點式ATC系統在溫州市域鐵路S1線中的應用

徐 軍

（溫州市鐵路與軌道交通投資集團有限公司，浙江溫州 325000）

溫州市域鐵路S1線作為溫州市域軌道交通線網規劃的第一條市域鐵路，是構建未來溫州大都市核心區兩大中心——中心城和甌江口新城的快速聯系通道，承擔市區范圍內東西向組團間快速交通聯系，串聯甌海中心區、中心城區、龍灣中心與永強機場和半島，并服務溫州南高鐵站、永強機場。作為第一條骨干市域線，溫州市域鐵路S1線一期工程具有市域快線的特點，其建設、運營及管理模式都類似于城市軌道交通，因此，對運營服務質量、舒適性及設備的自動化程度要求較高。

1 溫州市域鐵路S1線的運營特點

1）行車密度適中，初期間隔4.3 min，近期間隔4.0 min，遠期間隔2.0 min。

2）平均站間距大，最大站間距為7.03 km，近期工程平均站間距3.7 km，遠期平均站間距2.7 km。

3）一期工程全長53 km，速度目標值高，為120 km/h。

4）旅行速度較高，線路旅行速度為站站停列車初、近期55 km/h、遠期預留車站接入后50 km/h。

5）運營管理模式接近城市軌道交通，公交化運營。

6）AC 27 500 V供電,存在分相區。

2 溫州市域鐵路S1線信號系統選型

由S1線的運營特點可知，市域鐵路的平均站間距、最高時速、發車間隔均介于城市軌道交通與大鐵路之間，且市域鐵路為公交化運營，運營方式更接近于城市軌道交通，線路上列車啟動出站、制動停站的頻率高，站臺區需與站臺門聯動，為了保障列車準點運營、安全運行、降低司機勞動強度，市域鐵路的信號系統應具有ATO子系統。

S1線初步設計完成于2012年，當時基于LTE的CBTC方案并不成熟，可供選擇的成熟系統方案有CTCS-2+ATO方案，基于數字軌道電路方案，基于WLAN的CBTC方案，基于交叉環線ATC方案，但這幾種方案都不能完全滿足S1運營需求，最終經過多輪論證及業內專家評審，決定采用點式ATC系統。點式ATC系統以城市軌道交通的后備點式系統為基礎，基于ETCS 1技術平臺，在站臺接近至離去區域、自動折返區域及轉換軌區域覆蓋無線車地通信網絡，以實現站臺接近區域及站臺區域對站臺緊急停車、站臺門的連續安全防護、車門和站臺門聯動控制及列車自動折返等功能，并預留遠期升級CBTC條件。各系統方案的比較如下。

1）對于C2+ATO系統，無成熟應用案例，ZPW-2000軌道電路無支持2 min運營間隔的業績。

2）對于基于數字軌道電路的ATC方案，該系統不是軌道交通信號系統的發展反向、軌旁設備多、安裝調試復雜、投資高、維護成本大、不支持網內互聯互通。

3）對于基于WLAN的CBTC方案，理論上可支持120 km/h最高速度目標值，但實際只有100 km/h應用案例，也不完全支持網內互聯互通。

4）對于基于交叉環線的ATC方案，該系統為獨家產品、且不支持網內互聯互通。

5）點式ATC系統在城市軌道交通中得到廣泛應用，且主要設備都是歐標設備，只是各廠商都在歐標基礎上有不同的擴展，只要在項目執行中將點式ATC系統標準化，使點式ATP完全符合ETCS 1標準，即能為線網互聯互通提供條件。

3 點式ATC系統組成

溫州市域鐵路S1線一期工程信號系統采用增強式點式ATC系統，包括列車自動監控子系統(ATS）、列車自動防護子系統（ATP）、列車自動駕駛子系統（ATO）、計算機聯鎖子系統（CBI），數據傳輸子系統（DCS）以及維護監測子系統 （MMS），并在站臺接近至離去區域、自動折返區域、轉換軌覆蓋車地無線通信網絡，系統架構支持遠期升級CBTC移動閉塞系統。點式ATC系統的子系統與設備連接,其信息流程如圖1、2所示。

4 點式ATC系統功能

4.1 駕駛模式

本系統為溫州市域鐵路S1線初、近期提供5種駕駛模式，如表1所示。

表1 駕駛模式

4.2 閉塞設計

4.2.1 正線信號機布置

溫州S1線的信號機布置如圖3所示。

圖1 子系統與設備連接示意圖

圖2 子系統與設備信息流程圖

正線正方向采用三顯示自動閉塞方式運行，設計追蹤間隔150 s,區間設置通過信號機，車站設置進站及出站信號機。反方向運行采用大區間運行模式，反方向區間不設置通過信號機，提供本站出站信號機至下一站反向進站信號機的大區間運行方式。

相鄰兩站之間的正方向任意兩架同方向、連續的信號機至信號機之間為一個閉塞分區，此信號機至信號機之間的進路不設置保護區段，閉塞分區的長度大于列車在最高行駛速度的安全制動距離SBD；進站信號機-出站信號機的進路設置保護區段，進站信號機至出站信號機加保護區段為一個閉塞分區，其長度總和大于列車在最高行駛速度的安全制動距離SBD。

4.2.2 ATP移動授權

系統提供基于信號機至信號機的點式ATP運行和防護。正線每架信號機前方設置有源應答器，用于向列車發送運行前方的移動授權，進站進路在進站信號機前方設置填充應答器。有源應答器通過LEU與聯鎖系統連接，聯鎖系統根據進路狀態選擇相應的應答器報文，通過LEU傳遞給軌旁應答器。當列車經過應答器上方時，應答器向列車發送移動授權信息。

當信號機顯示綠燈時，ATP移動授權終點位于運行前方第三架信號機前方，如圖3虛線所示；如信號機顯示黃燈，則ATP移動授權終點位于第二架信號機前方。

圖3 S1線信號機布置圖

4.3 區域連續防護

系統在正線車站的接近至離去區域設置連續的車地雙向無線數據傳輸網絡。在列車接近和處于站臺區域時，系統連續監督車站安全門（PSD）和緊急停車按鈕（ESB）的狀態。如CC檢測到PSD故障或ESB按下時，CC根據列車位置采取相應措施：

1）當列車接近站臺時，CC將禁止列車進入站臺，列車的移動授權點將限制在站臺入口處；

2）當列車部分或全部處于站臺區域時，CC將施加EB使列車停車。

4.4 站臺發車防護

在iATO模式和iATP+模式下，當CC檢查到站臺未實施緊急停車、車門和站臺門關閉且鎖閉、無扣車命令且出站信號機開放，區域控制器（ZC）將向CC發送發車授權，CC將允許列車離開站臺。在發車授權生效前，司機的發車命令都是無效的。如果列車沒有得到發車授權，將在司機駕駛顯示單元(TOD)上顯示相應信息。

4.5 臨時限速

在iATO模式和iATP+模式下，系統根據ATS的操作指令實施臨時限速。除此之外的其他駕駛模式下，臨時限速完全由司機負責。調度員根據運營需求，在ATS設置臨時限速，臨時限速信息通過FRONTAM發送給ZC，并由ZC發送給CC。

當列車停在站臺時，CC將從ZC接收臨時限速信息，并根據軌旁線路條件和臨時限速條件，調整列車ATP防護曲線。當列車進入區間后，如果當前區域需要設置臨時限速，由于區間沒有無線覆蓋，列車無法接收臨時限速信息，需要調度人工通知司機臨時限速的信息。

在iATOM模式和iATPM+模式下，系統在無線區域收到ATS發布的臨時限速信息，隨著CC與ZC的周期性通信，臨時限速信息也會在有效時間內被更新，如果臨時限速信息未在預定的時間內被更新，CC將施加EB，同時iATO模式和iATPM+駕駛模式不可用。

在iATP模式和RM模式下，臨時限速信息由調度員人工通知司機，由司機人工確認，確保列車按照臨時限速信息正常運行。

4.6 運行調整

在站臺區域通過連續的車地雙向通信網絡，ATS可將列車運行等級、扣車和跳停的運行調整信息發送給CC。CC根據ATS的運行等級命令調整列車在區間的運行速度，進而調整區間運行時間。當CC接收到ATS的扣車命令時，CC將防護列車發車，如檢測到列車移動將施加FSB。當CC接收到ATS的跳停命令時，跳停信息將顯示在TOD上，CC將根據跳停指令取消相應站的站臺作業，直接駛向下一站。

4.7 車門和站臺門聯動

站臺區域設置連續的車地無線雙向通信網絡，當CC檢測到列車處于零速狀態、列車已對準站臺的正確位置及列車已切除牽引并實施保持制動后，CC發出開門使能信息。CC通過無線車地通信將開/關門信號發送給聯鎖，實現車門和站臺門的聯動控制。CC根據車輛不同編組類型（4節編組或6節編組）分別發送不同的門控指令，經聯鎖與站臺門接口，控制相應的站臺門打開和關閉。

4.8 無人自動折返

系統在折返區域設置連續的車地無線雙向通信網絡，聯鎖將站臺自動折返按鈕狀態、折返信號機狀態、進路鎖閉狀態發送給ZC，ZC據此計算移動授權并發送給CC，CC根據移動授權信息自動控制列車的折返運行，當列車運行到發車站臺時自動打開站臺門。

4.9 分相區管理

分相區平面布置如圖4所示。

列車在通過分相區時，最早在越過G1后斷電，最晚在列車完全越過G3后通電，即列車惰行距離約560 m。

按照車輛計算結果，列車通過分相區時車速最小應為40 km/h，建議不小于60 km/h。按照啟動加速度a=0.6，線路坡度小于4‰上坡計算，加速啟動至60 km/h所需距離約250 m；列車運行通過分相區時，如前方信號機紅燈，列車停車后應能保證列車全部駛過G3，即G3與前方信號機距離應大于200 m。

圖4 分相區平面布置圖

車載軌道數據庫內將定義分相區的預告點和離去點。當列車到達分相區的預告點和離開分相區時，CC將在TOD上顯示相應信息，提示司機即將進入和已經離開分相區。列車通過分相區時，在iATO模式下，CC將發送給車輛惰行命令，控制列車采用惰行模式通過分相區，在列車通過分相區后，CC將自動向列車發送加速/減速命令控制列車運行。在非iATO模式下，司機將根據規定的操作程序并根據TOD的提示人工駕駛列車通過分相區。

5 結束語

點式ATC系統具有CBTC系統的主要功能及特點，只是減少區間地段連續雙向車地通信設備的配置，采用有源應答器實現區間ATP/ATO功能，同時為滿足ATS、站臺安全防護及站臺門控制等功能，在站臺區配置車地無線雙向通信設施。

點式ATC系統完全能夠滿足本線的行車間隔要求，并可減少投資成本、減少信號系統設備的安裝、調試、維護等工作。如果將來隨著客流的培育或受城市建設及發展的影響使本線客流上升而達到2 min的運行間隔要求時，點式ATC系統可以直接升級成CBTC系統，原系統中的各軌旁設備仍然能夠繼續使用，點式ATC系統作為后備功能使用，系統升級改造的成本及對既有運營的影響都很小。

綜上所述，從經濟合理性和技術合理性的角度出發，點式ATC系統完全符合溫州市域鐵路S1線的運營需求。

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