基于車車通信系統(tǒng)的折返能力研究

郭玉珊，成正波，陳紹文

(卡斯柯信號(hào)有限公司，上海 200071)

1 概述

軌道交通作為國(guó)內(nèi)許多大城市群眾出行的主要工具。在高峰時(shí)段，這些城市的骨干線路的行車間隔即使達(dá)到或小于2 min的運(yùn)營(yíng)設(shè)計(jì)極限，也已經(jīng)不能滿足群眾出行的需求。本文提出在道岔區(qū)域?qū)Σ韰^(qū)進(jìn)一步細(xì)分為道岔可動(dòng)區(qū)域與道岔側(cè)沖區(qū)域，同時(shí)通過(guò)優(yōu)化道岔控制流程的方案來(lái)提升折返能力，再結(jié)合新一代車車通信的信號(hào)控制系統(tǒng)（TACS），從而提升整條線路的運(yùn)營(yíng)能力。

2 CBTC系統(tǒng)折返能力情況分析

2.1 CBTC系統(tǒng)折返原理

軌道交通中常用的終端折返站站型為站后折返，如圖1所示。

圖1中POE為列車進(jìn)站時(shí)接車的干擾點(diǎn)，A點(diǎn)為站臺(tái)區(qū)域的防護(hù)區(qū)段末端，B點(diǎn)為列車在折出時(shí)X2信號(hào)機(jī)開(kāi)放所需出清的道岔區(qū)段末端。

圖1 常用終端折返站站型示意Fig.1 Schematic diagram of station type for common terminal turn-back station

當(dāng)前行列車出清站臺(tái)防護(hù)區(qū)段A點(diǎn)后，后車進(jìn)站的接車防護(hù)進(jìn)路便可重新建立，后車剛好到達(dá)干擾點(diǎn)POE；列車從站前干擾點(diǎn)到終端折返站站臺(tái)停車，當(dāng)前行列車出清折返軌道岔區(qū)段B點(diǎn)之后，CBTC信號(hào)系統(tǒng)即可重新辦理至折返軌的進(jìn)路；計(jì)算最小列車折返間隔時(shí)，后續(xù)列車剛好從折返站臺(tái)X2信號(hào)機(jī)出發(fā)至站后折返軌進(jìn)行折返，列車到達(dá)折返軌后，開(kāi)始執(zhí)行換端操作。當(dāng)前行列車出清另一側(cè)的折返站臺(tái)后折出進(jìn)路建立，列車從折返軌駛向另一側(cè)站臺(tái)停車；待停站時(shí)間結(jié)束后，列車即可發(fā)車駛向下一站，整個(gè)折返過(guò)程完成。

其折返作業(yè)間隔如圖2所示。從圖2中可以看出，折返設(shè)計(jì)間隔公式為：

圖2 站后折返間隔示意Fig.2 Schematic diagram of turn-back interval after entering station

其中列車進(jìn)站的干擾點(diǎn)可以通過(guò)在站前一定的位置增設(shè)限速來(lái)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)從折返軌折出時(shí)需前車出清站臺(tái)也并非是列車能從折返開(kāi)始折出的必須條件。因此，對(duì)于站后折返的能力實(shí)際上取決于折返時(shí)間的大小。

2.2 CBTC系統(tǒng)折返能力計(jì)算

通過(guò)對(duì)CBTC系統(tǒng)折返原理的分析可知，折返能力的關(guān)鍵取決于折返時(shí)間的長(zhǎng)短，下面將重點(diǎn)介紹CBTC折返時(shí)間的計(jì)算。

如圖1所示站型為例，相關(guān)的土建、車輛參數(shù)按照土建、車輛參數(shù)表考慮，如表1所示。

表1 土建、車輛參數(shù)Tab.1 Civil construction and vehicle parameter list

根據(jù)以上的土建、車輛參數(shù)，結(jié)合CBTC列車控制模型進(jìn)行仿真計(jì)算，圖1所示的站型的折返時(shí)間如表2所示。

表2 折返時(shí)間計(jì)算Tab.2 Turn-back time calculation table

分析可知，在CBTC系統(tǒng)下采用常用站后終端折返站站型的折返間隔可以達(dá)到116 s左右，能滿足2 min的運(yùn)營(yíng)能力需求。

3 TACS系統(tǒng)折返能力情況

3.1 TACS系統(tǒng)折返原理

TACS折返同樣采用軌道交通中常用的終端站后折返來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，對(duì)道岔區(qū)域進(jìn)行更進(jìn)一步的細(xì)分，如圖3所示。

圖3 常用終端折返站-道岔細(xì)分示意Fig.3 Schematic diagram of turnout subdivision for common terminal turn-back station-

如圖3將岔區(qū)細(xì)分為側(cè)沖區(qū)域與可動(dòng)區(qū)域。

側(cè)沖區(qū)域：某對(duì)應(yīng)道岔警沖標(biāo)范圍內(nèi)的區(qū)域，前車出清側(cè)沖區(qū)域后，后車即可進(jìn)入側(cè)沖區(qū)域。

可動(dòng)區(qū)域：對(duì)應(yīng)某道岔可以轉(zhuǎn)動(dòng)的部分，當(dāng)前車出清道岔可動(dòng)區(qū)域后，道岔即可轉(zhuǎn)動(dòng)至后車所需要的位置。

對(duì)TACS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，列車根據(jù)運(yùn)行任務(wù)直接向前車或者軌旁申請(qǐng)運(yùn)行前方的資源，而非依賴于CBTC系統(tǒng)的進(jìn)路。因此在折返站對(duì)于接車而言，可根據(jù)與折返站臺(tái)相連的道岔P2位置申請(qǐng)相應(yīng)的資源，使得站臺(tái)接車能力與正線的追蹤間隔相接近；對(duì)于折入來(lái)說(shuō)，TACS系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在側(cè)沖區(qū)域外方的追蹤運(yùn)行，由于道岔P8的側(cè)沖區(qū)域、可動(dòng)區(qū)域資源均分配給前車，因此后車僅能運(yùn)行至道岔P8的側(cè)沖區(qū)域外方；當(dāng)前車出清道岔P8的可動(dòng)區(qū)域后，前車便可向軌旁申請(qǐng)P8道岔定位的資源，在道岔轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)前車在折返軌完成換端，待P8道岔轉(zhuǎn)動(dòng)到定位后，前車便獲得了P8出折返軌的可動(dòng)區(qū)域資源，前車便執(zhí)行折出任務(wù)至另一側(cè)站臺(tái)停車；當(dāng)前車出清P8道岔可動(dòng)區(qū)域后，后車便可申請(qǐng)P8道岔的可動(dòng)資源，當(dāng)前車出清P8道岔的側(cè)沖區(qū)域后，后車便可申請(qǐng)P8道岔的側(cè)沖資源，后車便可從P8道岔側(cè)沖區(qū)域外方向折返軌運(yùn)行；待前車停站時(shí)間結(jié)束后，列車即可發(fā)車駛向下一站，整個(gè)折返過(guò)程完成。

由于TACS系統(tǒng)折返時(shí)，其站臺(tái)接車以及折返軌發(fā)車能力與正線追蹤間隔相接近，因此TACS系統(tǒng)折返能力的關(guān)鍵點(diǎn)在折返時(shí)間。

3.2 TACS系統(tǒng)折返能力計(jì)算

基于同樣表1的參數(shù)，結(jié)合TACS列車控制模型進(jìn)行仿真計(jì)算，站型的折返過(guò)程如表3所示。

表3 TACS系統(tǒng)折返時(shí)間計(jì)算Tab.3 TACS system turn-back calculation table

通過(guò)以上分析，可知在TACS系統(tǒng)下采用相同的常用站后終端折返站站型折返間隔可以達(dá)到87 s左右，能滿足90 s的運(yùn)營(yíng)能力需求。

4 CBTC與TACS系統(tǒng)折返能力對(duì)比

TACS系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)CBTC在資源細(xì)化方面進(jìn)行了有效的優(yōu)化，從而反映在折返能力方面主要體現(xiàn)在以下4點(diǎn)。

1）TACS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化后，列車可達(dá)到的ATO運(yùn)行速度更高，同時(shí)TACS可做到列車在出清道岔2 m便可停車進(jìn)行換端，從而縮短列車出入折返軌的走行時(shí)間6.8 s，如圖4所示。

圖4 CBTC與TACS系統(tǒng)ATO速度曲線對(duì)比Fig.4 ATO speed curve comparison diagram between CBTC and TACS system

2）TACS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化后，在道岔動(dòng)作時(shí)間相同的情況下，列車獲取資源的時(shí)間減少了4 s。

3）道岔資源細(xì)化后，TACS系統(tǒng)在列車入折返軌時(shí)在側(cè)沖區(qū)域外方可實(shí)現(xiàn)前后車追蹤運(yùn)行，列車可提前7 s以上發(fā)車。

4）道岔資源細(xì)化后，TACS系統(tǒng)在列車出清道岔可動(dòng)區(qū)域后即可提前9.4 s轉(zhuǎn)動(dòng)道岔。

5 總結(jié)

TACS系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)在道岔資源管理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、傳輸周期縮短方面進(jìn)一步提升，使得折返能力可以達(dá)到90 s以內(nèi)，相較于傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)折返能力提升25%以上，從而使得采用TACS系統(tǒng)的軌道交通線路可以實(shí)現(xiàn)90 s的運(yùn)營(yíng)間隔。