達(dá)到較好的節(jié)能效果，提高乘客的乘坐舒適度。

二、移動(dòng)閉塞系統(tǒng)

移動(dòng)閉塞方式利用通信技術(shù)，通過(guò)車載設(shè)備、傳輸媒介與車站或控制中心實(shí)現(xiàn)信息交換，能夠?qū)崿F(xiàn)高速度、大容量的車-地雙向通信。由于沒(méi)有預(yù)先設(shè)置的閉塞分區(qū)，不以固定閉塞分區(qū)為列車追蹤的最小單元。此方式后續(xù)列車所知道的目標(biāo)距離是距前車尾部的實(shí)際距離。我國(guó)目前正在實(shí)施的上海地鐵8、9號(hào)線和廣州地鐵4、5號(hào)線等項(xiàng)目均采用了基于CBTC的移動(dòng)閉塞系統(tǒng)。

三、準(zhǔn)移動(dòng)閉塞和移動(dòng)閉塞制式比較如下

（一）區(qū)間通過(guò)能力的比較。準(zhǔn)移動(dòng)閉塞提供“跳躍”式速度—距離模式曲線，ATP的目標(biāo)點(diǎn)設(shè)置在軌道電路的邊界處；移動(dòng)閉塞系統(tǒng)提供“實(shí)時(shí)跟隨”的速度—距離模式曲線，ATP的目標(biāo)點(diǎn)始終跟隨著前行車的移動(dòng)而移動(dòng)，移動(dòng)閉塞可縮短行車間隔時(shí)間，提供比準(zhǔn)移動(dòng)閉塞更優(yōu)化的追蹤間隔，有利于ATS列車自動(dòng)調(diào)整功能、降低車輛運(yùn)行能耗、提高時(shí)刻表列車的正點(diǎn)率、應(yīng)對(duì)突發(fā)性客流，從而提升地鐵系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。

（二）列車運(yùn)行控制的比較。移動(dòng)閉塞系統(tǒng)對(duì)列車的ATP控制曲線由車載ATP/ATO計(jì)算機(jī)計(jì)算，可以根據(jù)列車自身的性能（長(zhǎng)度、制動(dòng)性能、牽引性能等）計(jì)算出最優(yōu)化的運(yùn)行曲線；準(zhǔn)移動(dòng)閉塞的ATP曲線是由地面ATP計(jì)算的，它只能根據(jù)最不利條件來(lái)計(jì)算列車的ATP曲線。因此，移動(dòng)閉塞系統(tǒng)克服了軌道電路在處理不同速度、不同制動(dòng)能力的不同類型列車時(shí)無(wú)能為力的難題，因此更有利于適應(yīng)不同性能列車的運(yùn)行，也為線網(wǎng)的互聯(lián)互通創(chuàng)造了條件。

移動(dòng)閉塞系統(tǒng)對(duì)非裝備列車（車載設(shè)備故障的列車、工程車等）提供特殊的防護(hù)進(jìn)路，能夠判別接近進(jìn)路的列車是裝備車還是非裝備車；準(zhǔn)移動(dòng)閉塞根據(jù)軌道電路的占用排列進(jìn)路，不能區(qū)分列車是裝備車還是非裝備車，非裝備車與前車之間的安全防護(hù)靠調(diào)度人員和司機(jī)來(lái)保證。

（三）列車運(yùn)行位置報(bào)告的比較。準(zhǔn)移動(dòng)閉塞的列車位置報(bào)告由物理的列車位置檢測(cè)設(shè)備來(lái)檢測(cè)，移動(dòng)閉塞是通過(guò)車載線路數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合測(cè)速設(shè)備以及地面信標(biāo)的方式來(lái)確定。一般準(zhǔn)移動(dòng)閉塞中軌道電路的長(zhǎng)度選擇在250米左右，地面報(bào)告給聯(lián)鎖或ATP的列車位置最小長(zhǎng)度為250m，移動(dòng)閉塞可以做到列車實(shí)際長(zhǎng)度加上6m的范圍，因此移動(dòng)閉塞列車定位精度更高。

（四）車—地通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋容^。移動(dòng)閉塞在全線范圍內(nèi)提供雙方向數(shù)據(jù)傳輸鏈路，而準(zhǔn)移動(dòng)閉塞僅提供地—車單方向數(shù)據(jù)鏈路（在車站區(qū)域設(shè)置點(diǎn)式車—地?cái)?shù)據(jù)鏈路）；移動(dòng)閉塞提供的ATS列車車次號(hào)跟蹤功能將由準(zhǔn)移動(dòng)閉塞的ATS車次號(hào)步進(jìn)，進(jìn)化為ATS車次號(hào)步進(jìn)與從列車傳至ATS的車次號(hào)同步校核修正功能，從而更加完善了車次號(hào)的跟蹤功能。準(zhǔn)移動(dòng)閉塞通過(guò)鋼軌向車載設(shè)備提供200bps的傳輸速率，移動(dòng)閉塞系統(tǒng)采用802.1lb的AES—CBC—128標(biāo)準(zhǔn)加密技術(shù)，最高可以提供8Mbps的傳輸速率，可以傳送車載設(shè)備狀態(tài)、列車狀態(tài)等信息，甚至可同時(shí)傳送音頻和視頻信息，為車輛狀態(tài)信息傳送至中央提供通信通道，為實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛技術(shù)預(yù)留條件。進(jìn)入21世紀(jì)后，提高服務(wù)水平將成為今后地鐵運(yùn)營(yíng)的重要發(fā)展項(xiàng)目，信號(hào)系統(tǒng)作為行車控制系統(tǒng)應(yīng)充分考慮為行車調(diào)度員和乘客提供更多、更廣泛的行車信息，提高車地傳輸信息的能力也將是信號(hào)系統(tǒng)遠(yuǎn)景發(fā)展的必然趨勢(shì)。

（五）工程運(yùn)用分析。隨著計(jì)算機(jī)、通信和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，通過(guò)采用先進(jìn)的信號(hào)控制技術(shù)，可以大大提高服務(wù)水平，更好地滿足運(yùn)營(yíng)要求。移動(dòng)閉塞信號(hào)系統(tǒng)代表了城市軌道交通領(lǐng)域信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展方向，目前移動(dòng)閉塞技術(shù)在國(guó)內(nèi)外城市軌道交通領(lǐng)域中已有大量應(yīng)用，在歐洲、美洲、亞洲的多個(gè)軌道交通項(xiàng)目已采用了基于通信的移動(dòng)閉塞ATC系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)已經(jīng)開通的武漢輕軌以及正在實(shí)施的廣州地鐵3、4、5號(hào)線，上海地鐵6、8、9號(hào)線，北京地鐵2、4、10號(hào)線均采用了基于CBTC的移動(dòng)閉塞系統(tǒng)。

（六）經(jīng)濟(jì)方面。初期建設(shè)成本方析：從國(guó)內(nèi)的幾個(gè)城市地鐵信號(hào)系統(tǒng)的招標(biāo)情況來(lái)看，基于CBTC的移動(dòng)閉塞系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多年的研究、開發(fā)與應(yīng)用，產(chǎn)品日趨成熟，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、硬件設(shè)備數(shù)量少的優(yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn)，工程造價(jià)已與準(zhǔn)移動(dòng)閉塞相當(dāng)，性能價(jià)格比更具競(jìng)爭(zhēng)力。隨著移動(dòng)閉塞信號(hào)系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各大城市軌道交通的逐漸廣泛使用，國(guó)產(chǎn)化率的逐漸提高，移動(dòng)閉塞系統(tǒng)的建設(shè)成本將會(huì)進(jìn)一步降低。

運(yùn)營(yíng)及維護(hù)成本分析：準(zhǔn)移動(dòng)閉塞ATC系統(tǒng)的車—地信息傳輸基于軌道電路，軌旁設(shè)備多，維修工作量大，移動(dòng)閉塞軌旁設(shè)備的安裝不僅對(duì)軌道道床、鋼軌、牽引回流等沒(méi)有要求而且安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，維護(hù)工作量小。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，準(zhǔn)移動(dòng)閉塞所占的市場(chǎng)份額將逐步被基于CBTC的移動(dòng)閉塞系統(tǒng)所取代，信號(hào)設(shè)備的專用性也會(huì)導(dǎo)致準(zhǔn)移動(dòng)閉塞的備品備件價(jià)格隨著供貨商新開或保留備品備件生產(chǎn)線而產(chǎn)生的費(fèi)用逐年增加。

四、結(jié)語(yǔ)

基于CBTC的移動(dòng)閉塞系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，代表著城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展方向，能實(shí)現(xiàn)較短的行車間隔，能為本線儲(chǔ)備較大的運(yùn)能，更有利于線路通過(guò)能力的充分發(fā)揮，比準(zhǔn)移動(dòng)閉塞系統(tǒng)更簡(jiǎn)潔、更靈活、更高效。在采用成熟可靠的軌道區(qū)段檢查設(shè)備（軌道電路、計(jì)軸等）作為列車檢測(cè)的后備手段后，是一種較好的控制系統(tǒng)方案。

總之，準(zhǔn)移動(dòng)閉塞ATC系統(tǒng)和基于CBTC的移動(dòng)閉塞系統(tǒng)均可滿足大連地鐵的運(yùn)營(yíng)要求，根據(jù)目前各大信號(hào)公司的ATC系統(tǒng)的情況，以及世界各國(guó)軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的建設(shè)情況、各系統(tǒng)設(shè)備的性價(jià)比、系統(tǒng)設(shè)備的生命周期成本等情況，原則上大連地鐵1號(hào)線和2號(hào)線的信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備在上述各ATC系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇，并優(yōu)先考慮采用基于CBTC的移動(dòng)閉塞系統(tǒng)。