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全宏宇，中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司

張敏慧，中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司

摘要:針對(duì)市域鐵路 CTCS-2 和 CBTC 列控系統(tǒng)跨制式互聯(lián)互通運(yùn)營(yíng)需求，在現(xiàn)有列控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，分析 CTCS-2和 CBTC 列控系統(tǒng)的特點(diǎn)及列控系統(tǒng)切換場(chǎng)景，研究列控系統(tǒng)切換的系統(tǒng)接口切換流程以及功能要求，探討 CTCS-2 和CBTC 列控系統(tǒng)切換應(yīng)用方案，以滿足市域鐵路互聯(lián)互通和資源共享的運(yùn)營(yíng)要求。研究結(jié)果對(duì)市域鐵路列控系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展和相關(guān)列控系統(tǒng)設(shè)備的開(kāi)發(fā)具有參考意義。

關(guān)鍵詞：市域鐵路;CTCS-2; CBTC ;系統(tǒng)切換

市域鐵路介于城際鐵路和城市軌道交通之間，具有高密度、小編組、公交化的特點(diǎn)，最高運(yùn)行速度為 100~160 km/h，最小行車(chē)間隔為4 min。隨著中國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，目前市域鐵路正在快速發(fā)展，成為城市綜合交通系統(tǒng)的重要組成部分。根據(jù)《市域鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》，市域鐵路列控系統(tǒng)應(yīng)與其線路特點(diǎn)和運(yùn)營(yíng)需求相匹配，可采用中國(guó)列車(chē)控制系統(tǒng) (Chinese Train ControlSystem，CTCS) 制式，也可以采用城市軌道交通列車(chē)自動(dòng)控制 (Automatic Train Control，ATC)制式。對(duì)于 CTCS 制式，開(kāi)行動(dòng)車(chē)組和有列車(chē)自動(dòng)駕駛 (Automatic Train Operation，ATO)功能需求的市域鐵路一般采用 CTCS-2 列控系統(tǒng)，ATC制式主要以基于通信的列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)(Communication Based Train Control SystemCBTC) 為主。

但是 CTCS-2 和 CBTC 列控系統(tǒng)為兩種不同的制式，為滿足軌道交通多網(wǎng)融合和一體化運(yùn)營(yíng)，需研究?jī)煞N制式列控系統(tǒng)切換。目前國(guó)內(nèi)已針對(duì)干線鐵路和城市軌道交通列控系統(tǒng)切換開(kāi)展了相關(guān)研究，席武夷研究國(guó)鐵 CTCS 與城軌 CBTC 列控系統(tǒng)的多網(wǎng)融合方案，提出了地面兼容、車(chē)載兼容兩種方案及對(duì)策，面向多網(wǎng)融合運(yùn)營(yíng)需求，蔡昌俊等提出 CTCS-2 和 CBTC 列控系統(tǒng)雙套車(chē)載控制模式切換方案，英國(guó)倫敦 Crossrail 實(shí)現(xiàn)了 ETCS-2 和CBTC 列控系統(tǒng)切換，并于 2022 年投入運(yùn)營(yíng)。但是以上研究并未對(duì) CTCS-2 和 CBTC 列控系統(tǒng)切換相關(guān)的系統(tǒng)接口、切換流程，以及設(shè)備布置應(yīng)用方案進(jìn)行研究。

目前，CTCS-2 和 CBTC 列控系統(tǒng)切換尚無(wú)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和應(yīng)用案例，跨信號(hào)系統(tǒng)制式互聯(lián)互通將成為制約市域鐵路網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。本文從市域鐵路列控系統(tǒng)互聯(lián)互通出發(fā)，對(duì) CTCS-2 和CBTC 列控系統(tǒng)的特點(diǎn)及差異性進(jìn)行分析，研究并提出列控系統(tǒng)切換的系統(tǒng)接口、切換流程，進(jìn)一步探討 CTCS-2 和 CBTC 列控系統(tǒng)切換設(shè)備布置應(yīng)用方案，以滿足市域鐵路互聯(lián)互通和資源共享的運(yùn)營(yíng)要求。

1、CTCS-2與CBTC列控系統(tǒng)切換場(chǎng)景

1.1 CTCS-2與CBTC列控系統(tǒng)

CTCS-2 級(jí)列控系統(tǒng)是基于軌道電路和應(yīng)答器傳輸行車(chē)許可信息，采用目標(biāo)-距離模式曲線監(jiān)控列車(chē)安全運(yùn)行的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)。CBTC 列控系統(tǒng)是基于通信的列控系統(tǒng)，并集成聯(lián)鎖、自動(dòng)監(jiān)控和自動(dòng)進(jìn)路控制、自動(dòng)駕駛子系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)閉塞和無(wú)人駕駛。

CTCS-2 列控系統(tǒng)與 CBTC 列控系統(tǒng)的對(duì)比如表1所示?？梢钥闯觯珻TCS-2 列控系統(tǒng)具有更高的運(yùn)行速度；而 CBTC 列控系統(tǒng)最小運(yùn)營(yíng)間隔較小，自動(dòng)化程度更高。同時(shí)，CTCS-2與 CBTC 列控系統(tǒng)存在較大差異，CTCS-2 列控系統(tǒng)采用軌道電路和應(yīng)答器進(jìn)行地-車(chē)通信，而 CBTC 列控系統(tǒng)采用無(wú)線通信方式，且線路數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于車(chē)載。

1.2 CTCS-2與CBTC列控系統(tǒng)切換場(chǎng)景

市域鐵路可采用 CTCS-2 列控系統(tǒng)，也可以采用 CBTC 列控系統(tǒng)，當(dāng)不同列控制式的線路跨線運(yùn)營(yíng)時(shí)，則存在列控系統(tǒng)切換場(chǎng)景，如圖1 所示。CTCS-2 和 CBTC 線路各自裝備相應(yīng)的列控系統(tǒng)地面設(shè)備，跨線運(yùn)行列車(chē)裝備 CTCS-2 和 CBTC 兩套車(chē)載。在 CTCS-2 線路以 CTCS-2 車(chē)載控制列車(chē)運(yùn)行，在 CBTC 線路以 CBTC 車(chē)載控制列車(chē)運(yùn)行，在邊界處進(jìn)行 CTCS-2與 CBTC 列控系統(tǒng)切換。

2、CTCS-2與CBTC列控系統(tǒng)切換方案

當(dāng)列車(chē)裝備 CTCS-2和 CBTC 兩套車(chē)載，為實(shí)現(xiàn)跨制式運(yùn)行時(shí)列控系統(tǒng)自動(dòng)切換，需在現(xiàn)有CTCS-2 和 CBTC 列控系統(tǒng)架構(gòu)基礎(chǔ)上，研究列控系統(tǒng)切換方案，先對(duì)列控系統(tǒng)切換接口進(jìn)行分析,進(jìn)而再提出系統(tǒng)切換的功能要求。

2.1 系統(tǒng)切換接

根據(jù) CTCS-2 和 CBTC 列控系統(tǒng)組成，CTCS-2和 CBTC 列控系統(tǒng)切換接口如圖 2 所示。

兩種系統(tǒng)切換存在以下接口。

• 1) 接口 A: CTCS-2 的車(chē)載與 CBTC 的車(chē)載接口，進(jìn)行列車(chē)控制權(quán)移交信息交互。

• 2) 接口 B: CTCS-2 的調(diào)度集中中心與 CBTC的 ATS 中心接口，進(jìn)行列車(chē)運(yùn)行計(jì)劃、列車(chē)進(jìn)路設(shè)置和狀態(tài)等信息交互。

• 3) 接口 C: CTCS-2 的臨時(shí)限速服務(wù)器與CBTC 的區(qū)域控制器接口，進(jìn)行臨時(shí)限速信息交互。

• 4) 接口 D: CTCS-2 的列控中心與 CBTC 的聯(lián)鎖接口，進(jìn)行進(jìn)路聯(lián)鎖控制數(shù)據(jù)信息交互。

• 5) 接口 E: CTCS-2 的聯(lián)鎖與 CBTC 的聯(lián)鎖接口，進(jìn)行信號(hào)機(jī)、軌道區(qū)段、道岔以及進(jìn)路狀態(tài)信息交互。

接口A可通過(guò)安全繼電器或總線進(jìn)行接口，接口 B 和接口 C 可通過(guò)冗余的專用通信通道實(shí)現(xiàn)接口，接口 D 和接口 E 可通過(guò)采集安全繼電器信息或構(gòu)建冗余的安全數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行通信。

2.2 CTCS-2與CBTC切換流程及功能要求

1) CTCS-2 至 CBTC 切換

CTCS-2 至 CBIC 切換流程如圖3 所示，包括

• a.CICS-2 車(chē)載控制列車(chē)運(yùn)行;

• b.CTCS-2 車(chē)載收到切換預(yù)告應(yīng)答器組信息向 CBTC 車(chē)載發(fā)送命令并激活 CBTC 車(chē)載，司機(jī)對(duì)切換預(yù)告進(jìn)行確認(rèn);

• c.CBTC 車(chē)載激活后，與地面區(qū)域控制器建立無(wú)線通信連接:

• d.CBTC 車(chē)載經(jīng)過(guò)位置報(bào)告應(yīng)答器組時(shí)，通過(guò)無(wú)線通信向地面區(qū)域控制器報(bào)告位置后，收到區(qū)域控制器發(fā)送的行車(chē)許可，并準(zhǔn)備控制列車(chē);

• e.CTCS-2 車(chē)載收到切換執(zhí)行應(yīng)答器組的信息時(shí)，經(jīng)司機(jī)確認(rèn)切換后，CBTC 車(chē)載接管并控制列車(chē)運(yùn)行，CTCS-2 車(chē)載進(jìn)入待激活狀態(tài)(不處理軌道電路及應(yīng)答器信息)。

2) CBTC至 CTCS-2 切換

CBIC至 CICS-2 切換流程如圖4 所示，包括：

• a.CBTC 車(chē)載控制列車(chē)運(yùn)行;

• b.CBTC 車(chē)載收到切換預(yù)告應(yīng)答器組信息，向CTCS-2 車(chē)載發(fā)送命令并激活 CTCS-2 車(chē)載，司機(jī)對(duì)切換預(yù)告進(jìn)行確認(rèn);

• c.CTCS-2 車(chē)載激活后，收到軌道電路提供的行車(chē)許可和地面應(yīng)答器組提供的線路數(shù)據(jù)、臨時(shí)限速信息，并準(zhǔn)備控制列車(chē);

• d.CBTC 車(chē)載收到切換執(zhí)行應(yīng)答器組的信息時(shí)，經(jīng)司機(jī)確認(rèn)切換后，CTCS-2 車(chē)載接管并控制列車(chē)運(yùn)行，CBTC車(chē)載向地面區(qū)域控制器注銷(xiāo)和街開(kāi)連接，并進(jìn)入待激活狀態(tài)(不再處理無(wú)線及應(yīng)答器信息)。

3) 功能要求

CTCS-2和 CBTC 列控系統(tǒng)切換應(yīng)實(shí)現(xiàn)不停車(chē)切換，切換過(guò)程應(yīng)向司機(jī)提供信息提示并由司機(jī)進(jìn)行確認(rèn);若未切換成功，原列控系統(tǒng)應(yīng)繼續(xù)控制列車(chē)在切換區(qū)內(nèi)安全停車(chē)，停車(chē)后由人工進(jìn)行切換。

切換目標(biāo)列挖系統(tǒng)應(yīng)提前獲取必備的行車(chē)許口和線路數(shù)據(jù)，并準(zhǔn)備控制列車(chē)。CTCS-2 與 CBTC系統(tǒng)切換時(shí)調(diào)庭權(quán)應(yīng)同步切換。實(shí)現(xiàn)列車(chē)調(diào)庭的切換、顯示及管理。

列挖系統(tǒng)切換預(yù)告點(diǎn)至執(zhí)行點(diǎn)的距離應(yīng)至少考慮目標(biāo)列控系統(tǒng)車(chē)載激活反應(yīng)時(shí)間內(nèi)走行的距離加上司機(jī)確認(rèn)時(shí)間內(nèi)走行的距離和目標(biāo)列控車(chē)載準(zhǔn)備行車(chē)許可所需時(shí)間內(nèi)列車(chē)走行的距離；執(zhí)行點(diǎn)后方的附加距離應(yīng)至少考慮司機(jī)確認(rèn)切換時(shí)間內(nèi)走行的距離和原列控系統(tǒng)車(chē)截團(tuán)換點(diǎn)后常用制動(dòng)停車(chē)距離當(dāng)，當(dāng)切換不成功時(shí)確保原列控車(chē)載控制列車(chē)安全停車(chē)。

3、CTCS-2與CBTC列控系統(tǒng)切換應(yīng)用

為實(shí)現(xiàn) CTCS-2 和 CBTC 列控系統(tǒng)切換的應(yīng)用，下面進(jìn)一步對(duì)列控系統(tǒng)切換的車(chē)載設(shè)備、地面設(shè)備設(shè)置進(jìn)行探討。

3.1 車(chē)載設(shè)備設(shè)置

跨線運(yùn)行列車(chē)同時(shí)裝置 CTCS-2和 CBTC 列控系統(tǒng)車(chē)載設(shè)備，二者之間增加接口進(jìn)行切換信息交互。初始狀態(tài)下以其中一個(gè)列控系統(tǒng)為激活狀態(tài)并由其通知和設(shè)置另一列控系統(tǒng)為待激活狀態(tài)，同時(shí)可由司機(jī)人工進(jìn)行選擇。為減少對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的修改，建議 CTCS-2和 CBTC 車(chē)載各自獨(dú)立設(shè)置應(yīng)答器接收模塊、測(cè)速測(cè)距模塊、人機(jī)接口等外圍設(shè)備。

3.2 地面設(shè)備設(shè)置

切換區(qū)地面設(shè)備設(shè)世需滿足 CTCS-2 和 CBTC列控系統(tǒng)切換所需的軌旁設(shè)備及通信網(wǎng)絡(luò)，包含軌道占用檢查設(shè)備、應(yīng)答器以及通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置。

1) 地面設(shè)備設(shè)置原則

• a.軌道占用檢查設(shè)備

CTCS-2 列控系統(tǒng)采用 ZPW-2000 軌道電路進(jìn)行軌道占用檢查并提供傳輸行車(chē)許可，CBTC 列控系統(tǒng)一般采用計(jì)軸作為軌道占用檢查設(shè)備，在切換區(qū)需考慮軌道電路和計(jì)軸設(shè)備的香加設(shè)置。CTCS-2 切換至 CBTC 列控系統(tǒng)后，將采用無(wú)線通信傳輸控車(chē)信息，但若切換不成功，將由CTCS-2 列控系統(tǒng)繼續(xù)控制列車(chē)停車(chē)，因此建議切換點(diǎn)后方在計(jì)軸設(shè)備基礎(chǔ)上疊加設(shè)置軌道電路，為CTCS-2 列控系統(tǒng)提供行車(chē)許可。CBTC至 CTCS-2 列控切換時(shí)，由于 CTCS-2列控系統(tǒng)由軌道電路提供行車(chē)許可，因此 CBTC 至CTCS-2 列控系統(tǒng)切換點(diǎn)前方的區(qū)段需在計(jì)軸設(shè)備基礎(chǔ)上疊加設(shè)置 ZPW-2000 軌道電路設(shè)備。

• b.應(yīng)答器

CTCS-2 和 CBTC 列控系統(tǒng)切換在預(yù)告點(diǎn)和執(zhí)行點(diǎn)由應(yīng)答器向車(chē)載設(shè)備提供切換預(yù)告和執(zhí)行信息。另外，CBTC 至 CTCS-2 列控系統(tǒng)切換需在切換前設(shè)置應(yīng)答器向 CTCS-2 車(chē)載提供線路數(shù)據(jù)、臨時(shí)限速等信息。

• c.通信網(wǎng)絡(luò)

CTCS-2 至 CBTC 切換， CBTC 的無(wú)線通信應(yīng)延伸覆蓋至預(yù)告點(diǎn)，使 CBTC 車(chē)載建立無(wú)線連接；CBTC 至 CTCS-2 切換，CBTC 的無(wú)線通信再覆蓋至執(zhí)行點(diǎn)一段距離，滿足 CBTC 車(chē)載向地面區(qū)域控制器注銷(xiāo)和斷開(kāi)連接。

同時(shí)，在 CTCS-2 與 CBTC 列控系統(tǒng)邊界需按“2.1系統(tǒng)切換接口”要求增加通信通道，進(jìn)行聯(lián)鎖、列車(chē)運(yùn)行控制以及列車(chē)調(diào)度指揮的信息交互。

2) 切換區(qū)地面設(shè)備布置方案

一種 CTCS-2 和 CBTC 列控系統(tǒng)切換區(qū)地面設(shè)備布置方案示意如圖 5 所示?？稍趯?duì)各自原有的地面設(shè)備影響較小的前提下實(shí)現(xiàn) CTCS-2和 CBTC 列控系統(tǒng)不停車(chē)切換。

• a.CTCS-2至 CBTC 切換，CTCS-2 區(qū)域設(shè)置ZPW-2000軌道電路；CBTC 區(qū)域設(shè)置計(jì)軸設(shè)備，并在執(zhí)行點(diǎn)后方 CTCS-2 列控系統(tǒng)常用制動(dòng)距離區(qū)城內(nèi)疊加設(shè)置 ZPW-2000軌道電路；CTCS-2 區(qū)城增加設(shè)置切換預(yù)告、位置報(bào)告和切換執(zhí)行廢答器(可與 CTCS-2 應(yīng)答器組共用)；CBTC 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋至切換預(yù)告應(yīng)答器組。

• b.CBTC 至 CTCS-2 切換如圖 5(b) 所示。CBTC 區(qū)城設(shè)置計(jì)軸設(shè)備，并在切換預(yù)告至切換執(zhí)行區(qū)域疊加設(shè)置ZPW-2000軌道電路，CTCS-2區(qū)域設(shè)置 ZPW-2000 軌道電路；CBTC 區(qū)城增加設(shè)置切換預(yù)告、線路數(shù)據(jù)及臨時(shí)限速、切換執(zhí)行應(yīng)答器；線路數(shù)據(jù)及臨時(shí)限速應(yīng)答器按冗余布置，并納入CTCS-2 列控系統(tǒng)控制。CBTC 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋至切換執(zhí)行后一段距離，以滿足 CBTC 車(chē)載向地面區(qū)域控制器注銷(xiāo)和斷開(kāi)連接。

當(dāng)系統(tǒng)切換地點(diǎn)設(shè)于車(chē)站站內(nèi)時(shí)，其地面設(shè)備設(shè)置原則與上述設(shè)備配置相同，但行車(chē)許可需考慮到站內(nèi)可變的進(jìn)路控制信息，條件相對(duì)復(fù)雜。若是CTCS-2+ATO 列控系統(tǒng)與 CBTC 列控系統(tǒng)切換，則CBTC至 CTCS-2+ATO 列控系統(tǒng)切換前，還需設(shè)置ATO 呼叫應(yīng)答器并提供自動(dòng)運(yùn)行計(jì)劃等信息。另外，切換區(qū)地面設(shè)備布置需考慮調(diào)度管轄范圍，并配套實(shí)現(xiàn)調(diào)度權(quán)的有序切換。

4、結(jié)論

隨著市域鐵路快速建設(shè)，市域鐵路逐漸網(wǎng)絡(luò)化，CTCS-2和 CBTC 列控系統(tǒng)互聯(lián)互通是必然的要求。本文提出的 CTCS-2 和 CBTC 列控系統(tǒng)切換方案，維持現(xiàn)有 CTCS-2和 CBTC 列控系統(tǒng)架構(gòu)基礎(chǔ)，減少對(duì)既有系統(tǒng)的修改，實(shí)現(xiàn)列車(chē)裝備兩套車(chē)載的情況下列控系統(tǒng)自動(dòng)切換，以促進(jìn)市域鐵路互聯(lián)互通和資源共享。研究結(jié)果對(duì)于 CTCS-2和 CBTC 列控系統(tǒng)切換技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，以及設(shè)備研發(fā)、工程設(shè)計(jì)和實(shí)施應(yīng)用具有指導(dǎo)意義和實(shí)用價(jià)值。

來(lái)源：RT軌道交通