城市軌道交通A TC 系統(tǒng)的發(fā)展策略

摘　要　在簡(jiǎn)要論述上海城市軌道交通既有列車自動(dòng)控制(ATC) 系統(tǒng)制式的發(fā)展歷程后,著重闡明解決多制式信號(hào)系統(tǒng)間的互聯(lián)互通問題的技術(shù)策略?；谕ㄐ诺牧熊嚳刂?CB TC) 信號(hào)系統(tǒng)代表了城市軌道交通A TC 系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展方向。提出了CB TC 的具體實(shí)施建議。
關(guān)鍵詞　城市軌道交通,列車自動(dòng)控制,互聯(lián)互通,基于通信的列車控制
1 　傳統(tǒng)信號(hào)系統(tǒng)與列車自動(dòng)控制系統(tǒng)
信號(hào)系統(tǒng)即列車控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)信號(hào)系統(tǒng)主要包括區(qū)間(站間) 閉塞、車站聯(lián)鎖、機(jī)車信號(hào)、超速防護(hù)以及以調(diào)度集中(CTC) 為主的中央調(diào)度控制系統(tǒng)。
列車自動(dòng)控制(A TC) 系統(tǒng)為現(xiàn)代信號(hào)系統(tǒng),主要包括列車自動(dòng)防護(hù)(A TP) 、列車自動(dòng)監(jiān)控(A TS) 與列車自動(dòng)運(yùn)行(A TO) 子系統(tǒng), 乃至無(wú)人駕駛(Driverless) 列車控制新技術(shù)。
A TP 為整個(gè)A TC 系統(tǒng)的安全核心,負(fù)責(zé)列車間的安全間隔、超速防護(hù)及車門控制。主要包括軌旁聯(lián)鎖(車站與區(qū)間) 、車載等設(shè)備。A TP 的系統(tǒng)制式有不同分類方式:按控制方式分,有臺(tái)階式、曲線式;按傳輸方式分,有點(diǎn)式、連續(xù)式;按閉塞方式分,有固定式、準(zhǔn)移動(dòng)式與移動(dòng)式。
A TS 為A TC 系統(tǒng)的上層管理部分, 負(fù)責(zé)監(jiān)督、控制協(xié)調(diào)列車運(yùn)行,根據(jù)客流與實(shí)際運(yùn)行情況, 選定并維護(hù)運(yùn)行圖,自動(dòng)或人工調(diào)整停站或區(qū)間運(yùn)行時(shí)間,并與管理信息系統(tǒng)和旅客向?qū)到y(tǒng)接口。A TS 子系統(tǒng)主要由中央計(jì)算機(jī)及相關(guān)顯示、控制與記錄設(shè)備以及車站A TS 設(shè)備構(gòu)成。
A TO 需在已裝備A TP 子系統(tǒng)的條件下使用, 負(fù)責(zé)自動(dòng)控制列車車速調(diào)整列車運(yùn)行、形成平滑控制牽引力和制動(dòng)力的指令、在一定精度范圍內(nèi)對(duì)位停車等。它有利于列車節(jié)能并提高旅客乘坐的舒適度和減輕司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度。上海地鐵1 、2 、3 號(hào)線的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)主要特點(diǎn)見表1 。
2 　列車運(yùn)行間隔控制與閉塞方式
列車運(yùn)行間隔是軌道交通系統(tǒng)的重要指標(biāo),反映了系統(tǒng)的最大載客能力,并直接影響系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與復(fù)雜程度,從而影響造價(jià),同時(shí)還隱含系統(tǒng)的適應(yīng)性或靈活性。
列車運(yùn)行間隔的控制是列車控制的核心,以故障-安全原則并對(duì)其進(jìn)行量化、認(rèn)證(包括硬件、軟件及系統(tǒng)),確保系統(tǒng)的可靠性、安全性與可用度, 達(dá)到安全與效率的統(tǒng)一。
行車閉塞方式可分為固定閉塞、準(zhǔn)移動(dòng)閉塞和移動(dòng)閉塞。其比較圖見圖1 。
固定閉塞的特點(diǎn):
(1) 線路被劃分為固定位置、某一長(zhǎng)度的閉塞分區(qū),一個(gè)分區(qū)只能被一列車占用;
(2) 閉塞分區(qū)的長(zhǎng)度按最長(zhǎng)列車、滿負(fù)載、最高速度、最不利制動(dòng)率等不利條件設(shè)計(jì);
(3) 列車間隔為若干閉塞分區(qū),而與列車在分區(qū)內(nèi)的實(shí)際位置無(wú)關(guān);
(4) 制動(dòng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)總是某一分區(qū)的邊界;
(5) 要求運(yùn)行間隔越短,閉塞分區(qū)(設(shè)備) 數(shù)也越多,列車最小運(yùn)行間隔≥120 s ;
(6) 采用模擬軌道電路,輪軸傳感器,加點(diǎn)式或環(huán)線傳輸,信息量少。
表1 　上海地鐵既有列車自動(dòng)控制系統(tǒng)主要特點(diǎn)對(duì)照表

　　移動(dòng)閉塞的特點(diǎn):
(1) 線路沒有固定劃分的閉塞分區(qū),列車間隔是動(dòng)態(tài)的,并隨前一列車的移動(dòng)而移動(dòng);
(2) 列車間隔是按后續(xù)列車在當(dāng)前速度下所需的制動(dòng)距離,加上安全余量計(jì)算和控制的,確保不追尾;
(3) 制動(dòng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)是動(dòng)態(tài)的,軌旁設(shè)備的數(shù)量與列車運(yùn)行間隔關(guān)系不大;
(4) 列車最小運(yùn)行間隔可做到≤80 s 。
(5) 采用先進(jìn)的通信的地-車雙向傳輸,信息量大,易于實(shí)現(xiàn)無(wú)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(jiǎn)記為CB TC) 是一種采用先進(jìn)的通信、計(jì)算機(jī)技術(shù),連續(xù)控制、監(jiān)測(cè)列車運(yùn)行的移動(dòng)閉塞方式。它擺脫用軌道電路判別對(duì)閉塞分區(qū)占用與否,突破了固定閉塞的局限性。
CB TC 實(shí)現(xiàn)列車與軌旁設(shè)備實(shí)時(shí)雙向通信且信息量大,改變了以往列車運(yùn)行時(shí)信息只能由軌旁設(shè)備向車上傳遞,信息量少的缺點(diǎn)。
CB TC 能大大減少軌旁設(shè)備,安裝維修方便。在進(jìn)一步完善其降級(jí)使用模式后,有利于降低運(yùn)營(yíng)成本;
CB TC 便于短編組、高密度運(yùn)行,可縮短站臺(tái)長(zhǎng)度和端站尾軌長(zhǎng)度,提高服務(wù)質(zhì)量,降低土建工程投資。
CB TC 確立“信號(hào)通過通信”的新理念,使列車與地面(軌旁) 緊密結(jié)合、整體處理,改變以往車-地相互隔離、以車為主的狀態(tài)。這意味著只要車-地通信采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議后,就易于實(shí)現(xiàn)不同線路間不同類型列車的聯(lián)通聯(lián)運(yùn)。
4 　上海軌道交通A TC 系統(tǒng)發(fā)展策略
上海市軌道交通既有信號(hào)系統(tǒng)可分兩類:第一類即所謂的目標(biāo)-距離式準(zhǔn)移動(dòng)閉塞系統(tǒng),以地鐵2 號(hào)線、3 號(hào)線為代表,采用數(shù)字編碼軌道電路、曲線式速度調(diào)整方式;第二類為固定閉塞與點(diǎn)式信號(hào)系統(tǒng),分別以地鐵1 號(hào)線和莘閔輕軌為代表。
A TC 系統(tǒng)技術(shù)與制式的選擇必須有利于實(shí)現(xiàn)不同線路間的聯(lián)通聯(lián)運(yùn),為此特提出如下建議:
(1) 必須考慮既有系統(tǒng)的充分利用、近期實(shí)施的可能性,同時(shí)也要兼顧滿足中長(zhǎng)期發(fā)展目標(biāo)的技術(shù)手段,分步實(shí)施,不可能也不必要求一步到位。
(2) 對(duì)有聯(lián)通運(yùn)行交路的線路,例如在建地鐵4 號(hào)線與已建3 號(hào)線(部分) 有環(huán)線運(yùn)行要求,只能采用同一信號(hào)制式。
(3) 對(duì)2005 年計(jì)劃完成的新線項(xiàng)目,其信號(hào)系統(tǒng)制式應(yīng)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(shè)A TO 的輕軌線路,并力求擴(kuò)大國(guó)產(chǎn)化率,做到降低成本。
(4) 應(yīng)根據(jù)上海市軌道交通網(wǎng)規(guī)劃設(shè)置的車輛段、停車場(chǎng)和控制中心,以及線路間聯(lián)通聯(lián)運(yùn)的要求,分區(qū)域并按其相關(guān)線路確定同一信號(hào)制式與車輛類型,以減少備用車輛數(shù)。
(5) 積極跟蹤研究以CB TC 為代表的列車控制新技術(shù),注意吸取國(guó)外成功的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),推動(dòng)建立具有通用性、開放性、便于實(shí)現(xiàn)聯(lián)通聯(lián)運(yùn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),力爭(zhēng)在2010 年前計(jì)劃建成的200 km 線路中盡量統(tǒng)一制式,實(shí)現(xiàn)聯(lián)通聯(lián)運(yùn),并有多家(包括國(guó)內(nèi)) 供貨商支持,通過競(jìng)爭(zhēng)促進(jìn)技術(shù)發(fā)展、降低工程造價(jià)。
上海地鐵建設(shè)有限公司與上海市建委軌道交通(學(xué)科) 研究發(fā)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(lián)通聯(lián)運(yùn)國(guó)際研討會(huì)”。會(huì)議特別邀請(qǐng)了美國(guó)PASONS 國(guó)際咨詢公司等專家介紹了CB TC 發(fā)展動(dòng)態(tài),并對(duì)上海市軌道交通實(shí)現(xiàn)聯(lián)通聯(lián)運(yùn)的可能性方案進(jìn)行初步討論,取得良好效果。本文已參考或體現(xiàn)該研討會(huì)的相關(guān)論點(diǎn),并建議今后繼續(xù)組織國(guó)內(nèi)外專家進(jìn)行專題討論,以促進(jìn)上海市軌道交通的技術(shù)發(fā)展與合理配置。

圖1 　三種閉塞方式比較
參　考　文　獻(xiàn)
1 　豐文勝,黃鐘. 城市軌道交通列車自動(dòng)控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)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(hào)制式的多樣性及其對(duì)策. 城市軌道交通研究,2002 , (4) :29