1 概述
截至2018年底，國內(nèi)共有35個城市開通城市軌道交通運(yùn)營線路185條，運(yùn)營線路總長度5 761.4 km。擁有4條及以上運(yùn)營線路，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營的城市16個，占開通城軌交通運(yùn)營城市總數(shù)的45.7%。過去各條線路獨立運(yùn)營，乘客在換乘站進(jìn)行不同線路換乘。隨著網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營的發(fā)展，越來越多的城市提出了線路間貫通運(yùn)行的需求。線路間貫通運(yùn)行可提升通勤服務(wù)、減少換乘直達(dá)目的地，實現(xiàn)資源共享和調(diào)配，提高線路和列車的利用率等。
線路間貫通運(yùn)行涉及到多個專業(yè)系統(tǒng)，包括線路、車輛、供電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)等。其中信號系統(tǒng)是城市軌道交通的重要組成部分，以安全為核心，以保證和提高列車運(yùn)行效率為目標(biāo)，信號系統(tǒng)是實現(xiàn)線路間貫通運(yùn)行的關(guān)鍵制約條件。從線路基礎(chǔ)條件來看，城市軌道交通線路間貫通運(yùn)行可以在地鐵、輕軌、市域快軌之間。地鐵、輕軌的信號系統(tǒng)制式主要采用基于軌道電路的固定閉塞/準(zhǔn)移動閉塞系統(tǒng)、基于通信的列車自動控制系統(tǒng)（cbtc），cbtc系統(tǒng)又通常采用點式降級系統(tǒng)。市域快軌信號系統(tǒng)制式可采用基于軌道電路的中國列車控制系統(tǒng)2級加ato（ctcs2+ato）、cbtc、點式列車自動控制系統(tǒng)（iatc）。
關(guān)于cbtc信號系統(tǒng)制式線路間的貫通運(yùn)行，中國城市軌道交通協(xié)會已經(jīng)發(fā)布團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《城市軌道交通基于通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（cbtc）互聯(lián)互通系統(tǒng)規(guī)范》，包括系統(tǒng)規(guī)范、接口規(guī)范、測試規(guī)范、工程規(guī)范。典型應(yīng)用案例為重慶軌道交通二輪建設(shè)的4條線采用4家信號供貨廠商，4條信號供貨商均采用cbtc系統(tǒng)，統(tǒng)一通信協(xié)議、統(tǒng)一系統(tǒng)架構(gòu)、統(tǒng)一規(guī)劃和設(shè)計。
除了cbtc與cbtc信號系統(tǒng)制式線路間的貫通運(yùn)行，國內(nèi)針對不同制式信號系統(tǒng)的貫通運(yùn)行并無有效銜接與融合，為此研究不同制式信號系統(tǒng)的貫通運(yùn)行將有重要意義，本文將對cbtc制式信號系統(tǒng)與基于軌道電路制式信號系統(tǒng)的貫通運(yùn)行方案進(jìn)行研究。
2應(yīng)用場景
本文研究的不同制式信號系統(tǒng)的貫通運(yùn)行方案可適用于以下場景。
1）新建cbtc制式與既有基于軌道電路制式貫通
建設(shè)較早的城市軌道交通線路多采用基于軌道電路的信號系統(tǒng)制式，近些年隨著cbtc技術(shù)的發(fā)展，新建地鐵線路基本均采用cbtc制式的信號系統(tǒng)。場景1：新建線路與既有線路有貫通運(yùn)行需求，新建線路采用cbtc制式信號系統(tǒng)，既有線路采用基于軌道電路制式的信號系統(tǒng)。
2）基于軌道電路制式的y字形交路的單邊cbtc改造
場景2：y字形交路的線路，原線路采用基于軌道電路制式的信號系統(tǒng)。開展y字形線路的單邊改造，另一邊由于設(shè)計年限等暫不進(jìn)行改造，由于原y字形為貫通運(yùn)行，改造后依然有貫通運(yùn)行需求。
3）cbtc制式的地鐵線路與ctcs2+ato制式的市域快軌貫通
市域快軌一般服務(wù)于城市與市郊、中心城市與衛(wèi)星城，是一種具有通勤服務(wù)功能、中長距離的城市軌道交通形式。從服務(wù)乘客的角度來看，市域快軌與市內(nèi)地鐵有強(qiáng)烈的貫通運(yùn)行需求。對于市域快軌信號系統(tǒng)制式，ctcs2+ato制式已有應(yīng)用，比如溫州市域快軌。場景3：市內(nèi)地鐵線路與市域快軌線路貫通運(yùn)行，市內(nèi)地鐵線路采用cbtc制式的信號系統(tǒng)，市域快軌線路采用ctcs2+ato制式的信號系統(tǒng)。
3相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)條件
線路間貫通運(yùn)行涉及到多個專業(yè)系統(tǒng)，包括線路、行車、車輛、限界、牽引供電、通信、信號，具體需要達(dá)到以下條件。
1）線路：線路間貫通或線路間設(shè)置跨線運(yùn)營聯(lián)絡(luò)線，線路軌距相同。
2）行車：基于客流預(yù)測情況，制定貫通運(yùn)行交路。
3）車輛：車輛限界相同，車輛性能參數(shù)基本一致。
4）牽引供電：牽引供電方式相同。
5）通信：無線通信系統(tǒng)兼容互通。
6）信號：在各相關(guān)專業(yè)具備貫通運(yùn)行的基礎(chǔ)條件上，信號系統(tǒng)制定貫通運(yùn)行方案，實現(xiàn)列車在不同線路間的跨線/共線運(yùn)行。
4信號系統(tǒng)貫通運(yùn)行解決方案
4.1場景描述
以上文的場景1為例，制定如圖1所示的具體場景。
1）線路i為基于軌道電路的信號系統(tǒng)制式，路徑從a至b；
2）線路ii為cbtc信號系統(tǒng)制式，路徑從b至c；
3）列車運(yùn)行交路包括線路i的獨立運(yùn)行交路（a←→b）、線路ii的獨立運(yùn)行交路（b←→c）、以及貫通運(yùn)行（c至a）的交路。
4.2系統(tǒng)構(gòu)成及配置方案
線路i的基于軌道電路信號系統(tǒng)主要由聯(lián)鎖設(shè)備、ats設(shè)備、軌道電路占用檢查和發(fā)碼設(shè)備、車載設(shè)備組成。獨立運(yùn)行交路列車通過接收軌道電路的碼序來行車。
線路ii的cbtc系統(tǒng)主要由聯(lián)鎖設(shè)備、ats設(shè)備、車地?zé)o線通信設(shè)備、車載設(shè)備組成，其降級采用點式降級系統(tǒng)。獨立運(yùn)行交路列車以cbtc控制方式和點式控制方式來行車。
為實現(xiàn)貫通運(yùn)行（c至a）的交路，同時需在線路i布置線路ii系統(tǒng)的點式設(shè)備。由于c至a的貫通運(yùn)行交路，則a-b段上存在線路i和線路ii兩條線路列車的共線運(yùn)行情況。共線運(yùn)行段的信號系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。
1）聯(lián)鎖子系統(tǒng)
線路ii在b-c段設(shè)置聯(lián)鎖設(shè)備，線路i在a-b段設(shè)置聯(lián)鎖設(shè)備，線路i和ii分別控制各自線路上的軌旁聯(lián)鎖設(shè)備。聯(lián)鎖區(qū)分界點在b車站，分界處通過繼電方式進(jìn)行接口。共線a-b段采用一套聯(lián)鎖設(shè)備對該線路上的進(jìn)路進(jìn)行控制，a-b段列車的占用檢查均基于軌道電路設(shè)備。
2）ats子系統(tǒng)
若為同期建設(shè)，可考慮在a-c段設(shè)置一套ats子系統(tǒng)，對線路i和線路ii進(jìn)行統(tǒng)一控制。
若為非同期建設(shè)，可分別設(shè)置各自線路的ats子系統(tǒng)。線路i的ats子系統(tǒng)控制范圍為a-b段，線路ii的ats子系統(tǒng)控制范圍為b-c段，在車站b處進(jìn)行調(diào)度權(quán)的移交，并互傳到發(fā)站時間。其中的一條線路（假定線路ii）負(fù)責(zé)編制全線a-c段的總運(yùn)行圖，并將線路i的運(yùn)行圖離線發(fā)給線路i的ats，線路i的ats根據(jù)收到的運(yùn)行圖到發(fā)時間點編制自己的運(yùn)行圖。
3）atp子系統(tǒng)
線路i在a-b段設(shè)置軌道電路、軌旁信號機(jī)等設(shè)備，通過軌道電路實現(xiàn)a-b段列車的占用檢查和發(fā)送地車信息報文。線路i列車配置本線路的車載設(shè)備，以實現(xiàn)接收軌道電路報文來控車。
線路ii在b-c段設(shè)置無線通信設(shè)備，通過無線通信方式實現(xiàn)地車雙向通信；同時線路ii在a-b-c段設(shè)置點式應(yīng)答器設(shè)備，在b-c段的點式應(yīng)答器連接線路ii的信號機(jī)，在a-b段的點式應(yīng)答器連接線路i的信號機(jī)，通過點式通信方式實現(xiàn)地車通信。線路ii列車亦配置本線路的車載設(shè)備，接發(fā)車地信息和計算列車運(yùn)行曲線實現(xiàn)列車控制。
4.3列車運(yùn)行方式
1）a-b段共線運(yùn)行
a-b段運(yùn)行時存在兩線列車共線運(yùn)行的情況，但區(qū)段內(nèi)列車的占用檢查均基于軌道電路進(jìn)行監(jiān)督。
對于線路i列車來說，無論前車是線路i列車還是線路ii列車，其均基于a-b段軌道電路的報文來行車。通過軌道電路實現(xiàn)列車的位置檢測，無絕緣移頻軌道電路設(shè)備根據(jù)前車位置計算和發(fā)送報文指令信息，追蹤列車接收報文信息并據(jù)此行車。
對于線路ii列車來說，無論前車是線路i列車還是線路ii列車，其均基于a-b段點式信息來行車。通過點式設(shè)備采集信號機(jī)的顯示信息，并通過軌旁動態(tài)信標(biāo)把信號機(jī)的顯示信息傳送給車載atp設(shè)備，車載atp設(shè)備根據(jù)信號機(jī)狀態(tài)計算列車運(yùn)行曲線，進(jìn)而實現(xiàn)線路ii列車的點式控制，以點式方式行車。
2）b-c段獨立運(yùn)行
b-c段只有線路ii列車運(yùn)行，線路ii的地面atp設(shè)備通過無線通信方式將移動授權(quán)發(fā)給列車，列車根據(jù)移動授權(quán)計算列車運(yùn)行曲線進(jìn)行控車。
3）a-c段列車控制級別轉(zhuǎn)換
對于線路ii列車來說，其在b-c段常用控制方式為cbtc級別控車，在a-b段常用控制方式為點式級別控車。列車運(yùn)行方式和模式轉(zhuǎn)換如圖3所示。
列車自a至b以先點式atp模式運(yùn)行，列車在車站b停車后可轉(zhuǎn)換為cbtc模式向車站c方向運(yùn)行；列車由c至a先以cbtc模式運(yùn)行，列車在車站b停車后可轉(zhuǎn)換為點式atp模式向車站a方向運(yùn)行。
4.4性能指標(biāo)
1）安全性
對于b-c獨立運(yùn)行段，其安全完全由線路ii信號系統(tǒng)保證。對于a-b共線運(yùn)行段，其位置監(jiān)督均基于線路i的軌道電路，進(jìn)路控制均由線路i的聯(lián)鎖實現(xiàn)，調(diào)度指揮均由線路i的ats系統(tǒng)完成，各自線路列車分別與各自的軌旁設(shè)備通信完成列車的追蹤運(yùn)行。
系統(tǒng)的安全完整性水平要求：列車自動防護(hù)(atp)子系統(tǒng)4級、計算機(jī)聯(lián)鎖(cbi)子系統(tǒng)4級、列車占用檢測設(shè)備4級、列車自動監(jiān)控(ats)子系統(tǒng)2級、列車自動運(yùn)行(ato)子系統(tǒng)2級。
2）運(yùn)營能力
對于b-c獨立運(yùn)行段，其運(yùn)營能力完全取決于線路ii信號系統(tǒng)，通常為：正線列車最小運(yùn)行間隔、交路折返站最小折返間隔滿足2 min，正線設(shè)計追蹤間隔不大于90 s。
對于a-b共線運(yùn)行段，其運(yùn)營能力主要取決于線路i的信號系統(tǒng)能力，正線運(yùn)行能力、折返能力不超過線路i信號系統(tǒng)自身能力水平，追蹤能力依追蹤列車的控制方式。
3）其他性能
設(shè)備的可靠性取決于各設(shè)備自身的平均故障間隔時間，系統(tǒng)的可用性應(yīng)不小于99.98%，設(shè)備的可維護(hù)性主要取決于線路自身的平均故障修復(fù)時間，可按車站設(shè)備、軌旁設(shè)備、車載設(shè)備、控制中心設(shè)備進(jìn)行劃分。
5工程案例分析
以大連地鐵3號線、地鐵3號線支線、大連金普線為例，利用本文方法制定解決方案。
地鐵3號線從大連站至金石灘站，開行大連站—金石灘、大連站—保稅區(qū)的大小交路。3號線支線從開發(fā)區(qū)至九里站，開行開發(fā)區(qū)—九里站交路，且與3號線共同開行大連站—九里站的長交路。金普線新建段從九里站至振興路站，且與3號線支線貫通運(yùn)行，開行振興路至開發(fā)區(qū)的列車交路。運(yùn)行交路如圖4所示。
地鐵3號線和支線為正在運(yùn)營線路，信號系統(tǒng)為基于軌道電路的固定閉塞制式。金普線為在建線路，信號系統(tǒng)采用基于無線通信的cbtc系統(tǒng)。根據(jù)交路情況，九里站—振興路站為獨立運(yùn)行段，開發(fā)區(qū)站—九里站為共線運(yùn)行段，具體解決方案如下。
金普線工程在九里—振興路設(shè)置常規(guī)的cbtc設(shè)備，除此之外金普線工程在開發(fā)區(qū)—九里段設(shè)置點式應(yīng)答器設(shè)備，點式應(yīng)答器與支線的信號機(jī)連接，實現(xiàn)對信號機(jī)狀態(tài)的采集和發(fā)送。九里—振興路段的調(diào)度指揮由金普線工程設(shè)置的ats控制，開發(fā)區(qū)—九里段的調(diào)度指揮由3號線和支線ats控制。開發(fā)區(qū)—九里段的位置監(jiān)督均基于既有的軌道電路，開發(fā)區(qū)—九里段的聯(lián)鎖進(jìn)路由支線聯(lián)鎖控制，并在九里站處與金普線聯(lián)鎖采用繼電方式進(jìn)行接口。
3號線和支線列車在開發(fā)區(qū)—九里段基于軌道電路的碼序以固定閉塞方式行車，金普線列車在九里—振興路段以cbtc方式行車，金普列車在開發(fā)區(qū)—九里段以點式方式行車，在九里站到站停車期間完成控制模式轉(zhuǎn)換。
6結(jié)束語
本文提出一種不同信號制式的貫通運(yùn)行解決方案，本方案尤其適合解決短距離共線運(yùn)行場景。如果共線運(yùn)行段開行列車對數(shù)較少，還可考慮采用配置兼容性信號車載設(shè)備或雙套信號車載設(shè)備解決方案。