城際軌道交通列車運行控制系統方案研究

魏群

摘 要：社會經濟的飛速發展推動了城市群的形成與發展，隨之對城市群內部的交通結構提出了更高的要求。城際鐵路成為解決城市群內部和外部交通問題的重要手段。本文以北京平谷線為例，根據平谷線的實際需求，提出城際軌道交通列控系統的方案，即CTCS-2+ATO列控系統，介紹列控系統組成和功能特點，為城際軌道交通建設提供方案。

關鍵詞：列控系統;CTCS-2系統;ATO系統;功能需求

中圖分類號：U239.5文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）07-0113-03

Abstract： The development of society and economy has rapidly promoted the formation and development of urban agglomeration， which puts forward higher requirements for the internal traffic structure of urban agglomeration. Intercity railway has become an important means to solve internal and external traffic of urban agglomeration. This paper took the Beijing Pinggu Line as an example. According to the actual needs of the Pinggu Line， CTCS-2+ATO train control system for the intercity rail transit system was proposed. The composition and implementation features of CTCS-2+ATO were introduced. It is hoped that the train control system will provide a scheme for the construction of intercity rail transit.

Keywords： train control system;CTCS-2 System;ATO System;functional requirements

1 研究背景

我國處于城市化的加速階段，人口和經濟活動大規模、快速地向城鎮聚集，城市地域大幅度擴展，形成了珠三角、長三角、京津冀等城市群，有效帶動了周邊區域的經濟發展[1]。然而，城市群的形成對區域內部的交通結構提出了更高的要求，目前的交通結構已經無法滿足城市群區域內部大量客流的需求。為實現城市群內部1～2 h的交通圈，加強區域內部交流，城際鐵路以其密集度高、速度快、客流量大、公交化的運營特點成為區域內部交通的重要支柱。

在城市群發展和規劃中，城際鐵路的建設應被列入優先發展的主題，以加快城市群之間的溝通發展。目前，珠江三角洲地區的城際鐵路正在加速建設當中，根據相關規劃，至2030年，珠江三角洲地區城際鐵路將覆蓋縣級以上城市[2]。同時，京津冀地區的首條區域快線平谷線也正在規劃建設當中，城際鐵路的建成，將大大加速城市群內部城市之間的交流，帶動沿線地區的經濟建設，緩解交通壓力[3]。

城市群的迅速發展帶動城際鐵路的發展。作為城市群建設的重點，城際鐵路具有巨大的發展空間。但是，就我國目前城際軌道交通的核心——列控系統而言，尚未形成一套成熟的方案。本文以北京平谷線為例，對我國現有列控系統方案進行比較，總結城際列控系統的功能需求，為系統設計提供方案。

2 城際軌道交通列控系統需求

城際軌道交通系統為連接城市群內部區域而設置。對城際軌道交通系統的需求分析應因地制宜，但系統的主要功能需求是一致的[4]。本文結合平谷線的規劃設計方案總結城際列控系統的功能需求。

2.1 運輸能力充足

對于平谷線，其首先要滿足北京市區到平谷的出行需求。同時，考慮到其途經的河北燕郊地區客流量極大，尤其是朝夕客流，因此，平谷線還要能夠滿足大客流量的需求。目前，平谷線列車編組計劃采用A型車8編組的方式，與現有地鐵采用的B型車相比，其更適用于人口密集區域，增加載客量，提高運行效率。

2.2 行車組織方便，易于管理

城際軌道交通可采用與地鐵類似的運營模式，采用公交化方式運行。由于客流量大，所以要加強對人員流動和疏通的管理。平谷線與地鐵、公交都能接駁，如將有5座換乘站，可與3號線、12號線、14號線、S6號換乘，方便人們出行。在設站上，平谷線在京內設站較為密集，平均站間距在六七千米，出京后站間距拉大，可根據實際情況進行安排。對于車站規模，可以簡單布置，主要用于滿足乘客的上下車需求。同時，列車的管理模式與地鐵類似，在夜間返回車間進行檢修。在不同地區，城際鐵路可能會通過地下隧道、地面高架等，為了實現其公交化或地鐵的運營模式，根據條件設置安全門/屏蔽門。

2.3 速度快

平谷線全長70 km，計劃最高時速可達160 km/h，屆時只需1 h就能從平谷到達市區。平谷線的速度是一般地鐵速度的2倍，運行速度大幅提升，這也是城際軌道交通的一個大優勢。同時，平谷線要縮短站停時間，設置為30～60 s，最小的運行間隔為3 min左右，縮短乘客的候車時間，減少乘車時聚集人數，避免過度擁擠，提高運行效率。

3 城際列控系統的方案比較

根據我國鐵路系統實際情況，總結了城際鐵路系統在設計時需要滿足的兩個設計原則：第一，在現有列控系統的基礎上，盡可能少地改變設計;第二，為避免系統過于復雜和減少后期的維護成本，盡可能少地增加設備[5]。

針對城際系統的實際功能需求和對城際系統提出的設計原則，本文為城際軌道交通運行控制系統選擇了兩個較為合適的方案：一是CTCS-2級列控系統結合ATO技術;二是基于通信的城市軌道列車運行控制系統CBTC，并對兩類系統在功能實現和組成方面進行細致比較，比較結果如表1所示。

通過上述分析可知，對城際列控系統的選擇不能一概而論，應根據實際需求進行選擇。從實際工程造價、收益比方面來說，建議采用CTCS-2+ATO列控系統，因為其設備比較穩定，技術支持較為成熟，費用成本低，能滿足人口密集程度高、出行量大的地區需求。若要求設備構成簡單，便于維護，建議采用CBTC系統。對于北京平谷線而言，因其客流量大，因此采用CTCS-2+ATO技術更為合適。接下來本文將對CTCS-2+ATO系統的組成和特點進行介紹。

4 CTCS-2+ATO系統介紹

4.1 系統組成

CTCS-2+ATO列控系統是以CTCS-2級列控系統為基礎，增加了一些新的軌旁設備和車載ATO設備來實現的，主要增加的設備有車載ATO設備、站臺安全門、通信控制服務器、站臺防洪堤門（AFD）、緊急開關按鈕（ECB）、無線通信網絡、精確定位應答器等。該系統的結構原理如圖1所示[6]。

4.2 功能特點

4.2.1 列車自動運行。

車載ATO設備在車載ATP的防護下完成自動運行。車載ATP向ATO設備提供列車實時速度、位置、線路限速、行車許可等信息，ATP根據這些信息生成目標-距離模式曲線，防護列車的安全運行;通信控制服務器（CCS）向ATO提供列車運行計劃等信息。ATO車載設備利用ATP和CCS提供的信息實時計算列車運行所需的牽引力或制動力，通過列車接口電路向牽引系統或制動系統輸出控制命令，控制列車啟動、牽引、巡航、惰性和制動等基本駕駛功能，使列車在區段內盡量按照預期速度運行，減少加速、減速等的轉換，完成列車的自動運行。

4.2.2 車門與安全門/屏蔽門聯動。從上述分析可知，為了安全考慮，城際系統在站臺設置安全門/屏蔽門。車門與安全門/屏蔽門的聯動主要是通過通信控制服務器（CCS）來實現的。在列車自動運行模式下，車載ATP在判斷列車停準停穩后，向車載ATO設備發出開門允許，由ATO對車門開關進行控制，同時，ATP將列車位置信息和車門狀態信息發送給通信控制服務器（CCS）。通信控制服務器（CCS）綜合列車位置和車門信息生成相應的控制命令，傳到列控中心，列控中心根據控制命令驅動相應的安全門/屏蔽門繼電器動作，從而配合車載系統實現車門與安全門/屏蔽門的聯動控制。

4.2.3 車地雙向通信。CTCS-2級列控系統是一個車地信息單向傳輸系統，而在城際軌道交通列控系統中增加了通信控制服務器（CCS），以實現列車與地面設備之間信息的雙向傳輸。通信控制服務器（CCS）與各設備的接口如圖2所示。

4.2.4 列車精確停車。

列車定位一般采用應答器絕對位置和列車自身校正的方式。由于CTCS-2+ATO列控系統中設置了安全門/屏蔽門，因此，其對列車的停車精度要求十分高。不同線路區段停車精度的要求是不一樣的，如珠三角城際列車的停車精度為±0.3 m。列車的停車不僅影響車門聯動，同時也會影響運營效率。在城際列控系統中，為了實現精確停車定位，專門設置了精確定位應答器，其設置在距離停車點很近的位置。ATP從應答器獲取位置信息，及時調整目標-距離模式曲線，同時將信息傳給ATO設備，ATO根據位置信息和實時速度、列車制動率等信息計算制動曲線，保證列車精確停車。

5 結語

本文以北京平谷線城際列控系統為例，分析了城際列控系統的需求，比較了CTCS-2+ATO和CBTC列控系統的特點，并針對平谷線實際需求提出采用CTCS-2+ATO系統，既滿足了城際鐵路的實際功能需求，又滿足了城際鐵路在設計過程中的兩個原則。此外，對CTCS-2+ATO列控系統組成和功能特點進行了分析和總結。

參考文獻：

[1]王春楊，孟衛東，周靖祥.高鐵時代中國城市群空間演進：集聚還是擴散[J].當代經濟科學，2018（3）：103-113.

[2]譚代明.珠三角城際軌道交通主要技術標準探討[J].都市快軌交通，2014（1）：41-44.

[3]孫洪濤.戴新鎏.東京都市圈軌道交通對京津冀城際鐵路規劃的啟示[J].中國鐵路，2015（7）：10-14.

[4]王婉瑩.城際鐵路功能定位及特性研究[J].鐵道工程學報，2017（6）：68-71.

[5]鄭理華.基于CTCS2-200C的城際列控車載ATP總體技術方案的研究和實現[J].鐵道通信信號，2014（12）：9-12.

[6]楊光，趙亮，王江江，等.CTCS2+ATO城際鐵路信號系統關鍵技術實現[J].鐵道通信信號，2016（S2）：81.