羅志剛 楊 俐 王悅婷 楊金鳳

(1.中鐵上海設計院集團有限公司， 200070， 上海； 2.上海申鐵投資有限公司， 200003， 上海；3.上海市域鐵路運營有限公司， 201102， 上?！蔚谝蛔髡撸?工程師)

《上海市城市總體規(guī)劃(2017—2035年)》中，上海市域鐵路的線網規(guī)劃方案為“九射十三聯(lián)”。國家發(fā)展和改革委員會在最近發(fā)布的發(fā)改基礎[2021]811號《長江三角洲地區(qū)多層次軌道交通規(guī)劃》中，將線網布局優(yōu)化調整為“十射十三聯(lián)”，調整后的線網包含新建或改建線路12條，線網總長度約為684 km[1-2]。

目前，上海市域鐵路在建的機場聯(lián)絡線、嘉閔線、南匯支線均采用CTCS-2(中國列車運行控制系統(tǒng)2級)+ATO(列車自動運行)。列車運行調度指揮采用了CTC(調度集中)系統(tǒng)，整體架構設置參照國家鐵路(以下簡稱“國鐵”)客運專線調度中心的系統(tǒng)設備架構，采用網絡化運營組織模式。

1 上海市域鐵路列車運行調度指揮系統(tǒng)需求分析

1.1 網絡化

根據(jù)上海市域鐵路線網的總體規(guī)劃，線網內各線路間須滿足互聯(lián)互通的要求，且與國鐵路網、周邊城市的市域鐵路間均需具備互聯(lián)互通的條件。這就要求列車運行調度指揮系統(tǒng)必須滿足市域鐵路網和國鐵路網間跨線列車以圖定的方式運行，且滿足網絡化運營組織的要求，因此，上海市域鐵路列車運行調度指揮宜設置線網級的調度指揮中心。

1.2 公交化

TB 10624—2020《市域(郊)鐵路設計規(guī)范》對市域鐵路定義是：“為都市圈中心城市城區(qū)連接周邊城鎮(zhèn)組團及其他城鎮(zhèn)組團之間提供公交化、大運量、快速便捷的軌道交通系統(tǒng)，是城市綜合交通體系的重要組成部分。”[3]作為與上海相鄰的城鎮(zhèn)通過軌道交通進入上海市區(qū)的最佳選擇，上海市域鐵路應具備大運量、安全、準時、快捷的特點，滿足高密度、公交化運營需求。而實現(xiàn)高密度、公交化運營，其首要前提是列車運行調度指揮系統(tǒng)需滿足列車計劃編制及自動調整的要求，其次是滿足列車行車信息與其他系統(tǒng)信息實時共享的要求。

1.3 與機電系統(tǒng)聯(lián)動

上海市域鐵路在市區(qū)范圍內大部分的線路區(qū)間為地下隧道，部分車站為地下車站；而在郊區(qū)范圍內則大多采用高架/平面線路，車站多為高架車站。在特定的運行環(huán)境下，這樣的線路特點將有不同于城市軌道交通線路的運營需求，其中機電系統(tǒng)的需求較為突出。市域鐵路的機電系統(tǒng)功能直接影響列車運行和乘客安全，列車運行調度指揮系統(tǒng)宜能與機電系統(tǒng)間實現(xiàn)聯(lián)動，以降低調度員的工作強度、縮短應急處置的響應時間、確保線路的運營安全。

2 CTC系統(tǒng)適用性分析

2.1 CTC系統(tǒng)概況

2.1.1 應用情況

國鐵列車運行調度指揮系統(tǒng)采用網絡化運營管理組織模式，國鐵集團下屬各鐵路局均設有客運專線調度所。各鐵路局調度中心均使用CTC對管轄范圍內所有線路的行車業(yè)務進行統(tǒng)一調度指揮。CTC的網絡架構如圖1所示。

圖1 CTC網絡架構示意圖

國鐵線路規(guī)模龐大，列車種類多，標準化程度高，與列車運行調度指揮相關的業(yè)務系統(tǒng)較為復雜，其關鍵系統(tǒng)除CTC外，還有TDMS(運輸調度管理系統(tǒng))。CTC應具備的功能如表1所示，TDMS應具備的功能如表2所示。

表1 CTC的主要功能

表2 TDMS的主要功能

2.1.2 技術發(fā)展趨勢

CTC已經成為覆蓋我國鐵路全路網客運專線調度中心及所有車站的行車指揮與控制系統(tǒng)。隨著我國高速鐵路網的大規(guī)模建設及高密度客運專線的持續(xù)投用，對鐵路線網的行車調度指揮提出了自動化和智能化的發(fā)展要求。為此，國鐵集團以既有CTC為基礎，結合智能鐵路的發(fā)展需求，對列車運行自動調整、列車進路自動排列和行車命令安全卡控、行車信息數(shù)據(jù)平臺、行車調度綜合仿真和ATO功能應用等方面作了優(yōu)化，并于2018年發(fā)布了《智能調度集中系統(tǒng)暫行技術條件》。按照當前規(guī)劃，該技術條件將客運專線CTC分成3個層級逐步實施：第一層級實現(xiàn)列車運行調整計劃輔助調整、安全卡控等功能；第二層級實現(xiàn)列車運行調整計劃的自動調整、早晚點預測等功能；第三層級實現(xiàn)行車調度信息大數(shù)據(jù)運用、列車運行調整計劃智能調整等功能[4]。

2.2 CTC系統(tǒng)適用性分析

CTC采用統(tǒng)一標準體系，能夠滿足上海市域鐵路網內各線路間的互聯(lián)互通，并滿足上海市域鐵路網與國鐵路網、周邊城市的市域鐵路間互聯(lián)互通的需求。但是，該系統(tǒng)應用到上海市域鐵路后，發(fā)現(xiàn)存在以下3個方面的不足。

2.2.1 計劃調度與行車調度分離

國鐵線路具有網絡化、客貨混跑、固定時刻表等運營特點，其列車運行的計劃性高，流程復雜，涉及的崗位及人員多，導致國鐵調度指揮系統(tǒng)中計劃調度與行車調度分離。

TDMS與CTC間業(yè)務接口如圖2所示，數(shù)據(jù)流接口如圖3所示。

圖2 CTC與TDMS列車運行業(yè)務接口示意圖

圖3 CTC與TDMS間列車運行計劃數(shù)據(jù)流接口示意圖

編制完成的基本列車運行計劃(以下稱為“基本圖”)作為調度指揮的基礎，TDMS客運調度子系統(tǒng)確定每日旅客列車的增開和停運計劃，TDMS日班計劃平臺統(tǒng)一匯總形成日班計劃。TDMS將日班計劃下發(fā)給CTC。CTC根據(jù)TDMS發(fā)來的日班計劃，結合列車的實際運行情況，對列車的會讓、停車、通過等進行調度指揮，并將列車運行情況實時反饋至TDMS和其他外部系統(tǒng)。

當圖定列車非正點運行或因故造成大面積行車秩序混亂時， CTC將現(xiàn)場采集情況反饋給TDMS的計劃調度，由計劃調度重新編制行車計劃，再將新的行車計劃交給CTC和其他相關系統(tǒng)。整個信息流程中CTC與TDMS間有2次信息交互，流程操作重復繁雜。若該流程應用于采用高密度公交化運行模式的市域鐵路，將產生較大的負面影響，較難實現(xiàn)列車運行計劃中自動調整、扣車及跳停等功能。

2.2.2 行車信息未能實時共享

與列車運行調度指揮相關的業(yè)務很復雜，標準化程度高，CTC系統(tǒng)與其他調度指揮系統(tǒng)間的信息共享較少。為此，在國鐵集團對智能調度集中的技術要求中，CTC已在探索并搭建行車信息共享平臺，其共享的行車信息契合了國鐵線路采用固定的列車時刻表、計劃性高的運營特點。對于公交化運營的市域鐵路而言，其他信息系統(tǒng)也需要從CTC中獲取列車開行計劃及早晚點預測等信息，以便對機電系統(tǒng)進行控制，對乘客進行有效的引導。

2.2.3 未與機電系統(tǒng)聯(lián)動

目前CTC與機電系統(tǒng)間暫無聯(lián)動功能。珠江三角洲多條新建的城際鐵路線也僅在行車調度臺工作站設置了FAS(火災報警系統(tǒng))/BAS(環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng))顯示終端。

3 適用于市域鐵路的CTC系統(tǒng)方案

綜上所述，將CTC應用于高密度公交化的市域鐵路中，應在現(xiàn)有的系統(tǒng)功能基礎上針對計劃調度與行車調度業(yè)務分離、信息共享不充分等問題作出相應的優(yōu)化調整，以適應市域鐵路線的運營需求。而對已成熟運用多年、標準體系健全的國鐵列車運行調度指揮架構進行優(yōu)化，在調整CTC的同時保留互聯(lián)互通、網絡化運營的優(yōu)點，是本次方案優(yōu)化的關鍵。

3.1 CTC整合TDMS計劃調度功能

無論國鐵、地鐵還是市域鐵路，三者的調度指揮均是以基本圖為基礎展開，并結合實際的列車運行狀態(tài)和運行環(huán)境情況，對下一步的列車運行計劃進行修改和調整。

上海市域鐵路雖然存在部分跨線運行的圖定列車，但與國鐵客貨混跑有所不同，市域鐵路對計劃調度的功能需求相對較小。此外，上海市域鐵路僅開行固定編組的動車組列車，不存在機車調度、客車調度、貨運調度等業(yè)務。因此，相比于國鐵中由TDMS、CTC分別實現(xiàn)計劃調度和行車調度，市域鐵路具備計劃調度與行車調度合并的條件，可由CTC整合TDMS的計劃調度功能。

由CTC整合TDMS的計劃調度功能，可采用以下2種方案：方案一，新增用于行車計劃編制功能的計劃管理應用服務器；方案二，在現(xiàn)有系統(tǒng)應用服務器上增加行車計劃編制功能。經分析，方案二在現(xiàn)有應用服務器上增加新功能，存在破壞現(xiàn)有系統(tǒng)結構、影響既定功能的風險，不建議實施。而方案一可沿用現(xiàn)有的系統(tǒng)結構，僅在行車計劃信息交互上作了調整(將系統(tǒng)外部TDMS與CTC間信息交互改為系統(tǒng)內部模塊間信息交互)，CTC系統(tǒng)現(xiàn)有各模塊功能未作改變，保持了現(xiàn)有系統(tǒng)的完整性，規(guī)避了破壞既定功能的風險。因此，推薦采用方案一。

方案一下，CTC整合TDMS的計劃調度功能后的系統(tǒng)架構如圖4所示。

圖4 市域鐵路CTC整合TDMS計劃調度功能后的系統(tǒng)架構示意圖

CTC整合TDMS計劃調度功能后，可進一步優(yōu)化列車運行計劃管理數(shù)據(jù)流，如圖5所示。編制完成的基本圖作為調度指揮的基礎，直接導入CTC。CTC根據(jù)每日旅客列車的增開和停運計劃，形成日班計劃，并結合列車的實際運行情況實施調度指揮。這樣，列車運行計劃的產生、變化及執(zhí)行3個方面全部納入CTC，便于CTC統(tǒng)一協(xié)調管理。CTC可以根據(jù)運營實際采用列車時刻表平移法或跳停等方式對列車時刻表進行調整，并將調整后的列車運行計劃傳遞給相關系統(tǒng)。與圖3相比，圖5的信息流程更為簡潔。

注：列車綜合運行計劃為綜合了國鐵動車組列車運行計劃及市域列車運行計劃后得到的運行計劃。

3.2 信息共享及機電聯(lián)動

地鐵調度系統(tǒng)一般通過ATS(列車自動監(jiān)控)與綜合監(jiān)控的接口，將機電系統(tǒng)聯(lián)動納入行車調度管理范疇，而目前國鐵CTC與機電系統(tǒng)暫無聯(lián)動功能。TB/T 3471—2016《調度集中系統(tǒng)技術條件》對CTC的要求如下：“調度集中系統(tǒng)在保證自身運行安全的基礎上，加強信息共享，實現(xiàn)信息資源整合和綜合利用，為其他系統(tǒng)提供信息支持?！盵5]市域鐵路CTC系統(tǒng)可采用分2步建設的方案： 第一步，CTC應用于市域鐵路的起步階段，先與其他信息系統(tǒng)建立接口，以實現(xiàn)信息資源整合及提供信息支持，整合其他系統(tǒng)中與行車相關的設備的狀態(tài)及其報警信息，與其他信息系統(tǒng)共享行車信息； 第二步，在后續(xù)深化應用過程中，探索逐步實現(xiàn)CTC與機電系統(tǒng)直接聯(lián)動的功能。

相應地，CTC應用于市域鐵路的起步階段時，為滿足市域鐵路公交化運營需求，CTC應與旅客服務信息系統(tǒng)接口，以實現(xiàn)行車信息共享，提供列車到達時刻預測及列車離站通知等與旅客服務相關的行車信息。為適應地下車站/線路的運行工況，CTC可與綜合監(jiān)控系統(tǒng)接口，接收FAS的火災報警信息，并在CTC的界面上顯示，便于行車調度人員在火災情況下快速掌握列車運行環(huán)境。為便于掌握全線供電狀態(tài)，防止列車誤入無電區(qū)，CTC應與供電系統(tǒng)接口，接收供電系統(tǒng)發(fā)送的停供電信息，以自動設置設備的停電狀態(tài)。

為確保CTC自身的運行安全及信息處理的及時性，在CTC與其他系統(tǒng)間的接口時，應按不同的接口對象分別冗余配置接口服務器。CTC整合TDMS計劃功能后，為了減少接口間協(xié)議的開發(fā)，確保風險處于可控范圍內，CTC與旅客服務信息系統(tǒng)的接口方式仍延用原有接口協(xié)議。CTC與電力系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)的接口則采用新設獨立接口服務器的方式。

4 結語

市域鐵路是介于國家鐵路與城市軌道交通的一種交通運輸方式，其列車運行調度指揮系統(tǒng)往往需要根據(jù)其自身特點予以量身定制。本文基于上海市域鐵路高密度、公交化的運營需求，提出了CTC整合計劃調度、實現(xiàn)實時行車信息共享等功能的優(yōu)化方案，指出了實現(xiàn)機電系統(tǒng)聯(lián)動功能的研究方向，可為其他采用CTC的市域鐵路建設提供參考。