城市軌道交通A TC 系統的發展策略
摘 要 在簡要論述上海城市軌道交通既有列車自動控制(ATC) 系統制式的發展歷程后,著重闡明解決多制式信號系統間的互聯互通問題的技術策略。基于通信的列車控制(CB TC) 信號系統代表了城市軌道交通A TC 系統的一個發展方向。提出了CB TC 的具體實施建議。
關鍵詞 城市軌道交通,列車自動控制,互聯互通,基于通信的列車控制
1 傳統信號系統與列車自動控制系統
信號系統即列車控制系統。傳統信號系統主要包括區間(站間) 閉塞、車站聯鎖、機車信號、超速防護以及以調度集中(CTC) 為主的中央調度控制系統。
列車自動控制(A TC) 系統為現代信號系統,主要包括列車自動防護(A TP) 、列車自動監控(A TS) 與列車自動運行(A TO) 子系統, 乃至無人駕駛(Driverless) 列車控制新技術。
A TP 為整個A TC 系統的安全核心,負責列車間的安全間隔、超速防護及車門控制。主要包括軌旁聯鎖(車站與區間) 、車載等設備。A TP 的系統制式有不同分類方式:按控制方式分,有臺階式、曲線式;按傳輸方式分,有點式、連續式;按閉塞方式分,有固定式、準移動式與移動式。
A TS 為A TC 系統的上層管理部分, 負責監督、控制協調列車運行,根據客流與實際運行情況, 選定并維護運行圖,自動或人工調整停站或區間運行時間,并與管理信息系統和旅客向導系統接口。A TS 子系統主要由中央計算機及相關顯示、控制與記錄設備以及車站A TS 設備構成。
A TO 需在已裝備A TP 子系統的條件下使用, 負責自動控制列車車速調整列車運行、形成平滑控制牽引力和制動力的指令、在一定精度范圍內對位停車等。它有利于列車節能并提高旅客乘坐的舒適度和減輕司機的勞動強度。上海地鐵1 、2 、3 號線的列車自動控制系統主要特點見表1 。
2 列車運行間隔控制與閉塞方式
列車運行間隔是軌道交通系統的重要指標,反映了系統的最大載客能力,并直接影響系統的設計標準與復雜程度,從而影響造價,同時還隱含系統的適應性或靈活性。
列車運行間隔的控制是列車控制的核心,以故障-安全原則并對其進行量化、認證(包括硬件、軟件及系統),確保系統的可靠性、安全性與可用度, 達到安全與效率的統一。
行車閉塞方式可分為固定閉塞、準移動閉塞和移動閉塞。其比較圖見圖1 。
固定閉塞的特點:
(1) 線路被劃分為固定位置、某一長度的閉塞分區,一個分區只能被一列車占用;
(2) 閉塞分區的長度按最長列車、滿負載、最高速度、最不利制動率等不利條件設計;
(3) 列車間隔為若干閉塞分區,而與列車在分區內的實際位置無關;
(4) 制動的起點和終點總是某一分區的邊界;
(5) 要求運行間隔越短,閉塞分區(設備) 數也越多,列車最小運行間隔≥120 s ;
(6) 采用模擬軌道電路,輪軸傳感器,加點式或環線傳輸,信息量少。
表1 上海地鐵既有列車自動控制系統主要特點對照表
移動閉塞的特點:
(1) 線路沒有固定劃分的閉塞分區,列車間隔是動態的,并隨前一列車的移動而移動;
(2) 列車間隔是按后續列車在當前速度下所需的制動距離,加上安全余量計算和控制的,確保不追尾;
(3) 制動的起點和終點是動態的,軌旁設備的數量與列車運行間隔關系不大;
(4) 列車最小運行間隔可做到≤80 s 。
(5) 采用先進的通信的地-車雙向傳輸,信息量大,易于實現無人駕駛。
3 基于通信的列車控制(CB TC)
基于通信的列車控制(簡記為CB TC) 是一種采用先進的通信、計算機技術,連續控制、監測列車運行的移動閉塞方式。它擺脫用軌道電路判別對閉塞分區占用與否,突破了固定閉塞的局限性。
CB TC 實現列車與軌旁設備實時雙向通信且信息量大,改變了以往列車運行時信息只能由軌旁設備向車上傳遞,信息量少的缺點。
CB TC 能大大減少軌旁設備,安裝維修方便。在進一步完善其降級使用模式后,有利于降低運營成本;
CB TC 便于短編組、高密度運行,可縮短站臺長度和端站尾軌長度,提高服務質量,降低土建工程投資。
CB TC 確立“信號通過通信”的新理念,使列車與地面(軌旁) 緊密結合、整體處理,改變以往車-地相互隔離、以車為主的狀態。這意味著只要車-地通信采用統一標準協議后,就易于實現不同線路間不同類型列車的聯通聯運。
4 上海軌道交通A TC 系統發展策略
上海市軌道交通既有信號系統可分兩類:第一類即所謂的目標-距離式準移動閉塞系統,以地鐵2 號線、3 號線為代表,采用數字編碼軌道電路、曲線式速度調整方式;第二類為固定閉塞與點式信號系統,分別以地鐵1 號線和莘閔輕軌為代表。
A TC 系統技術與制式的選擇必須有利于實現不同線路間的聯通聯運,為此特提出如下建議:
(1) 必須考慮既有系統的充分利用、近期實施的可能性,同時也要兼顧滿足中長期發展目標的技術手段,分步實施,不可能也不必要求一步到位。
(2) 對有聯通運行交路的線路,例如在建地鐵4 號線與已建3 號線(部分) 有環線運行要求,只能采用同一信號制式。
(3) 對2005 年計劃完成的新線項目,其信號系統制式應以上述兩類既有制式為主,保持一致或兼容;第一類宜用于骨干地鐵線路,第二類宜用于不設A TO 的輕軌線路,并力求擴大國產化率,做到降低成本。
(4) 應根據上海市軌道交通網規劃設置的車輛段、停車場和控制中心,以及線路間聯通聯運的要求,分區域并按其相關線路確定同一信號制式與車輛類型,以減少備用車輛數。
(5) 積極跟蹤研究以CB TC 為代表的列車控制新技術,注意吸取國外成功的先進經驗,推動建立具有通用性、開放性、便于實現聯通聯運的技術標準,力爭在2010 年前計劃建成的200 km 線路中盡量統一制式,實現聯通聯運,并有多家(包括國內) 供貨商支持,通過競爭促進技術發展、降低工程造價。
上海地鐵建設有限公司與上海市建委軌道交通(學科) 研究發展中心于2002 年10 月14 日至10 月16 日在上海組織召開了“ 基于通信的列車控制與聯通聯運國際研討會”。會議特別邀請了美國PASONS 國際咨詢公司等專家介紹了CB TC 發展動態,并對上海市軌道交通實現聯通聯運的可能性方案進行初步討論,取得良好效果。本文已參考或體現該研討會的相關論點,并建議今后繼續組織國內外專家進行專題討論,以促進上海市軌道交通的技術發展與合理配置。
圖1 三種閉塞方式比較
參 考 文 獻
1 豐文勝,黃鐘. 城市軌道交通列車自動控制系統的標準化設想. 城市軌道交通研究,2002 , (4) :36
2 陳永生,徐金祥. 上海軌道交通信號制式的多樣性及其對策. 城市軌道交通研究,2002 , (4) :29
