市域铁路信号列控制式的研究

市域铁路信号列控制式的研究

 以3个有代表性的市域铁路项目为例,分析其建设、列控制式的特点;提出市域铁路同列控系统相关的基本运营需求;分析CTCS系列、城市轨道交通列控系统的差异性、适应性,提出列控系统选择应考虑的因素,得出市域铁路列控制式选择的结论。

1 概述

市域铁路是指在城市行政管辖区域* | ~ J内,为中心城与周边新城或组团之% c i 1 $间提供快速、大容量u # = | k N a、公交化公共交通服务的有轨交通系统。

市域铁路有别于城际铁路和城市轨M ( = z ` B |道交通(以下简称城轨)线路,是介于两种轨道交通之间的一种适用于城市区域内重大经济区之间中长距离的客运交通。市域铁路将城市市区以外的多个点或组团与城市边缘的交通接Q O U E d f F p }口连接起来,具有内聚外联的功能。

近年来国内城镇化发展迅速,一批以中心城市为a u R s依托建设占地省、能耗低、容量大、效率高的市域铁路已成为一! B N种战略选择。但市域铁路作为国内轨道交通建设领域的新生事物,由于认识、定位上的模糊和在实践中各地方2 e .的要求差异,使信号制式选择存在一定困难,如何选择合适9 o 5 A q I ; ?的列控系统存在诸多困惑,是否同国铁、城际铁路和城市轨道s D F v ?交通实现互联互通、资源共享,还是自成一统均无共识等。

2 已建成市域铁路概况及特点

市域铁路同城际铁路并没有严格、定量化的区别,业界尚无清晰、明确的定义与判定标准,下文列举的市域铁路是按照项目功能定位、建设名称等判定。

2.1 上海金山支线

上海金山支线由上海南站至金山卫站,以既有的国铁新闵支线、金山铁o V P x , ^ \ p y路支线为基础并延长至上海徐汇区。

金山支线全长63 km,共设10站,平均站间距7 km;国铁I级铁路、速度160 km2 B O ^ + m f/h;采用CTCS-0级列控系统,即通用式机车信号+运行控制记录装置(LKJ),目前按客车间隔5 mz 2 6 2in,货车6 min运营。

金山支线是利用既有铁路开行市域动车组,其z # x V v v 2列控系统采用国铁普速线的标准;运营组织、调度、线路` \ X G l C : \ U维护均由上海局承担。

目前的运行状况是,白天跑动车组,晚上动车组停运跑货车。动车组既有站站停、也有越行车。

2.2&emsA Y s f f Gp;温州市域铁路S1线

温州S \ ,市域铁路目前规划了4条线4 J W p t U ] S,线路长度& l N , $ +269c H !.3 km,其中S1线西起沿海铁路温州南站东至灵昆半$ r O D 0 k 6 x #岛,全长77.0 km。S1线一期工程53.5 km,设车站19座,平均C W g 7 & 6 p ; V站间距2.93̳M ; 2 y O6;km,设计速度120 km/h。目前S1线西[ U x段工程已经开通运营,约37 km,含车站14座。

S1线属于独立运行线路,与其他线路4 F h U采用换乘方式,不开行跨线列车,仅开行站站停列车。S1线的建设、运营、管理模式,以及功能定位和运营需求更偏向城轨的范畴,对运营服务质量、设备的自动化程度要求较高。信号列控系统初、近期采用点式ATC系统,远期可升级为CBTC系统。

2.3 成灌市域线

成灌市域线起于成都站止于青城山站,正线长66.2 km,设车站13站,其中8站为无配线车站。

成都至郫县段运营速度120 km/h,郫县至青城山段运营速度200 km/h,其信号列控系统采用CTCS-2级。

2.4 已建成市域铁路列控制式的特点

上述具有代表性的市域铁路信号列控制式的选择具有以下特点。

1)建设的主体不同,影响列控制式的选择

在多种信号制q ~ U V d J式都可以选用的情况下,每一种制式均存在优劣,不同技术背景的人会选择不同的制式。

国铁主导的市域铁路一般会考虑同国铁有良好的衔接(包括互联互通等)、资源共享。地方主导的市域铁路一般会考虑T Y k同城市地铁有良好的V c * , - l衔接(包括方便换乘等)。

如金山支线由y M C =上海局建设、运营管理,又是利用既有铁路改造而成,同国铁互联互通,资源共享,投资效益优势明显。宁波、杭州市也采用类似的方式,利用既有萧甬线开行市域动车组。

成灌线由原铁道部建设,成都局运营管理,同国铁互联互通,资源共享,采用CTCS-2列控系统。

温州市域为地方主导建设、运营管理,其项目总体上考虑同城市地铁整体规划衔接,其列控制式以城轨列控制式为基本特征。

2)速度目标值及其对信号制式的影响

从上述几个市域铁路的实例看,速度目u O {标值均不低于120 km/h,明显高于城轨线(一般不大于100 km/h)。

金山支线速h - u T J { 8 )度16* c j0 km/h,采用CTCS-0,适应此速度要求;成灌速度200 km/h,采用CTCS-2,适应此速度要求;温州市域S1速度120 km/h,近期采用R Y /点式ATC系统,远期规划升级为CBTC。

从以上两点初步来看,一个项目选择什么样的信号列控模式,主要影响因素:项目建设主导方的背景,国铁主导还是地方主导;线网规划是同国铁衔接为主,还是同城市地铁衔接为主;速度的适应性。

3 市域铁路同列控系统相关的运营功能需求

我国幅员辽阔S W v + B,各地社会、经济发展不平衡,各地市域铁路功能需求必然存在差异,又存在建设主体的不同会M M & E D z # T导致市域铁路资源共享要求不同,线网衔h h ( $接的互联互通要求不同,因此要概= V u ] } : n括出统一的市域铁路功能需求是不科学的,也是不经济的。

下面需求的提出是从市域铁路的基本需求或潜在需求的角度提出的,各个具体项目的功能需求,需要具体取舍。

同列控系统密切相关的功! V Z )能需求:一般应满足最高运行速度、行c e | f车密度、旅客舒x b K \适度、旅2 3 [ j M l客列车开行原则与开行方案等目标要求。但具体项目须根据本项目的定位、线网规划、行车4 C F k q l速度、行车密度等因素综合考虑。r W { 9 y

从基本的要求归纳影响列控系统选择的功能需求,主要有以下几点。

1)互联互通、资源共6 @ i 2 D P 9享的需求

无论是国铁还是市域铁路理想的状态都应能够互联互通、资源共享。这样能极大地提高运输+ h v组织的灵活性,大量节约土地资源、人力资源、设备资源等,建设、运营经济效益最佳。

2)速度目标值及运行时分的需求

由于各地围绕大城市的郊区城镇建设、经济与社会发展的差异,城镇的分布差, 8 P F a异,人口聚集密度的差异,包括市域的范围差异,其不同的市域铁路会选择n , t C , ] e ~不同速度目标值,即使围绕同一个中心城市其各方向的线路速度目标值也应存在差异。

从我国城市群空间尺度看,市域线路长度一般应在50~100 km以内s ~ \ c |,也存在超P | r D A u H过100 km的情况。运行时分一般要求从起点到终点1 hR W n N ! U左右,最好不超过2 h,其速度目标值\ ! $ P x 2 ` U一般应d N P Q n选择120~200 km/h。

3)列车开行方式的需求

通常情况下市域铁路车站间距为3~15 km,从已建\ $ 2 7成的线路和目前正在建设的线路来看,既有站站停单一运行模式的线路,也有大站停、站站7 x p S停、直达等3种共存方式* l - g的线路。一般站站停列车最高运行速度可为140 km/h,越行快车速度最高可达200 km/h。

4)行车密度的需求

行车密度取决于高峰时客流的聚集度,不同区域、不同线路的市域铁路也有很大的差异,最大的可达30̳D k ] 3 y _ @6;min,& w V 8 + M . l 0最小的宜在2~3 min,跨度很大。因此行车密度A = k + r : ;的需求,要针对具体的项目,既要考虑初、近期,也要考虑远期的需求,而不能笼统考虑。

5)ATO功能的需求

ATO主要功能包括:列车自动驾驶、列车运行自动调整及节能运行、车站停车及跳停管理、站台精w ` _ e s R确定位停车、列车车门与站台门管理、自动折返等。

ATO功能的需求: N T : r . o一般应认为是列控系统的高级需求,因为经济发达地区市域铁路整体建设标准5 p Y h r ? a , T较高,自动化程X / . 2 K =度也要求较高,同时也取决于行车密度、追踪间隔、车门与站台门\ H n控制- j ; S ] /、精确停车等其他需求的综合因素。

4 国铁及城轨目前主用的信号列控系统

纵观国铁客运专线和城轨目前普遍采用的信号系统,其区别的核心在列控系统,因此分析清楚列控系统的差异,合理选择列控系统是W x 7信号系统制式选择的根本。

目前城轨采用的列控系统主要包括:基于数字轨道电路的ATC系统、环线CBTC系统、无线CBTC系统、点式ATP+ATO系统。

国铁线采用CTCS-0、CTCS-2、CTCS-3级列控系统。

珠三角城际铁路城际铁路采用的CTCS-2+ATO列控系统。

4.1 各列控系统差异性

目前市域铁路列控系统的选择基本形成了两大类:一X \ ` B { [类是国铁制式CTCS系列;一类是城轨制式采用ATC系列。各系统的差异性比较如表1所示。

市域铁路信号列控制式的研究

从表1可以看出以下几点。

1)从技术成熟度来看,各系统均有成熟的应用业绩。

2)从速度适应性来看,采用Wi-Fi制式Cp * ? 2BTC,不能适应120 km/h以上的速度要求,采用LTE制式CBTC,理论上适应120 km/h以上,其_ ( . ( - Y $ }余几种城轨的系统,截至目前在国内尚无120 q I k V $ j W;km/h以上速度的工程应用实践;CTCS系列能满足各种市域铁路的速度要求。

值得指出的5 F a u S N x .是点式ATP+ATO理论上可以适应200&#: } \ + ; G ~8196;km/h速度,在国外也有应用,但在国内的运营环境下没有实例。

3)从行车计x I k = } d算结果来看,在相同的车型(动车、城轨车)下各种制式均能满足3% 1 2 Z min追踪间隔要求。

列车的追踪间! @ X + 8 @ _ e 6隔受影响的因素较多,如车的启速及制动性能、道岔辙叉号、站场布局、站间距、开行方式等等,从信号设备的角度,3 min间隔基本无潜力可挖了。同等条件下CTCS-系列、城轨系统已无多大区别。

4)从互连互通性来看,城轨的几种制式均不能满足完全的互联互通B - h +,它们的互通性在一定的限定条件下存在可能性。CTCS系列建立在统一、标准的体系下,具备较好0 ? r C ^ B的系统兼容性,易于实现市域铁路网内,或者与国铁交通线网的互联互通。

5)从工O J C W v O程的经济性来看,S D \ v D 5 N ; r城轨的几\ X l种制式明显高于国铁制式。同一项目的信号工程造价,城轨制式一般高于国铁制式2倍以上。

6)从市场的竞争性来看,城轨的几种制式明显受限,市场采购必须考虑成系统的采购,供货商单一,不利于竞争。

7)从线路数据的有效性来看,城轨的几种制式均为车_ [ $ o d载存储方式,国铁CTCS系列中CTCS-0是通过车载LKJ存储线路数据,其余均为地面提供,能保证线路数据的有效性。

8)从目前的维护实践来看,城k ^ d a -轨的维护量、] b M @ M # E维护N u ;\ ; u W - 2 . 0 s本均高于国铁线。

5 市域铁路信号列控系统的选择

5.1&| F C $ ? h 1 #emsp;各列控系统适应性综合分析

前文综合比较了目前主用几E z d `种信号制式列控系统的差异性,下J 7 p文从适应性的角度分析。

1)国铁信号系统普遍采用的列控系统是CTCS-0、CTCS-2、CTCS-3。其中,CP n tTCS-0主要应用于速度不大于160 km/h线E N x路;CTCS-2级主要应用于160~250 km/h的客专线、200 km/h客货共线铁路;CTCS-3级主要应用于速度大于250 km/h的高速线\ 6 \ Z ` ~路。

CTCS-系列具有完整的技术体系,能实现列车的互联互通,资源共享。市场开放程度高,相对城轨经济合理。

但是CTCS-系列,目前没有能满足3 min以下行车间隔的实例。

2)城轨的信号系统目前的主流制式为基于通信的列车自动控制系统(CBTC)。采用Wi-Fi制式CBTC系统到目前为止,其适应最高速度为120 C o x } ` : ; J O;km/h。其他几+ n _ *种城轨制式,理论上能适应120 km/h以. a M上运用速度,但国内截至目前尚无工程实践,国外也很少。城轨信号制式目前尚无通用的、完整的{ 6 F b x S U & O技术体系,以各系统提供商的技术体系为主,因此目前难I \ ! e o以做到CBTC系统下完全的互联互通,要做到市3 ` I ) q S : & f域铁路网内或与国铁的互联互通很困难。市场开放度低,工程造价、运用维护费用高。

3)城际铁路CTCS-2+ATO列控系统是以应用较为成熟的CTCS-2级列控系统为基础,增加部分ATO功能,能适应行车速度最高250 km/h线路。该系统既具备CTCS-2列控系统的优点,又能实现ATO的功能。通过CCS实现了车载ATP与CTC、TCC、站台门之间的信息传输,实现了车门与站台门之间的联动。CTCS-2+ATO系统能够实现网内的互联互通,网内资源共享Q } V Z c m Y。如果具体项目有同国铁互联互通的需求时,也能够方便的实现。

具有良好的性价比,市场开放,系统开放,建设方可以方便的单独选用系统的各类设备。

值得注意的是铁总科技[2013]79号采用的车地通信系统使用GSM-R系统,由于Z _ + V E x \GSM-R的频段目前实际为铁路总公司独享,如{ @ \ . C h ]果以地方独立建设的市域网,应首选GSM-R网作为d 7 | J p % t T i车地通信方式,但也应有其他车地通信方式作为不能使用GSM-R网的后备方案。

5.2 列控系统选择的- g [ J T主要影响因素

1)业d h 3 9 n U 4主背景不同对列控系统选择的影响

在多种信$ W 8 h d号制式可以选用的情/ v s k l t \况下,不同背景的人会选择不同的制式。

如果是国铁主导的市域铁路,首先从CTCS-系列选择。如果是既有国铁改造利用,则明确选择CTCS-系列。

如果是地方主导的市域铁路,应着重从城轨的列控系统选择。

2)互联互通、资源共享的要求对系统选择的影响

互联互通、资源共享指与国铁的互联互通、X E h资源共享,也指同城轨网的互联互通、资源共享,第三种情况m T d w { K n是市域网内的互联互通、资源共享。

如果是同国铁互联互通C - { J @ f i,必须选择CTCS-系列的列控方式。

如果是同城轨网互联互通,则需要考虑的因素较多、难度较大,必须充分了解要: : m ( I求互通的线路范围T w 0 c,信号设备状况等,需要在选型上设置许多限定条Y @ 7 n ^件,包括商务的要求,包括可能付出的投资代价。

如果是市域网内互联互通、资源共享,首选CTCS-系列,如果选择城轨系列应! c \ b 6 8 J E ~选择统一技术平台的系统,如点式AT& G M b J B K q \P、点式ATP+ATO等以ETCS-1为平台,则有可能实现网内互通,但同时需要考虑诸多的K X j &影响因素。

3)线路速度、追踪间隔要求对列控系统选择的影响

如果线路速度120O ~ .196;km/h,国铁CTCS-系列,城轨列控系列均能适应。

如果线路速度120~140 km/h,国铁CTCS-系列适应,城轨列控系列部分类型能适应,但是缺乏国内运用的经验E B / c { d

如果线路速度超过140&## b @ p P f A M8196;km/h以上,国铁CTCSY 2 _ 6-系列均能适应,城轨列控只能考虑点式ATP。

如果追踪间隔超过3 min,国铁CTCS-系列,城轨列控系列均能适应。

如果追踪间隔不大于2.5 min,从信号设备的角度,城轨列控系统均能适应,国铁CTCS-系列没有应A l [ $ e $ o用实例。

值得提醒的是:在考量追踪间隔时,应区分初、近、远期目标,充分考虑电子产品的使用寿命。

4)ATO功能需求对列控系统选择的影响

如果有ATO功能方面需求,国铁q G j j ` q + [ 1CT7 i n = \ = iCS能够选. e ` ? U V \ L择的列控系统CTCS-2+ATO,城~ b r ] q Q |轨系列均可选择。

6= s \ ] 研究结论

市域铁路信号列控制式的选择应充分考虑具体1 r 7 q Z . `项目的建设区域、区域内轨道交通的发展状况,以具体3 P E ? ` x ( 8项目的功能定位与整体技术装备水平,i W ? @ & ^ = q以及初、近期的运量需求,以及建设投资和运营后的维护费用、土地资源的利用等多因p - R X y 2素,而非单一因素选择。

市域铁路信号制9 L _ 2式的选择其核心是列控系统的选择,应综合考虑业主背景,. M m互联互通、资源( , K h u r y & t共享要求,以及速度适应性、行车密度的要求,ATO功能需T ) ^求等因素综合选择。

从国铁CTCS-系列与城轨ATC系列的适应范围与技术特点,以及互联互通、资源共享,技术体系的完备与开放,市场的开放与工程性价比等N O v t 1 Q 9 Q方面综合l Q S W ) 6 @论证与比较,- ) M M A 8 V / q市域铁路信号列控制式应首选CTCS-系列。

项目整体技术装备水平不高,对投; O U e R m e P 0资敏感且行车间隔较大时,首选CTCS-0;项目整体技术装备水平较高,服务与乘车舒适度有一定的要求时,首选CTCS-2;整个项目技术设备装备水平很高,且有ATO功能需求A @ V x n则首选CTCS-2+ATO。

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THE END
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