基于車車通信系統的折返能力研究

郭玉珊，成正波，陳紹文

(卡斯柯信號有限公司，上海 200071)

1 概述

軌道交通作為國內許多大城市群眾出行的主要工具。在高峰時段，這些城市的骨干線路的行車間隔即使達到或小于2 min的運營設計極限，也已經不能滿足群眾出行的需求。本文提出在道岔區域對岔區進一步細分為道岔可動區域與道岔側沖區域，同時通過優化道岔控制流程的方案來提升折返能力，再結合新一代車車通信的信號控制系統（TACS），從而提升整條線路的運營能力。

2 CBTC系統折返能力情況分析

2.1 CBTC系統折返原理

軌道交通中常用的終端折返站站型為站后折返，如圖1所示。

圖1中POE為列車進站時接車的干擾點，A點為站臺區域的防護區段末端，B點為列車在折出時X2信號機開放所需出清的道岔區段末端。

圖1 常用終端折返站站型示意Fig.1 Schematic diagram of station type for common terminal turn-back station

當前行列車出清站臺防護區段A點后，后車進站的接車防護進路便可重新建立，后車剛好到達干擾點POE；列車從站前干擾點到終端折返站站臺停車，當前行列車出清折返軌道岔區段B點之后，CBTC信號系統即可重新辦理至折返軌的進路；計算最小列車折返間隔時，后續列車剛好從折返站臺X2信號機出發至站后折返軌進行折返，列車到達折返軌后，開始執行換端操作。當前行列車出清另一側的折返站臺后折出進路建立，列車從折返軌駛向另一側站臺停車；待停站時間結束后，列車即可發車駛向下一站，整個折返過程完成。

其折返作業間隔如圖2所示。從圖2中可以看出，折返設計間隔公式為：

圖2 站后折返間隔示意Fig.2 Schematic diagram of turn-back interval after entering station

其中列車進站的干擾點可以通過在站前一定的位置增設限速來進行優化，同時從折返軌折出時需前車出清站臺也并非是列車能從折返開始折出的必須條件。因此，對于站后折返的能力實際上取決于折返時間的大小。

2.2 CBTC系統折返能力計算

通過對CBTC系統折返原理的分析可知，折返能力的關鍵取決于折返時間的長短，下面將重點介紹CBTC折返時間的計算。

如圖1所示站型為例，相關的土建、車輛參數按照土建、車輛參數表考慮，如表1所示。

表1 土建、車輛參數Tab.1 Civil construction and vehicle parameter list

根據以上的土建、車輛參數，結合CBTC列車控制模型進行仿真計算，圖1所示的站型的折返時間如表2所示。

表2 折返時間計算Tab.2 Turn-back time calculation table

分析可知，在CBTC系統下采用常用站后終端折返站站型的折返間隔可以達到116 s左右，能滿足2 min的運營能力需求。

3 TACS系統折返能力情況

3.1 TACS系統折返原理

TACS折返同樣采用軌道交通中常用的終端站后折返來進行說明，對道岔區域進行更進一步的細分，如圖3所示。

圖3 常用終端折返站-道岔細分示意Fig.3 Schematic diagram of turnout subdivision for common terminal turn-back station-

如圖3將岔區細分為側沖區域與可動區域。

側沖區域：某對應道岔警沖標范圍內的區域，前車出清側沖區域后，后車即可進入側沖區域。

可動區域：對應某道岔可以轉動的部分，當前車出清道岔可動區域后，道岔即可轉動至后車所需要的位置。

對TACS系統的結構進行簡化，列車根據運行任務直接向前車或者軌旁申請運行前方的資源，而非依賴于CBTC系統的進路。因此在折返站對于接車而言，可根據與折返站臺相連的道岔P2位置申請相應的資源，使得站臺接車能力與正線的追蹤間隔相接近；對于折入來說，TACS系統可實現在側沖區域外方的追蹤運行，由于道岔P8的側沖區域、可動區域資源均分配給前車，因此后車僅能運行至道岔P8的側沖區域外方；當前車出清道岔P8的可動區域后，前車便可向軌旁申請P8道岔定位的資源，在道岔轉動的同時前車在折返軌完成換端，待P8道岔轉動到定位后，前車便獲得了P8出折返軌的可動區域資源，前車便執行折出任務至另一側站臺停車；當前車出清P8道岔可動區域后，后車便可申請P8道岔的可動資源，當前車出清P8道岔的側沖區域后，后車便可申請P8道岔的側沖資源，后車便可從P8道岔側沖區域外方向折返軌運行；待前車停站時間結束后，列車即可發車駛向下一站，整個折返過程完成。

由于TACS系統折返時，其站臺接車以及折返軌發車能力與正線追蹤間隔相接近，因此TACS系統折返能力的關鍵點在折返時間。

3.2 TACS系統折返能力計算

基于同樣表1的參數，結合TACS列車控制模型進行仿真計算，站型的折返過程如表3所示。

表3 TACS系統折返時間計算Tab.3 TACS system turn-back calculation table

通過以上分析，可知在TACS系統下采用相同的常用站后終端折返站站型折返間隔可以達到87 s左右，能滿足90 s的運營能力需求。

4 CBTC與TACS系統折返能力對比

TACS系統相較于傳統CBTC在資源細化方面進行了有效的優化，從而反映在折返能力方面主要體現在以下4點。

1）TACS系統結構簡化后，列車可達到的ATO運行速度更高，同時TACS可做到列車在出清道岔2 m便可停車進行換端，從而縮短列車出入折返軌的走行時間6.8 s，如圖4所示。

圖4 CBTC與TACS系統ATO速度曲線對比Fig.4 ATO speed curve comparison diagram between CBTC and TACS system

2）TACS系統結構簡化后，在道岔動作時間相同的情況下，列車獲取資源的時間減少了4 s。

3）道岔資源細化后，TACS系統在列車入折返軌時在側沖區域外方可實現前后車追蹤運行，列車可提前7 s以上發車。

4）道岔資源細化后，TACS系統在列車出清道岔可動區域后即可提前9.4 s轉動道岔。

5 總結

TACS系統相較于傳統CBTC系統在道岔資源管理、系統結構簡化、傳輸周期縮短方面進一步提升，使得折返能力可以達到90 s以內，相較于傳統CBTC系統折返能力提升25%以上，從而使得采用TACS系統的軌道交通線路可以實現90 s的運營間隔。