城际轨道交通列车运行控制系统方案研究

魏群

摘 要：社会经济的飞速发展推动了城市群的形成与发展，随之对城市群内部的交通结构提出了更高的要求。城际铁路成为解决城市群内部和外部交通问题的重要手段。本文以北京平谷线为例，根据平谷线的实际需求，提出城际轨道交通列控系统的方案，即CTCS-2+ATO列控系统，介绍列控系统组成和功能特点，为城际轨道交通建设提供方案。

关键词：列控系统;CTCS-2系统;ATO系统;功能需求

中图分类号：U239.5文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）07-0113-03

Abstract： The development of society and economy has rapidly promoted the formation and development of urban agglomeration， which puts forward higher requirements for the internal traffic structure of urban agglomeration. Intercity railway has become an important means to solve internal and external traffic of urban agglomeration. This paper took the Beijing Pinggu Line as an example. According to the actual needs of the Pinggu Line， CTCS-2+ATO train control system for the intercity rail transit system was proposed. The composition and implementation features of CTCS-2+ATO were introduced. It is hoped that the train control system will provide a scheme for the construction of intercity rail transit.

Keywords： train control system;CTCS-2 System;ATO System;functional requirements

1 研究背景

我国处于城市化的加速阶段，人口和经济活动大规模、快速地向城镇聚集，城市地域大幅度扩展，形成了珠三角、长三角、京津冀等城市群，有效带动了周边区域的经济发展[1]。然而，城市群的形成对区域内部的交通结构提出了更高的要求，目前的交通结构已经无法满足城市群区域内部大量客流的需求。为实现城市群内部1～2 h的交通圈，加强区域内部交流，城际铁路以其密集度高、速度快、客流量大、公交化的运营特点成为区域内部交通的重要支柱。

在城市群发展和规划中，城际铁路的建设应被列入优先发展的主题，以加快城市群之间的沟通发展。目前，珠江三角洲地区的城际铁路正在加速建设当中，根据相关规划，至2030年，珠江三角洲地区城际铁路将覆盖县级以上城市[2]。同时，京津冀地区的首条区域快线平谷线也正在规划建设当中，城际铁路的建成，将大大加速城市群内部城市之间的交流，带动沿线地区的经济建设，缓解交通压力[3]。

城市群的迅速发展带动城际铁路的发展。作为城市群建设的重点，城际铁路具有巨大的发展空间。但是，就我国目前城际轨道交通的核心——列控系统而言，尚未形成一套成熟的方案。本文以北京平谷线为例，对我国现有列控系统方案进行比较，总结城际列控系统的功能需求，为系统设计提供方案。

2 城际轨道交通列控系统需求

城际轨道交通系统为连接城市群内部区域而设置。对城际轨道交通系统的需求分析应因地制宜，但系统的主要功能需求是一致的[4]。本文结合平谷线的规划设计方案总结城际列控系统的功能需求。

2.1 运输能力充足

对于平谷线，其首先要满足北京市区到平谷的出行需求。同时，考虑到其途经的河北燕郊地区客流量极大，尤其是朝夕客流，因此，平谷线还要能够满足大客流量的需求。目前，平谷线列车编组计划采用A型车8编组的方式，与现有地铁采用的B型车相比，其更适用于人口密集区域，增加载客量，提高运行效率。

2.2 行车组织方便，易于管理

城际轨道交通可采用与地铁类似的运营模式，采用公交化方式运行。由于客流量大，所以要加强对人员流动和疏通的管理。平谷线与地铁、公交都能接驳，如将有5座换乘站，可与3号线、12号线、14号线、S6号换乘，方便人们出行。在设站上，平谷线在京内设站较为密集，平均站间距在六七千米，出京后站间距拉大，可根据实际情况进行安排。对于车站规模，可以简单布置，主要用于满足乘客的上下车需求。同时，列车的管理模式与地铁类似，在夜间返回车间进行检修。在不同地区，城际铁路可能会通过地下隧道、地面高架等，为了实现其公交化或地铁的运营模式，根据条件设置安全门/屏蔽门。

2.3 速度快

平谷线全长70 km，計划最高时速可达160 km/h，届时只需1 h就能从平谷到达市区。平谷线的速度是一般地铁速度的2倍，运行速度大幅提升，这也是城际轨道交通的一个大优势。同时，平谷线要缩短站停时间，设置为30～60 s，最小的运行间隔为3 min左右，缩短乘客的候车时间，减少乘车时聚集人数，避免过度拥挤，提高运行效率。

3 城际列控系统的方案比较

根据我国铁路系统实际情况，总结了城际铁路系统在设计时需要满足的两个设计原则：第一，在现有列控系统的基础上，尽可能少地改变设计;第二，为避免系统过于复杂和减少后期的维护成本，尽可能少地增加设备[5]。

针对城际系统的实际功能需求和对城际系统提出的设计原则，本文为城际轨道交通运行控制系统选择了两个较为合适的方案：一是CTCS-2级列控系统结合ATO技术;二是基于通信的城市轨道列车运行控制系统CBTC，并对两类系统在功能实现和组成方面进行细致比较，比较结果如表1所示。

通过上述分析可知，对城际列控系统的选择不能一概而论，应根据实际需求进行选择。从实际工程造价、收益比方面来说，建议采用CTCS-2+ATO列控系统，因为其设备比较稳定，技术支持较为成熟，费用成本低，能满足人口密集程度高、出行量大的地区需求。若要求设备构成简单，便于维护，建议采用CBTC系统。对于北京平谷线而言，因其客流量大，因此采用CTCS-2+ATO技术更为合适。接下来本文将对CTCS-2+ATO系统的组成和特点进行介绍。

4 CTCS-2+ATO系统介绍

4.1 系统组成

CTCS-2+ATO列控系统是以CTCS-2级列控系统为基础，增加了一些新的轨旁设备和车载ATO设备来实现的，主要增加的设备有车载ATO设备、站台安全门、通信控制服务器、站台防洪堤门（AFD）、紧急开关按钮（ECB）、无线通信网络、精确定位应答器等。该系统的结构原理如图1所示[6]。

4.2 功能特点

4.2.1 列车自动运行。

车载ATO设备在车载ATP的防护下完成自动运行。车载ATP向ATO设备提供列车实时速度、位置、线路限速、行车许可等信息，ATP根据这些信息生成目标-距离模式曲线，防护列车的安全运行;通信控制服务器（CCS）向ATO提供列车运行计划等信息。ATO车载设备利用ATP和CCS提供的信息实时计算列车运行所需的牵引力或制动力，通过列车接口电路向牵引系统或制动系统输出控制命令，控制列车启动、牵引、巡航、惰性和制动等基本驾驶功能，使列车在区段内尽量按照预期速度运行，减少加速、减速等的转换，完成列车的自动运行。

4.2.2 车门与安全门/屏蔽门联动。从上述分析可知，为了安全考虑，城际系统在站台设置安全门/屏蔽门。车门与安全门/屏蔽门的联动主要是通过通信控制服务器（CCS）来实现的。在列车自动运行模式下，车载ATP在判断列车停准停稳后，向车载ATO设备发出开门允许，由ATO对车门开关进行控制，同时，ATP将列车位置信息和车门状态信息发送给通信控制服务器（CCS）。通信控制服务器（CCS）综合列车位置和车门信息生成相应的控制命令，传到列控中心，列控中心根据控制命令驱动相应的安全门/屏蔽门继电器动作，从而配合车载系统实现车门与安全门/屏蔽门的联动控制。

4.2.3 车地双向通信。CTCS-2级列控系统是一个车地信息单向传输系统，而在城际轨道交通列控系统中增加了通信控制服务器（CCS），以实现列车与地面设备之间信息的双向传输。通信控制服务器（CCS）与各设备的接口如图2所示。

4.2.4 列车精确停车。

列车定位一般采用应答器绝对位置和列车自身校正的方式。由于CTCS-2+ATO列控系统中设置了安全门/屏蔽门，因此，其对列车的停车精度要求十分高。不同线路区段停车精度的要求是不一样的，如珠三角城际列车的停车精度为±0.3 m。列车的停车不仅影响车门联动，同时也会影响运营效率。在城际列控系统中，为了实现精确停车定位，专门设置了精确定位应答器，其设置在距离停车点很近的位置。ATP从应答器获取位置信息，及时调整目标-距离模式曲线，同时将信息传给ATO设备，ATO根据位置信息和实时速度、列车制动率等信息计算制动曲线，保证列车精确停车。

5 结语

本文以北京平谷线城际列控系统为例，分析了城际列控系统的需求，比较了CTCS-2+ATO和CBTC列控系统的特点，并针对平谷线实际需求提出采用CTCS-2+ATO系统，既满足了城际铁路的实际功能需求，又满足了城际铁路在设计过程中的两个原则。此外，对CTCS-2+ATO列控系统组成和功能特点进行了分析和总结。

参考文献：

[1]王春杨，孟卫东，周靖祥.高铁时代中国城市群空间演进：集聚还是扩散[J].当代经济科学，2018（3）：103-113.

[2]谭代明.珠三角城际轨道交通主要技术标准探讨[J].都市快轨交通，2014（1）：41-44.

[3]孙洪涛.戴新鎏.东京都市圈轨道交通對京津冀城际铁路规划的启示[J].中国铁路，2015（7）：10-14.

[4]王婉莹.城际铁路功能定位及特性研究[J].铁道工程学报，2017（6）：68-71.

[5]郑理华.基于CTCS2-200C的城际列控车载ATP总体技术方案的研究和实现[J].铁道通信信号，2014（12）：9-12.

[6]杨光，赵亮，王江江，等.CTCS2+ATO城际铁路信号系统关键技术实现[J].铁道通信信号，2016（S2）：81.