深圳都市圈城際鐵路CBTC系統功能需求研究

陳恒宇

(深圳市地鐵集團有限公司， 518026， 深圳∥高級工程師)

1 粵港澳大灣區城際鐵路的基本概況

2019年2月19日，國家發展和改革委員會頒布了《關于培育發展現代化都市圈的指導意見》，其目的是培育發展一批現代化都市圈，形成區域競爭新優勢，為城市群高質量發展、經濟轉型升級提供重要支撐。該指導意見提出要打造軌道上的都市圈，即統籌考慮都市圈軌道交通的網絡布局，構建以軌道交通為骨干的通勤圈。

2020年7月，國家發展和改革委員會批復了《粵港澳大灣區城際鐵路建設規劃》，明確了粵港澳大灣區(以下簡稱“大灣區”)近期要實施的13條城際鐵路和5個樞紐工程項目，城際鐵路線網的建設總長度達775 km，工程總投資為4 741億元。根據廣東省政府的工作部署，廣州、深圳2個都市圈城際鐵路項目的前期研究、設計、投資、建設及運營等工作分別由廣州市、深圳市負責。廣州地鐵集團、深圳地鐵集團按照國家相關建設標準、技術、制式等要求，推進大灣區城際鐵路項目建設，進而推動多層次軌道交通的融合發展，實現大灣區城際鐵路的互聯互通、換乘便捷、一票通達。

2 深圳都市圈城際鐵路信號制式選擇

深圳都市圈由珠江口東岸和粵東北的深圳、東莞、惠州、河源、汕尾(含深汕特別合作區)5個城市組成。深圳都市圈城際鐵路項目包括：深惠城際鐵路線的前海站至坪地站區段，深惠城際鐵路線的坪地站至仲愷西站區段，深惠城際鐵路線的大鵬支線(以下簡稱“大鵬支線”)，深惠城際鐵路線的仲愷西站至惠城南站區段，深大城際鐵路線的深圳機場站至坪山站區段，穗莞深城際鐵路線的深圳機場站至前海站區段，穗莞深城際鐵路線的前海站至皇崗口岸站區段，莞惠城際鐵路線的小金口站至惠州北站區段，塘廈至龍崗城際鐵路線及常平至龍華城際鐵路線。上述共10個建設項目，總長度共計351 km。其中：莞惠城際鐵路線的小金口站至惠州北站區段項目已由惠州市牽頭推進，其余9個項目由深圳市牽頭推進。

深圳都市圈內城際鐵路信號制式的選擇需要考慮互聯互通、運輸能力、敷設方式及工程投資等方面需求。目前，珠三角地區已運營及在建的城際鐵路均采用CTCS(中國列車運行控制系統)。為實現互聯互通，深圳都市圈內城際鐵路信號制式原則上應采用CTCS，而對于相對獨立、高峰時段客流大、地下車站帶配線較多的線路，可研究采用CBTC(基于通信的列車控制)系統。

2021年10月27日發布的粵辦函[2021]284號《廣東省“十四五”鐵路高質量建設實施方案》提出，要落實大灣區城際鐵路統一規劃、統一標準、統籌運營的要求，確保大灣區城際鐵路實現互聯互通和公交化運營，科學、合理地統籌大灣區城際鐵路的信號制式選擇。2022年2月15日發布的廣東省地方標準《城際鐵路設計細則》指出：大灣區城際鐵路線應根據系統運輸能力、跨線運營等要求，結合相關線路現狀及規劃，進行其信號系統的選型，其列車控制系統可根據情況選擇CTCS-2(中國列車運行控制系統2級)+ATO(列車自動運行)系統或CBTC系統。

目前，深圳都市圈內穗莞深城際鐵路線的前海站至皇崗口岸站區段、深惠城際鐵路線(包括前海保稅區站至坪地站區段、坪地站至瀝林北站區段、瀝林北站至惠城南站區段)等項目與既有城際線路貫通運營或需與國家鐵路跨線運行,采用CTCS；深大城際鐵路線、大鵬支線因高峰時段客流量較大、地下車站較多,為滿足客流需求、降低工程投資，這2條線路均采用CBTC，應同時實現貫通運營。

本文以采用CBTC系統的深大城際鐵路線、大鵬支線為研究對象，從城際鐵路CBTC系統的適用性出發，重點分析深圳都市圈城際鐵路CBTC的系統需求。

3 深圳都市圈城際鐵路CBTC系統的適應性分析

信號系統作為列車運行控制的核心系統，其技術關鍵是必須確保列車行車安全。CTCS在國家鐵路和珠三角城際鐵路上均有大量成功應用的案例，該制式在技術上無疑是安全的。CBTC在城市軌道交通中也得到了大量成功的應用，在技術上也是安全的。至于不同信號制式下列車運行速度的適用范圍，北京地鐵大興機場線已經實現了CBTC信號制式在160 km/h速度級城市軌道交通線路上的成功應用。河北省雄安新區至北京大興國際機場快線(R1線)項目設計為200 km/h速度級線路，擬采用CBTC。因此，結合大灣區城際鐵路的現狀，大灣區內新建城際鐵路線可以選擇CTCS或CBTC，具體信號制式的選擇應根據項目的設計速度、行車間隔、停車精度等功能需求，并結合互聯互通、資源共享和一體化運營管理等要求，予以合理選用。基于深大城際鐵路線和大鵬支線的功能定位，CBTC系統的功能特點總體與之相匹配，可滿足這2條線路的運營需求。

3.1 列車運行間隔適應性

CBTC系統的列車最小追蹤間隔為2.0 min，可滿足深大城際鐵路線和大鵬支線最小運行間隔2.5 min的需求。在線路折返能力上，CBTC系統同樣能夠滿足這2條線路的運營要求。

3.2 160～200 km/h速度下列車控制的適應性

從系統控制原理來講，CBTC可以滿足160～200 km/h速度下列車控制的要求，測速、應答器、計軸等設備均可滿足該速度工況下可靠工作的要求，僅在相關系統的控制參數上略有差異。

3.3 160～200 km/h速度下車地通信的適應性

CBTC系統的WLAN(無線局域網)設備能滿足120 km/h速度級線路的運行要求，且具有成功應用的工程案例，但是在速度級大于120 km/h的線路上，WLAN車地無線通信技術尚未經過現場驗證。基于TD-LTE(時分-長期演進)車地無線通信技術的應用和推廣使得高速CBTC系統成為可能。基于TD-LTE技術的車地通信系統支持列車的高速(如350 km/h)移動，可在列車高速移動狀態下滿足CBTC系統在帶寬、穩定、實時性等方面的要求，并具有QoS(服務質量)保障。基于TD-LTE技術的車地通信系統已在北京地鐵大興機場線，以及廣州地鐵的18號線和22號線上得以應用。

3.4 互聯互通需求的適應性

目前珠三角內已建成的城際鐵路，其信號制式均采用CTCS-2+ATO系統。CBTC與CTCS-2+ATO有各自的優勢，但也都存在為適應本線運營需求而進行相應改造的工程問題。參考重慶、北京等城市的軌道交通CBTC互聯互通示范項目成果，本文認為深圳都市圈城際鐵路的CBTC系統具備了在大灣區范圍內實現互聯互通的研發基礎。但現階段，采用CBTC系統的城際鐵路線與珠三角CTCS-2+ATO的城際鐵路無法實現互聯互通，新建城際鐵路線在新購車輛或動車組車型時均需進行接口改造及相關試驗驗證。因此，在新建采用CBTC的城際鐵路線時，列車如需跨線運行至其他非CBTC城際鐵路線，采購的車輛需按照“安裝雙套車載信號設備”這一原則予以設計。

4 深圳都市圈城際鐵路CBTC系統需求

4.1 基本需求

深圳都市圈城際鐵路CBTC系統采用移動閉塞制式，應至少滿足GB/T 32590.1—2016《軌道交通 城市軌道交通運輸管理和指令/控制系統 第1部分：系統原理和基本概念》、GB/T 32588.1—2016《軌道交通 自動化的城市軌道交通(AUGT) 安全要求 第1部分：總則》中對于GoA2(半自動化列車運行)的要求。

深圳都市圈城際鐵路CBTC系統應具備高可靠性、高可用性及高安全性，應滿足160～200 km/h速度級線路安全、高效、可靠運行的需求，且能滿足單一交路和多交路混合運行、不同編組/車型列車混合運行、快慢車運行、跨線運行等方面的要求。信號顯示應統一，遵循左側行車的原則，系統設計應滿足雙線、雙方向的運行要求。

在土建、運營設施滿足條件時，深圳都市圈城際鐵路CBTC系統應滿足最小行車間隔不小于24對/h的需求，不同線路的CBTC系統應能滿足線路間跨線運營的要求，以實現資源共享。采用CBTC系統的線路與采用CTCS-2+ATO的線路之間如需跨線運行，應保證列車在跨線運行時的安全，兩種信號制式間的自動切換時長應與行車間隔相匹配。

4.2 總體架構

深圳都市圈城際鐵路CBTC的系統架構如圖1所示。CBTC按功能分為以下子系統：NDMS(網絡化調度管理系統)、ATP(列車自動防護)、ATO(列車自動運行)、CI(計算機聯鎖)、DCS(數據通信子系統)、MSS(維護支持系統)及培訓子系統。CBTC按構成可分為以下關鍵設備：NDMS設備、ZC(區域控制器)設備、CI設備、車載ATP/ATO設備、DCS設備、DSU(數據存儲單元)、LEU(軌旁電子單元)、應答器、MSS設備、培訓設備、信號電源、計軸、信號機及轉轍機等。

注：BBU——基帶處理單元； RRU——射頻拉遠單元； MMI——人機界面； BTM——應答器傳輸模塊； TCR——軌道電路接收器。

4.3 NDMS子系統

NDMS宜采用中心、車站兩級架構，包括NDMS中心調度子系統和NDMS車站/段場調度子系統兩部分。在中心設置1套軟硬件設備，并按區域劃分設置調度工作站。對于多條線路共用的樞紐車站，站內因同時運行不同線路的列車，宜在該樞紐車站內設置1套車站信號設備。該設備按照運營需求納入某個區域/線路調度臺進行控制，與該樞紐車站相關的其余相關調度臺只監不控。所有經過該樞紐車站的列車在此范圍內共線運營，由該樞紐車站內的調度臺統一進行調度指揮。

4.4 ATP、ATO、CI子系統

為實現列車在CBTC區域與CTCS-2+ATO區域間切換運行，可在列車上設置雙套車載設備或采用單套一體化車載設備。雙套車載設備和單套一體化車載設備均應具備不停車及停車切換的功能。雙套車載設備應在每套設備的端口設置1套共用的MMI，MMI的顯示格式應采用統一的技術標準，以滿足CBTC及CTCS-2+ATO的顯示要求。單套一體化車載設備可采用板卡級融合或軟件級融合的方式，可設置多模電臺，以適配LTE(長期演進)和GSM-R(鐵路數字移動通信系統)多種網絡，并增設TCR天線，以適配軌道電路。

此外，多條線路間共用的樞紐車站內宜設置1套全電子的CI設備。段場內應設置1套獨立的全電子CI設備。

4.5 跨線運行時的功能需求

對于有CBTC與CTCS-2+ATO跨線運行需求的城際鐵路，應具有以下的功能：① NDMS在切換區內應支持列車完成跨線的切換操作及顯示，還應滿足與既有珠三角城際鐵路CTC(調度集中)系統的接口要求；② DSU應預留與TSRS(臨時限速服務器)的接口(可選)，以滿足列車臨時限速的交互功能；③ CI支持與鄰線聯鎖信息的接口傳遞，DCS應支持列車在不同線路上與相應的軌旁設備建立通信；④ 列車跨線運行至CTCS-2+ATO制式線路時，車載配置多模天線，應采用GSM-R數據業務實現車地雙向通信，通過TCR接收地面軌道電路信息；⑤ CTCS-2+ATO如需與CBTC互聯，各子系統間的接口協議應按照CTCS-2+ATO的接口規范執行。

跨線運行至CTCS-2+ATO區域的列車，應具有以下功能：① 列車控制等級應按照CTCS-2+ATO方式執行；② 列車在完全監控模式下， 由ATO設備自動控制列車，按照CTCS-2+ATO方式自動運行；③ 應實現ATP下由ATO控制列車安全、自動駕駛；④ 列車具有必要的降級運行模式，其降級模式應與CTCS-2+ATO下的降級模式保持一致。

4.6 電子地圖

DSU應具備線網內電子地圖的存儲功能及電子地圖版本的安全校驗功能，并具備向車載設備逐段發送電子地圖的功能。

5 結語

與現有的城市軌道交通CBTC相比，深圳都市圈城際鐵路的CBTC在列車運行速度等級、互聯互通系統功能及系統架構上均存在較大的差異，目前國內尚未出臺城際鐵路CBTC的相關標準。為加快深圳都市圈城際鐵路建設，滿足深圳都市圈城際鐵路的運輸需求，規范深圳都市圈城際鐵路CBTC制式信號系統后續研發、系統設計、產品設計及設備招標等工作，為深圳都市圈城際鐵路信號系統建設、驗收、運營和維護的標準化提供指導，應盡快研究并編制深圳都市圈城際鐵路CBTC標準體系技術規范，主要包括需求規范、系統規范、接口規范、測試規范、工程規范、驗收規范及運營規范等方面。

未來，按照大灣區軌道交通統一規劃、統一標準、統籌運營的原則，將由多個城市共同構建大灣區軌道交通一體化的管理組織架構。在參照國家鐵路和城市軌道交通標準體系的基礎上，應進一步研究并制定廣東省城際鐵路互聯互通信號技術標準體系的頂層架構，為大灣區城際鐵路的規劃、設計、施工、驗收及運營管理等建設全過程提供規范化的技術指導和強有力的技術支撐。