石先明，習 博

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢 430063)

隨著我國城市化進程的不斷加快、人民生活水平的逐步提高，對運輸服務質(zhì)量的要求越來越高，如便捷化、公交化、舒適性等。城際鐵路(或城際軌道交通，下同)作為區(qū)域性城市之間或市域內(nèi)的快速客運專用交通工具，將大大縮短城市之間的時空距離、減少人們的出行時間、改善乘客的出行質(zhì)量。根據(jù)我國中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃，將在京津冀環(huán)渤海地區(qū)、長江三角洲、珠江三角洲、武漢城市圈、長株潭、成渝以及中原城市群、關中城鎮(zhèn)群、海峽西岸城鎮(zhèn)群等經(jīng)濟發(fā)達和人口稠密地區(qū)建設城際鐵路，覆蓋區(qū)域內(nèi)主要城鎮(zhèn)?？偫锍坦浪?萬km左右。因此，城際鐵路在我國有著非常廣闊的發(fā)展前景。目前，國內(nèi)已經(jīng)建成了京津、滬寧、滬杭、昌九、廣珠、成灌等城際鐵路，還有一大批城際鐵路正在建設中。

城際鐵路主要服務于區(qū)域內(nèi)2個或多個城市間的客流，以及中心城市與其周邊衛(wèi)星城鎮(zhèn)或郊區(qū)的客流，其服務對象和運營模式既不同于城市軌道交通，也不完全等同于長途客運專線，是一種介于城市軌道交通和長途客運專線之間的特殊軌道交通模式。由于我國城際鐵路起步時間不長，目前尚未建立統(tǒng)一的技術標準，但其發(fā)展勢頭迅猛，導致城際鐵路的建設出現(xiàn)了多種不同的技術方案。有采用城市軌道交通形式的，如廣州到佛山城際軌道交通，車站間距較密(平均站間距約1.5 km)，列車速度較低(80～120 km/h);也有采用國鐵客運專線形式的，如廣珠城際鐵路，其車站間距10 km左右，列車速度200 km/h;也有設計速度更高的，如已開通的京津城際、滬寧城際，列車速度達到350 km/h，平均站間距分別為30 km、10 km左右。

隨著珠三角城際鐵路網(wǎng)回歸鐵道部主導，其較為清晰的運營模式和功能需求為我國建立一套完整的城際鐵路技術規(guī)范創(chuàng)造了條件。本文將主要以珠三角城際鐵路為例，探討我國城際鐵路運營特點及列車運行控制系統(tǒng)的功能定位。

1 城際鐵路運營特點

根據(jù)珠三角地區(qū)城際軌道交通規(guī)劃及其總體實施方案，以及滬寧城際的運營實踐，可以分析歸納出城際鐵路將呈現(xiàn)如下運營特點。

(1)線路長度較短，車站布置密集，以服務短途旅客為主

城際鐵路主要針對1～2 h城市圈，因此它的正線長度(端對端)一般不會太長，如珠三角地區(qū)多數(shù)城際鐵路正線長度為100 km左右。

城際鐵路承擔城市之間及市域內(nèi)沿線城鎮(zhèn)之間的客流，以短途旅客運輸為主。為了吸引客流，同時方便乘客出行，車站設置密度將介于長途客運專線與城市軌道交通之間，站間距離一般在3～10 km。

(2)無配線車站多、地下及高架站多

城際鐵路為了吸引客流，車站大多要深入到城市(城鎮(zhèn))的人口稠密區(qū)，為了減少對城市(城鎮(zhèn))土地占用等方面的影響，城際鐵路將采用地下站或高架站形式，除一些大站有到發(fā)線股道以外，許多小站將類似于城市軌道交通，不設配線。

(3)高峰時段或時期客流量大，短途客流尤甚

城際鐵路因大大縮短了時空距離，同城化效應明顯，將激發(fā)人們的外出活動范圍和活動頻度，異地上下班、購物、商務、訪友、旅游等客流所占比重很大。這些客流具有行程距離短、上下車頻繁等特點，尤其在上下班高峰時段或節(jié)假日時期，乘客流量會急劇上升，導致在一定時段內(nèi)乘客流量驟增。

(4)高速度、高密度、小編組運營

城際鐵路要縮短城市間時空距離，實現(xiàn)出行的快捷、便利，必須具備速度優(yōu)勢。目前國內(nèi)城際鐵路一般按列車最高運行速度200 km/h考慮，對于停站較多的列車，可以選用最高運行速度80～140 km/h的中低速動車組。因此，城際鐵路一般有兩種速度等級的動車組列車混合共線運行，高速度等級的列車只在個別大站?？?，或直達終點站。

為了減少車站乘客的聚集人數(shù)、縮短乘客的候車時間，滿足短時間內(nèi)大量乘客運輸?shù)男枰?，城際鐵路必須采用小編組、高密度的運營方案(與長途客運專線相比)。如采用8列編組的動車組，列車運行間隔時間3 min左右(接近城市軌道交通的水平)。

(5)公交化運營，乘客站臺候車

鐵路過去通常都采用旅客在候車室候車，待列車到達后，旅客才開始上車。而城際鐵路為了滿足高峰客流、高行車密度的需求，必須嚴格控制并壓縮車站(特別是無配線車站)的停車時間(如30s～1 min以內(nèi))，因此有必要采用公交化、站臺候車方式，另外，列車應采用多車門、寬車門方式，以減少乘客上下車時間，提高運輸效率。

為了適應公交化運營，站站停等慢車的車票宜采用城市軌道交通方式，無車次號、無席位號，隨到隨走。

(6)減員增效，車上少設列車員或不設列車員

目前，我國高鐵開行的動車組不再是每節(jié)車廂都配有列車員，因此，車上少配列車員甚至不配列車員將是一種趨勢，車門開關將由司機或設備控制。而打開列車的哪一側(cè)車門及其開門時機直接關系到旅客的人身安全，如果列車未完全進入站臺時打開車門，或者錯誤打開非站臺側(cè)車門，極有可能出現(xiàn)乘客墜軌事故。另外，開關車門的時機、開門時間長短也直接影響運輸效率。因此，城際鐵路有必要實現(xiàn)車門的安全控制。

(7)站臺配備屏蔽門/安全門設施，保護旅客人身安全

采用公交化、站臺候車方式會導致大量乘客在站臺上聚集。如果乘客慌亂擁擠，也極有可能出現(xiàn)人員墜軌事故。另外，城際鐵路列車運行速度高(如200 km/h)，不停站通過的高速列車經(jīng)過車站站臺時，其強大的氣流吸力也會危及站臺上乘客的人身安全。因此，城際鐵路有必要采用城市軌道交通方式，在高架站的站臺邊設置安全門，在地下站的站臺邊設置屏蔽門。

另外，地下站設置屏蔽門也是節(jié)能的需要。

站臺設置屏蔽門/安全門(以下統(tǒng)稱為站臺門)后，列車的精確對位停車和車門與站臺門的聯(lián)控就顯得尤為重要。

(8)與國鐵的互聯(lián)互通

城際鐵路是國鐵的重要組成部分，必須滿足互聯(lián)互通的基本要求。

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，城際鐵路的運營特點其實更類似于城市軌道交通，只是速度更高一些，線路內(nèi)開行的列車類型復雜一些，線路間有互聯(lián)互通、跨線運營等特殊要求而已。

2 城際鐵路列車運行控制系統(tǒng)技術體系

由于城際鐵路是國鐵的重要組成部分，與長途客運專線有互聯(lián)互通的基本要求，因此，其技術標準應采用國鐵客運專線技術標準體系，針對其特殊的運營需求，需在該體系內(nèi)補充與發(fā)展。當然，其發(fā)展可以借鑒城市軌道交通業(yè)已成熟的技術。

根據(jù)以上原則，城際鐵路列車運行控制系統(tǒng)應該采用CTCS技術體系，對于200 km/h及以下的城際鐵路，采用CTCS-2級列控系統(tǒng)。

但是，CTCS-2級列控系統(tǒng)只是一個列車超速防護系統(tǒng)(ATP)，只能起到防止列車超速、防止列車冒進禁止信號的作用，沒有精確對位停車控制、車門安全控制、車門與站臺門聯(lián)控等功能，不能完全滿足城際鐵路運營要求。而城市軌道交通ATC系統(tǒng)不但有ATP的完整功能，還能實現(xiàn)精確對位停車、車門控制、車門與站臺門聯(lián)控、自動駕駛、節(jié)能運行等ATO功能。

因此，有必要研究城際鐵路列車運行控制系統(tǒng)在CTCS-2級列控系統(tǒng)的基礎上增加ATO功能的技術標準和總體技術方案。不過，首先應分析研究城際鐵路需要在CTCS-2級列控系統(tǒng)的基礎上增加哪些ATO功能，也即城際鐵路列車運行控制系統(tǒng)的功能定位。

基于此，本文先分析研究城市軌道交通ATO的功能，然后結合城際鐵路的運營特點分析研究城際鐵路列車運行控制系統(tǒng)的功能及其定位。

3 城市軌道交通ATO功能

城市軌道交通ATO子系統(tǒng)主要功能包括列車自動駕駛、列車運行自動調(diào)整、節(jié)能運行、車站停車管理、車站跳停、精確定位停車、列車車門及站臺門管理、列車自動折返。在ATP的保護下，根據(jù)調(diào)度指令實現(xiàn)列車的自動駕駛，自動完成對列車的啟動、加速、巡航、惰行和制動的控制，確保達到列車間隔運行、旅行速度和節(jié)能等設計要求。

ATO子系統(tǒng)可以減輕司機的勞動強度，確保列車正點率，保證運營指標的實現(xiàn)，提高旅客乘坐的舒適度。

(1)列車自動駕駛

列車在正線運營過程中，司機僅需要按壓“ATO”按鈕發(fā)車，并監(jiān)督列車運行。列車的區(qū)間運行管理及停車管理完全由ATO子系統(tǒng)進行保障。ATO自動駕駛列車的功能受限于ATP安全限制(移動授權、限速等)，車載ATO通過嚴密的計算原理生成出1條符合所有上述要求的運行曲線。

在ATP設備保護下，ATO設備實現(xiàn)對列車運行狀態(tài)的合理控制，自動實現(xiàn)列車啟動、加速及制動等基本自動駕駛功能，在列車運行自動調(diào)整及節(jié)能運行等功能的基礎上，可以實現(xiàn)列車惰行、巡航等高級自動駕駛功能。

(2)列車運行自動調(diào)整

在車站發(fā)車時，ATO按照時刻表自動從多個運營模式曲線中選擇1條最匹配發(fā)車和到站時間要求的運行曲線，自動調(diào)整列車的停站時間、行車時間，以盡量恢復到按時刻表運營，同時最大程度地保證能源效率。這些運行曲線包括全速運行曲線、正常運行曲線以及節(jié)能運行曲線。同樣，如果安全限制狀態(tài)更新或外部條件發(fā)生改變，ATO也會調(diào)整相應的運行策略。

(3)節(jié)能運行

在列車自動駕駛功能的基礎上，在滿足時刻表運營要求的前提下，ATO子系統(tǒng)通過調(diào)整區(qū)間運營速度，增加乘客的舒適度，在考慮坡度和曲線對加速度和制動的影響后，可以自動計算出能源優(yōu)化的行車曲線，實現(xiàn)節(jié)能運行。對于速度限制區(qū)段和停車點，優(yōu)先使用惰行，而根據(jù)速度曲線適度使用巡航。如果此曲線使列車提前到達下一個停車點，那么惰行的起始點轉(zhuǎn)移到較早時間，在朝著停車點達到制動曲線前，引入一段時間的附加低速巡航。

能量優(yōu)化曲線將與車載ATO使用的安全相關速度曲線連續(xù)比較。如果曲線不同，從當前位置到下一個停車點的曲線將根據(jù)安全相關速度曲線來計算。

如果沒有時刻表信息或不可用，也可以使用每個站間運行的缺省值進行節(jié)能運行控制。

(4)車站停車管理

車載DMI屏幕上將根據(jù)發(fā)車時間顯示停車倒計時。ATO按照實際到站時間和要求的發(fā)車時間計算停車時間，如果停車時間小于最小的預定義值，則采用最小預定值。本功能主要協(xié)助司機正點啟動列車，保證時刻表兌現(xiàn)率。如果車站受車站扣車的影響，將使列車不確定時間地停留，直至車站解除扣車狀態(tài)。

(5)車站跳停

跳停操作能夠使車輛在ATO控制下跳過下一車站停車。車載信號設備在當前站或更早時候接受跳停請求之后，在DMI屏幕上顯示一個跳停圖標，用來通知司機，并通過廣播系統(tǒng)通知乘客。

(6)精確定位停車

在列車進站停車過程中，ATO采用一次性制動(連續(xù)制動曲線)至目標停車點的“打靶式”停站方式，使列車能以高速進站，減少了列車進站時間，從而縮短全線旅行時間，提高全線平均旅行速度。

為了使車門與站臺門精確對位，或?qū)⑵羁刂圃谠试S范圍內(nèi)，需要ATO采用相應的停車策略確保停車精度。ATO的精確停車策略對所采用的制動等級以及相應制動起點和速度曲線進行定義。ATO密切監(jiān)控列車對ATO控制命令的反應，并盡可能調(diào)整控制以符合停車曲線，并盡量減小制動產(chǎn)生的沖擊，保證乘客舒適度。如果ATP在停車過程中給出一個安全限制點，ATO將立刻做出反應并修改運行控制曲線，或在緊急情況下觸發(fā)緊急制動。

(7)列車車門、站臺門管理

ATO、ATP均涉及本功能，車門授權管理(包括開關列車的左側(cè)或右側(cè)車門)由ATP保障，即ATO僅實現(xiàn)開/關車門的動作，動作時機及安全性由ATP管理。車門可通過ATO的請求指令自動打開，也可由司機人工打開。自動開關車門只能在ATO模式下進行。關閉車門時，或者由ATO自動操作，或者由司機通過按下“關門”按鈕進行人工操作。

在車門與站臺門聯(lián)動控制時，應有安全可靠的車地通信。車輛系統(tǒng)、站臺門系統(tǒng)、信號聯(lián)鎖系統(tǒng)、ATP/ATO系統(tǒng)站間應有聯(lián)控。

列車未停穩(wěn)，不允許打開列車車門和站臺門。

列車未停在規(guī)定位置，不允許打開車門和站臺門。

車門與站臺門按一定時序同步開關，實現(xiàn)聯(lián)動控制。

車門和站臺門未關閉時，不允許發(fā)車。

列車在進站前，信號系統(tǒng)應檢查站臺門在關閉狀態(tài)，才能開放進站信號;之后，如果站臺門被錯誤打開，則信號系統(tǒng)關閉進站信號，阻止列車進入站臺。當列車在站臺區(qū)域內(nèi)運行時，而且列車還沒離開站臺區(qū)域，如站臺門被錯誤打開，則信號系統(tǒng)關閉相應出站信號，列車立即停車。

在司機室給出列車停穩(wěn)和允許開門表示信息，在車站管理室給出有關的顯示及操作界面。

系統(tǒng)能根據(jù)不同車型，向站臺門機電控制系統(tǒng)提供相應的控制信息。

在系統(tǒng)發(fā)生故障時，列車司機或機械師可解除系統(tǒng)聯(lián)動控制;也可以通過地面設備解除聯(lián)動控制，并給司機提供顯示信息。

系統(tǒng)不應改變車門和站臺門控制系統(tǒng)自有的應急控制方式。

(8)列車自動折返

當列車到達規(guī)定折返區(qū)域的站臺時，聯(lián)鎖設備設置折返區(qū)域進路，進路設置完成后，列車將收到折返命令，提示折返進路已經(jīng)辦理完成。折返動作由人工通過不同方式觸發(fā)，ATO控制完成整個過程。當列車在某一自動折返區(qū)域(折返軌)停車時，ATO將自動執(zhí)行“換端”操作，即調(diào)換頭尾車控制端。根據(jù)折返方式的不同，列車自動折返又分為:在ATP監(jiān)督下的人工折返模式、ATO人工折返模式、ATO無人折返模式。

4 城際鐵路ATO功能需求分析

針對城市軌道交通ATO系統(tǒng)的上述功能，下面逐一分析這些功能在城際鐵路中的必要性和可實施性。當然，采取的技術措施應盡可能在CTCS-2級列控系統(tǒng)的基礎上去實現(xiàn)。

(1)列車自動駕駛

珠三角城際鐵路最高運行速度為200 km/h，線路長度在100 km左右，站間距較近(3～10 km)，站停時間為30～50 s，列車運行間隔3 min，且客流量與城市軌道交通接近。特別是站站停列車，頻繁的啟動、加速、制動、停車等操作，同時還要求準點、貼線運行，給司機造成了很大的精神壓力，因此采用列車自動駕駛功能(包括列車啟動、加速及制動等基本自動駕駛功能和惰行、巡航等高級自動駕駛功能)是非常有必要的，它一方面可以大大降低司機勞動強度，另一方面還可以提高運營服務水平。

要實現(xiàn)該功能，可以在CTCS-2級列控系統(tǒng)地面應答器組內(nèi)增加相關線路數(shù)據(jù)(包括站臺)報文，對車載CTCS-2設備進行改造，增加ATO車載設備。改造工作量不大。

(2)列車運行自動調(diào)整和節(jié)能運行

為了實現(xiàn)列車運行自動調(diào)整和節(jié)能運行，ATO車載設備除了需要獲得線路數(shù)據(jù)等固定信息(可以從ATP和自動駕駛子系統(tǒng)的輸入信息中選取)以外，還需要列車到達和出發(fā)的時刻表信息。最理想方案是列車通過車地通信，全程、及時獲取CTC下達的最新時刻表信息。但由于城際鐵路站間距一般較小，列車站間運行時間很短，因此這種理想方案實際意義不太大。工程建設時，只需在車站范圍內(nèi)實現(xiàn)車地通信即可。ATO車載設備在列車進站、出站時接收最新時刻表信息，控制列車在以后區(qū)段(或下一站間)按該時刻表運行。

要實現(xiàn)該功能，可以通過進站、出站等處的地面有源應答器等車地通信設備提供最新時刻表信息。

如果沿線地面均不提供時刻表信息，車載ATO也可按列車出動車段(所、場)時獲得的計劃(固定)時刻表信息(或固化在系統(tǒng)中默認時刻表信息)控車。

(3)車站停車和跳停管理

ATO按照實際到站時間和要求發(fā)車時間計算車站停車時間，停站時間從列車到達(列車停穩(wěn))站臺停車點開始計起，若停站時間小于預設時間，則在預設時間結束后發(fā)車。

車站跳停功能可以采用人工控制方式。該功能在城際鐵路中有無必要，還有待觀察。

(4)精確定位停車

為了保證列車進站停車時車門對準站臺門，必須要求列車站內(nèi)精確定位停車。由于城際鐵路站間距離較短，站間運行時間很短，站站停等慢車將頻繁進站停車，單靠司機人工控制精確定位停車是非常困難的，如果車門與站臺門對位不當，將嚴重影響服務質(zhì)量，因此，列車進站精確定位停車是非常必要的，也是城際鐵路ATO系統(tǒng)的最基本功能。

為了實現(xiàn)精確定位停車，車站股道內(nèi)可適當增加應答器布置，改善ATP(CTCS-2)的測距精度，提高停車點的控制精度。

(5)列車車門管理

為了確保車上乘客下車的人身安全，列車運行控制系統(tǒng)應具有車門監(jiān)控功能，ATP/ATO系統(tǒng)應與車輛系統(tǒng)聯(lián)動，實現(xiàn)車門安全控制。這也是城際鐵路的基本運營需求。

CTCS-2級列控系統(tǒng)(ATP)應增加列車車門授權管理功能:監(jiān)督列車車門開關狀態(tài);決定開關列車的哪一側(cè)(左側(cè)、右側(cè))車門;當列車未停穩(wěn)或未停在規(guī)定位置時，不允許給出打開列車車門的信號;車門未關閉時，不允許發(fā)車。

列車車門在ATP的安全監(jiān)控之下，可通過ATO的請求指令自動打開，或由司機人工打開。

(6)列車車門與站臺門聯(lián)動管理

列車車門可通過ATO的請求指令自動打開，或由司機人工打開。站臺門同樣也可通過ATO的請求指令自動打開，或由站務人員(或司機)人工打開。

在列車車門安全控制的前提下，車門與站臺門的聯(lián)動管理可以有如下2種實現(xiàn)方案。

方案一:車門、站臺門分別由司機、站務人員人工控制，車門與站臺門的開關不互傳聯(lián)鎖條件。該方式信號系統(tǒng)最為簡單，不需考慮專門的車地雙向通信設備。其缺點是運營效率較低，且需要配站務人員。

方案二:車門、站臺門既可以由ATO系統(tǒng)聯(lián)動控制，也可以由人工控制，車門、站臺門的開關通過車地通信系統(tǒng)互傳聯(lián)鎖條件，隔離模式下，完全由人工控制。一旦列車沒有停在規(guī)定的地點或沒有停穩(wěn)，即使司機或站務人員按壓開門按鈕，也不允許車門或站臺門被打開。該方案的缺點是信號系統(tǒng)復雜，需要新增車地通信系統(tǒng)和相關的接口。一種可行的技術方案是，將目前城市軌道交通非常成熟的列車車門與站臺門聯(lián)動控制系統(tǒng)(含車地通信系統(tǒng))移植過來，并與CTCS-2級列控系統(tǒng)對接。

(7)列車自動折返

列車自動折返功能要求車輛系統(tǒng)具備自動切換牽引端的功能，目前國內(nèi)CRH系列動車組均沒有此功能，國鐵也從未有自動折返作業(yè)需求，因此，城際鐵路可暫不考慮自動折返功能。一旦將來有此需求，而且車輛系統(tǒng)也具備了自動切換牽引端的功能，信號系統(tǒng)通過軟件升級可以實現(xiàn)此功能。

5 城際鐵路列車運行控制系統(tǒng)功能定位

綜上所述，城際鐵路應在國鐵CTCS列控系統(tǒng)的基礎上，沿著擴展客運專線信號系統(tǒng)的相關功能、增加ATO子系統(tǒng)的技術路線去構建城際鐵路列車運行控制系統(tǒng)。其系統(tǒng)功能定位主要是確定城際鐵路需要應用ATO的哪些功能。

根據(jù)城際鐵路運營需求的必要性、經(jīng)濟合理性和技術復雜程度，參照《中國列車運行控制系統(tǒng)(CTCS)技術規(guī)范》的分級思路，城際鐵路ATO系統(tǒng)的功能可劃分為如下4個層級。

(1)第1層級:實現(xiàn)城際鐵路運營的最起碼要求，也是ATO的最低功能，即信號系統(tǒng)僅實現(xiàn)列車進站精確定位停車和車門安全控制，車門及站臺門的開關由人工控制。根據(jù)需要，也可在該層級增加列車自動駕駛和固定時刻表的節(jié)能運行功能。

該層級對既有CTCS-2級列控系統(tǒng)改造很小，工程實現(xiàn)也比較容易。地面主要是在股道上增加一些定位用無源應答器組，沿線相關的無源應答器組內(nèi)增加能實現(xiàn)列車自動駕駛的線路數(shù)據(jù)報文，車載ATP增加與動車組車門系統(tǒng)的接口。

(2)第2層級:實現(xiàn)ATO的基本功能，即列車進站精確定位停車、列車自動駕駛、列車運行自動調(diào)整、節(jié)能運行，車門、站臺門的開關仍由人工控制。

該層級的技術方案與第一層級基本相同，只是在車站進出站處應答器組中增加能反映時刻表信息的應答器報文，技術上稍微復雜一點。

(3)第3層級:實現(xiàn)ATO的高級功能，它是在第2層級功能的基礎上，實現(xiàn)車門與站臺門聯(lián)動的自動控制功能。

該層級需要在車站范圍內(nèi)增加車地雙向通信設備，傳遞車門、站臺門信息，對車載及地面相關設備進行改造。技術較為復雜，但功能比較全面。

(4)第4層級:也是ATO的最高層級，它是在第3層級功能的基礎上，實現(xiàn)全線時刻表的實時自動調(diào)整及列車節(jié)能運行，根據(jù)需要，還可結合動車組牽引端改造實現(xiàn)列車的自動折返。

該層級需要在車站、區(qū)間范圍內(nèi)都布置有源應答器組，及時傳遞時刻表信息。技術不是非常復雜，但需要設置遠程有源應答器，工程造價高。

筆者認為:城際鐵路列車運行控制系統(tǒng)應采用上面第3層級，對于目前已經(jīng)開始建設的工程，可暫按第2層級(最低要求是第1層級)實施，并預留升級到第3層級的條件。

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