城市轨道交通A TC 系统的发展策略
摘 要 在简要论述上海城市轨道交通既有列车自动控制(ATC) 系统制式的发展历程后,着重阐明解决多制式信号系统间的互联互通问题的技术策略。基于通信的列车控制(CB TC) 信号系统代表了城市轨道交通A TC 系统的一个发展方向。提出了CB TC 的具体实施建议。
关键词 城市轨道交通,列车自动控制,互联互通,基于通信的列车控制
1 传统信号系统与列车自动控制系统
信号系统即列车控制系统。传统信号系统主要包括区间(站间) 闭塞、车站联锁、机车信号、超速防护以及以调度集中(CTC) 为主的中央调度控制系统。
列车自动控制(A TC) 系统为现代信号系统,主要包括列车自动防护(A TP) 、列车自动监控(A TS) 与列车自动运行(A TO) 子系统, 乃至无人驾驶(Driverless) 列车控制新技术。
A TP 为整个A TC 系统的安全核心,负责列车间的安全间隔、超速防护及车门控制。主要包括轨旁联锁(车站与区间) 、车载等设备。A TP 的系统制式有不同分类方式:按控制方式分,有台阶式、曲线式;按传输方式分,有点式、连续式;按闭塞方式分,有固定式、准移动式与移动式。
A TS 为A TC 系统的上层管理部分, 负责监督、控制协调列车运行,根据客流与实际运行情况, 选定并维护运行图,自动或人工调整停站或区间运行时间,并与管理信息系统和旅客向导系统接口。A TS 子系统主要由中央计算机及相关显示、控制与记录设备以及车站A TS 设备构成。
A TO 需在已装备A TP 子系统的条件下使用, 负责自动控制列车车速调整列车运行、形成平滑控制牵引力和制动力的指令、在一定精度范围内对位停车等。它有利于列车节能并提高旅客乘坐的舒适度和减轻司机的劳动强度。上海地铁1 、2 、3 号线的列车自动控制系统主要特点见表1 。
2 列车运行间隔控制与闭塞方式
列车运行间隔是轨道交通系统的重要指标,反映了系统的最大载客能力,并直接影响系统的设计标准与复杂程度,从而影响造价,同时还隐含系统的适应性或灵活性。
列车运行间隔的控制是列车控制的核心,以故障-安全原则并对其进行量化、认证(包括硬件、软件及系统),确保系统的可靠性、安全性与可用度, 达到安全与效率的统一。
行车闭塞方式可分为固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞。其比较图见图1 。
固定闭塞的特点:
(1) 线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区,一个分区只能被一列车占用;
(2) 闭塞分区的长度按最长列车、满负载、最高速度、最不利制动率等不利条件设计;
(3) 列车间隔为若干闭塞分区,而与列车在分区内的实际位置无关;
(4) 制动的起点和终点总是某一分区的边界;
(5) 要求运行间隔越短,闭塞分区(设备) 数也越多,列车最小运行间隔≥120 s ;
(6) 采用模拟轨道电路,轮轴传感器,加点式或环线传输,信息量少。
表1 上海地铁既有列车自动控制系统主要特点对照表
移动闭塞的特点:
(1) 线路没有固定划分的闭塞分区,列车间隔是动态的,并随前一列车的移动而移动;
(2) 列车间隔是按后续列车在当前速度下所需的制动距离,加上安全余量计算和控制的,确保不追尾;
(3) 制动的起点和终点是动态的,轨旁设备的数量与列车运行间隔关系不大;
(4) 列车最小运行间隔可做到≤80 s 。
(5) 采用先进的通信的地-车双向传输,信息量大,易于实现无人驾驶。
3 基于通信的列车控制(CB TC)
基于通信的列车控制(简记为CB TC) 是一种采用先进的通信、计算机技术,连续控制、监测列车运行的移动闭塞方式。它摆脱用轨道电路判别对闭塞分区占用与否,突破了固定闭塞的局限性。
CB TC 实现列车与轨旁设备实时双向通信且信息量大,改变了以往列车运行时信息只能由轨旁设备向车上传递,信息量少的缺点。
CB TC 能大大减少轨旁设备,安装维修方便。在进一步完善其降级使用模式后,有利于降低运营成本;
CB TC 便于短编组、高密度运行,可缩短站台长度和端站尾轨长度,提高服务质量,降低土建工程投资。
CB TC 确立“信号通过通信”的新理念,使列车与地面(轨旁) 紧密结合、整体处理,改变以往车-地相互隔离、以车为主的状态。这意味着只要车-地通信采用统一标准协议后,就易于实现不同线路间不同类型列车的联通联运。
4 上海轨道交通A TC 系统发展策略
上海市轨道交通既有信号系统可分两类:第一类即所谓的目标-距离式准移动闭塞系统,以地铁2 号线、3 号线为代表,采用数字编码轨道电路、曲线式速度调整方式;第二类为固定闭塞与点式信号系统,分别以地铁1 号线和莘闵轻轨为代表。
A TC 系统技术与制式的选择必须有利于实现不同线路间的联通联运,为此特提出如下建议:
(1) 必须考虑既有系统的充分利用、近期实施的可能性,同时也要兼顾满足中长期发展目标的技术手段,分步实施,不可能也不必要求一步到位。
(2) 对有联通运行交路的线路,例如在建地铁4 号线与已建3 号线(部分) 有环线运行要求,只能采用同一信号制式。
(3) 对2005 年计划完成的新线项目,其信号系统制式应以上述两类既有制式为主,保持一致或兼容;第一类宜用于骨干地铁线路,第二类宜用于不设A TO 的轻轨线路,并力求扩大国产化率,做到降低成本。
(4) 应根据上海市轨道交通网规划设置的车辆段、停车场和控制中心,以及线路间联通联运的要求,分区域并按其相关线路确定同一信号制式与车辆类型,以减少备用车辆数。
(5) 积极跟踪研究以CB TC 为代表的列车控制新技术,注意吸取国外成功的先进经验,推动建立具有通用性、开放性、便于实现联通联运的技术标准,力争在2010 年前计划建成的200 km 线路中尽量统一制式,实现联通联运,并有多家(包括国内) 供货商支持,通过竞争促进技术发展、降低工程造价。
上海地铁建设有限公司与上海市建委轨道交通(学科) 研究发展中心于2002 年10 月14 日至10 月16 日在上海组织召开了“ 基于通信的列车控制与联通联运国际研讨会”。会议特别邀请了美国PASONS 国际咨询公司等专家介绍了CB TC 发展动态,并对上海市轨道交通实现联通联运的可能性方案进行初步讨论,取得良好效果。本文已参考或体现该研讨会的相关论点,并建议今后继续组织国内外专家进行专题讨论,以促进上海市轨道交通的技术发展与合理配置。
图1 三种闭塞方式比较
参 考 文 献
1 丰文胜,黄钟. 城市轨道交通列车自动控制系统的标准化设想. 城市轨道交通研究,2002 , (4) :36
2 陈永生,徐金祥. 上海轨道交通信号制式的多样性及其对策. 城市轨道交通研究,2002 , (4) :29
