摘要 現(xiàn)今市域鐵路發(fā)展較為迅速，然而其在信號系統(tǒng)選擇上仍存在技術(shù)挑戰(zhàn)和互聯(lián)互通的問題。基于此，文章針對市域（郊）鐵路站間距大、速度目標值較高、運營組織靈活，公交化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化等工程特點，分析比較國內(nèi)全自動運行線路的信號系統(tǒng)制式，對與城軌線路存在互聯(lián)互通需求的市域（郊）鐵路的信號系統(tǒng)選擇進行論述，為類似工程提供借鑒參考。

關(guān)鍵詞 市域（郊）鐵路；全自動運行；CBTC；TACS

中圖分類號 U284.48文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）02-0004-03

0 引言

市域（郊）鐵路作為都市交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，其高效、靈活的運營特性對于緩解城市交通壓力、促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展具有顯著意義。而全自動運行系統(tǒng)（FAO）的引入對于提高市域鐵路運營效率、保障運行安全具有重要的研究價值?？紤]市域鐵路的公交化、網(wǎng)絡(luò)化及自動化需求，信號制式的選擇不僅影響運營效率，更直接關(guān)系乘客安全與服務(wù)質(zhì)量。此外，市域鐵路與城軌線路之間的互聯(lián)互通需求，對信號系統(tǒng)的兼容性提出了更高的要求。該研究旨在為市域鐵路信號制式的選擇提供科學(xué)依據(jù)，推動其技術(shù)進步，并為相關(guān)領(lǐng)域的工程實踐提供參考。

1 市域（郊）鐵路特點

近年來國家交通領(lǐng)域?qū)Α八木W(wǎng)融合”高度重視，倡導(dǎo)大力發(fā)展現(xiàn)代化都市圈軌道交通網(wǎng)絡(luò)布局，構(gòu)建以軌道交通為骨干的通勤圈，推動市域（郊）鐵路與干線鐵路、城際鐵路、城市軌道交通融合銜接，優(yōu)先利用既有資源開行市域（郊）列車，有序新建市域（郊）鐵路[1]。市域（郊）鐵路在“四網(wǎng)”中處于承上啟下的層級，存在建設(shè)投資主體多元化、服務(wù)對象對時效性要求高、運輸組織方式靈活， 公交化、網(wǎng)絡(luò)化、運行自動化及維護智能化等運營需求。

國內(nèi)已開通或在建的市域（郊）鐵路存在以下工程特點：

（1）網(wǎng)絡(luò)化運營：在線網(wǎng)規(guī)劃中部分市域（郊）鐵路與國鐵網(wǎng)、城軌網(wǎng)需有效銜接，存在列車共線、跨線互聯(lián)互通需求。

（2）站間距較大：平均站間距約3～10 km，部分線路存在10 km以上長大區(qū)間。

（3）高架段占比較大：車站形式以地面高架站為主。

（4）速度目標值較高：一般在120～160 km/h之間，旅行速度一般不低于65 km/h。

（5）運營組織靈活：存在多種運行交路、“大站車+站站停列車”組合的越站運行模式，部分區(qū)段存在不同編組列車混跑的運營需求。

（6）列車運行間隔短：初、近期行車間隔較長（約4～15 min），系統(tǒng)能力要求按2～2.5 min間隔預(yù)留。

（7）供電制式不再單一：采用DC1500V或交流25 kV供電制式，交流供電存在電分相。

（8）公交化運營：乘客站臺候車，服務(wù)對象更關(guān)注全線走行時間和發(fā)車間隔，尤其關(guān)注下一趟列車何時到達。

2 國內(nèi)全自動運行線路發(fā)展現(xiàn)狀

全自動運行（Fully Automatic Operation，即FAO）融合現(xiàn)代計算機、通信、控制和系統(tǒng)集成等技術(shù)，由信號、車輛、綜合監(jiān)控、通信、站臺門等與列車運行相關(guān)的設(shè)備組成，實現(xiàn)列車運行全過程自動化。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2022年底國內(nèi)軌道交通全自動運行開通線路詳見表1。

目前已開通全自動運行線路的各大城市，其后續(xù)兩年在建線路均按照全自動運行方案建設(shè)，不完全統(tǒng)計情況詳見表2。

市域（郊）鐵路具有速度目標值高、站間距大、公交化運營、多種運行交路、快慢車混跑等特點，國內(nèi)類似工程如北京新機場線，鄭許市域線，廣州22號、18號市域快線，雄安至大興機場線均按全自動運行系統(tǒng)標準配置。

另外，國內(nèi)各家信號供貨商已研發(fā)TACS系統(tǒng)，全國首條采用卡斯柯TACS商用線路深圳20號線于2021年年底開通試運營，上海3、4號線信號系統(tǒng)改造采用卡斯柯TACS，青島6號線示范工程采用眾合科技、富欣智控的TACS，北京11號線示范工程采用交控科技TACS。

3 全自動運行信號系統(tǒng)制式分析

全自動運行線路在建設(shè)初期提前進行頂層設(shè)計，按FAO標準籌備制定各類運營場景分析文件，進行獨立第三方認證和安全評估，對核心子系統(tǒng)逐個完成各項調(diào)試，再進行多系統(tǒng)聯(lián)動功能調(diào)試，F(xiàn)AO能顯著降低司機勞動強度、減少人為誤操作、提高自動化水平、提高整體性能、增強安全性，能更好地實現(xiàn)資源共享，提高運營服務(wù)水平。國內(nèi)新建線路中全自動運行線路比例逐步增加，其基本運營場景詳見圖1[2]。

3.1 CBTC系統(tǒng)分析

國內(nèi)FAO主流信號系統(tǒng)為基于無線通信技術(shù)的移動閉塞列車自動控制CBTC系統(tǒng)。CBTC配備列車自動監(jiān)控（ATS）、區(qū)域控制器（ZC）、聯(lián)鎖（CI）設(shè)備、數(shù)據(jù)通信（DCS）各子系統(tǒng)設(shè)備，列車裝配車載控制器（VOBC），軌旁配置信標、計軸、信號機等，通過控制中心對線路上的列車進行集中管理。在2個相鄰ZC的邊界處，VOBC設(shè)備持續(xù)與分界處兩側(cè)的ZC通信，完成區(qū)域控制切換。

由于CBTC基于進路的方式由聯(lián)鎖子系統(tǒng)進行軌旁資源統(tǒng)一分配、鎖定和釋放，導(dǎo)致其對資源的利用效率不夠充分，系統(tǒng)軌旁集中控制設(shè)備較多、數(shù)據(jù)流傳輸復(fù)雜、安全控制信息更新慢，系統(tǒng)最高運行速度、區(qū)間最小追蹤時間、折返能力無法進一步提升。此外，CBTC制式下的列車無法實現(xiàn)立即反向運行：當(dāng)列車運行時前方區(qū)間發(fā)生故障，或者列車在區(qū)間運行時發(fā)生故障時，救援及故障處理效率較低，故障恢復(fù)時間長，對正常運營影響較大。

3.2 TACS系統(tǒng)分析

目前城軌領(lǐng)域已開始采用先進的基于車—車通信的移動閉塞列車自主運行系統(tǒng)（TACS）。TACS由列車自動監(jiān)控（ATS）、車載控制器（OBC）、軌旁目標控制器（OC）、數(shù)據(jù)通信（DCS）和信號維護支持（MSS）各子系統(tǒng)組成。TACS將傳統(tǒng)CBTC軌旁聯(lián)鎖和區(qū)域控制器（ZC）設(shè)備的功能集成至車載控制器（OBC）、軌旁目標控制器（OC），以車載控制平臺為核心，通過“車—車通信”方式實現(xiàn)行車資源、列車位置信息的直接交互，列車自主辦理進路、主動間隔防護[3]、自主調(diào)整、自主運行。在系統(tǒng)控制下，ATS將時刻表或?qū)崟r人工進路計劃下發(fā)給列車OBC，列車OBC向OC登記和查詢行車資源，并根據(jù)進路需求向OC發(fā)送控制命令，OC更新登記實體資源，并對軌旁設(shè)備進行驅(qū)動與采集，然后，OC將實體資源（道岔、站臺門等信息）和虛擬資源（臨時限速等信息）發(fā)送給OBC；列車OBC向前車申請行車資源，申請成功后獲取到前車移交的行車資源和列車位置信息，同時，接受其他列車申請釋放的行車資源；列車OBC通過獲取的行車資源、實體資源、虛擬資源、列車位置，計算出移動授權(quán)和安全制動曲線，在移動授權(quán)范圍內(nèi)防護列車運行。

TACS通過高精度行車管理的列車路徑防護算法對線路資源進行占用和釋放，安全防護能力靈活，可在任意位置為列車建立任意方向的安全進路，實現(xiàn)雙向移動閉塞、全自動運行，任意一點折返，列車運行間隔可控制得比CBTC更短，列車折返區(qū)能力更強。

4 市域（郊）鐵路中全自動運行信號系統(tǒng)的制式選擇

市域（郊）鐵路項目的自動化等級、信號系統(tǒng)制式的選擇應(yīng)立足于項目建設(shè)規(guī)劃和線路的功能定位，與行車調(diào)度和運營組織要求相適應(yīng)。當(dāng)線網(wǎng)規(guī)劃中某條市域（郊）鐵路存在與城軌線路互聯(lián)互通需求時，從網(wǎng)絡(luò)化運營、協(xié)同管理、資源共享等角度出發(fā)，二者宜選用自動化等級兼容的互聯(lián)互通信號系統(tǒng)。

與全自動運行線路互聯(lián)互通的市域（郊）鐵路信號系統(tǒng)需滿足以下功能需求：

（1）運營組織靈活高效：列車運行控制精確可靠，自動調(diào)整發(fā)車間隔、運行速度和停車站點等參數(shù)應(yīng)對潮汐客流的變化，運營效率和準時率高，與其他交通方式協(xié)調(diào)運行，確保在行車安全的前提下滿足乘客的出行需求。

（2）列車調(diào)度高度自動化：全自動運行模式下實現(xiàn)無人駕駛或有人監(jiān)控的自動駕駛功能，取消司機，由控制中心統(tǒng)一進行列車調(diào)度指揮，正常運營條件下中心自動監(jiān)控并調(diào)整列車運行。

（3）安全可靠：在復(fù)雜運行環(huán)境下能防止碰撞、脫軌和其他危險情況的發(fā)生，準確控制列車的速度和位置，并提供緊急制動等安全控制和應(yīng)急響應(yīng)功能，保證乘客和列車的安全。

（4）可擴展性：列控系統(tǒng)需具備良好的可擴展性和適應(yīng)性，支持新的車輛接入、線路擴建和互聯(lián)互通需求，能靈活應(yīng)對不同的運行模式和線路布局。

從技術(shù)層面分析，CBTC和TACS兩種信號系統(tǒng)均滿足市域（郊）鐵路2.5～3 min行車間隔控制要求。CBTC系統(tǒng)及其后備系統(tǒng)的安全性和可靠性高，適用于與城軌線路全自動運行CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通，滿足大運量線路的時效性要求；CBTC技術(shù)瓶頸為設(shè)備架構(gòu)復(fù)雜，區(qū)間最小追蹤間隔和折返能力無法進一步提升。TACS對潮汐客流變化明顯的線路行車調(diào)度和運營組織更靈活高效，系統(tǒng)架構(gòu)較為精簡，其不足是后備系統(tǒng)的安全性和可靠性有待驗證，TACS要求車輛、通信、綜合監(jiān)控和站臺門等系統(tǒng)必須按全自動運行標準配置。

從系統(tǒng)成熟度層面分析，CBTC系統(tǒng)技術(shù)方案在我國城軌領(lǐng)域已具備較豐富的全自動運行線路應(yīng)用經(jīng)驗，在市域（郊）鐵路已有多個工程開通，技術(shù)較為成熟、可擴展性較強。TACS系統(tǒng)僅在深圳20號線一期工程實現(xiàn)開通試運營，TACS在市域（郊）鐵路中的適應(yīng)性和互聯(lián)互通關(guān)鍵技術(shù)有待工程驗證。

綜上，建設(shè)各方宜針對市域（郊）鐵路功能定位和實際需求，綜合考量運行環(huán)境的復(fù)雜性、運營調(diào)度的高效性、系統(tǒng)安全性和可靠性等因素，從技術(shù)成熟度、系統(tǒng)RAMS性能、資源共享、工程經(jīng)濟性、風(fēng)險防范等多角度深入研究，評估系統(tǒng)在全生命周期內(nèi)對項目運營成本、運力利用率、乘客出行體驗、運營效益和投資回報的影響，權(quán)衡技術(shù)投入與經(jīng)濟效益，確定選用何種信號系統(tǒng)制式更加合適。

5 結(jié)語

該文對市域（郊）鐵路中全自動運行系統(tǒng)的信號制式進行了深入分析與選擇，重點考慮了該系統(tǒng)在適應(yīng)市域鐵路特有的運營需求方面的能力。通過對不同信號系統(tǒng)制式的綜合比較，分析在提高運營效率、保障乘客安全以及優(yōu)化資源配置方面的優(yōu)勢和局限。研究成果不僅為市域鐵路信號系統(tǒng)的優(yōu)化提供了理論指導(dǎo)，也為未來相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。

參考文獻

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[2]張軍. 城市軌道交通全自動運行FAO系統(tǒng)工程建設(shè)探索與思考[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通， 2022（2）： 18-22.

[3]汪小勇. 城市軌道交通基于車車通信的列車自主運行系統(tǒng)探討[J]. 中國鐵路， 2020（9）： 77-81.

收稿日期：2023-11-07

作者簡介：劉暢（1987—），女，碩士研究生，高級工程師，研究方向：鐵路信號工程設(shè)計與研究。