1 温州市域铁路S1线的运营特点

  1)行车密度适中,初期间隔4.3 min,近期间隔4.0 min,远期间隔2.0 min。

  2)平均站间距大,最大站间距为7.03 km,近期工程平均站间距3.7 km,远期平均站间距2.7 km。

  3)一期工程全长53 km,速度目标值高,为120 km/h。

  4)旅行速度较高,线路旅行速度为站站停列车初、近期55 km/h、远期预留车站接入后50 km/h。

  5)运营管理模式接近城市轨道交通,公交化运营。

  6)AC 27 500 V供电,存在分相区。

2 温州市域铁路S1线信号系统选型

  由S1线的运营特点可知,市域铁路的平均站间距、最高时速、发车间隔均介于城市轨道交通与大铁路之间,且市域铁路为公交化运营,运营方式更接近于城市轨道交通,线路上列车启动出站、制动停站的频率高,站台区需与站台门联动,为了保障列车准点运营、安全运行、降低司机劳动强度,市域铁路的信号系统应具有ATO子系统。

  S1线初步设计完成于2012年,当时基于LTE的CBTC方案并不成熟,可供选择的成熟系统方案有CTCS-2+ATO方案,基于数字轨道电路方案,基于WLAN的CBTC方案,基于交叉环线ATC方案,但这几种方案都不能完全满足S1运营需求,最终经过多轮论证及业内专家评审,决定采用点式ATC系统。点式ATC系统以城市轨道交通的后备点式系统为基础,基于ETCS 1技术平台,在站台接近至离去区域、自动折返区域及转换轨区域覆盖无线车地通信网络,以实现站台接近区域及站台区域对站台紧急停车、站台门的连续安全防护、车门和站台门联动控制及列车自动折返等功能,并预留远期升级CBTC条件。各系统方案的比较如下。

  1)对于C2+ATO系统,无成熟应用案例,ZPW-2000轨道电路无支持2 min运营间隔的业绩。

  2)对于基于数字轨道电路的ATC方案,该系统不是轨道交通信号系统的发展反向、轨旁设备多、安装调试复杂、投资高、维护成本大、不支持网内互联互通。

  3)对于基于WLAN的CBTC方案,理论上可支持120 km/h最高速度目标值,但实际只有100 km/h应用案例,也不完全支持网内互联互通。

  4)对于基于交叉环线的ATC方案,该系统为独家产品、且不支持网内互联互通。

  5)点式ATC系统在城市轨道交通中得到广泛应用,且主要设备都是欧标设备,只是各厂商都在欧标基础上有不同的扩展,只要在项目执行中将点式ATC系统标准化,使点式ATP完全符合ETCS 1标准,即能为线网互联互通提供条件。

3 点式ATC系统组成

  温州市域铁路S1线一期工程信号系统采用增强式点式ATC系统,包括列车自动监控子系统(ATS)、列车自动防护子系统(ATP)、列车自动驾驶子系统(ATO)、计算机联锁子系统(CBI),数据传输子系统(DCS)以及维护监测子系统 (MMS),并在站台接近至离去区域、自动折返区域、转换轨覆盖车地无线通信网络,系统架构支持远期升级CBTC移动闭塞系统。点式ATC系统的子系统与设备连接,其信息流程如图1、2所示。

4 点式ATC系统功能
4.1 驾驶模式

  本系统为温州市域铁路S1线初、近期提供5种驾驶模式,如表1所示。

4.2 闭塞设计

  4.2.1 正线信号机布置

  温州S1线的信号机布置如图3所示。

  正线正方向采用三显示自动闭塞方式运行,设计追踪间隔150 s,区间设置通过信号机,车站设置进站及出站信号机。反方向运行采用大区间运行模式,反方向区间不设置通过信号机,提供本站出站信号机至下一站反向进站信号机的大区间运行方式。

  相邻两站之间的正方向任意两架同方向、连续的信号机至信号机之间为一个闭塞分区,此信号机至信号机之间的进路不设置保护区段,闭塞分区的长度大于列车在最高行驶速度的安全制动距离SBD;进站信号机-出站信号机的进路设置保护区段,进站信号机至出站信号机加保护区段为一个闭塞分区,其长度总和大于列车在最高行驶速度的安全制动距离SBD。

  4.2.2 ATP移动授权

  系统提供基于信号机至信号机的点式ATP运行和防护。正线每架信号机前方设置有源应答器,用于向列车发送运行前方的移动授权,进站进路在进站信号机前方设置填充应答器。有源应答器通过LEU与联锁系统连接,联锁系统根据进路状态选择相应的应答器报文,通过LEU传递给轨旁应答器。当列车经过应答器上方时,应答器向列车发送移动授权信息。

  当信号机显示绿灯时,ATP移动授权终点位于运行前方第三架信号机前方,如图3虚线所示;如信号机显示黄灯,则ATP移动授权终点位于第二架信号机前方。

4.3 区域连续防护

  系统在正线车站的接近至离去区域设置连续的车地双向无线数据传输网络。在列车接近和处于站台区域时,系统连续监督车站安全门(PSD)和紧急停车按钮(ESB)的状态。如CC检测到PSD故障或ESB按下时,CC根据列车位置采取相应措施:

  1)当列车接近站台时,CC将禁止列车进入站台,列车的移动授权点将限制在站台入口处;

  2)当列车部分或全部处于站台区域时,CC将施加EB使列车停车。

4.4 站台发车防护

  在iATO模式和iATP+模式下,当CC检查到站台未实施紧急停车、车门和站台门关闭且锁闭、无扣车命令且出站信号机开放,区域控制器(ZC)将向CC发送发车授权,CC将允许列车离开站台。在发车授权生效前,司机的发车命令都是无效的。如果列车没有得到发车授权,将在司机驾驶显示单元(TOD)上显示相应信息。

4.5 临时限速

  在iATO模式和iATP+模式下,系统根据ATS的操作指令实施临时限速。除此之外的其他驾驶模式下,临时限速完全由司机负责。调度员根据运营需求,在ATS设置临时限速,临时限速信息通过FRONTAM发送给ZC,并由ZC发送给CC。

  当列车停在站台时,CC将从ZC接收临时限速信息,并根据轨旁线路条件和临时限速条件,调整列车ATP防护曲线。当列车进入区间后,如果当前区域需要设置临时限速,由于区间没有无线覆盖,列车无法接收临时限速信息,需要调度人工通知司机临时限速的信息。

  在iATOM模式和iATPM+模式下,系统在无线区域收到ATS发布的临时限速信息,随着CC与ZC的周期性通信,临时限速信息也会在有效时间内被更新,如果临时限速信息未在预定的时间内被更新,CC将施加EB,同时iATO模式和iATPM+驾驶模式不可用。

  在iATP模式和RM模式下,临时限速信息由调度员人工通知司机,由司机人工确认,确保列车按照临时限速信息正常运行。

4.6 运行调整

  在站台区域通过连续的车地双向通信网络,ATS可将列车运行等级、扣车和跳停的运行调整信息发送给CC。CC根据ATS的运行等级命令调整列车在区间的运行速度,进而调整区间运行时间。当CC接收到ATS的扣车命令时,CC将防护列车发车,如检测到列车移动将施加FSB。当CC接收到ATS的跳停命令时,跳停信息将显示在TOD上,CC将根据跳停指令取消相应站的站台作业,直接驶向下一站。

4.7 车门和站台门联动

  站台区域设置连续的车地无线双向通信网络,当CC检测到列车处于零速状态、列车已对准站台的正确位置及列车已切除牵引并实施保持制动后,CC发出开门使能信息。CC通过无线车地通信将开/关门信号发送给联锁,实现车门和站台门的联动控制。CC根据车辆不同编组类型(4节编组或6节编组)分别发送不同的门控指令,经联锁与站台门接口,控制相应的站台门打开和关闭。

4.8 无人自动折返

  系统在折返区域设置连续的车地无线双向通信网络,联锁将站台自动折返按钮状态、折返信号机状态、进路锁闭状态发送给ZC,ZC据此计算移动授权并发送给CC,CC根据移动授权信息自动控制列车的折返运行,当列车运行到发车站台时自动打开站台门。

4.9 分相区管理

  分相区平面布置如图4所示。

  列车在通过分相区时,最早在越过G1后断电,最晚在列车完全越过G3后通电,即列车惰行距离约560 m。

  按照车辆计算结果,列车通过分相区时车速最小应为40 km/h,建议不小于60 km/h。按照启动加速度a=0.6,线路坡度小于4‰上坡计算,加速启动至60 km/h所需距离约250 m;列车运行通过分相区时,如前方信号机红灯,列车停车后应能保证列车全部驶过G3,即G3与前方信号机距离应大于200 m。

  车载轨道数据库内将定义分相区的预告点和离去点。当列车到达分相区的预告点和离开分相区时,CC将在TOD上显示相应信息,提示司机即将进入和已经离开分相区。列车通过分相区时,在iATO模式下,CC将发送给车辆惰行命令,控制列车采用惰行模式通过分相区,在列车通过分相区后,CC将自动向列车发送加速/减速命令控制列车运行。在非iATO模式下,司机将根据规定的操作程序并根据TOD的提示人工驾驶列车通过分相区。 

5 结束语

  点式ATC系统具有CBTC系统的主要功能及特点,只是减少区间地段连续双向车地通信设备的配置,采用有源应答器实现区间ATP/ATO功能,同时为满足ATS、站台安全防护及站台门控制等功能,在站台区配置车地无线双向通信设施。

  点式ATC系统完全能够满足本线的行车间隔要求,并可减少投资成本、减少信号系统设备的安装、调试、维护等工作。如果将来随着客流的培育或受城市建设及发展的影响使本线客流上升而达到2 min的运行间隔要求时,点式ATC系统可以直接升级成CBTC系统,原系统中的各轨旁设备仍然能够继续使用,点式ATC系统作为后备功能使用,系统升级改造的成本及对既有运营的影响都很小。

  综上所述,从经济合理性和技术合理性的角度出发,点式ATC系统完全符合温州市域铁路S1线的运营需求。

参考文献

  [1]林瑜筠.城市轨道交通信号[M].北京:中国铁道出版社,2010.

  [2]郑生全.市郊轨道交通信号系统方案研究[J].现代城市轨道交通,2011(4):89-92.

  [3]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50157-2013 地铁设计规范[S].北京:中国计划出版社,2013.

  [4]李晶.市域快速轨道交通信号制式的选择[J].城市轨道交通研究,2014(12):57-61.

  [5]罗松.CTCS2+ATO城际铁路列控系统总体技术研究[J].铁道通信信号工程技术,2015(6):1-5.

  [6]王浩,林湛,杨霓霏,等.轨道交通国产化CBTC系统技术创新点研究[J].铁路计算机应用,2014(1):58-60.

  [7]于超,郑生全,石文静.城市轨道交通CBTC系统互联互通方案研究[J].铁道通信信号,2010(1):44-74.

  [8]汪小勇.浅淡点式信号系统[J].铁道通信信号,2011(6):15-16.