智能列车管理将降低成本

2011-07-13

铁路通信信号工程技术 2011年5期

1 目标

欧洲列车控制系统（以下简称ETCS）将于未来15～20年内在英国启动，人们所期望的显著的节能可能由此实现，根据克里斯·杰克逊的研究，先进的交通管理理念能够提高潜在铁路网容量、节约能源并提高乘客满意度。

英国国家铁路网（以下简称NR）未来列车和运行控制系统（Future Train & Operational Control Systems）主任安德鲁·西门子认为：“我们需要良好的数据信息来最大限度地利用铁路网。”

上个月，西门子在哥本哈根举行的2011年信号和列车控制世界运输论坛（Global Transport Forum’s Signalling & Train Control）大会上发言，指出运输部几年前拟定的英国铁路部门的高优先级（包括更安全、更大容量、使用低碳能源和更低的成本）和以消费者利益为核心的铁路在指挥和控制系统的基础上建立了“明晰的关系”。

西门子描绘了数据网络的综合图景，包括整个交通管理、智能列车运行和高品质客户信息，以安全层面为中心建立整合的移动授权、联锁和列车检测系统。他对此目标的实现充满信心，但是各系统会根据经营效益、既有基础设施条件和技术开发速度以不同的节奏发展。他认为问题的关键在于无论是经济资源还是物理资源是否都可以被利用。西门子坚持说：“我们想要去哪是毫无疑义的，唯一的问题是我们如何到达目的地。”

西门子认为，ETCS在未来几年中的发展方向是将ETCS应用于大部分英国铁路网。“我们的优势在于没有需要替换的老化的ATP系统。”并补充说未来对“模块安全系统”的投资将基于全生命周期案例。然而，他认为目前铁路现有经济模型工具还不够先进来使我们充分了解系统所能带来的收益。

NR目前正与列车运营公司合作，审查并修改欧洲委员会在2007年10月根据控制、指挥和信号TSI提出的全国ETCS执行计划（NIP）。需对英国NIP进行修改以反映对威尔士线路早期试点开发方案的延误情况，同时调整投资重点、技术发展方向以及大幅度节约成本的时机来支持此项投资。对ETCS配置修改后的商业案例将交至铁路法规办公室，预计会成为NR制定其控制周期5年（自2014年4月1日始的五年内）目标及资金需求的一部分。

2 高成本的实验

英国铁路部门已经开始积累ETCS 2级的实际运行经验，开发了将近8年的威尔士电子数据系统（EDS）终于在3月28日投入使用。西门子承认试点工程已经发现了一些“早期挑战”，这些挑战会影响NR的未来战略。

2003年，前英国策略铁路局（Strategic Rail Authority）批准了此项工程，该工程包括修建218 km的大型单轨线路,并需对20世纪90年代初的24型158动车组和用于维修的3种机车以及专用列车进行改装。安萨尔多STS（Ansaldo STS）在2006年获得了一项合同，但直到2010年10月夏利—普尔黑利的初始35 km区段才投入使用（RG 12.10 p11）。

负责这条线路运行的来自Arriva威尔士铁路公司（以下简称ATW）的运行和安全经理皮特·里帕德说：“尽管我们已经取得了很多成功，但一些缺点还是依然存在的。”他告诉代表们尽管NR、ATW和安萨尔多STS之间有着紧密联系，NR已经成为地面和车载设备安装的工程管理者。

里帕德承认：“我们一直在努力，而且我们一定要做得更好。”他透露了ETCS全面应用之后，在3月28日后的五个星期内准点率由先前的90%降到了平均62%。虽然已经发生了6次“越过危险信号”（列车以超过移动授权（LMA）的速度运行）事故，但ATP每次都成功地进行了速度干预。里帕德不建议在会让线上设置中间闭塞点和LMA，因为会让线会给司机带来“想要通过的思维桥梁”。

改装陈旧列车已经成为目前存在的问题之一，大多数晚点原因都归咎于ETCS在下一环线重新设置之前，列车需要以40 km/h而不是140 km/h的速度降级运行很长一段距离。无法由RBC控制的“迷失的”列车已经从运行线被转移至马汉莱斯车辆段内。威尔士线路被认为是最早应用ETCS系统的，列车被直接“运行”至2级系统而不使用传统的途中信号设备或站段的信号设备。

里帕德指出，80年代安装了无线令牌电子闭塞后，威尔士线路就变得“非常简单”，虽有液压泵安装座，但没有固定信号机和轨道电路。EDS和ETCS一样都有计轴器和电源点。他总结说：“我们已经花了1亿英镑把我们简单的铁路变得复杂些。”无论如何，ETCS的引进为充满活力的英国铁路提供了“很有价值的经验”。

3 工程在全国范围内实施

尽管威尔士EDS正在使用SRS 2.3.0版本并将在适当时候升级至2.3.0d版本，但西门子强调未来ETCS的配置取决于Baseline 3规范的有效性，此规范预计于2012年底出版。NR还需要分组交换技术来处理高密度地区的大量数据，因此他不确定GSM-R是否可用。根据威尔士项目和欧洲其他地区的经验，他认为ETCS的引进需对运行和信号规则进行调整以使效率最大化。

他希望看到ETCS的引进工作能与正在进行的工作（即：使用具有模块逻辑的标准轨道布局的NR模块信号工程）协调进行， “使控制软件能自动确认和验证，并使对预设工程的需求减少到最低限度”。舒兹伯利—克鲁线和伊利—诺斯威奇线的第一期模块信号工程预计于2012年完工。西门子说，为了提高兼容性和降低成本，NR将在未来的联锁系统中同ProRail一样采用INESS标准。

根据修改后的NIP，ETCS的安装工作预计从大西部正线开始，置换80年代试点项目安装的现已废弃的BR ATP。原计划是使ETCS与伦敦—布里斯托—加的夫的电气化设备相匹配，但假如保留HST设备且多数货运机车使用这条线路，在2018年底前改装1 800辆机车是不切实际的。因此，NR预计在2014～2018年之间重新设置帕丁顿—布里斯托线路上的4显示色灯信号机，使用ETCS—现有的由泰晤士河谷信号控制中心控制的联锁装置系统。ETCS的铺设工程将于2019年中期完成，在初期新型列车将使用ETCS-2级系统。所有列车的改装和置换工作完成后，先前的信号机将于2025～2026年拆除。

2018～2021年后东海岸正线将安装ETCS-2级系统。ETCS同时也将用于二级线路，置换下列线路上仍然使用的大量的小型人工信号箱，如构成新兴战略货运铁路网一部分的伊利—彼得伯勒—莱斯特线、巴罗—沃金顿—卡莱尔线、彼德伯格—林肯—顿卡斯特线或格兰瑟姆—斯利福德—波士顿线。广泛应用ETCS预计会降低一亿欧元的年运营成本，但这需要同时更换大量80年代生产的动车组，目的是最小化陈旧列车的改装工作。

尽管一直打算把威尔士线路作为试点工程，里帕德认为ETCS-2级的应用对于乡村铁路来说“过于工程化”，这同时也体现了西门子的观点，他认为ETCS-3级在许多情况下可能更为合适。尽管很少有供应商能够满足ETCS-3原则（以无线报告取代地面列车定位系统），但欧洲铁路运输管理系统在瑞典的区域试验（RG2.10 p40）一直都有着良好收益。拆除所有地面设备有助于进一步降低安装和运营成本。从更长远角度来看，最初设计的ETCS-3的移动闭塞容量还可以向其他线路提供容量并提高收益。

4 智能铁路

但是对于西门子来说，ETCS只是向未来铁路迈出的第一步和智能交通运输管理前景的延伸。他的目标是创造具有强大冲突算法的“先进控制系统”，“进行周密的进路排列并提供实时计划，从而使铁路日常运行更容易”，而且这些功能必须是“高度自动化”的。西门子确认NR正在对未来将协助列车运行的“大约10个”铁路网管理中心的建设和装备进行投标。

西门子解释说，最优铁路运营成功的关键在于使用共享数据，如果基础设施管理者和所有列车作业员对“正在发生着什么”有着同样的认识，收益就会成倍增长，包括在正常运行和非正常运行期间向消费者提供他们所迫切需要的实时信息。

已经确认至少有28项“业务功能”将包含其中，西门子坚持认为智能铁路概念“不是工程解决方案”，而是可以提供明确的商业收益的。例如，他指出更多地应用司机提示系统可以提高列车操控性能并降低能源消耗。假如英国铁路业目前在能源上的花费为每年4亿欧元，则早期使用独立系统的应用者可以得到10%的“非常有价值的”节能，并补充说使用DAS“即使在没有ATP的情况下也不会对安全运行产生不利影响”。

尽管一些系统已经提供了临时限速（BG 2.11 p50）的输入数据，目前使用的大多数提示系统是独立系统，列车储存静态线路设施数据和固定限速。下一步将随情况变化使“实时连续更新数据”成为可能，西门子确认“我们正着眼于相互协调”以实现此功能。认为通过协调列车运行和基础设施管理可以再实现5%的节能，包括优化速度和在“冲突区域”使用智能算法管理接近繁忙的铁路枢纽的列车。

5 迈向全面自动化

尽管西门子认为在正线铁路上使用的ATO还很少，将自动排列进路、敌对进路解决方案和司机提示系统整合为单一的交通运输管理系统打开了列车自动运行的大门。NR目前正致力于使穿过伦敦中心的泰晤士跨城市连线中心自动化，期望这里的列车容量从20列/h提高至24列/h。他确认NR计划采用ATO覆盖ETCS，使用信息包44传输增加的数据信息，并透露此工程正处于“招标阶段”， NR明年的重点工作是司机提示单元的试点实施项目。

ATO功能是NR计划在其赫特福德北部集成设备站HNIF研究的几种列控技术之一，HNIF将设置在脱离伦敦北部ECML的环线上。西门子证实基础设施管理者正在为既有双线改为两条平行线招标，其中一条线路允许在非高峰时刻用于测试。