城際鐵路與地鐵信號系統(tǒng)互聯(lián)互通方案研究

鞠帥

軌道交通作為支撐都市圈網絡空間布局、強化都市圈協(xié)調聯(lián)動的重要基礎設施，是都市圈交通體系中的骨干。構建結構完善、布局合理、互聯(lián)互通的軌道交通網絡，對都市圈融合發(fā)展具有重要意義。特別是城際鐵路與地鐵的互聯(lián)互通，能夠縮短沿線乘客出行時間、降低出行成本；能有效利用存量資產，實現(xiàn)區(qū)域軌道交通一體化運營；可實現(xiàn)車輛檢修、線路維修資源共享，完善生產力布局，滿足軌道快線網絡系統(tǒng)開展運營維護、列車救援的需要。

目前城際鐵路信號系統(tǒng)主要采用CTCS-2+ATO系統(tǒng)，而地鐵信號系統(tǒng)多采用CBTC系統(tǒng)，二者均為運用多年的成熟技術，但其系統(tǒng)架構、功能、接口等均存在一定差異，無法支持城際鐵路與地鐵之間的過軌運營。因此，研究不同制式下信號系統(tǒng)的兼容性十分必要。

城際鐵路與地鐵信號系統(tǒng)互聯(lián)互通主要存在如下問題：標準規(guī)范適應性；兩系統(tǒng)功能適應性；CBTC和CTCS系統(tǒng)為滿足互聯(lián)互通的技術可行性；行車調度指揮系統(tǒng)協(xié)調；互聯(lián)互通方案可實施性；引起的投資及風險分析等。

信號系統(tǒng)包含子系統(tǒng)較多，本文主要針對對互聯(lián)互通影響較大的列控系統(tǒng)和行車調度指揮系統(tǒng)進行分析，提出解決方案及比選分析。

1 列控系統(tǒng)互聯(lián)互通方案分析

1.1 系統(tǒng)現(xiàn)狀

國內城際鐵路主要采用CTCS系列信號系統(tǒng)，如：長吉城際、青榮城際、海南西環(huán)、長株潭等均采用CTCS-2級列控系統(tǒng)；已建和在建的珠三角城際鐵路全部采用CTCS-2+ATO信號制式，其中廣佛肇、莞惠、廣清最高速度均為200 km/h，廣佛肇、穗莞深分別與國家鐵路廣茂、廣深鐵路實現(xiàn)了互聯(lián)互通。國內地鐵信號系統(tǒng)主要采用CBTC系統(tǒng)，均為單線運營，采用乘客換乘方式完成線網內各線路間的客流交互。

采用CTCS系列信號系統(tǒng)與采用CBTC系統(tǒng)的線路，若實現(xiàn)過軌運營，需要研究實現(xiàn)方案。

1.2 解決方案

方案1：列車上安裝1套車載設備，與CBTC及CTCS-2級列控系統(tǒng)信息接收、發(fā)送終端分別配置接口。該方案將CBTC及CTCS系統(tǒng)車載核心運算融合，布置于統(tǒng)一的硬件平臺，提高了車載設備的集成度。

正常運行時，系統(tǒng)支持CBTC和CTCS模式列車的混合運行。城際/市域列車運行在ATO/ATPM駕駛模式下，按照移動閉塞方式運行。軌旁設備布置以CTCS系統(tǒng)為主，采用CTCS列控系統(tǒng)技術規(guī)范，可根據(jù)跨線運行的國體列車車載設備要求，布設速差式自動閉塞區(qū)間信號機。同時增加CBTC所需的車地無線通信設備，滿足車地信息傳輸要求。

方案2：列車上安裝2套獨立的車載設備，在接駁站（或區(qū)間）進行車載設備切換。其中車載設備的切換又可以分為人工切換與自動切換2種。人工切換通過加裝電氣開關，實現(xiàn)2套車載間的切換，切換需停車完成，整個切換流程均需人工確認；自動切換通過在切換區(qū)前布設預告應答器來完成，具體實現(xiàn)方式可類比自動過分相的處理流程。該方案地面設備也需要進行調整，接駁站聯(lián)鎖按一套進行配置，分別配置列控中心（及區(qū)域控制器）與接駁站聯(lián)鎖接口。進路辦理均由CTC或地鐵ATS系統(tǒng)觸發(fā)，列車的行車許可通過列控中心及區(qū)域控制器分別發(fā)送。

方案3：改造地面設備，根據(jù)貫通運營需求，在CTCS-2線路疊加CBTC軌旁設備，或在CBTC線路疊加CTCS-2軌旁設備。該方案下列車車載設備無需切換，但軌旁設備需根據(jù)通過列車的車載設備，采用相匹配的方式發(fā)送行車許可。

1.3 方案比選

方案1可兼容CBTC與CTCS系統(tǒng)，實現(xiàn)城際線與地鐵線的互聯(lián)互通，僅安裝1套車載設備，對既有車輛改造相對較容易。同時，采用兼容系統(tǒng)可有效提高系統(tǒng)能力，更好地滿足客流需求，實現(xiàn)更小的追蹤間隔、縮短旅行速度。此外，還可進一步考慮實現(xiàn)GoA4級的自動化水平，提高全線運營水平。但該方案車載設備與既有車載設備的區(qū)別較大，對既有車輛接口調整較大，研發(fā)內容較多，研發(fā)周期無法估計，并且目前國內外均無開通項目經驗可借鑒。

方案2能夠實現(xiàn)CBTC與CTCS-2級列控系統(tǒng)的互聯(lián)互通，2套車載設備相對獨立，研發(fā)內容較少，對需要互聯(lián)互通的線路改造工程量較小，整體系統(tǒng)簡單，可行性較高，并且該方案有國外項目開通經驗可以學習借鑒。但該方案對車載設備安裝條件要求較高，需對2套車載設備安裝方式及與車輛接口等內容進行研究。

方案3中CTCS-2線路疊加CBTC軌旁設備，可實現(xiàn)CBTC列車跨線至城際線運營的需求（CBTC線路疊加CTCS-2系統(tǒng)情況由于股道有效長等土建因素無法實現(xiàn)，不再具體討論），但需對互聯(lián)的全部城際線路進行改造，投資過大。并且由于該方案下CBTC車輛與CTCS車輛混跑時，行車許可由不同軌旁設備下發(fā)，需進一步研究確保行車安全的相關措施。

1.4 小結

以上方案均能夠滿足城際鐵路與地鐵互聯(lián)互通的需求，但綜合技術研發(fā)周期、工程實施難度、項目投資比較等因素，暫推薦采用兼容CBTC與CTCS的系統(tǒng)方案。但還需對該方案進行深入分析，包括不同制式的切換時機、車載設備共享分析、既有車輛接口變更分析、軌旁設備布置原則、司機切換流程、切換故障處理、車載設備與車輛接口、降級系統(tǒng)方案、車地無線通信方案等技術問題。

2 行車調度指揮系統(tǒng)互聯(lián)互通方案分析

2.1 系統(tǒng)現(xiàn)狀

1）城際鐵路采用調度集中控制（CTC）系統(tǒng)，設計時參照鐵路總公司現(xiàn)行《列車調度指揮系統(tǒng)（CTCS）、調度集中系統(tǒng)（CTC）組網方案和硬件配置標準（暫行）》（運基信號〔2009〕676號），配置數(shù)據(jù)庫、應用、接口等各類服務器，以及調度員工作站、復示終端、系統(tǒng)維護終端，網絡及信息安全、通信質量監(jiān)督、城際列車自動駕駛（ATO）等功能接口設備。CTC系統(tǒng)完成基本行車指揮、運營調整（階段計劃）管理、進路自動控制、調度命令管理、城際列車運行監(jiān)視及站場圖形顯示、綜合信息服務、施工信息管理、系統(tǒng)維護管理、仿真驗證等主要功能。

2）地鐵線路采用自動列車監(jiān)控（ATS）系統(tǒng)，作為ATC系統(tǒng)的一個重要子系統(tǒng)，ATS子系統(tǒng)用于實現(xiàn)對高密度、大流量的城市軌道交通運輸進行自動化管理和調度，是一個綜合的行車指揮調度控制系統(tǒng)。其主要功能包含編制運行圖、根據(jù)運行圖自動辦理列車進路、自動調整列車運行間隔、必要時可以人工介入調整列車間隔、記錄運行數(shù)據(jù)等。

為了實現(xiàn)互聯(lián)互通線路的統(tǒng)一行車調度指揮，提出如下具體解決方案。

2.2 解決方案

方案1：地鐵與城際行車指揮系統(tǒng)分別設置，CTC系統(tǒng)與ATS系統(tǒng)分別完成城際鐵路與地鐵的行車調度指揮，同時增加ATS與CTC之間的接口，實現(xiàn)ATS與CTC系統(tǒng)間信息透明。該方案需研究開發(fā)ATS與CTC系統(tǒng)間的接口形式，具體可參考CTC系統(tǒng)局間接口。

方案2：全部線路納入城際運輸指揮系統(tǒng)CTC統(tǒng)一管理。這種管理可實現(xiàn)線網的統(tǒng)一調度指揮，有利于全網的運輸組織協(xié)調，但CTC與CBTC列控系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)等接口均需對應修改，存在一定的工作量。此外CTC系統(tǒng)在運行自動調整、調度指揮方面，如扣車、跳停、運行圖調整等功能，仍需進一步強化。

方案3：全部線路納入地鐵行車指揮系統(tǒng)ATS統(tǒng)一管理。ATS系統(tǒng)雖然可以同時控制多條線路，實現(xiàn)線網級的行車調度指揮功能，但目前國內各城市軌道交通項目中，ATS基本只負責本線路的行車指揮，采用線網級ATS系統(tǒng)進行行車調度指揮尚無先例。

2.3 方案比選

方案1通過研發(fā)ATS與CTC系統(tǒng)的接口功能，能夠實現(xiàn)一體化運營管理，并且仍舊保持2種制式下的運營管理模式不發(fā)生重大改變，僅需研發(fā)系統(tǒng)接口。由于兩系統(tǒng)對車輛的描述方式不一致，接口能夠實現(xiàn)部分車輛顯示，但運行圖（列車時刻表）的統(tǒng)一編制、調整仍難以實現(xiàn)。

我國早期建設地鐵項目部分采用了CTC系統(tǒng)，例如北京八通線。但隨著城市軌道交通項目對于列車運營管理需求的逐步提高，行車調度指揮功能需求逐漸增加，如運行圖自動調整、運行圖沖突檢查等。目前的CTC系統(tǒng)逐漸不能滿足城市軌道交通項目的行車調度指揮需求。待未來智能CTC系統(tǒng)逐漸發(fā)展，完善相關功能后，方案2也可作為推薦方案。

目前ATS系統(tǒng)尚未有運用于線網指揮的實例，重慶地鐵互聯(lián)互通線路之前正在進行基于ATS對線網級指揮的調度系統(tǒng)實施，但是所管線線路均為CBTC線路，無CTCS線路；并且CTCS系統(tǒng)按鐵總頒布技術條件運營多年，若按照方案3方式修改CTCS系統(tǒng)軌旁設備來配合ATS系統(tǒng)，存在較多問題。

2.4 小結

根據(jù)分析，推薦采用方案1，即地鐵與城際鐵路行車指揮系統(tǒng)分別設置，系統(tǒng)間接口實現(xiàn)信息透明。該方案僅為推薦過渡方案，同時未來進一步研究地鐵與城際鐵路行車指揮系統(tǒng)間的協(xié)調配合功能，例如運行圖自動調整、運行圖沖突檢查等，逐步提高城際鐵路與地鐵一體化運營管理的自動化、智能化水平。

3 結束語

隨著京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)等都市圈的發(fā)展，城際鐵路逐步向公交化過渡，實現(xiàn)城際鐵路與地鐵的互聯(lián)互通是未來技術的發(fā)展方向，信號系統(tǒng)也將為滿足互聯(lián)互通研發(fā)新的技術。

本文推薦的兼容CTCS-2與CBTC的系統(tǒng)，可實現(xiàn)城際鐵路與地鐵的互聯(lián)互通，相較C2+ATO列控系統(tǒng)，在工程線路綜合運營中，可以有更高的旅行速度，且具備交路端站自動折返功能。該互聯(lián)互通方式提高了列車正線的運用周轉效率，在提高線網服務水平的同時，縮減了整體工程購置的列車數(shù)，節(jié)省了列車存車、維修、保養(yǎng)的場地、設備、人工等方面的投資。