城際軌道交通列車運行控制系統(tǒng)方案研究

魏群

摘 要：社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展推動了城市群的形成與發(fā)展，隨之對城市群內(nèi)部的交通結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。城際鐵路成為解決城市群內(nèi)部和外部交通問題的重要手段。本文以北京平谷線為例，根據(jù)平谷線的實際需求，提出城際軌道交通列控系統(tǒng)的方案，即CTCS-2+ATO列控系統(tǒng)，介紹列控系統(tǒng)組成和功能特點，為城際軌道交通建設(shè)提供方案。

關(guān)鍵詞：列控系統(tǒng);CTCS-2系統(tǒng);ATO系統(tǒng);功能需求

中圖分類號：U239.5文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）07-0113-03

Abstract： The development of society and economy has rapidly promoted the formation and development of urban agglomeration， which puts forward higher requirements for the internal traffic structure of urban agglomeration. Intercity railway has become an important means to solve internal and external traffic of urban agglomeration. This paper took the Beijing Pinggu Line as an example. According to the actual needs of the Pinggu Line， CTCS-2+ATO train control system for the intercity rail transit system was proposed. The composition and implementation features of CTCS-2+ATO were introduced. It is hoped that the train control system will provide a scheme for the construction of intercity rail transit.

Keywords： train control system;CTCS-2 System;ATO System;functional requirements

1 研究背景

我國處于城市化的加速階段，人口和經(jīng)濟活動大規(guī)模、快速地向城鎮(zhèn)聚集，城市地域大幅度擴展，形成了珠三角、長三角、京津冀等城市群，有效帶動了周邊區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展[1]。然而，城市群的形成對區(qū)域內(nèi)部的交通結(jié)構(gòu)提出了更高的要求，目前的交通結(jié)構(gòu)已經(jīng)無法滿足城市群區(qū)域內(nèi)部大量客流的需求。為實現(xiàn)城市群內(nèi)部1～2 h的交通圈，加強區(qū)域內(nèi)部交流，城際鐵路以其密集度高、速度快、客流量大、公交化的運營特點成為區(qū)域內(nèi)部交通的重要支柱。

在城市群發(fā)展和規(guī)劃中，城際鐵路的建設(shè)應(yīng)被列入優(yōu)先發(fā)展的主題，以加快城市群之間的溝通發(fā)展。目前，珠江三角洲地區(qū)的城際鐵路正在加速建設(shè)當(dāng)中，根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，至2030年，珠江三角洲地區(qū)城際鐵路將覆蓋縣級以上城市[2]。同時，京津冀地區(qū)的首條區(qū)域快線平谷線也正在規(guī)劃建設(shè)當(dāng)中，城際鐵路的建成，將大大加速城市群內(nèi)部城市之間的交流，帶動沿線地區(qū)的經(jīng)濟建設(shè)，緩解交通壓力[3]。

城市群的迅速發(fā)展帶動城際鐵路的發(fā)展。作為城市群建設(shè)的重點，城際鐵路具有巨大的發(fā)展空間。但是，就我國目前城際軌道交通的核心——列控系統(tǒng)而言，尚未形成一套成熟的方案。本文以北京平谷線為例，對我國現(xiàn)有列控系統(tǒng)方案進行比較，總結(jié)城際列控系統(tǒng)的功能需求，為系統(tǒng)設(shè)計提供方案。

2 城際軌道交通列控系統(tǒng)需求

城際軌道交通系統(tǒng)為連接城市群內(nèi)部區(qū)域而設(shè)置。對城際軌道交通系統(tǒng)的需求分析應(yīng)因地制宜，但系統(tǒng)的主要功能需求是一致的[4]。本文結(jié)合平谷線的規(guī)劃設(shè)計方案總結(jié)城際列控系統(tǒng)的功能需求。

2.1 運輸能力充足

對于平谷線，其首先要滿足北京市區(qū)到平谷的出行需求。同時，考慮到其途經(jīng)的河北燕郊地區(qū)客流量極大，尤其是朝夕客流，因此，平谷線還要能夠滿足大客流量的需求。目前，平谷線列車編組計劃采用A型車8編組的方式，與現(xiàn)有地鐵采用的B型車相比，其更適用于人口密集區(qū)域，增加載客量，提高運行效率。

2.2 行車組織方便，易于管理

城際軌道交通可采用與地鐵類似的運營模式，采用公交化方式運行。由于客流量大，所以要加強對人員流動和疏通的管理。平谷線與地鐵、公交都能接駁，如將有5座換乘站，可與3號線、12號線、14號線、S6號換乘，方便人們出行。在設(shè)站上，平谷線在京內(nèi)設(shè)站較為密集，平均站間距在六七千米，出京后站間距拉大，可根據(jù)實際情況進行安排。對于車站規(guī)模，可以簡單布置，主要用于滿足乘客的上下車需求。同時，列車的管理模式與地鐵類似，在夜間返回車間進行檢修。在不同地區(qū)，城際鐵路可能會通過地下隧道、地面高架等，為了實現(xiàn)其公交化或地鐵的運營模式，根據(jù)條件設(shè)置安全門/屏蔽門。

2.3 速度快

平谷線全長70 km，計劃最高時速可達160 km/h，屆時只需1 h就能從平谷到達市區(qū)。平谷線的速度是一般地鐵速度的2倍，運行速度大幅提升，這也是城際軌道交通的一個大優(yōu)勢。同時，平谷線要縮短站停時間，設(shè)置為30～60 s，最小的運行間隔為3 min左右，縮短乘客的候車時間，減少乘車時聚集人數(shù)，避免過度擁擠，提高運行效率。

3 城際列控系統(tǒng)的方案比較

根據(jù)我國鐵路系統(tǒng)實際情況，總結(jié)了城際鐵路系統(tǒng)在設(shè)計時需要滿足的兩個設(shè)計原則：第一，在現(xiàn)有列控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，盡可能少地改變設(shè)計;第二，為避免系統(tǒng)過于復(fù)雜和減少后期的維護成本，盡可能少地增加設(shè)備[5]。

針對城際系統(tǒng)的實際功能需求和對城際系統(tǒng)提出的設(shè)計原則，本文為城際軌道交通運行控制系統(tǒng)選擇了兩個較為合適的方案：一是CTCS-2級列控系統(tǒng)結(jié)合ATO技術(shù);二是基于通信的城市軌道列車運行控制系統(tǒng)CBTC，并對兩類系統(tǒng)在功能實現(xiàn)和組成方面進行細致比較，比較結(jié)果如表1所示。

通過上述分析可知，對城際列控系統(tǒng)的選擇不能一概而論，應(yīng)根據(jù)實際需求進行選擇。從實際工程造價、收益比方面來說，建議采用CTCS-2+ATO列控系統(tǒng)，因為其設(shè)備比較穩(wěn)定，技術(shù)支持較為成熟，費用成本低，能滿足人口密集程度高、出行量大的地區(qū)需求。若要求設(shè)備構(gòu)成簡單，便于維護，建議采用CBTC系統(tǒng)。對于北京平谷線而言，因其客流量大，因此采用CTCS-2+ATO技術(shù)更為合適。接下來本文將對CTCS-2+ATO系統(tǒng)的組成和特點進行介紹。

4 CTCS-2+ATO系統(tǒng)介紹

4.1 系統(tǒng)組成

CTCS-2+ATO列控系統(tǒng)是以CTCS-2級列控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，增加了一些新的軌旁設(shè)備和車載ATO設(shè)備來實現(xiàn)的，主要增加的設(shè)備有車載ATO設(shè)備、站臺安全門、通信控制服務(wù)器、站臺防洪堤門（AFD）、緊急開關(guān)按鈕（ECB）、無線通信網(wǎng)絡(luò)、精確定位應(yīng)答器等。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示[6]。

4.2 功能特點

4.2.1 列車自動運行。

車載ATO設(shè)備在車載ATP的防護下完成自動運行。車載ATP向ATO設(shè)備提供列車實時速度、位置、線路限速、行車許可等信息，ATP根據(jù)這些信息生成目標(biāo)-距離模式曲線，防護列車的安全運行;通信控制服務(wù)器（CCS）向ATO提供列車運行計劃等信息。ATO車載設(shè)備利用ATP和CCS提供的信息實時計算列車運行所需的牽引力或制動力，通過列車接口電路向牽引系統(tǒng)或制動系統(tǒng)輸出控制命令，控制列車啟動、牽引、巡航、惰性和制動等基本駕駛功能，使列車在區(qū)段內(nèi)盡量按照預(yù)期速度運行，減少加速、減速等的轉(zhuǎn)換，完成列車的自動運行。

4.2.2 車門與安全門/屏蔽門聯(lián)動。從上述分析可知，為了安全考慮，城際系統(tǒng)在站臺設(shè)置安全門/屏蔽門。車門與安全門/屏蔽門的聯(lián)動主要是通過通信控制服務(wù)器（CCS）來實現(xiàn)的。在列車自動運行模式下，車載ATP在判斷列車停準(zhǔn)停穩(wěn)后，向車載ATO設(shè)備發(fā)出開門允許，由ATO對車門開關(guān)進行控制，同時，ATP將列車位置信息和車門狀態(tài)信息發(fā)送給通信控制服務(wù)器（CCS）。通信控制服務(wù)器（CCS）綜合列車位置和車門信息生成相應(yīng)的控制命令，傳到列控中心，列控中心根據(jù)控制命令驅(qū)動相應(yīng)的安全門/屏蔽門繼電器動作，從而配合車載系統(tǒng)實現(xiàn)車門與安全門/屏蔽門的聯(lián)動控制。

4.2.3 車地雙向通信。CTCS-2級列控系統(tǒng)是一個車地信息單向傳輸系統(tǒng)，而在城際軌道交通列控系統(tǒng)中增加了通信控制服務(wù)器（CCS），以實現(xiàn)列車與地面設(shè)備之間信息的雙向傳輸。通信控制服務(wù)器（CCS）與各設(shè)備的接口如圖2所示。

4.2.4 列車精確停車。

列車定位一般采用應(yīng)答器絕對位置和列車自身校正的方式。由于CTCS-2+ATO列控系統(tǒng)中設(shè)置了安全門/屏蔽門，因此，其對列車的停車精度要求十分高。不同線路區(qū)段停車精度的要求是不一樣的，如珠三角城際列車的停車精度為±0.3 m。列車的停車不僅影響車門聯(lián)動，同時也會影響運營效率。在城際列控系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)精確停車定位，專門設(shè)置了精確定位應(yīng)答器，其設(shè)置在距離停車點很近的位置。ATP從應(yīng)答器獲取位置信息，及時調(diào)整目標(biāo)-距離模式曲線，同時將信息傳給ATO設(shè)備，ATO根據(jù)位置信息和實時速度、列車制動率等信息計算制動曲線，保證列車精確停車。

5 結(jié)語

本文以北京平谷線城際列控系統(tǒng)為例，分析了城際列控系統(tǒng)的需求，比較了CTCS-2+ATO和CBTC列控系統(tǒng)的特點，并針對平谷線實際需求提出采用CTCS-2+ATO系統(tǒng)，既滿足了城際鐵路的實際功能需求，又滿足了城際鐵路在設(shè)計過程中的兩個原則。此外，對CTCS-2+ATO列控系統(tǒng)組成和功能特點進行了分析和總結(jié)。

參考文獻：

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