城市軌道交通互聯互通CBTC系統驗證平臺研究

秦小虎

摘 要：針對城市軌道交通大量開展的互聯互通CBTC系統的方案研究，文章在分析其關鍵組成和技術要求的基礎之上，開展了對互聯互通CBTC系統驗證平臺的研究工作，以實驗室驗證平臺和試驗線現場驗證平臺為主要載體，綜合了仿真模型和實物驗證的功能，為下一步的互聯互通示范工程建設提供參考和借鑒。

關鍵詞：城市軌道交通；CBTC；互聯互通；驗證平臺

隨著我國各大城市對城市軌道交通的大力建設，單線運營存在的問題日益顯著，基于全局綜合調度的網絡化運營成為了必然的趨勢。然而，目前的各地城市軌道交通網絡化運營尚無法統一調度在不同線路上運行的使用不同信號廠家的列車，無法共享運力資源，造成較大的浪費。

以重慶市的城市軌道交通為例，截至2014年底，重慶軌道交通已經建成并投入運營的線路包括一號線、二號線、三號線、六號線，線路總長193.65公里。然而目前線路運能與客流需求匹配性仍然較差，相同制式線路的列車不能靈活調配。如一號線和六號線，都是地鐵B型車系統，一號線沿線為城市核心區和商業中心，客流量增長很快，運能已經出現飽和，但配屬列車的增加還需要較長的時間；六號線則相反，客流量比預測客流小，運能富余量較大。兩線間有交叉、有換乘，但因為使用的是不同廠家的信號產品，因而無法實現列車過軌，六號線雖然有足夠的備用列車卻無法與一號線共享。

1 研究的背景及意義

目前應用于城市軌道交通系統的列車自動控制系統有三種：包括基于移頻軌道電路固定閉塞系統、基于數字軌道電路的準移動閉塞系統、基于通信的移動閉塞系統（CBTC）。與前兩者相比，CBTC實現了移動閉塞，有助于縮短列車間隔時分、增大線路的通過能力，成為了城市軌道交通信號領域的主要選擇。

我國于2012年由中交協組織開始編制城市軌道交通CBTC信號系統標準，并于2013年6月發布了《中城協10號-2013城市軌道交通CBTC信號系統行業技術規范需求規范（暫行版）》，為互聯互通CBTC系統的研究提供了基礎平臺。采用互聯互通CBTC系統將能進一步發揮CBTC系統的技術優勢，提升其在建設、生產、運營、維護期間的社會效益和經濟價值，主要體現在：通過靈活的跨線運營減少乘客換乘等待時間；通過快慢車運營提高直達旅行的速度；通過全網資源共享能有效減少配屬列車的總數量節約建設運營成本；通過提高線路復用度簡化站臺規模降低運行能耗；通過降低備品配件庫存量減少資源的投入，等等。

正是因為互聯互通CBTC系統具有這些重要的優勢，許多研究機構和商業公司都投入到對其的研究工作來，并提出了多種設計方案[1][2]。根據“2015城市軌道交通發展論壇暨第十六屆《城市軌道交通研究》理事會年會”發布的消息稱，城市軌道交通通信信號系統互聯互通的有關規范正在制定中[3]。因此，在工程實施中究竟采用什么樣的解決方案、如何驗證各方案的實際運行效果，就成為了擺在建設總承包單位面前的一項重要任務。

2 驗證平臺體系設計

2.1 主要技術指標及要求

滿足系統設計行車間隔90秒，列車最高運行速度達到120公里/小時，滿足區域線網互聯互通的網絡化運營要求，實現各線路列車跨線及共線運行。

2.2 實驗室平臺設計

從技術層面來說，CBTC的互聯互通分為四個部分，即數據通信部分（DCS）、車載部分、軌旁部分和ATS部分[4]。實驗室驗證平臺需要緊密圍繞這四個部分進行建設，并按照“半實物仿真運行系統”、“綜合監控系統”和“綜合測評系統”的層次結構進行設計和集成。其中，做為核心層次的“半實物仿真運行系統”還可以按照全局支撐層、代理層和模型/實物層劃分為三個細分結構。整體組成結構如圖1所示：

平臺采用分布式仿真技術，模塊間以松耦合機制相互通信，其中包含有車載控制器與ATS的互聯互通、車載控制器與區域控制器的互聯互通、ATS與區域控制器的互聯互通以及區域控制器之間的互聯互通。對于實物設備，底層的仿真運行系統通過相應的接口和代理接入仿真系統，保證程序的兼容性。

2.3 試驗線現場驗證平臺設計

由于設計原則和技術方案的不同，不同廠家的CBTC系統在工程設計階段存在差異，具體體現在：

（1）區段長度、站臺長度等線路參數設計原則不一致；

（2）應答器、計軸、信號機、無線AP等軌旁設備的布置原則不一致；

（3）進路、區段、信號機、道岔等線路設計元素的編碼規范不一致；

（4）軌旁設備的安裝規范不一致。

現場驗證平臺基于試驗線路或者試車線設計搭建，應針對上述方面的差異，著重加強以下內容的設計：

（1）合理劃分不同線路和集中站的管轄區域；

（2）在線路上設置站臺范圍、折返軌、移交區、聯絡線；

（3）根據互聯互通CBTC系統的要求設計安裝室外軌旁設備，包括信號機、應答器、計軸、無線軌旁設備、站臺門、折返按鈕及指示燈、緊急停車按鈕等；

（4）設置專門的地面室內設備室，在合適的位置設置繼電器架、配線架，規劃不同廠家地面設備的接入方案，提供軌旁設備接口及電源，供被驗證的不同廠家設備接入驗證環境。

3 結束語

解決城市軌道交通信號系統的互聯互通問題是網絡化運營的必然趨勢，相對眾多互聯互通方案的理論研究來說，對于如何在工程上驗證其可行性的研究目前尚相對較為薄弱，這勢必會影響將互聯互通CBTC系統投入實際建設的時間和效率。重慶市軌道交通（集團）有限公司近年來一直致力于探索互聯互通的實現途徑，積極爭取建設互聯互通工程的示范應用，促進重慶軌道交通運營邁向一個新的臺階。

參考文獻

[1]武永軍.城市軌道交通信號系統互聯互通解決方案[J].通訊世界，2014（10）：7-9.

[2]朱震.城市軌道交通CBTC系統互聯互通的設計與思考[J].鐵路通信信號工程技術，2015（2）：58-61.

[3]李繼成.城市軌道交通通信信號系統互聯互通的有關規范正在制定中[J].城市軌道交通研究，2015（6）：52.

[4]于超，鄭生全，石文靜.城市軌道交通CBTC系統互聯互通方案研究[J].鐵路通信信號，2010（1）：44-47.