新形勢下珠三角城際鐵路信號系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展方向探討

張敏慧

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，武漢 430063)

1 概述

珠三角城際鐵路是連接珠江三角洲城市群的區(qū)域內(nèi)交通路網(wǎng)，目前銜接有廣州.珠海.東莞.深圳.佛山.中山.江門.惠州.肇慶.清遠等地，列車運行速度140～200 km/h，該路網(wǎng)綜合了城際軌道交通和高速鐵路的運輸特點，站間距相對較短.行車密度高，為珠三角地區(qū)旅客出行提供了便捷.高效的運輸服務(wù)[1]。

珠三角城際鐵路創(chuàng)新性地提出并實踐了CTCS-2級疊加ATO功能[2-3]的列控系統(tǒng)，一方面滿足列車運行速度.安全的需要，滿足路網(wǎng)內(nèi)以及與國鐵間互聯(lián)互通的運輸需求[4]；另一方面提供了列車自動駕駛.車門與站臺門聯(lián)動防護等功能，有效地減少了司機及站臺工作人員的強度，在提高鐵路自動化水平方面進行了有益的探索。

近年來，珠三角城際鐵路的運維管理將迎來重大調(diào)整；另隨著地域經(jīng)濟及區(qū)域路網(wǎng)發(fā)展，珠三角城際鐵路在更大范圍延伸；與之互聯(lián)的國鐵信號系統(tǒng)技術(shù)裝備水平也不斷提升。有必要對珠三角城際鐵路信號系統(tǒng)的進一步發(fā)展方向進行分析探討，以期能更好地適應(yīng)內(nèi)外部環(huán)境變化.提供更好的運維服務(wù)。

2 珠三角城際鐵路面臨的新形勢

隨著珠三角城際鐵路不斷建成.國鐵技術(shù)裝備水平的發(fā)展，以及珠三角經(jīng)濟區(qū)以至整個廣東省經(jīng)濟發(fā)展，珠三角城際鐵路運營.管理及使用環(huán)境出現(xiàn)新的變化。不久前，廣州地鐵集團與廣東省鐵投集團簽訂了廣東省城際鐵路委托運輸管理協(xié)議，珠三角城際鐵路將由目前委托廣州鐵路集團代為運營的方式，逐步變化為由地鐵集團接管珠三角城際鐵路進行運營，可預(yù)見珠三角城際鐵路將在運營管理.票制票價方面進一步調(diào)整，向“地鐵+城際”一體化運作邁進。此外，根據(jù)粵東城鎮(zhèn)群發(fā)展需要，廣東省進行了粵東城際鐵路的規(guī)劃，不排除珠三角城際鐵路將適度考慮粵東城際鐵路的運營管理需要。

同一時期，國鐵干線不斷提升鐵路自動化水平，2019年底京張高鐵的開通運營標(biāo)志著國鐵CTCS-3級列控系統(tǒng)疊加ATO功能的正式商用，CTCS列控系統(tǒng)向智能化方面邁進。目前，國鐵干線疊加ATO的信號系統(tǒng)解決方案與目前珠三角城際CTCS-2+ATO的解決方案不盡相同；同時，隨著珠三角城際路網(wǎng)和國鐵路網(wǎng)的不斷延伸，未來在國鐵和珠三角城際互通運行方面會出現(xiàn)新的跨線交互場景。

3 新形勢下珠三角城際鐵路信號系統(tǒng)需求預(yù)計

3.1 地鐵運維方式可能帶來的新需求

目前由廣州鐵路局集團代為運營的珠三角城際鐵路，其運輸組織.調(diào)度指揮.列車開行方案等均按照國鐵模式進行管理，受限于鐵路線路的管理體制，運行的珠三角線路在列車開行密度.車票運用.登乘方式等不能完全適應(yīng)都市圈高節(jié)奏人員出行的需要。劃歸地鐵公司運營管理后[5]，可以預(yù)見的與信號系統(tǒng)相關(guān)的運輸需求為列車開行密度加大.高峰時段對列車折返運行時分縮短.要求調(diào)度系統(tǒng)列車運行的調(diào)整能力和調(diào)整手段的自動化水平要求高。此外，地鐵的運營管理方式方法，維護維修模式會對原劃歸路局進行的運維方式，以及設(shè)備的配置.使用方式帶來沖擊。

3.2 路網(wǎng)延伸擴展帶來的新需求

珠三角城際路網(wǎng)規(guī)劃立足廣州.深圳.佛山.珠海.東莞等九市經(jīng)濟區(qū)，同時兼顧廣東省城際鐵路的全面發(fā)展需要。在珠三角城際鐵路具備自主運營能力的前提下，不排除未來地方投資各條線路的運營將集中歸屬至珠三角運營公司集中管理。從可預(yù)見的珠三角城際路網(wǎng)發(fā)展[6].粵東地區(qū)鐵路規(guī)劃設(shè)計[7-8]情況看，珠三角運營公司不僅在管轄的地理范圍上會有所擴大，在管理的運營對象方面也會有所豐富，運營列車可能不僅限于動車組，未來或須對少量的貨物運輸進行相應(yīng)的調(diào)配管理，或須對機車.車輛進行檢維修管理。

3.3 大路網(wǎng)及ATO化后跨線運行信號系統(tǒng)配置的需求分析

3.3.1 珠三角城際鐵路和國鐵ATO的差異分析

國鐵干線疊加ATO的信號系統(tǒng)解決方案與目前珠三角城際鐵路CTCS-2+ATO[9]的解決方案不盡相同[10]，主要差異表現(xiàn)如表1所示。

表1 珠三角城際與國鐵ATO差異分析

上述差異使得國鐵CTCS-3級.國鐵CTCS-3+ATO或國鐵CTCS-2+ATO的列車跨線運輸至珠三角城際線路后，僅能按CTCS-2級列控系統(tǒng)運行。

3.3.2 更廣泛的路網(wǎng)交互以及線路ATO化后跨線運行場景變化及信號配置需求分析

未來珠三角城際鐵路與國鐵線路間跨線運輸需求因素分析見表2。

表2 珠三角城際鐵路與國鐵線路跨線運行狀況分析

由表2可以看出，珠三角城際鐵路信號系統(tǒng)基本滿足未來跨線運行的要求，但在某些場景中需進行等級切換.城際與國鐵路網(wǎng)混運且速度差異較大情況下會給高速線路能力帶來一定影響；ATO功能在跨線互通時有障礙，在鐵路運輸對ATO需求較強烈時珠三角城際鐵路信號系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或需進行調(diào)整。

4 珠三角城際鐵路信號系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展方向探討

4.1 珠三角城際調(diào)度管理功能的提升

4.1.1 運行圖管理能力增強

珠三角城際鐵路劃歸地鐵公司運營后，調(diào)度系統(tǒng)將無法從國鐵集團的運輸調(diào)度管理系統(tǒng)(TDMS)中獲取運營圖.日班計劃等信息。為此，調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)增加運行圖.時刻表管理和維護功能，并能結(jié)合客流的實際需求設(shè)置靈活多樣的工作日.節(jié)假日等時刻表，滿足旅客出行需求。

4.1.2 運營調(diào)整能力增強

珠三角城際鐵路實現(xiàn)與地鐵.城際一體化運作，其最顯著的特點將會是提高系統(tǒng)的公交化運營能力，從調(diào)度系統(tǒng)角度看，需要提升調(diào)度系統(tǒng)對列車運行的整體掌控.運輸調(diào)整能力，以匹配高效高密度的運輸要求。目前，以既有國鐵系統(tǒng)CTC為藍本的調(diào)度系統(tǒng)，主要功能在于實現(xiàn)對列車運行的監(jiān)督和進路自動辦理，其主要目的為降低車站值班人員工作強度.降低運營成本。近年來，國鐵CTC系統(tǒng)也在列車運行自動調(diào)整方面進行智能化的功能加強[13]，但主要為配合線路工作條件進行適應(yīng)性的運行規(guī)避與站內(nèi)進路與時分調(diào)整，對于運行秩序打亂后的恢復(fù)能力方面，因為無法結(jié)合ATO功能對列車區(qū)間運行時分進行閉環(huán)調(diào)控，與地鐵ATS所具備的調(diào)整能力相比仍顯不足。而充分考慮珠三角城際城市群通勤客流對高密度運營需求的增強.地鐵運作規(guī)則可能在票務(wù)及添乘方面帶來的一統(tǒng)化運行特色.珠三角城際信號系統(tǒng)配置的ATO功能優(yōu)勢的條件下，珠三角城際鐵路調(diào)度系統(tǒng)可以在列車運行調(diào)整的功能方面進行改造提升，在引入智能調(diào)度集中系統(tǒng)中調(diào)整股道運用方案.改變站內(nèi)通過路徑及停站時分等方法的基礎(chǔ)上，進一步新增調(diào)整列車區(qū)間走行時間，甚至可以結(jié)合運輸組織形式進一步采用跳停.扣車.提前發(fā)車等綜合調(diào)整策略，提高運輸秩序出現(xiàn)偏差后的系統(tǒng)運輸恢復(fù)能力。

4.1.3 自動折返管理能力增強

公交化運營方式會使得系統(tǒng)對列車的折返能力提出更高.更集約化的要求，更新的運營場景通常會提出列車自動折返的要求，目前基于國鐵CTC藍本的調(diào)度系統(tǒng)對列車自動折返的支持能力不足[14]，需要在折返計劃設(shè)置.車組與車次管理.折返進路自動辦理方面進行功能提升，珠三角城際鐵路調(diào)度系統(tǒng)可結(jié)合這方面的運輸需求進行功能改進。

4.1.4 管轄范圍與管轄對象的擴展

大珠三角化的路網(wǎng)對珠三角鐵路調(diào)度系統(tǒng)的規(guī)模.功能提出更廣.更強的需求。目前珠三角調(diào)度中心正在建設(shè)中，建議在調(diào)度系統(tǒng)設(shè)備配置方面，需要充分考慮系統(tǒng)設(shè)備容量.性能的配置方法，考慮系統(tǒng)的可擴展性；在調(diào)度系統(tǒng)功能方面，充分考慮系統(tǒng)可能面對的多工種協(xié)調(diào)需求，預(yù)留集調(diào)度.監(jiān)控.運維管理一體化的綜合管控平臺；在系統(tǒng)架構(gòu)方面進一步打通向云平臺延展的條件。

4.2 珠三角城際ATO相關(guān)功能的改進

為了使ATO功能更好滿足公交化運營需求，便于貼合司機駕駛習(xí)慣，便于在不同運用場景下盡可能減少司機工作強度，珠三角城際鐵路ATO功能可在以下幾方面加以改進。

4.2.1 折返作業(yè)自動化水平的提升

目前珠三角城際鐵路站后端有人自動折返作業(yè)[15]，為一種半自動化的作業(yè)過程[16]，該過程中進入折返線為自動駕駛，列車至折返線停車后人工關(guān)閉原本務(wù)端駕駛臺.走向另一端并由人工激活另一端的原非本務(wù)端駕駛臺.人工駕駛列車駛往折返后的站臺。這種方式會增加司機的操作工作量.或需增加一位司機配合工作，并可能會對列車折返時分帶來不利影響。可以考慮通過信號地面設(shè)備的操控或改進車站ATO兩駕駛端間接口關(guān)系，讓本務(wù)端駕駛臺.非本務(wù)端駕駛臺相互聯(lián)動，自動化完成整個折返作業(yè)，提高折返效率[17]。

4.2.2 無運行計劃源區(qū)段的ATO匹配功能提升

從減輕司機工作強度角度出發(fā)，ATO系統(tǒng)應(yīng)盡量在不同場景中減少司機操控行為，可以在沒有配置運行計劃上車的區(qū)段對ATO的可用性進行調(diào)整，使得列車區(qū)間運行時可以在ATP防護包絡(luò)下實現(xiàn)自動駕駛；接車時站內(nèi)可配合精確定位應(yīng)答器控制列車精確自動停車.同時實現(xiàn)自動開門功能；發(fā)車授權(quán)完備.車門關(guān)閉后司機可按壓自動啟動按鈕并使列車自動發(fā)車。

4.2.3 對無站臺門系統(tǒng)的匹配能力

國鐵線路因車型種類多.站臺位置.停過站方式.站房候車模式等因素[18]，多不安裝站臺門設(shè)備。考慮到未來ATO功能普及使用且實現(xiàn)混線運行，城際列車跨線運行至無站臺門系統(tǒng)的國鐵等線路上時，應(yīng)具備對不設(shè)站臺門車站的適應(yīng)能力，可以考慮通過精確定位應(yīng)答器等地面信息告知車載設(shè)備本站無站臺門的信息，使得列控系統(tǒng)對站臺門的控制及相關(guān)的防護功能進行自動屏蔽。

4.3 ATO解決方案的調(diào)整建議

從國鐵ATO配置現(xiàn)狀.城際向國鐵單向跨線場景看，目前珠三角城際鐵路ATO的實現(xiàn)方案可滿足跨線運行列車防護的需求，若未來國鐵ATO廣泛應(yīng)用.城際和國鐵在部分干線通道合用的場景下，可能出現(xiàn)ATO跨線互通的要求。屆時，由于珠三角城際鐵路ATO使用了CTCS-3級列控系統(tǒng)的GSM-R電路域通道，可能會產(chǎn)生C3功能和ATO功能無法共存的狀況。為此，珠三角城際鐵路ATO的解決方案中，可以考慮將ATO車地通道進行調(diào)整，改用目前國鐵ATO使用的GSMR的GPRS通道，地面與車載的發(fā)送接收設(shè)備進行相應(yīng)調(diào)整。

關(guān)于站間數(shù)據(jù)傳遞的方法，結(jié)合城際線路站間距一般不超過10 km的現(xiàn)狀，建議不做調(diào)整；而關(guān)于通信服務(wù)器的設(shè)置，則可結(jié)合目前線路開通情況維持既有獨立設(shè)置或調(diào)整為與TSRS結(jié)合設(shè)置的方式。

4.4 適應(yīng)于運維管理的信號系統(tǒng)設(shè)備配置方案調(diào)整

運維主體發(fā)生變化后，珠三角城際鐵路信號系統(tǒng)部分設(shè)備配置及運用方式可能不僅局限國鐵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的要求[19-20]，而是需跟隨具體運輸.維護的需要比照地鐵類方法[21]與習(xí)慣進行適應(yīng)調(diào)整。例如，線路維護設(shè)備配置標(biāo)準(zhǔn)變化后可能對信號地面系統(tǒng)設(shè)備配置帶來的影響，包括區(qū)間布點可以和軌道電路長度進一步適配以降低工程造價.動走線可不設(shè)置區(qū)間通過信號機而采用區(qū)間標(biāo)志牌.動車段所內(nèi)地面信號點燈可采用滅燈方式等；維護人員部署方案對設(shè)備后備方案帶來的影響，包括UPS的備用時間可根據(jù)維修人員的可達時間進一步縮短.系統(tǒng)設(shè)備冗余方式可考慮由多重冗余改為雙機熱備等；維護考核體系對維護手段配置方案帶來影響，包括根據(jù)設(shè)備允許修復(fù)時分重新確定缺口監(jiān)測.融雪設(shè)備.密貼檢查器等設(shè)置的必要性等；駕駛運用方式與地鐵去差異化帶來的運用模式的調(diào)整，包括精簡列控模式中引導(dǎo)模式.目視模式等。

4.5 新理念新技術(shù)的結(jié)合發(fā)展

隨著智慧鐵路[22].智慧城市發(fā)展理念的提出，結(jié)合新計算機.網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)，珠三角城際鐵路信號系統(tǒng)在面對未來挑戰(zhàn)而進行的技術(shù)革新中，還可在系統(tǒng)架構(gòu)模式.通信通道搭建.系統(tǒng)管理與維護相結(jié)合等方面進行進一步調(diào)整。例如，進一步整合信號系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu).整合聯(lián)鎖和列控系統(tǒng)設(shè)備以及車載ATP和ATO設(shè)備，借助云平臺和大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，做好生產(chǎn)系統(tǒng)與維護系統(tǒng)信息平臺整合及數(shù)據(jù)共享.實施信號系統(tǒng)設(shè)備全生命周期的信息維護，為高水平的運行.維護.管理做好準(zhǔn)備。

5 結(jié)語

本文結(jié)合珠三角城際鐵路在運營模式.路網(wǎng)規(guī)劃.新技術(shù)發(fā)展方面將面臨的內(nèi)外部新變化情況，梳理各變化因素給信號系統(tǒng)帶來的需求變化，提出珠三角信號系統(tǒng)在運行圖管理.運營調(diào)整.自動折返.ATO適配性.ATO實現(xiàn)方式以及信號系統(tǒng)配置等方面的改進或調(diào)整建議，在城際鐵路信號系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展方向上進行了有益的探索，同時也期待為有類似運輸需求的市域鐵路信號系統(tǒng)設(shè)置方案提供借鑒。