高密度公交化市域鐵路調(diào)度集中系統(tǒng)方案優(yōu)化研究

羅志剛 楊 俐 王悅婷 楊金鳳

(1.中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 200070， 上海； 2.上海申鐵投資有限公司， 200003， 上海；3.上海市域鐵路運(yùn)營有限公司， 201102， 上?！蔚谝蛔髡?， 工程師)

《上海市城市總體規(guī)劃(2017—2035年)》中，上海市域鐵路的線網(wǎng)規(guī)劃方案為“九射十三聯(lián)”。國家發(fā)展和改革委員會在最近發(fā)布的發(fā)改基礎(chǔ)[2021]811號《長江三角洲地區(qū)多層次軌道交通規(guī)劃》中，將線網(wǎng)布局優(yōu)化調(diào)整為“十射十三聯(lián)”，調(diào)整后的線網(wǎng)包含新建或改建線路12條，線網(wǎng)總長度約為684 km[1-2]。

目前，上海市域鐵路在建的機(jī)場聯(lián)絡(luò)線、嘉閔線、南匯支線均采用CTCS-2(中國列車運(yùn)行控制系統(tǒng)2級)+ATO(列車自動運(yùn)行)。列車運(yùn)行調(diào)度指揮采用了CTC(調(diào)度集中)系統(tǒng)，整體架構(gòu)設(shè)置參照國家鐵路(以下簡稱“國鐵”)客運(yùn)專線調(diào)度中心的系統(tǒng)設(shè)備架構(gòu)，采用網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營組織模式。

1 上海市域鐵路列車運(yùn)行調(diào)度指揮系統(tǒng)需求分析

1.1 網(wǎng)絡(luò)化

根據(jù)上海市域鐵路線網(wǎng)的總體規(guī)劃，線網(wǎng)內(nèi)各線路間須滿足互聯(lián)互通的要求，且與國鐵路網(wǎng)、周邊城市的市域鐵路間均需具備互聯(lián)互通的條件。這就要求列車運(yùn)行調(diào)度指揮系統(tǒng)必須滿足市域鐵路網(wǎng)和國鐵路網(wǎng)間跨線列車以圖定的方式運(yùn)行，且滿足網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營組織的要求，因此，上海市域鐵路列車運(yùn)行調(diào)度指揮宜設(shè)置線網(wǎng)級的調(diào)度指揮中心。

1.2 公交化

TB 10624—2020《市域(郊)鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》對市域鐵路定義是：“為都市圈中心城市城區(qū)連接周邊城鎮(zhèn)組團(tuán)及其他城鎮(zhèn)組團(tuán)之間提供公交化、大運(yùn)量、快速便捷的軌道交通系統(tǒng)，是城市綜合交通體系的重要組成部分。”[3]作為與上海相鄰的城鎮(zhèn)通過軌道交通進(jìn)入上海市區(qū)的最佳選擇，上海市域鐵路應(yīng)具備大運(yùn)量、安全、準(zhǔn)時、快捷的特點(diǎn)，滿足高密度、公交化運(yùn)營需求。而實(shí)現(xiàn)高密度、公交化運(yùn)營，其首要前提是列車運(yùn)行調(diào)度指揮系統(tǒng)需滿足列車計(jì)劃編制及自動調(diào)整的要求，其次是滿足列車行車信息與其他系統(tǒng)信息實(shí)時共享的要求。

1.3 與機(jī)電系統(tǒng)聯(lián)動

上海市域鐵路在市區(qū)范圍內(nèi)大部分的線路區(qū)間為地下隧道，部分車站為地下車站；而在郊區(qū)范圍內(nèi)則大多采用高架/平面線路，車站多為高架車站。在特定的運(yùn)行環(huán)境下，這樣的線路特點(diǎn)將有不同于城市軌道交通線路的運(yùn)營需求，其中機(jī)電系統(tǒng)的需求較為突出。市域鐵路的機(jī)電系統(tǒng)功能直接影響列車運(yùn)行和乘客安全，列車運(yùn)行調(diào)度指揮系統(tǒng)宜能與機(jī)電系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)聯(lián)動，以降低調(diào)度員的工作強(qiáng)度、縮短應(yīng)急處置的響應(yīng)時間、確保線路的運(yùn)營安全。

2 CTC系統(tǒng)適用性分析

2.1 CTC系統(tǒng)概況

2.1.1 應(yīng)用情況

國鐵列車運(yùn)行調(diào)度指揮系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營管理組織模式，國鐵集團(tuán)下屬各鐵路局均設(shè)有客運(yùn)專線調(diào)度所。各鐵路局調(diào)度中心均使用CTC對管轄范圍內(nèi)所有線路的行車業(yè)務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度指揮。CTC的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 CTC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖

國鐵線路規(guī)模龐大，列車種類多，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，與列車運(yùn)行調(diào)度指揮相關(guān)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)較為復(fù)雜，其關(guān)鍵系統(tǒng)除CTC外，還有TDMS(運(yùn)輸調(diào)度管理系統(tǒng))。CTC應(yīng)具備的功能如表1所示，TDMS應(yīng)具備的功能如表2所示。

表1 CTC的主要功能

表2 TDMS的主要功能

2.1.2 技術(shù)發(fā)展趨勢

CTC已經(jīng)成為覆蓋我國鐵路全路網(wǎng)客運(yùn)專線調(diào)度中心及所有車站的行車指揮與控制系統(tǒng)。隨著我國高速鐵路網(wǎng)的大規(guī)模建設(shè)及高密度客運(yùn)專線的持續(xù)投用，對鐵路線網(wǎng)的行車調(diào)度指揮提出了自動化和智能化的發(fā)展要求。為此，國鐵集團(tuán)以既有CTC為基礎(chǔ)，結(jié)合智能鐵路的發(fā)展需求，對列車運(yùn)行自動調(diào)整、列車進(jìn)路自動排列和行車命令安全卡控、行車信息數(shù)據(jù)平臺、行車調(diào)度綜合仿真和ATO功能應(yīng)用等方面作了優(yōu)化，并于2018年發(fā)布了《智能調(diào)度集中系統(tǒng)暫行技術(shù)條件》。按照當(dāng)前規(guī)劃，該技術(shù)條件將客運(yùn)專線CTC分成3個層級逐步實(shí)施：第一層級實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行調(diào)整計(jì)劃輔助調(diào)整、安全卡控等功能；第二層級實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行調(diào)整計(jì)劃的自動調(diào)整、早晚點(diǎn)預(yù)測等功能；第三層級實(shí)現(xiàn)行車調(diào)度信息大數(shù)據(jù)運(yùn)用、列車運(yùn)行調(diào)整計(jì)劃智能調(diào)整等功能[4]。

2.2 CTC系統(tǒng)適用性分析

CTC采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)體系，能夠滿足上海市域鐵路網(wǎng)內(nèi)各線路間的互聯(lián)互通，并滿足上海市域鐵路網(wǎng)與國鐵路網(wǎng)、周邊城市的市域鐵路間互聯(lián)互通的需求。但是，該系統(tǒng)應(yīng)用到上海市域鐵路后，發(fā)現(xiàn)存在以下3個方面的不足。

2.2.1 計(jì)劃調(diào)度與行車調(diào)度分離

國鐵線路具有網(wǎng)絡(luò)化、客貨混跑、固定時刻表等運(yùn)營特點(diǎn)，其列車運(yùn)行的計(jì)劃性高，流程復(fù)雜，涉及的崗位及人員多，導(dǎo)致國鐵調(diào)度指揮系統(tǒng)中計(jì)劃調(diào)度與行車調(diào)度分離。

TDMS與CTC間業(yè)務(wù)接口如圖2所示，數(shù)據(jù)流接口如圖3所示。

圖2 CTC與TDMS列車運(yùn)行業(yè)務(wù)接口示意圖

圖3 CTC與TDMS間列車運(yùn)行計(jì)劃數(shù)據(jù)流接口示意圖

編制完成的基本列車運(yùn)行計(jì)劃(以下稱為“基本圖”)作為調(diào)度指揮的基礎(chǔ)，TDMS客運(yùn)調(diào)度子系統(tǒng)確定每日旅客列車的增開和停運(yùn)計(jì)劃，TDMS日班計(jì)劃平臺統(tǒng)一匯總形成日班計(jì)劃。TDMS將日班計(jì)劃下發(fā)給CTC。CTC根據(jù)TDMS發(fā)來的日班計(jì)劃，結(jié)合列車的實(shí)際運(yùn)行情況，對列車的會讓、停車、通過等進(jìn)行調(diào)度指揮，并將列車運(yùn)行情況實(shí)時反饋至TDMS和其他外部系統(tǒng)。

當(dāng)圖定列車非正點(diǎn)運(yùn)行或因故造成大面積行車秩序混亂時， CTC將現(xiàn)場采集情況反饋給TDMS的計(jì)劃調(diào)度，由計(jì)劃調(diào)度重新編制行車計(jì)劃，再將新的行車計(jì)劃交給CTC和其他相關(guān)系統(tǒng)。整個信息流程中CTC與TDMS間有2次信息交互，流程操作重復(fù)繁雜。若該流程應(yīng)用于采用高密度公交化運(yùn)行模式的市域鐵路，將產(chǎn)生較大的負(fù)面影響，較難實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行計(jì)劃中自動調(diào)整、扣車及跳停等功能。

2.2.2 行車信息未能實(shí)時共享

與列車運(yùn)行調(diào)度指揮相關(guān)的業(yè)務(wù)很復(fù)雜，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，CTC系統(tǒng)與其他調(diào)度指揮系統(tǒng)間的信息共享較少。為此，在國鐵集團(tuán)對智能調(diào)度集中的技術(shù)要求中，CTC已在探索并搭建行車信息共享平臺，其共享的行車信息契合了國鐵線路采用固定的列車時刻表、計(jì)劃性高的運(yùn)營特點(diǎn)。對于公交化運(yùn)營的市域鐵路而言，其他信息系統(tǒng)也需要從CTC中獲取列車開行計(jì)劃及早晚點(diǎn)預(yù)測等信息，以便對機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行控制，對乘客進(jìn)行有效的引導(dǎo)。

2.2.3 未與機(jī)電系統(tǒng)聯(lián)動

目前CTC與機(jī)電系統(tǒng)間暫無聯(lián)動功能。珠江三角洲多條新建的城際鐵路線也僅在行車調(diào)度臺工作站設(shè)置了FAS(火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng))/BAS(環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng))顯示終端。

3 適用于市域鐵路的CTC系統(tǒng)方案

綜上所述，將CTC應(yīng)用于高密度公交化的市域鐵路中，應(yīng)在現(xiàn)有的系統(tǒng)功能基礎(chǔ)上針對計(jì)劃調(diào)度與行車調(diào)度業(yè)務(wù)分離、信息共享不充分等問題作出相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整，以適應(yīng)市域鐵路線的運(yùn)營需求。而對已成熟運(yùn)用多年、標(biāo)準(zhǔn)體系健全的國鐵列車運(yùn)行調(diào)度指揮架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，在調(diào)整CTC的同時保留互聯(lián)互通、網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營的優(yōu)點(diǎn)，是本次方案優(yōu)化的關(guān)鍵。

3.1 CTC整合TDMS計(jì)劃調(diào)度功能

無論國鐵、地鐵還是市域鐵路，三者的調(diào)度指揮均是以基本圖為基礎(chǔ)展開，并結(jié)合實(shí)際的列車運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行環(huán)境情況，對下一步的列車運(yùn)行計(jì)劃進(jìn)行修改和調(diào)整。

上海市域鐵路雖然存在部分跨線運(yùn)行的圖定列車，但與國鐵客貨混跑有所不同，市域鐵路對計(jì)劃調(diào)度的功能需求相對較小。此外，上海市域鐵路僅開行固定編組的動車組列車，不存在機(jī)車調(diào)度、客車調(diào)度、貨運(yùn)調(diào)度等業(yè)務(wù)。因此，相比于國鐵中由TDMS、CTC分別實(shí)現(xiàn)計(jì)劃調(diào)度和行車調(diào)度，市域鐵路具備計(jì)劃調(diào)度與行車調(diào)度合并的條件，可由CTC整合TDMS的計(jì)劃調(diào)度功能。

由CTC整合TDMS的計(jì)劃調(diào)度功能，可采用以下2種方案：方案一，新增用于行車計(jì)劃編制功能的計(jì)劃管理應(yīng)用服務(wù)器；方案二，在現(xiàn)有系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器上增加行車計(jì)劃編制功能。經(jīng)分析，方案二在現(xiàn)有應(yīng)用服務(wù)器上增加新功能，存在破壞現(xiàn)有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、影響既定功能的風(fēng)險(xiǎn)，不建議實(shí)施。而方案一可沿用現(xiàn)有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，僅在行車計(jì)劃信息交互上作了調(diào)整(將系統(tǒng)外部TDMS與CTC間信息交互改為系統(tǒng)內(nèi)部模塊間信息交互)，CTC系統(tǒng)現(xiàn)有各模塊功能未作改變，保持了現(xiàn)有系統(tǒng)的完整性，規(guī)避了破壞既定功能的風(fēng)險(xiǎn)。因此，推薦采用方案一。

方案一下，CTC整合TDMS的計(jì)劃調(diào)度功能后的系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

圖4 市域鐵路CTC整合TDMS計(jì)劃調(diào)度功能后的系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

CTC整合TDMS計(jì)劃調(diào)度功能后，可進(jìn)一步優(yōu)化列車運(yùn)行計(jì)劃管理數(shù)據(jù)流，如圖5所示。編制完成的基本圖作為調(diào)度指揮的基礎(chǔ)，直接導(dǎo)入CTC。CTC根據(jù)每日旅客列車的增開和停運(yùn)計(jì)劃，形成日班計(jì)劃，并結(jié)合列車的實(shí)際運(yùn)行情況實(shí)施調(diào)度指揮。這樣，列車運(yùn)行計(jì)劃的產(chǎn)生、變化及執(zhí)行3個方面全部納入CTC，便于CTC統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理。CTC可以根據(jù)運(yùn)營實(shí)際采用列車時刻表平移法或跳停等方式對列車時刻表進(jìn)行調(diào)整，并將調(diào)整后的列車運(yùn)行計(jì)劃傳遞給相關(guān)系統(tǒng)。與圖3相比，圖5的信息流程更為簡潔。

注：列車綜合運(yùn)行計(jì)劃為綜合了國鐵動車組列車運(yùn)行計(jì)劃及市域列車運(yùn)行計(jì)劃后得到的運(yùn)行計(jì)劃。

3.2 信息共享及機(jī)電聯(lián)動

地鐵調(diào)度系統(tǒng)一般通過ATS(列車自動監(jiān)控)與綜合監(jiān)控的接口，將機(jī)電系統(tǒng)聯(lián)動納入行車調(diào)度管理范疇，而目前國鐵CTC與機(jī)電系統(tǒng)暫無聯(lián)動功能。TB/T 3471—2016《調(diào)度集中系統(tǒng)技術(shù)條件》對CTC的要求如下：“調(diào)度集中系統(tǒng)在保證自身運(yùn)行安全的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)信息共享，實(shí)現(xiàn)信息資源整合和綜合利用，為其他系統(tǒng)提供信息支持?！盵5]市域鐵路CTC系統(tǒng)可采用分2步建設(shè)的方案： 第一步，CTC應(yīng)用于市域鐵路的起步階段，先與其他信息系統(tǒng)建立接口，以實(shí)現(xiàn)信息資源整合及提供信息支持，整合其他系統(tǒng)中與行車相關(guān)的設(shè)備的狀態(tài)及其報(bào)警信息，與其他信息系統(tǒng)共享行車信息； 第二步，在后續(xù)深化應(yīng)用過程中，探索逐步實(shí)現(xiàn)CTC與機(jī)電系統(tǒng)直接聯(lián)動的功能。

相應(yīng)地，CTC應(yīng)用于市域鐵路的起步階段時，為滿足市域鐵路公交化運(yùn)營需求，CTC應(yīng)與旅客服務(wù)信息系統(tǒng)接口，以實(shí)現(xiàn)行車信息共享，提供列車到達(dá)時刻預(yù)測及列車離站通知等與旅客服務(wù)相關(guān)的行車信息。為適應(yīng)地下車站/線路的運(yùn)行工況，CTC可與綜合監(jiān)控系統(tǒng)接口，接收FAS的火災(zāi)報(bào)警信息，并在CTC的界面上顯示，便于行車調(diào)度人員在火災(zāi)情況下快速掌握列車運(yùn)行環(huán)境。為便于掌握全線供電狀態(tài)，防止列車誤入無電區(qū)，CTC應(yīng)與供電系統(tǒng)接口，接收供電系統(tǒng)發(fā)送的停供電信息，以自動設(shè)置設(shè)備的停電狀態(tài)。

為確保CTC自身的運(yùn)行安全及信息處理的及時性，在CTC與其他系統(tǒng)間的接口時，應(yīng)按不同的接口對象分別冗余配置接口服務(wù)器。CTC整合TDMS計(jì)劃功能后，為了減少接口間協(xié)議的開發(fā)，確保風(fēng)險(xiǎn)處于可控范圍內(nèi)，CTC與旅客服務(wù)信息系統(tǒng)的接口方式仍延用原有接口協(xié)議。CTC與電力系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)的接口則采用新設(shè)獨(dú)立接口服務(wù)器的方式。

4 結(jié)語

市域鐵路是介于國家鐵路與城市軌道交通的一種交通運(yùn)輸方式，其列車運(yùn)行調(diào)度指揮系統(tǒng)往往需要根據(jù)其自身特點(diǎn)予以量身定制。本文基于上海市域鐵路高密度、公交化的運(yùn)營需求，提出了CTC整合計(jì)劃調(diào)度、實(shí)現(xiàn)實(shí)時行車信息共享等功能的優(yōu)化方案，指出了實(shí)現(xiàn)機(jī)電系統(tǒng)聯(lián)動功能的研究方向，可為其他采用CTC的市域鐵路建設(shè)提供參考。