基于互聯(lián)互通的軌道交通研究與探索

傅錦 任延會

21世紀以來，隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展和城市化進程的加快，城市軌道交通正式步入了快速發(fā)展的階段，軌道交通線網(wǎng)不斷拓展與延伸，網(wǎng)絡的通達性增強，且城市軌道交通具有安全、準點、快捷等優(yōu)點，城市軌道交通成為一線城市公共交通的最主要出行方式之一［1-2］。但是，在軌道交通成網(wǎng)的情況下，國內(nèi)大部分城市地鐵線路仍是單線運營模式，乘客的出行需求沒有得到很好的滿足，一般乘客需要換乘不同線路才能抵達目的地，乘客的體驗感稍差［3］。此外，各線路獨立建設和運營，資源共享不足。

因此，基于互聯(lián)互通思維的軌道交通的研究應運而生，并且成為研究的熱點和方向［4-5］，也是解決城市交通擁堵、提高軌道交通運營效率的有效途徑之一。景國勝等［6］針對粵港澳大灣區(qū)在軌道交通方面存在的問題，通過構(gòu)建多層次、一體化、互聯(lián)互通的軌道交通體系，共同支撐粵港澳大灣區(qū)融合發(fā)展；孟臻［7］利用互聯(lián)互通技術，結(jié)合青島軌道交通，分析了信號系統(tǒng)互聯(lián)互通存在的問題、實施方案及關鍵技術；仲建華等［8］利用國外軌道交通的發(fā)展經(jīng)驗，提出軌道交通基本線網(wǎng)形成時，應著手構(gòu)建互聯(lián)互通的網(wǎng)絡化運行；賀鵬［9］針對北京中心城外線路如何與中心城內(nèi)線網(wǎng)銜接的問題，借鑒東京的經(jīng)驗，提出了相關的互聯(lián)互通改造方案。

那么，如何利用新技術手段提升乘客在線網(wǎng)內(nèi)的體驗感受，減少換乘和擁堵［10］，有必要對城市軌道交通成網(wǎng)后的運營模式進行探索，研究不同線路之間的互聯(lián)互通可行性。本文以福州市既有線路作為研究對象，分析城市軌道交通既有線網(wǎng)間改造實施互聯(lián)互通的可行性，并針對互聯(lián)互通中的夜間調(diào)車作業(yè)進行方案設計，提出相應的實施方案。

1 福州軌道交通現(xiàn)狀與分析

目前，福州地鐵1號線、2號線已分別于2016年和2019年建成投入運營，4號線、5號線、6號線及機場快線正在建設中。由于地鐵4號線采用全自動運行系統(tǒng)，機場快線采用市域快線標準，其線路的車輛、信號、通信、供電等系統(tǒng)與常規(guī)線路差異較大，因此本文暫不對這2條線進行研究，主要分析和研究1號線、2號線、5號線和6號線的互聯(lián)互通。根據(jù)福州地鐵線路現(xiàn)狀及運營情況，結(jié)合服務水平，互聯(lián)互通可分為調(diào)車作業(yè)和共線運營2種［11］。

1.1 機電系統(tǒng)現(xiàn)狀

通過調(diào)研得出，福州1號線、2號線、5號線和6號線的機電系統(tǒng)現(xiàn)狀條件如表1所示，從車輛、供電、限界、通信和信號5個方面進行對比，可以得出以下結(jié)論。

1）1號線和2號線車輛及限界、通信、信號及供電等制式方案一致。

2）5號線和6號線車輛及限界、通信、信號及供電等制式方案一致，但5、6號線的通信、信號系統(tǒng)方案與1、2號線存在差異。

3）6號線車輛初期采用4節(jié)編組，與其余線路編組不同。

1.2 聯(lián)絡線及配線情況

福州地鐵既有線聯(lián)絡線接口示意圖見圖1。1號線與2號線在南門兜站交匯并有聯(lián)絡線接口，1號線與6號線在下洋站交匯并有聯(lián)絡線接口，5號線與6號線通過樟嵐車輛段內(nèi)單渡線實現(xiàn)聯(lián)絡。但上述聯(lián)絡線并非按正式載客運行設計，其主要任務是承擔車輛的臨時調(diào)度，運送廠、架修車輛等，不滿足互聯(lián)互通運營行車需求。

2 互聯(lián)互通方案研究

2.1 調(diào)車方案

結(jié)合聯(lián)絡線方案，通過對既有線及在建線路的機電系統(tǒng)現(xiàn)狀條件分析，認為雖然既有線及在建線路配線方案不具備互聯(lián)互通共線運營的條件，但可通過線路聯(lián)絡線實現(xiàn)調(diào)車作業(yè)。調(diào)車方案為：①1號線和2號線之間調(diào)車；②6號線車輛借調(diào)到5號線。

根據(jù)實際客流需求，靈活性的將低運量線路車輛借調(diào)到高運量線路使用，建議在夜間通過聯(lián)絡線進行調(diào)車作業(yè)。

表1 福州地鐵各線路機電系統(tǒng)現(xiàn)狀條件

圖1 福州地鐵既有線聯(lián)絡線接口示意圖

2.2 信號方案

目前福州地鐵1、2、5、6號線均采用西門子提供的ATP/ATO設備，雖然具備良好的相互借車基礎，但要實現(xiàn)1號線和2號線之間的借車，以及6號線車輛借調(diào)到5號線，信號系統(tǒng)還需做如下改造。

1）統(tǒng)一電子地圖，1、2號線車輛互相加載對方線路的線路數(shù)據(jù)，6號線車輛加載5號線線路數(shù)據(jù)。

2）統(tǒng)一車地無線通信技術。1、2號線都是采用2.4GHz WLAN技術，但因為線路ID配置不同，不能實現(xiàn)互通。為了實現(xiàn)1、2號線的互聯(lián)互通，需要更改其中一條線路的無線服務器配置，主要包括服務器軟件、列車車載無線軟件等，使其與另外一條線配置原則一致。

5、6號線都是采用LTE-M技術，雖然為不同供應商的產(chǎn)品，但是均遵循中交協(xié)LTE-M系列規(guī)范，實現(xiàn)互聯(lián)互通比較容易，可通過對5、6號線核心網(wǎng)進行升級改造，實現(xiàn)核心網(wǎng)之間的通信，以達到互聯(lián)互通的目的。

3）不同編組混跑。6號線為4節(jié)編組列車，若借調(diào)到5號線使用，存在不同編組混合運行的情況。由于列車編組、長度、加/減速度等基礎數(shù)據(jù)是ATP/ATO子系統(tǒng)設計的依據(jù)和基礎，所以列車編組的改變對ATP/ATO子系統(tǒng)的影響很大，需要對5號線的ATP/ATO系統(tǒng)進行軟件升級，滿足識別4、6節(jié)編組列車的要求，并在識別4、6節(jié)編組列車后，向站臺門發(fā)送相應的信息。分別針對4/6節(jié)不同編組，對5號線站臺、折返軌等有運營停車點作業(yè)的地方進行地面應答器的布置，滿足4/6節(jié)不同編組列車精確停車的需求。

2.3 通信方案

1、2、5 、6號線無線通信系統(tǒng)均采用800 MHz Tetra制式，1、2號線OCC位于道達區(qū)域控制中心，5、6號線OCC位于橫港區(qū)域控制中心。如需實現(xiàn)1、2號線之間相互借車以及5、6號線之間相互借車，需滿足以下條件。

1）根據(jù)表1，福州地鐵1、2號線技術方案一致，具有良好的互相借車的技術基礎，只要將其中一條線的無線服務器、車載軟件等設備重新規(guī)劃部署，使其與另一條線路的無線配置一致，即可實現(xiàn)1、2號線地面調(diào)度與列車司機間的無線列調(diào)系統(tǒng)互相兼容。

2）1、2 號線與5、6號線之間相互借車。1、2號線采用的1.8GHz DVB-T與5、6號線采用的5.8GHz WLAN 802.11ac系統(tǒng)制式和無線頻段均不相同，無法直接互聯(lián)互通。如要實現(xiàn)1、2與5、6號線之間相互借車，則需要在1、2、5、6號線區(qū)間隧道或車輛內(nèi)，同時安裝1.8GHz DVB-T和5.8GHz WLAN 802.11ac 2種無線通信設備。而目前1、2號線均已開通運營，如要對1、2號線進行大規(guī)模改造，只能在停輪之后進行，施工難度大，周期長，且區(qū)間或車輛內(nèi)的設備安裝空間均十分緊張，需現(xiàn)場具體核實設備安裝空間及電源容量等條件，是否滿足新增無線通信設備的安裝要求，同時新增設備也增加了運營部門后期的維護工作量及運營維護成本。

2.4 車輛、限界方案

福州地鐵1、2號線采用B2型車，其車輛類型、所支持的速度目標、車輛限界、車輛受電方式、性能參數(shù)等均一致，且2條線路的土建限界方案一致，具備互相借車的條件。

而5、6號線除基本滿足上述條件外，只是列車編組不同。6號線初期采用4節(jié)編組，且站臺門初期按4節(jié)編組設計，因此，5號線6輛編組列車不能調(diào)度到6號線使用，但是6號線列車可借調(diào)到5號線使用。

要實現(xiàn)它們之間的相互借車，還需要修改車輛LCD動態(tài)地圖，調(diào)整PIS、廣播等系統(tǒng)的接口軟件。

2.5 供電方案

1、2、5 、6號線的牽引供電方式、供電電壓、受電方式均一致，采用的是1500 V直流架空接觸網(wǎng)饋電形式，為不同線路互相借車提供條件。

2.6 站臺門方案

1、2號線站臺門的縱向組合總長度、滑動門數(shù)量、凈開度等參數(shù)均一致，可滿足互相借車的需求。5、6號線站臺門的縱向組合總長度不一致，但滑動門凈開度一致，若6號線車輛借調(diào)到5號線使用，需調(diào)整信號系統(tǒng)對站臺門的控制軟件，以實現(xiàn)5號線只對4節(jié)編組車長對應的站臺門進行控制。

3 結(jié)論

本文基于既有線網(wǎng)及既有線路建設時序等提出互聯(lián)互通概念，并給出相關的實施方案，一定程度上能夠提高車輛利用率，解決因線路車輛配置不均衡而引起不滿足客流需求的問題。考慮聯(lián)絡線一般為單線設置，且部分聯(lián)絡線作業(yè)需要換端、折返等，耗時較長，因此不推薦在正常運營狀態(tài)下進行列車轉(zhuǎn)線作業(yè)，建議根據(jù)線路需求或客流量編制調(diào)車作業(yè)計劃，提前一天在結(jié)束運營后，將列車轉(zhuǎn)至擬運行線路上。