市域鐵路信號列控制式的研究

1、Word文檔 市域鐵路信號列控制式的研究 以3個有代表性的市域鐵路項目為例，分析其建設(shè)、列掌握式的特點；提出市域鐵路同列控系統(tǒng)相關(guān)的基本運營需求；分析CTCS系列、城市軌道交通列控系統(tǒng)的差異性、適應(yīng)性，提出列控系統(tǒng)選擇應(yīng)考慮的因素，得出市域鐵路列掌握式選擇的結(jié)論。 1概述 市域鐵路是指在城市行政管轄區(qū)域內(nèi)，為中心城與周邊新城或組團(tuán)之間供應(yīng)快速、大容量、公交化公共交通服務(wù)的有軌交通系統(tǒng)。 市域鐵路有別于城際鐵路和城市軌道交通（以下簡稱城軌）線路，是介于兩種軌道交通之間的一種適用于城市區(qū)域內(nèi)重大經(jīng)濟(jì)區(qū)之間中長距離的客運交通。市域鐵路將城市市區(qū)以外的多個點或組團(tuán)與城市邊緣的交通接口連接起來，具有內(nèi)聚

2、外聯(lián)的功能。 近年來國內(nèi)城鎮(zhèn)化進(jìn)展快速，一批以中心城市為依托建設(shè)占地省、能耗低、容量大、效率高的市域鐵路已成為一種戰(zhàn)略選擇。但市域鐵路作為國內(nèi)軌道交通建設(shè)領(lǐng)域的新生事物，由于熟悉、定位上的模糊和在實踐中各地方的要求差異，使信號制式選擇存在肯定困難，如何選擇合適的列控系統(tǒng)存在諸多困惑，是否同國鐵、城際鐵路和城市軌道交通實現(xiàn)互聯(lián)互通、資源共享，還是自成一統(tǒng)均無共識等。 2已建成市域鐵路概況及特點 市域鐵路同城際鐵路并沒有嚴(yán)格、定量化的區(qū)分，業(yè)界尚無清楚、明確的定義與判定標(biāo)準(zhǔn)，下文列舉的市域鐵路是根據(jù)項目功能定位、建設(shè)名稱等判定。 2.1上海金山支線 上海金山支線由上海南站至金山衛(wèi)站，以既有的國鐵新

3、閔支線、金山鐵路支線為基礎(chǔ)并延長至上海徐匯區(qū)。 金山支線全長63km，共設(shè)10站，平均站間距7km；國鐵I級鐵路、速度160km/h；采納CTCS-0級列控系統(tǒng)，即通用式機(jī)車信號+運行掌握記錄裝置（LKJ），目前按客車間隔5min，貨車6min運營。 金山支線是利用既有鐵路開行市域動車組，其列控系統(tǒng)采納國鐵普速線的標(biāo)準(zhǔn)；運營組織、調(diào)度、線路維護(hù)均由上海局擔(dān)當(dāng)。 目前的運行狀況是，白天跑動車組，晚上動車組停運跑貨車。動車組既有站站停、也有越行車。 2.2溫州市域鐵路S1線 溫州市域鐵路目前規(guī)劃了4條線，線路長度269.3km，其中S1線西起沿海鐵路溫州南站東至靈昆半島，全長77.0km。S1線一

4、期工程53.5km，設(shè)車站19座，平均站間距2.93km，設(shè)計速度120km/h。目前S1線西段工程已經(jīng)開通運營，約37km，含車站14座。 S1線屬于單獨運行線路，與其他線路采納換乘方式，不開行跨線列車，僅開行站站停列車。S1線的建設(shè)、運營、管理模式，以及功能定位和運營需求更偏向城軌的范疇，對運營服務(wù)質(zhì)量、設(shè)備的自動化程度要求較高。信號列控系統(tǒng)初、近期采納點式ATC系統(tǒng)，遠(yuǎn)期可升級為CBTC系統(tǒng)。 2.3成灌市域線 成灌市域線起于成都站止于青城山站，正線長66.2km，設(shè)車站13站，其中8站為無配線車站。 成都至郫縣段運營速度120km/h，郫縣至青城山段運營速度200km/h，其信號列控系

5、統(tǒng)采納CTCS-2級。 2.4已建成市域鐵路列掌握式的特點 上述具有代表性的市域鐵路信號列掌握式的選擇具有以下特點。 1)建設(shè)的主體不同，影響列掌握式的選擇 在多種信號制式都可以選用的狀況下，每一種制式均存在優(yōu)劣，不同技術(shù)背景的人會選擇不同的制式。 國鐵主導(dǎo)的市域鐵路一般會考慮同國鐵有良好的連接（包括互聯(lián)互通等）、資源共享。地方主導(dǎo)的市域鐵路一般會考慮同城市地鐵有良好的連接（包括便利換乘等）。 如金山支線由上海局建設(shè)、運營管理，又是利用既有鐵路改造而成，同國鐵互聯(lián)互通，資源共享，投資效益優(yōu)勢明顯。寧波、杭州市也采納類似的方式，利用既有蕭甬線開行市域動車組。 成灌線由原鐵道部建設(shè)，成都局運營管理

6、，同國鐵互聯(lián)互通，資源共享，采納CTCS-2列控系統(tǒng)。 溫州市域為地方主導(dǎo)建設(shè)、運營管理，其項目總體上考慮同城市地鐵整體規(guī)劃連接,其列掌握式以城軌列掌握式為基本特征。 2)速度目標(biāo)值及其對信號制式的影響 從上述幾個市域鐵路的實例看，速度目標(biāo)值均不低于120km/h,明顯高于城軌線（一般不大于100km/h）。 金山支線速度160km/h，采納CTCS-0,適應(yīng)此速度要求；成灌速度200km/h，采納CTCS-2，適應(yīng)此速度要求；溫州市域S1速度120km/h,近期采納點式ATC系統(tǒng)，遠(yuǎn)期規(guī)劃升級為CBTC。 從以上兩點初步來看，一個項目選擇什么樣的信號列控模式，主要影響因素：項目建設(shè)主導(dǎo)方的背

7、景，國鐵主導(dǎo)還是地方主導(dǎo)；線網(wǎng)規(guī)劃是同國鐵連接為主，還是同城市地鐵連接為主；速度的適應(yīng)性。 3市域鐵路同列控系統(tǒng)相關(guān)的運營功能需求 我國幅員寬闊，各地社會、經(jīng)濟(jì)進(jìn)展不平衡，各地市域鐵路功能需求必定存在差異，又存在建設(shè)主體的不同會導(dǎo)致市域鐵路資源共享要求不同，線網(wǎng)連接的互聯(lián)互通要求不同，因此要概括出統(tǒng)一的市域鐵路功能需求是不科學(xué)的，也是不經(jīng)濟(jì)的。 下面需求的提出是從市域鐵路的基本需求或潛在需求的角度提出的，各個詳細(xì)項目的功能需求，需要詳細(xì)取舍。 同列控系統(tǒng)親密相關(guān)的功能需求：一般應(yīng)滿意最高運行速度、行車密度、旅客舒適度、旅客列車開行原則與開行方案等目標(biāo)要求。但詳細(xì)項目須依據(jù)本項目的定位、線網(wǎng)規(guī)劃

8、、行車速度、行車密度等因素綜合考慮。 從基本的要求歸納影響列控系統(tǒng)選擇的功能需求，主要有以下幾點。 1）互聯(lián)互通、資源共享的需求 無論是國鐵還是市域鐵路抱負(fù)的狀態(tài)都應(yīng)能夠互聯(lián)互通、資源共享。這樣能極大地提高運輸組織的敏捷性，大量節(jié)省土地資源、人力資源、設(shè)備資源等，建設(shè)、運營經(jīng)濟(jì)效益最佳。 2）速度目標(biāo)值及運行時分的需求 由于各地圍繞大城市的郊區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)、經(jīng)濟(jì)與社會進(jìn)展的差異，城鎮(zhèn)的分布差異，人口聚集密度的差異，包括市域的范圍差異，其不同的市域鐵路會選擇不同速度目標(biāo)值，即使圍繞同一個中心城市其各方向的線路速度目標(biāo)值也應(yīng)存在差異。 從我國城市群空間尺度看，市域線路長度一般應(yīng)在50100km以內(nèi)，也

9、存在超過100km的狀況。運行時分一般要求從起點到終點1h左右，最好不超過2h，其速度目標(biāo)值一般應(yīng)選擇120200km/h。 3）列車開行方式的需求 通常狀況下市域鐵路車站間距為315km，從已建成的線路和目前正在建設(shè)的線路來看，既有站站停單一運行模式的線路，也有大站停、站站停、直達(dá)等3種共存方式的線路。一般站站停列車最高運行速度可為140km/h，越行快車速度最高可達(dá)200km/h。 4）行車密度的需求 行車密度取決于高峰時客流的聚集度，不同區(qū)域、不同線路的市域鐵路也有很大的差異，最大的可達(dá)30min，最小的宜在23min，跨度很大。因此行車密度的需求，要針對詳細(xì)的項目，既要考慮初、近期，也

10、要考慮遠(yuǎn)期的需求，而不能籠統(tǒng)考慮。 5）ATO功能的需求 ATO主要功能包括：列車自動駕駛、列車運行自動調(diào)整及節(jié)能運行、車站停車及跳停管理、站臺精確定位停車、列車車門與站臺門管理、自動折返等。 ATO功能的需求一般應(yīng)認(rèn)為是列控系統(tǒng)的高級需求，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)市域鐵路整體建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較高，自動化程度也要求較高，同時也取決于行車密度、追蹤間隔、車門與站臺門掌握、精確停車等其他需求的綜合因素。 4國鐵及城軌目前主用的信號列控系統(tǒng) 縱觀國鐵客運專線和城軌目前普遍采納的信號系統(tǒng)，其區(qū)分的核心在列控系統(tǒng)，因此分析清晰列控系統(tǒng)的差異，合理選擇列控系統(tǒng)是信號系統(tǒng)制式選擇的根本。 目前城軌采納的列控系統(tǒng)主要包括：基

11、于數(shù)字軌道電路的ATC系統(tǒng)、環(huán)線CBTC系統(tǒng)、無線CBTC系統(tǒng)、點式ATP+ATO系統(tǒng)。 國鐵線采納CTCS-0、CTCS-2、CTCS-3級列控系統(tǒng)。 珠三角城際鐵路城際鐵路采納的CTCS-2+ATO列控系統(tǒng)。 4.1各列控系統(tǒng)差異性 目前市域鐵路列控系統(tǒng)的選擇基本形成了兩大類：一類是國鐵制式CTCS系列；一類是城軌制式采納ATC系列。各系統(tǒng)的差異性比較如表1所示。 從表1可以看出以下幾點。 1）從技術(shù)成熟度來看，各系統(tǒng)均有成熟的應(yīng)用業(yè)績。 2）從速度適應(yīng)性來看，采納Wi-Fi制式CBTC，不能適應(yīng)120km/h以上的速度要求，采納LTE制式CBTC，理論上適應(yīng)120km/h以上，其余幾種城

12、軌的系統(tǒng)，截至目前在國內(nèi)尚無120km/h以上速度的工程應(yīng)用實踐；CTCS系列能滿意各種市域鐵路的速度要求。 值得指出的是點式ATP+ATO理論上可以適應(yīng)200km/h速度，在國外也有應(yīng)用，但在國內(nèi)的運營環(huán)境下沒有實例。 3）從行車計算結(jié)果來看，在相同的車型（動車、城軌車）下各種制式均能滿意3min追蹤間隔要求。 列車的追蹤間隔受影響的因素較多，如車的啟速及制動性能、道岔轍叉號、站場布局、站間距、開行方式等等，從信號設(shè)備的角度，3min間隔基本無潛力可挖了。同等條件下CTCS-系列、城軌系統(tǒng)已無多大區(qū)分。 4）從互連互通性來看，城軌的幾種制式均不能滿意完全的互聯(lián)互通，它們的互通性在肯定的限定條

13、件下存在可能性。CTCS系列建立在統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的體系下，具備較好的系統(tǒng)兼容性，易于實現(xiàn)市域鐵路網(wǎng)內(nèi)，或者與國鐵交通線網(wǎng)的互聯(lián)互通。 5）從工程的經(jīng)濟(jì)性來看，城軌的幾種制式明顯高于國鐵制式。同一項目的信號工程造價，城軌制式一般高于國鐵制式2倍以上。 6）從市場的競爭性來看，城軌的幾種制式明顯受限，市場選購必需考慮成系統(tǒng)的選購，供貨商單一，不利于競爭。 7）從線路數(shù)據(jù)的有效性來看，城軌的幾種制式均為車載存儲方式，國鐵CTCS系列中CTCS-0是通過車載LKJ存儲線路數(shù)據(jù)，其余均為地面供應(yīng)，能保證線路數(shù)據(jù)的有效性。 8）從目前的維護(hù)實踐來看，城軌的維護(hù)量、維護(hù)成本均高于國鐵線。 5市域鐵路信號列控系統(tǒng)

14、的選擇 5.1各列控系統(tǒng)適應(yīng)性綜合分析 前文綜合比較了目前主用幾種信號制式列控系統(tǒng)的差異性，下文從適應(yīng)性的角度分析。 1）國鐵信號系統(tǒng)普遍采納的列控系統(tǒng)是CTCS-0、CTCS-2、CTCS-3。其中，CTCS-0主要應(yīng)用于速度不大于160km/h線路；CTCS-2級主要應(yīng)用于160250km/h的客專線、200km/h客貨共線鐵路；CTCS-3級主要應(yīng)用于速度大于250km/h的高速線路。 CTCS-系列具有完整的技術(shù)體系，能實現(xiàn)列車的互聯(lián)互通，資源共享。市場開放程度高，相對城軌經(jīng)濟(jì)合理。 但是CTCS-系列，目前沒有能滿意3min以下行車間隔的實例。 2）城軌的信號系統(tǒng)目前的主流制式為基于

15、通信的列車自動掌握系統(tǒng)（CBTC）。采納Wi-Fi制式CBTC系統(tǒng)到目前為止，其適應(yīng)最高速度為120km/h。其他幾種城軌制式，理論上能適應(yīng)120km/h以上運用速度，但國內(nèi)截至目前尚無工程實踐，國外也很少。城軌信號制式目前尚無通用的、完整的技術(shù)體系，以各系統(tǒng)供應(yīng)商的技術(shù)體系為主，因此目前難以做到CBTC系統(tǒng)下完全的互聯(lián)互通，要做到市域鐵路網(wǎng)內(nèi)或與國鐵的互聯(lián)互通很困難。市場開放度低，工程造價、運用維護(hù)費用高。 3）城際鐵路CTCS-2+ATO列控系統(tǒng)是以應(yīng)用較為成熟的CTCS-2級列控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，增加部分ATO功能，能適應(yīng)行車速度最高250km/h線路。該系統(tǒng)既具備CTCS-2列控系統(tǒng)的優(yōu)點，

16、又能實現(xiàn)ATO的功能。通過CCS實現(xiàn)了車載ATP與CTC、TCC、站臺門之間的信息傳輸，實現(xiàn)了車門與站臺門之間的聯(lián)動。CTCS-2+ATO系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)內(nèi)的互聯(lián)互通，網(wǎng)內(nèi)資源共享。假如詳細(xì)項目有同國鐵互聯(lián)互通的需求時，也能夠便利的實現(xiàn)。 具有良好的性價比，市場開放，系統(tǒng)開放，建設(shè)方可以便利的單獨選用系統(tǒng)的各類設(shè)備。 值得留意的是鐵總科技202179號采納的車地通信系統(tǒng)使用GSM-R系統(tǒng)，由于GSM-R的頻段目前實際為鐵路總公司獨享，假如以地方單獨建設(shè)的市域網(wǎng)，應(yīng)首選GSM-R網(wǎng)作為車地通信方式，但也應(yīng)有其他車地通信方式作為不能使用GSM-R網(wǎng)的后備方案。 5.2列控系統(tǒng)選擇的主要影響因素 1）

17、業(yè)主背景不同對列控系統(tǒng)選擇的影響 在多種信號制式可以選用的狀況下，不同背景的人會選擇不同的制式。 假如是國鐵主導(dǎo)的市域鐵路，首先從CTCS-系列選擇。假如是既有國鐵改造利用，則明確選擇CTCS-系列。 假如是地方主導(dǎo)的市域鐵路，應(yīng)著重從城軌的列控系統(tǒng)選擇。 2）互聯(lián)互通、資源共享的要求對系統(tǒng)選擇的影響 互聯(lián)互通、資源共享指與國鐵的互聯(lián)互通、資源共享，也指同城軌網(wǎng)的互聯(lián)互通、資源共享，第三種狀況是市域網(wǎng)內(nèi)的互聯(lián)互通、資源共享。 假如是同國鐵互聯(lián)互通，必需選擇CTCS-系列的列控方式。 假如是同城軌網(wǎng)互聯(lián)互通，則需要考慮的因素較多、難度較大，必需充分了解要求互通的線路范圍，信號設(shè)備狀況等，需要在選

18、型上設(shè)置很多限定條件，包括商務(wù)的要求，包括可能付出的投資代價。 假如是市域網(wǎng)內(nèi)互聯(lián)互通、資源共享，首選CTCS-系列，假如選擇城軌系列應(yīng)選擇統(tǒng)一技術(shù)平臺的系統(tǒng)，如點式ATP、點式ATP+ATO等以ETCS-1為平臺，則有可能實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)互通，但同時需要考慮諸多的影響因素。 3）線路速度、追蹤間隔要求對列控系統(tǒng)選擇的影響 假如線路速度120km/h,國鐵CTCS-系列，城軌列控系列均能適應(yīng)。 假如線路速度120140km/h,國鐵CTCS-系列適應(yīng)，城軌列控系列部分類型能適應(yīng),但是缺乏國內(nèi)運用的閱歷。 假如線路速度超過140km/h以上，國鐵CTCS-系列均能適應(yīng)，城軌列控只能考慮點式ATP。 假如

19、追蹤間隔超過3min，國鐵CTCS-系列，城軌列控系列均能適應(yīng)。 假如追蹤間隔不大于2.5min，從信號設(shè)備的角度，城軌列控系統(tǒng)均能適應(yīng)，國鐵CTCS-系列沒有應(yīng)用實例。 值得提示的是：在考量追蹤間隔時，應(yīng)區(qū)分初、近、遠(yuǎn)期目標(biāo)，充分考慮電子產(chǎn)品的使用壽命。 4）ATO功能需求對列控系統(tǒng)選擇的影響 假如有ATO功能方面需求，國鐵CTCS能夠選擇的列控系統(tǒng)CTCS-2+ATO,城軌系列均可選擇。 6討論結(jié)論 市域鐵路信號列掌握式的選擇應(yīng)充分考慮詳細(xì)項目的建設(shè)區(qū)域、區(qū)域內(nèi)軌道交通的進(jìn)展?fàn)顩r，以詳細(xì)項目的功能定位與整體技術(shù)裝備水平，以及初、近期的運量需求，以及建設(shè)投資和運營后的維護(hù)費用、土地資源的利用