吳 昊

（上海富欣智能交通控制有限公司，201203，上?！胃呒?jí)工程師）

隨著我國(guó)城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市軌道交通建設(shè)進(jìn)入了高速發(fā)展階段，由此帶來(lái)了城市軌道交通由單條線路運(yùn)營(yíng)向網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)就是將城市軌道交通的多條獨(dú)立運(yùn)營(yíng)的線路，運(yùn)用先進(jìn)的管理運(yùn)營(yíng)方式整合在一起進(jìn)行調(diào)度、協(xié)調(diào)和運(yùn)營(yíng)，滿足實(shí)時(shí)的客運(yùn)需求，提高運(yùn)營(yíng)效率、提升對(duì)于乘客的服務(wù)水平。

在軌道交通實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，每個(gè)路網(wǎng)的特點(diǎn)和承擔(dān)的交通線路的功能不盡相同，每條線路的客流量分布特點(diǎn)也不一樣，這會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)化管理的難度。比如列車運(yùn)行方式不同、軌道線路的制式不同、線路之間的銜接調(diào)度復(fù)雜等。而在城市軌道交通由單線路運(yùn)營(yíng)向網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)的轉(zhuǎn)變過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)客流量不斷增加、路網(wǎng)結(jié)構(gòu)受到?jīng)_擊、客流組織和跨線車流矛盾等諸多問(wèn)題，使得實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)存在現(xiàn)實(shí)的困難。

當(dāng)一條新的線路開通，對(duì)于現(xiàn)有的軌道交通網(wǎng)絡(luò)而言，其不僅在客流吸引范圍內(nèi)帶來(lái)客流，也為與之銜接的線路帶去了換乘客流。同時(shí)，由于線路長(zhǎng)度增加和線路通達(dá)性增強(qiáng)的原因，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的總客流量跳躍式增長(zhǎng)和各線路上的客流分擔(dān)比率發(fā)生變化，從而出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)疊加效應(yīng)，因而要求軌道交通擁有高效的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)調(diào)運(yùn)營(yíng)機(jī)制，盡快實(shí)現(xiàn)客流疏解，保持客流處于流動(dòng)狀態(tài)，避免客流在某一個(gè)節(jié)點(diǎn)阻塞而影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)輸效率，為乘客提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

相比于單線運(yùn)營(yíng)，網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)條件下的城市軌道交通系統(tǒng)具有路網(wǎng)狀態(tài)動(dòng)態(tài)性、運(yùn)營(yíng)管理協(xié)調(diào)性、區(qū)域結(jié)構(gòu)差異性、客流分布失衡性、風(fēng)險(xiǎn)因素多樣性、風(fēng)險(xiǎn)危害關(guān)聯(lián)性等特點(diǎn)。而網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)也可根據(jù)其所提供的服務(wù)水平，分為淺層次和深層次的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)。

（1）淺層次的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)，指線路在形態(tài)和規(guī)模上形成網(wǎng)狀系統(tǒng)，但各條線路的運(yùn)營(yíng)列車只能在本線單獨(dú)運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)功能主要通過(guò)乘客在換乘站的下車換乘實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前我國(guó)各城市軌道交通的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)均屬于此層次。

（2）深層次的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)，指由各條線路組成的運(yùn)營(yíng)線網(wǎng)間的互聯(lián)互通和服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)的提高，不僅能實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)列車在各條線路之間互聯(lián)互通運(yùn)行，還能實(shí)現(xiàn)車輛、信號(hào)等系統(tǒng)設(shè)備全線網(wǎng)的互聯(lián)互通；不僅能夠行駛站站停的普通列車，還可行駛大站快車；為了減少乘客下車換乘次數(shù)及換乘站的換乘壓力，甚至可以靈活調(diào)整線路以適應(yīng)城市客流的變化。

目前，我國(guó)各城市的軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)方式，主要采用的仍是換乘協(xié)調(diào)方式，通過(guò)乘客換乘的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)不同線路之間的跨接，也就是淺層次的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)方式。軌道交通的建設(shè)方和運(yùn)營(yíng)方主要是通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)換乘站和列車運(yùn)行的間隔時(shí)間等方式，盡可能地減少乘客換乘需要的步行距離，減少候車時(shí)間，以提升出行效率，乃至實(shí)現(xiàn)多條線路甚至整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)運(yùn)營(yíng)。采用的技術(shù)手段主要包括同站臺(tái)換乘、復(fù)線運(yùn)營(yíng)、網(wǎng)絡(luò)化布局、運(yùn)行圖協(xié)調(diào)等。但是換乘協(xié)調(diào)的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)僅僅是從客流組織、列車銜接時(shí)間等方面研究，并沒(méi)有完全發(fā)揮出軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)可以帶來(lái)的高效和便捷。

為了達(dá)到深層次的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)，需在線路、土建、車輛、信號(hào)等多方面加以統(tǒng)一和適配，這其中列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的提升尤為關(guān)鍵。目前普遍采用的CBTC（基于通信的列車控制）信號(hào)系統(tǒng)雖然具有發(fā)車間隔小、運(yùn)行效率高等優(yōu)勢(shì)，但因其列車進(jìn)路和安全防護(hù)等關(guān)鍵功能均是基于車-地-車的體系結(jié)構(gòu)，存在ATS（列車自動(dòng)監(jiān)控）、車載、地面ATP（列車自動(dòng)保護(hù)）及聯(lián)鎖子系統(tǒng)種類繁多，軌旁設(shè)備繁多；子系統(tǒng)之間耦合度過(guò)高，功能交叉、設(shè)備冗余、交互復(fù)雜；子系統(tǒng)之間需進(jìn)行交互通信，信息周轉(zhuǎn)及系統(tǒng)處理周期長(zhǎng)；對(duì)列車的移動(dòng)授權(quán)在地面進(jìn)行集中管理，單個(gè)設(shè)備故障則影響整個(gè)區(qū)域等問(wèn)題，造成系統(tǒng)復(fù)雜度過(guò)高，對(duì)系統(tǒng)的可靠性和建設(shè)/運(yùn)營(yíng)/維護(hù)均帶來(lái)較多困難，也無(wú)法滿足未來(lái)對(duì)運(yùn)營(yíng)效率提升、互聯(lián)互通、大規(guī)模設(shè)備更換等需求。而以列車為核心構(gòu)建的列車自主運(yùn)行系統(tǒng)（Train Autonomous Circumambulation System，簡(jiǎn)為“TACS”），其子系統(tǒng)種類和軌旁設(shè)備少，可充分利用LTE-M（用于地鐵的長(zhǎng)期演進(jìn)-第四代移動(dòng)通信）這一安全高速的信息傳輸平臺(tái)，通過(guò)實(shí)現(xiàn)車-車之間的通信，支持列車安全、高密度、自動(dòng)化運(yùn)行，使全生命周期成本明顯降低。這樣的新型運(yùn)行控制系統(tǒng)將為實(shí)現(xiàn)深層次的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)提供必要的技術(shù)支撐。

TACS的主要設(shè)計(jì)思想是：以基于LTE-M的車-車通信為基礎(chǔ)，將傳統(tǒng)的車地兩層列車控制系統(tǒng)進(jìn)行重新架構(gòu)和功能分配，并與車載網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)等進(jìn)行高度融合，從運(yùn)營(yíng)管理的角度出發(fā)，圍繞列車安全與高效運(yùn)行這一核心，采用一體化設(shè)計(jì)思想，實(shí)現(xiàn)支持列車主動(dòng)進(jìn)路、自主防護(hù)的新型列車自主運(yùn)行系統(tǒng)，以達(dá)到提高系統(tǒng)安全性、可靠性和運(yùn)行效率，降低建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本的目的。同時(shí)TACS還支持FAO（全自動(dòng)無(wú)人駕駛）及自動(dòng)化車輛段。

TACS是軌道交通安全運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)，可靠性要求極高。TACS取消了傳統(tǒng)CBTC信號(hào)系統(tǒng)的軌旁聯(lián)鎖（CBI）和區(qū)域控制器（ZC）設(shè)備，優(yōu)化了傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)的車-地-車結(jié)構(gòu)，列車車載控制單元（OBCU）集成了原CBTC軌旁的CBI與ZC的功能，軌旁僅保留與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接口的目標(biāo)控制器（OC），減少了控制環(huán)節(jié)與接口復(fù)雜度，并通過(guò)車-車通信方式實(shí)現(xiàn)行車資源的交互。兩者架構(gòu)圖［1］的對(duì)比如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)CBTC架構(gòu)圖與TACS架構(gòu)圖的對(duì)比

在TACS中，ATS將時(shí)刻表或人工進(jìn)路命令下發(fā)給列車；列車上的車載ATS根據(jù)收到的時(shí)刻表自主觸發(fā)進(jìn)路，進(jìn)行自主運(yùn)行；OC負(fù)責(zé)登記列車列表并更新軌旁設(shè)備（如道岔、信號(hào)機(jī)等）的資源登記，將軌旁設(shè)備的狀態(tài)發(fā)送給列車，并執(zhí)行列車所發(fā)來(lái)的操作軌旁設(shè)備的命令；列車車載控制器根據(jù)進(jìn)路需求向OC登記并查詢資源登記結(jié)果，并向前車申請(qǐng)資源，接受其他車輛申請(qǐng)釋放資源的請(qǐng)求；列車在OC更新登記實(shí)體資源，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動(dòng)采集；列車在獲得的獨(dú)占軌道資源內(nèi)計(jì)算制動(dòng)曲線，防護(hù)列車運(yùn)行；基于LTE-M的車地?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)提供可靠的車-車與車-地通信通道。LTE-M通過(guò)多級(jí)冗余的可靠性設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)鏈路、設(shè)備供電等方面采取了多種保障措施，以提升系統(tǒng)的可靠性和可用性，且車-車以及車-地之間的應(yīng)用通信協(xié)議采用成熟并廣泛應(yīng)用的安全通信協(xié)議，確保了車-車通信的高可靠性和安全性。

TACS的設(shè)計(jì)具有更多優(yōu)勢(shì)：基于列車自主進(jìn)路和自主防護(hù)的理念，可以減少對(duì)ATS子系統(tǒng)可靠性的依賴；將傳統(tǒng)CBTC中采用的ZC集中式管理一個(gè)控區(qū)移動(dòng)授權(quán)的方式改為資源的交互在列車之間分布式控制，單個(gè)列車故障影響面小，運(yùn)營(yíng)恢復(fù)速度快（移動(dòng)故障車后再慢慢處理故障）；通過(guò)將行車路徑虛擬為一段資源，行車間隔的安全防護(hù)依賴于列車自主性的“獨(dú)占”資源和移交機(jī)制，簡(jiǎn)化了進(jìn)路的設(shè)計(jì)及接口數(shù)據(jù)，并能更好地支持反向行駛、列車對(duì)開、往返行駛等行車方式，提高了運(yùn)營(yíng)組織的靈活性，尤其是在應(yīng)急情況下豐富了行車路線的選擇，有利于提高行車指揮水平；通過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將線路資源管理及移動(dòng)授權(quán)功能由軌旁系統(tǒng)移至車載系統(tǒng)，減少了系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)交互次數(shù)，降低了系統(tǒng)設(shè)備和接口的復(fù)雜度，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)可靠性，而車載控制數(shù)據(jù)流直達(dá)控制對(duì)象，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，有助于減小列車追蹤間隔、提高系統(tǒng)性能；后車可通過(guò)直接與前車通信，獲取前車更多信息，如速度、加速度、位置等，生成平穩(wěn)的追蹤速度曲線，提高乘坐舒適度。

TACS的主要功能集中在列車上。TACS給出了列控主要功能工廠化調(diào)試的可能性，系統(tǒng)在地面設(shè)備部分僅保留了基礎(chǔ)信號(hào)設(shè)備及OC等少量設(shè)備，有利于對(duì)已建線路的升級(jí)改造和分期開通的延伸線路的實(shí)施，為線網(wǎng)級(jí)的互聯(lián)互通和網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)創(chuàng)造了充分的技術(shù)條件。

由此不難看出，采用TACS，車-地子系統(tǒng)之間的通信從數(shù)量和通信內(nèi)容上都有了極大的簡(jiǎn)化。列車成為城市軌道交通運(yùn)行控制系統(tǒng)的控制主體后，TACS的車-車通信方案使得同一區(qū)域多列車之間協(xié)商運(yùn)行成為可能。這有利于豐富日漸龐大的地鐵網(wǎng)絡(luò)的行車組織方式，降低運(yùn)營(yíng)組織的復(fù)雜度，提高運(yùn)營(yíng)組織的靈活性。TACS的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，使其成為新一代具有更高可靠性和運(yùn)行效率、更低全生命周期成本的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，將為城市軌道交通實(shí)現(xiàn)深層次網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)提供極大的支撐。

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（收稿日期：2018-03-28）

湖南省委書記杜家毫五一假期乘地鐵調(diào)研

五一國(guó)際勞動(dòng)節(jié)上午，湖南省委書記、省人大常委會(huì)主任杜家毫輕車簡(jiǎn)從，在客流高峰期乘坐地鐵1、2號(hào)線和長(zhǎng)株潭城際鐵路出行，分別在地鐵五一廣場(chǎng)站換乘地鐵，在開福寺站換乘城際鐵路，實(shí)地考察調(diào)研地鐵、城際鐵路運(yùn)營(yíng)管理情況。他指出，要始終堅(jiān)持以人民為中心的發(fā)展思想，進(jìn)一步完善管理體制，優(yōu)化運(yùn)營(yíng)機(jī)制，改善配套設(shè)施，有序推進(jìn)長(zhǎng)株潭城鐵小編組、高密度運(yùn)行，加快推進(jìn)城鐵和地鐵、公交一卡通，實(shí)現(xiàn)換乘無(wú)縫對(duì)接，提高運(yùn)營(yíng)管理效率，更好地方便群眾出行，助推長(zhǎng)株潭城市群一體化發(fā)展。