大連地鐵信號系統的設計標準與方案比選

摘 要：信號系統由正線信號系統和車輛段信號系統組成。本文根據大連地鐵1號線和2號線的運營要求，詳細介紹并比較了各種閉塞方式，為系統方案的設計提供了可研究性報告。

關鍵詞：ATC；列車控制；移動閉塞

在城市軌道交通中，信號系統是保證列車安全、快捷、正點、高密度、不間斷運行的重要技術裝備。根據大連地鐵遠期2分鐘的行車間隔要求，及全線裝備安全門，對停車精度有較高的要求，因此正線信號系統采用完整的ATC系統，通常包括列車自動監控子系統（ATS）、列車自動防護子系統（ATP）、列車自動運行子系統（ATO）和正線計算機聯鎖（CBI）子系統。

ATC系統從閉塞方式上區分主要有固定閉塞系統，準移動閉塞系統和移動閉塞系統。其中固定閉塞影響了線路的使用效率，不作為本次設計的選擇對象。

目前城市軌道交通項目ATC系統廣泛采用準移動閉塞和移動閉塞系統。

一、準移動閉塞系統

準移動閉塞方式一般是以數字信號技術為基礎，利用鋼軌或環線等作為車地信息的傳送載體。由于信號傳輸、處理過程的數字化，使系統具有信息量大，抗干擾能力強的特點。軌道電路可以向列車傳遞足夠用于列車連續曲線速度控制信息（包括目標速度、目標距離、線路狀態、線路允許速度、軌道電路標號及長度等），車載設備可以實現對列車的連續曲線速度控制。

該系統減少了階梯式控制的安全保護距離對列車運行間隔的影響，提高了列車控制的精度和行車效率，使用司機在駕駛中比較輕松，不需要進行頻繁的制動、牽引，可以達到較好的節能效果，提高乘客的乘坐舒適度。

二、移動閉塞系統

移動閉塞方式利用通信技術，通過車載設備、傳輸媒介與車站或控制中心實現信息交換，能夠實現高速度、大容量的車-地雙向通信。由于沒有預先設置的閉塞分區，不以固定閉塞分區為列車追蹤的最小單元。此方式后續列車所知道的目標距離是距前車尾部的實際距離。我國目前正在實施的上海地鐵8、9號線和廣州地鐵4、5號線等項目均采用了基于CBTC的移動閉塞系統。

三、準移動閉塞和移動閉塞制式比較如下

（一）區間通過能力的比較。準移動閉塞提供“跳躍”式速度—距離模式曲線，ATP的目標點設置在軌道電路的邊界處；移動閉塞系統提供“實時跟隨”的速度—距離模式曲線，ATP的目標點始終跟隨著前行車的移動而移動，移動閉塞可縮短行車間隔時間，提供比準移動閉塞更優化的追蹤間隔，有利于ATS列車自動調整功能、降低車輛運行能耗、提高時刻表列車的正點率、應對突發性客流，從而提升地鐵系統的服務質量。

（二）列車運行控制的比較。移動閉塞系統對列車的ATP控制曲線由車載ATP/ATO計算機計算，可以根據列車自身的性能（長度、制動性能、牽引性能等）計算出最優化的運行曲線；準移動閉塞的ATP曲線是由地面ATP計算的，它只能根據最不利條件來計算列車的ATP曲線。因此，移動閉塞系統克服了軌道電路在處理不同速度、不同制動能力的不同類型列車時無能為力的難題，因此更有利于適應不同性能列車的運行，也為線網的互聯互通創造了條件。

移動閉塞系統對非裝備列車（車載設備故障的列車、工程車等）提供特殊的防護進路，能夠判別接近進路的列車是裝備車還是非裝備車；準移動閉塞根據軌道電路的占用排列進路，不能區分列車是裝備車還是非裝備車，非裝備車與前車之間的安全防護靠調度人員和司機來保證。

（三）列車運行位置報告的比較。準移動閉塞的列車位置報告由物理的列車位置檢測設備來檢測，移動閉塞是通過車載線路數據庫結合測速設備以及地面信標的方式來確定。一般準移動閉塞中軌道電路的長度選擇在250米左右，地面報告給聯鎖或ATP的列車位置最小長度為250m，移動閉塞可以做到列車實際長度加上6m的范圍，因此移動閉塞列車定位精度更高。

（四）車—地通信數據傳輸的比較。移動閉塞在全線范圍內提供雙方向數據傳輸鏈路，而準移動閉塞僅提供地—車單方向數據鏈路（在車站區域設置點式車—地數據鏈路）；移動閉塞提供的ATS列車車次號跟蹤功能將由準移動閉塞的ATS車次號步進，進化為ATS車次號步進與從列車傳至ATS的車次號同步校核修正功能，從而更加完善了車次號的跟蹤功能。準移動閉塞通過鋼軌向車載設備提供200bps的傳輸速率，移動閉塞系統采用802.1lb的AES—CBC—128標準加密技術，最高可以提供8Mbps的傳輸速率，可以傳送車載設備狀態、列車狀態等信息，甚至可同時傳送音頻和視頻信息，為車輛狀態信息傳送至中央提供通信通道，為實現無人駕駛技術預留條件。進入21世紀后，提高服務水平將成為今后地鐵運營的重要發展項目，信號系統作為行車控制系統應充分考慮為行車調度員和乘客提供更多、更廣泛的行車信息，提高車地傳輸信息的能力也將是信號系統遠景發展的必然趨勢。

（五）工程運用分析。隨著計算機、通信和控制技術的飛速發展，通過采用先進的信號控制技術，可以大大提高服務水平，更好地滿足運營要求。移動閉塞信號系統代表了城市軌道交通領域信號系統的發展方向，目前移動閉塞技術在國內外城市軌道交通領域中已有大量應用，在歐洲、美洲、亞洲的多個軌道交通項目已采用了基于通信的移動閉塞ATC系統，在國內已經開通的武漢輕軌以及正在實施的廣州地鐵3、4、5號線，上海地鐵6、8、9號線，北京地鐵2、4、10號線均采用了基于CBTC的移動閉塞系統。

（六）經濟方面。初期建設成本方析：從國內的幾個城市地鐵信號系統的招標情況來看，基于CBTC的移動閉塞系統經過多年的研究、開發與應用，產品日趨成熟，其系統結構簡單、硬件設備數量少的優勢逐漸顯現，工程造價已與準移動閉塞相當，性能價格比更具競爭力。隨著移動閉塞信號系統在國內各大城市軌道交通的逐漸廣泛使用，國產化率的逐漸提高，移動閉塞系統的建設成本將會進一步降低。

運營及維護成本分析：準移動閉塞ATC系統的車—地信息傳輸基于軌道電路，軌旁設備多，維修工作量大，移動閉塞軌旁設備的安裝不僅對軌道道床、鋼軌、牽引回流等沒有要求而且安裝調試簡單，維護工作量小。隨著通信技術的發展，準移動閉塞所占的市場份額將逐步被基于CBTC的移動閉塞系統所取代，信號設備的專用性也會導致準移動閉塞的備品備件價格隨著供貨商新開或保留備品備件生產線而產生的費用逐年增加。

四、結語

基于CBTC的移動閉塞系統技術先進，代表著城市軌道交通信號系統的發展方向，能實現較短的行車間隔，能為本線儲備較大的運能，更有利于線路通過能力的充分發揮，比準移動閉塞系統更簡潔、更靈活、更高效。在采用成熟可靠的軌道區段檢查設備（軌道電路、計軸等）作為列車檢測的后備手段后，是一種較好的控制系統方案。

總之，準移動閉塞ATC系統和基于CBTC的移動閉塞系統均可滿足大連地鐵的運營要求，根據目前各大信號公司的ATC系統的情況，以及世界各國軌道交通信號系統的建設情況、各系統設備的性價比、系統設備的生命周期成本等情況，原則上大連地鐵1號線和2號線的信號系統設備在上述各ATC系統的基礎上進行選擇，并優先考慮采用基于CBTC的移動閉塞系統。