點(diǎn)式ATC系統(tǒng)在溫州市域鐵路S1線中的應(yīng)用

徐 軍

（溫州市鐵路與軌道交通投資集團(tuán)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(wǎng)規(guī)劃的第一條市域鐵路，是構(gòu)建未來溫州大都市核心區(qū)兩大中心——中心城和甌江口新城的快速聯(lián)系通道，承擔(dān)市區(qū)范圍內(nèi)東西向組團(tuán)間快速交通聯(lián)系，串聯(lián)甌海中心區(qū)、中心城區(qū)、龍灣中心與永強(qiáng)機(jī)場和半島，并服務(wù)溫州南高鐵站、永強(qiáng)機(jī)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(diǎn)，其建設(shè)、運(yùn)營及管理模式都類似于城市軌道交通，因此，對運(yùn)營服務(wù)質(zhì)量、舒適性及設(shè)備的自動(dòng)化程度要求較高。

1 溫州市域鐵路S1線的運(yùn)營特點(diǎn)

1）行車密度適中，初期間隔4.3 min，近期間隔4.0 min，遠(yuǎn)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(yuǎn)期平均站間距2.7 km。

3）一期工程全長53 km，速度目標(biāo)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(yuǎn)期預(yù)留車站接入后50 km/h。

5）運(yùn)營管理模式接近城市軌道交通，公交化運(yùn)營。

6）AC 27 500 V供電,存在分相區(qū)。

2 溫州市域鐵路S1線信號系統(tǒng)選型

由S1線的運(yùn)營特點(diǎn)可知，市域鐵路的平均站間距、最高時(shí)速、發(fā)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(yùn)營，運(yùn)營方式更接近于城市軌道交通，線路上列車啟動(dòng)出站、制動(dòng)停站的頻率高，站臺區(qū)需與站臺門聯(lián)動(dòng)，為了保障列車準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)營、安全運(yùn)行、降低司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度，市域鐵路的信號系統(tǒng)應(yīng)具有ATO子系統(tǒng)。

S1線初步設(shè)計(jì)完成于2012年，當(dāng)時(shí)基于LTE的CBTC方案并不成熟，可供選擇的成熟系統(tǒng)方案有CTCS-2+ATO方案，基于數(shù)字軌道電路方案，基于WLAN的CBTC方案，基于交叉環(huán)線ATC方案，但這幾種方案都不能完全滿足S1運(yùn)營需求，最終經(jīng)過多輪論證及業(yè)內(nèi)專家評審，決定采用點(diǎn)式ATC系統(tǒng)。點(diǎn)式ATC系統(tǒng)以城市軌道交通的后備點(diǎn)式系統(tǒng)為基礎(chǔ)，基于ETCS 1技術(shù)平臺，在站臺接近至離去區(qū)域、自動(dòng)折返區(qū)域及轉(zhuǎn)換軌區(qū)域覆蓋無線車地通信網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)站臺接近區(qū)域及站臺區(qū)域?qū)φ九_緊急停車、站臺門的連續(xù)安全防護(hù)、車門和站臺門聯(lián)動(dòng)控制及列車自動(dòng)折返等功能，并預(yù)留遠(yuǎn)期升級CBTC條件。各系統(tǒng)方案的比較如下。

1）對于C2+ATO系統(tǒng)，無成熟應(yīng)用案例，ZPW-2000軌道電路無支持2 min運(yùn)營間隔的業(yè)績。

2）對于基于數(shù)字軌道電路的ATC方案，該系統(tǒng)不是軌道交通信號系統(tǒng)的發(fā)展反向、軌旁設(shè)備多、安裝調(diào)試復(fù)雜、投資高、維護(hù)成本大、不支持網(wǎng)內(nèi)互聯(lián)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(biāo)值，但實(shí)際只有100 km/h應(yīng)用案例，也不完全支持網(wǎng)內(nèi)互聯(lián)互通。

4）對于基于交叉環(huán)線的ATC方案，該系統(tǒng)為獨(dú)家產(chǎn)品、且不支持網(wǎng)內(nèi)互聯(lián)互通。

5）點(diǎn)式ATC系統(tǒng)在城市軌道交通中得到廣泛應(yīng)用，且主要設(shè)備都是歐標(biāo)設(shè)備，只是各廠商都在歐標(biāo)基礎(chǔ)上有不同的擴(kuò)展，只要在項(xiàng)目執(zhí)行中將點(diǎn)式ATC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化，使點(diǎn)式ATP完全符合ETCS 1標(biāo)準(zhǔn)，即能為線網(wǎng)互聯(lián)互通提供條件。

3 點(diǎn)式ATC系統(tǒng)組成

溫州市域鐵路S1線一期工程信號系統(tǒng)采用增強(qiáng)式點(diǎn)式ATC系統(tǒng)，包括列車自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)(ATS）、列車自動(dòng)防護(hù)子系統(tǒng)（ATP）、列車自動(dòng)駕駛子系統(tǒng)（ATO）、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)（CBI），數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)（DCS）以及維護(hù)監(jiān)測子系統(tǒng) （MMS），并在站臺接近至離去區(qū)域、自動(dòng)折返區(qū)域、轉(zhuǎn)換軌覆蓋車地?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)架構(gòu)支持遠(yuǎn)期升級CBTC移動(dòng)閉塞系統(tǒng)。點(diǎn)式ATC系統(tǒng)的子系統(tǒng)與設(shè)備連接,其信息流程如圖1、2所示。

4 點(diǎn)式ATC系統(tǒng)功能

4.1 駕駛模式

本系統(tǒng)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(shè)計(jì)

4.2.1 正線信號機(jī)布置

溫州S1線的信號機(jī)布置如圖3所示。

圖1 子系統(tǒng)與設(shè)備連接示意圖

圖2 子系統(tǒng)與設(shè)備信息流程圖

正線正方向采用三顯示自動(dòng)閉塞方式運(yùn)行，設(shè)計(jì)追蹤間隔150 s,區(qū)間設(shè)置通過信號機(jī)，車站設(shè)置進(jìn)站及出站信號機(jī)。反方向運(yùn)行采用大區(qū)間運(yùn)行模式，反方向區(qū)間不設(shè)置通過信號機(jī)，提供本站出站信號機(jī)至下一站反向進(jìn)站信號機(jī)的大區(qū)間運(yùn)行方式。

相鄰兩站之間的正方向任意兩架同方向、連續(xù)的信號機(jī)至信號機(jī)之間為一個(gè)閉塞分區(qū)，此信號機(jī)至信號機(jī)之間的進(jìn)路不設(shè)置保護(hù)區(qū)段，閉塞分區(qū)的長度大于列車在最高行駛速度的安全制動(dòng)距離SBD；進(jìn)站信號機(jī)-出站信號機(jī)的進(jìn)路設(shè)置保護(hù)區(qū)段，進(jìn)站信號機(jī)至出站信號機(jī)加保護(hù)區(qū)段為一個(gè)閉塞分區(qū)，其長度總和大于列車在最高行駛速度的安全制動(dòng)距離SBD。

4.2.2 ATP移動(dòng)授權(quán)

系統(tǒng)提供基于信號機(jī)至信號機(jī)的點(diǎn)式ATP運(yùn)行和防護(hù)。正線每架信號機(jī)前方設(shè)置有源應(yīng)答器，用于向列車發(fā)送運(yùn)行前方的移動(dòng)授權(quán)，進(jìn)站進(jìn)路在進(jìn)站信號機(jī)前方設(shè)置填充應(yīng)答器。有源應(yīng)答器通過LEU與聯(lián)鎖系統(tǒng)連接，聯(lián)鎖系統(tǒng)根據(jù)進(jìn)路狀態(tài)選擇相應(yīng)的應(yīng)答器報(bào)文，通過LEU傳遞給軌旁應(yīng)答器。當(dāng)列車經(jīng)過應(yīng)答器上方時(shí)，應(yīng)答器向列車發(fā)送移動(dòng)授權(quán)信息。

當(dāng)信號機(jī)顯示綠燈時(shí)，ATP移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)位于運(yùn)行前方第三架信號機(jī)前方，如圖3虛線所示；如信號機(jī)顯示黃燈，則ATP移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)位于第二架信號機(jī)前方。

圖3 S1線信號機(jī)布置圖

4.3 區(qū)域連續(xù)防護(hù)

系統(tǒng)在正線車站的接近至離去區(qū)域設(shè)置連續(xù)的車地雙向無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。在列車接近和處于站臺區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)督車站安全門（PSD）和緊急停車按鈕（ESB）的狀態(tài)。如CC檢測到PSD故障或ESB按下時(shí)，CC根據(jù)列車位置采取相應(yīng)措施：

1）當(dāng)列車接近站臺時(shí)，CC將禁止列車進(jìn)入站臺，列車的移動(dòng)授權(quán)點(diǎn)將限制在站臺入口處；

2）當(dāng)列車部分或全部處于站臺區(qū)域時(shí)，CC將施加EB使列車停車。

4.4 站臺發(fā)車防護(hù)

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

4.5 臨時(shí)限速

在iATO模式和iATP+模式下，系統(tǒng)根據(jù)ATS的操作指令實(shí)施臨時(shí)限速。除此之外的其他駕駛模式下，臨時(shí)限速完全由司機(jī)負(fù)責(zé)。調(diào)度員根據(jù)運(yùn)營需求，在ATS設(shè)置臨時(shí)限速，臨時(shí)限速信息通過FRONTAM發(fā)送給ZC，并由ZC發(fā)送給CC。

當(dāng)列車停在站臺時(shí)，CC將從ZC接收臨時(shí)限速信息，并根據(jù)軌旁線路條件和臨時(shí)限速條件，調(diào)整列車ATP防護(hù)曲線。當(dāng)列車進(jìn)入?yún)^(qū)間后，如果當(dāng)前區(qū)域需要設(shè)置臨時(shí)限速，由于區(qū)間沒有無線覆蓋，列車無法接收臨時(shí)限速信息，需要調(diào)度人工通知司機(jī)臨時(shí)限速的信息。

在iATOM模式和iATPM+模式下，系統(tǒng)在無線區(qū)域收到ATS發(fā)布的臨時(shí)限速信息，隨著CC與ZC的周期性通信，臨時(shí)限速信息也會(huì)在有效時(shí)間內(nèi)被更新，如果臨時(shí)限速信息未在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)被更新，CC將施加EB，同時(shí)iATO模式和iATPM+駕駛模式不可用。

在iATP模式和RM模式下，臨時(shí)限速信息由調(diào)度員人工通知司機(jī)，由司機(jī)人工確認(rèn)，確保列車按照臨時(shí)限速信息正常運(yùn)行。

4.6 運(yùn)行調(diào)整

在站臺區(qū)域通過連續(xù)的車地雙向通信網(wǎng)絡(luò)，ATS可將列車運(yùn)行等級、扣車和跳停的運(yùn)行調(diào)整信息發(fā)送給CC。CC根據(jù)ATS的運(yùn)行等級命令調(diào)整列車在區(qū)間的運(yùn)行速度，進(jìn)而調(diào)整區(qū)間運(yùn)行時(shí)間。當(dāng)CC接收到ATS的扣車命令時(shí)，CC將防護(hù)列車發(fā)車，如檢測到列車移動(dòng)將施加FSB。當(dāng)CC接收到ATS的跳停命令時(shí)，跳停信息將顯示在TOD上，CC將根據(jù)跳停指令取消相應(yīng)站的站臺作業(yè)，直接駛向下一站。

4.7 車門和站臺門聯(lián)動(dòng)

站臺區(qū)域設(shè)置連續(xù)的車地?zé)o線雙向通信網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)CC檢測到列車處于零速狀態(tài)、列車已對準(zhǔn)站臺的正確位置及列車已切除牽引并實(shí)施保持制動(dòng)后，CC發(fā)出開門使能信息。CC通過無線車地通信將開/關(guān)門信號發(fā)送給聯(lián)鎖，實(shí)現(xiàn)車門和站臺門的聯(lián)動(dòng)控制。CC根據(jù)車輛不同編組類型（4節(jié)編組或6節(jié)編組）分別發(fā)送不同的門控指令，經(jīng)聯(lián)鎖與站臺門接口，控制相應(yīng)的站臺門打開和關(guān)閉。

4.8 無人自動(dòng)折返

系統(tǒng)在折返區(qū)域設(shè)置連續(xù)的車地?zé)o線雙向通信網(wǎng)絡(luò)，聯(lián)鎖將站臺自動(dòng)折返按鈕狀態(tài)、折返信號機(jī)狀態(tài)、進(jìn)路鎖閉狀態(tài)發(fā)送給ZC，ZC據(jù)此計(jì)算移動(dòng)授權(quán)并發(fā)送給CC，CC根據(jù)移動(dòng)授權(quán)信息自動(dòng)控制列車的折返運(yùn)行，當(dāng)列車運(yùn)行到發(fā)車站臺時(shí)自動(dòng)打開站臺門。

4.9 分相區(qū)管理

分相區(qū)平面布置如圖4所示。

列車在通過分相區(qū)時(shí)，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(jì)算結(jié)果，列車通過分相區(qū)時(shí)車速最小應(yīng)為40 km/h，建議不小于60 km/h。按照啟動(dòng)加速度a=0.6，線路坡度小于4‰上坡計(jì)算，加速啟動(dòng)至60 km/h所需距離約250 m；列車運(yùn)行通過分相區(qū)時(shí)，如前方信號機(jī)紅燈，列車停車后應(yīng)能保證列車全部駛過G3，即G3與前方信號機(jī)距離應(yīng)大于200 m。

圖4 分相區(qū)平面布置圖

車載軌道數(shù)據(jù)庫內(nèi)將定義分相區(qū)的預(yù)告點(diǎn)和離去點(diǎn)。當(dāng)列車到達(dá)分相區(qū)的預(yù)告點(diǎn)和離開分相區(qū)時(shí)，CC將在TOD上顯示相應(yīng)信息，提示司機(jī)即將進(jìn)入和已經(jīng)離開分相區(qū)。列車通過分相區(qū)時(shí)，在iATO模式下，CC將發(fā)送給車輛惰行命令，控制列車采用惰行模式通過分相區(qū)，在列車通過分相區(qū)后，CC將自動(dòng)向列車發(fā)送加速/減速命令控制列車運(yùn)行。在非iATO模式下，司機(jī)將根據(jù)規(guī)定的操作程序并根據(jù)TOD的提示人工駕駛列車通過分相區(qū)。

5 結(jié)束語

點(diǎn)式ATC系統(tǒng)具有CBTC系統(tǒng)的主要功能及特點(diǎn)，只是減少區(qū)間地段連續(xù)雙向車地通信設(shè)備的配置，采用有源應(yīng)答器實(shí)現(xiàn)區(qū)間ATP/ATO功能，同時(shí)為滿足ATS、站臺安全防護(hù)及站臺門控制等功能，在站臺區(qū)配置車地?zé)o線雙向通信設(shè)施。

點(diǎn)式ATC系統(tǒng)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(tǒng)設(shè)備的安裝、調(diào)試、維護(hù)等工作。如果將來隨著客流的培育或受城市建設(shè)及發(fā)展的影響使本線客流上升而達(dá)到2 min的運(yùn)行間隔要求時(shí)，點(diǎn)式ATC系統(tǒng)可以直接升級成CBTC系統(tǒng)，原系統(tǒng)中的各軌旁設(shè)備仍然能夠繼續(xù)使用，點(diǎn)式ATC系統(tǒng)作為后備功能使用，系統(tǒng)升級改造的成本及對既有運(yùn)營的影響都很小。

綜上所述，從經(jīng)濟(jì)合理性和技術(shù)合理性的角度出發(fā)，點(diǎn)式ATC系統(tǒng)完全符合溫州市域鐵路S1線的運(yùn)營需求。

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