>面向多网融合的市域铁路信号调度系统研究

刘华祥 陈恒宇

(1.卡斯柯信号有限公司， 200072， 上海；2.深圳市地铁集团有限公司， 518026， 深圳∥第一作者， 高级工程师)

伴随国家多个指导意见的出台，市域(郊)铁路的发展已被提升到国家交通战略发展层面。 “十四五” 期间，京津冀、长江三角洲(以下简称“长三角”)和粤港澳3大区域计划新开工建设的城际铁路和市域(郊)铁路总长度约10 000 km，其目标是将都市圈内已经建成的国家干线铁路网、城际铁路网及城市轨道交通线网进行多网融合。

目前，如北京、上海、广州、成都、温州等多个城市己经开始尝试市域快线规划建设，分别修建了不同类型的市域铁路。此外，还有多个城市的多条市域铁路正在规划筹建中。至2025年，这3个都市圈将基本形成城际铁路骨架网络和市域(郊)铁路骨架网络。

与此同时，国家多个政策文件也对市域铁路进行了明确的定位，包括国办发[2018]52号《关于进一步加强城市轨道交通规划建设管理的意见》、发改基础[2017]1173号《关于促进市域(郊)铁路发展的指导意见》及发改规划[2019]328号《国家发展改革委关于培育发展现代化都市圈的指导意见》等。这些文件明确了基于四网融合的市域铁路应具有公交化和网络化两大特点。

市域铁路的信号系统也应满足多网融合的需求。作为信号系统的指挥大脑，市域铁路调度系统需具备可同时调度指挥不同层次轨道交通线路列车运行的功能。但是，目前国内可同时支持公交化和网络化运行的市域铁路调度系统尚属空白。基于此，本文结合实际项目的建设需求，围绕市域铁路公交化和网络化的特点，对市域铁路的信号调度系统展开研究。

1 市域铁路调度系统需求分析

从建设和运营需求角度分析，目前国内市域铁路需要考虑3类运营场景：独立成网运营、与国家铁路(以下简称“国铁”)线路互通运营及与城市轨道交通线网互通运营。无论在哪类场景下，市域铁路信号系统都应能同时满足公交化和网络化的运营需求。

1.1 公交化运营需求

1.1.1 通勤化

为了满足通勤化调度指挥需求，市域铁路调度系统应具备列车运行计划的自动调整、在线列车车次号的灵活调整、大小交路同时运营、无人及有人驾驶模式下列车的自动折返/跳停/扣车、调度命令的编辑及下发到车站和列车、信号设备自动和人工控制、区间运营等级和停站时间的灵活调整、在站列车提前发车及列车节能运行等功能。

1.1.2 快速化

为了满足快速化调度指挥需求，市域铁路调度系统应具备支持列车以200 km/h的最高速度在线运行。

1.1.3 大运量

为了满足大运量线路的调度指挥需求，市域铁路调度系统应支持列车灵活联挂和解编、不同编组列车在线混跑及根据客流情况自动调整在线列车数等功能。

1.1.4 智能化

为了满足智能化调度指挥需求，市域铁路调度系统应支持最高GoA4(无人干预列车运行)下列车的全自动运行功能(包括自动唤醒、出库、入库、休眠、唤醒、段内自动调车、出库自动领号、回库自动消号等)，并应与其他系统(包括综合监控、通信、供电、站台门、施工管理系统、市域动车组管理系统、司机派班、国铁旅客服务等)进行信息联动。此外，还应具备故障处置完成后列车运行图的自动恢复、运营及维护数据的智能化统计分析、设备状态的智能监控和报警等功能。

1.2 网络化运营需求

1.2.1 列车运行图的统一编制和调整

为了满足网络化调度指挥需求，市域铁路调度系统应具备跨线路列车统一编图的功能，支持按照线路、线网、调度台管辖区等不同方式进行编图，多线间交界站列车间的接入和交出可实现自动勾连。统一编制后的线网列车运行图可以按照不同线路、不同调度台管辖范围自动拆分，并下达给对应的调度台。如对线网列车运行图进行修改，修改后的列车运行图将会及时通知并更新至每个相关的调度台，以实现线网列车运行图的实时同步更新。

1.2.2 调度管辖区的灵活划分

为了满足网络化调度指挥需求，市域铁路调度系统的调度台管辖范围应能灵活配置，支持按照线路、区段或区域进行调度指挥。一个调度台的管辖车站可以仅仅是ATS(列车自动监控)车站或CTC(调度集中)车站，也可以是ATS和CTC车站的组合，可根据新建市域铁路的列车控制制式及运营需求进行配置。

1.2.3 与其他层次轨道交通建立调度系统接口

为了实现市域铁路与既有国铁线路或城市轨道交通线路间的互通运营，市域铁路调度系统需要与既有国铁线路的CTC、城市轨道交通线路的ATS进行接口互联，以实现不同层次轨道交通列车运行计划的顺利实施，不同层次轨道交通信号设备状态信息的共享，以及不同层次轨道交通调度命令的相互传递等，满足列车跨线运营所需的信息交互需求。

2 既有轨道交通调度系统简述

目前我国的轨道交通信号调度指挥系统主要有两种类型：一类是国铁线路的CTC系统及TDCS (列车调度指挥系统)，另一类是城市轨道交通线路的ATS系统。其中，TDCS仅有监视功能，与市域铁路的调度需求差距较大。本文仅对CTC和ATS进行简要介绍和对比。

2.1 国铁线路CTC系统

CTC主要用于国铁干线、城际线路的信号调度指挥。CTC具有很好的网络化调度功能[1]，但在公交化运营方面尚需提升。

1) 由于国铁的列车种类众多、线路范围较广、业务种类繁多、标准化程度较高，因此， CTC功能较为复杂；CTC需要完全按照国铁车站管理细则的要求进行业务逻辑设计，其中有很多业务目前尚需依靠人工进行操作和确认。

2) CTC的运输计划主要包括客运计划、货运计划、施工计划等。如图1所示，CTC通过与TDMS(运输调度管理系统)接口实现基本列车运行计划(又称“基本图”)的编制，并实时获取国铁线路的日班计划；运营期间列车运行计划主要依靠调度员进行人工调整，尚不具备成熟的自动调图功能。

3) CTC尚不具备自动领取列车运行计划、列车自动折返、自动跳停和扣车、自动调整运行交路、灵活自动联挂和解编、与旅客服务系统直接接口等功能。

CTC具有强大的网络化调度指挥优势，如图2所示。一个铁路局管辖范围内的所有高速铁路和城际线路可以共用一套CTC软硬件系统，且不同铁路局间可通过中国国家铁路集团有限公司制定的标准化接口进行互联，以实现列车的跨局交接，进而实现全国范围列车的网络化调度指挥。

注：军特调度是指军队列次及其他特殊列次的调度。

注：每个站段的管辖范围在15个车站以内。

CTC应用在国铁线网上具有强大的网络化调度优势，但CTC与城市轨道交通线网信号系统间无接口。市域铁路需具备可同时调度指挥国铁线路列车和城市轨道交通线路列车运行的功能，仅采用CTC系统不能满足市域铁路的调度指挥需求。

2.2 城市轨道交通线路ATS系统

ATS系统主要用于城市轨道交通单一线路(以下简称“单线”)的信号调度指挥。由于城市轨道交通线路按照公交化要求运营，因此ATS系统具有较好的公交化调度指挥功能。图3为城市轨道交通单线ATS的系统架构。每条城市轨道交通线路的ATS均可分为车站和中心两个部分，且各单线ATS的软硬件互相独立。不同的城市轨道交通线路归属不同的OCC(运营控制中心)和调度系统管辖。对于相互接轨的相邻线路，每条线的ATS系统可通过其OCC的接口实现与邻线信息的互传[2]。

图3 城市轨道交通单线ATS系统架构

对于采用单一CBTC(基于通信的列车控制)信号制式的市域铁路线网，可以采用一套兼具软硬件的ATS作为调度系统，但需对其网络化功能进行提升，如线网列车运行图的统一编制和调整、调度管辖区的灵活划分、线网运营下的PIS(乘客信息系统)和PA(公共广播)信息的预告等。但由于ATS不具备与国铁CTC的接口，市域线路若仅采用ATS系统，也不能满足其调度指挥需求。

2.3 CTC和ATS在市域铁路中的应用分析

综上所述，CTC和ATS分别在网络化和公交化方面具有优势。本文针对不同类型的市域铁路，对其信号调度系统采用CTC或ATS的适用性进行了对比分析。如表1所示，提升了公交化功能后的CTC可用于单一国铁制式的市域铁路，提升了网络化功能后的线网ATS可用于单一城市轨道交通制式的市域铁路。

由表1可知，只采用CTC或ATS，均不能完全满足基于城市轨道交通和国铁信号制式的多线互联互通市域铁路的调度指挥要求，因此，需要从市域铁路的运营需求角度着手，对既有的调度系统进行融合和创新，形成一套运营管理模式统一、维护简便、技术标准化、可灵活配置的市域铁路调度系统，以满足表1中各种类型市域铁路的运营需求，并为既有市域铁路的接入和改造创造条件，实现真正的多网融合。

表1 市域铁路应用CTC和ATS的适应性分析

3 市域铁路调度系统架构设计

由上文可知，CTC的优势是采用了网络化的系统架构，ATS的优势是具备了良好的公交化调度指挥功能，因此，可以借鉴CTC和ATS各自既有的优势并进行融合创新，即在CTC的架构基础上增加ATS的功能模块，形成一套完全满足公交化、网络化运行要求，且可根据市域铁路实际运营需求进行灵活调配的市域调度系统。其系统架构如图4所示。

3.1 主要功能模块

本文所提的市域铁路调度系统采用分布式架构，将CTC和ATS的软件功能模块进行融合和再分配，充分利用ATS的公交化模块和CTC的网络化模块，融合后的模块可同时具备公交化和网络化功能，并可与既有国铁线路无缝连接。融合后的调度系统分为调度中心和车站两层架构。

在唐传奇中，常常涉及鬼怪神魔，而这些异时空的生物，在白天往往只是偶然现身于人们的生活，到了夜禁开始之后，街道上空无一人，白昼的花花世界此时便为这些“神鬼所占据。

调度中心层主要包括以下功能模块：① 线网运输计划管理；② 在线列车运行图管理；③ 调度命令管理；④ 设备状态监控管理；⑤ 与城市轨道交通线路外部接口管理，主要包括与综合监控、通信、供电等专业的接口，以及与相邻城市轨道交通线网NOCC连接等；⑥ 与国铁线路外部接口管理，主要包括与TCC、TSRS、GSM-R、TDMS、动车组管理、旅客服务及设备维修管理等专业/系统的接口，以及与邻线CTC连接等；⑦ 国铁车站接入通信模块；⑧ 调度中心通信模块；⑨ 调度终端模块；⑩ 车辆段控制管理；数据存储管理；培训管理；维护模块；统计分析模块；回放模块。

车站层主要包括以下功能模块：① 城市轨道交通车站LATS(本地ATS)分机；② 城市轨道交通车站HMI(人机操作界面)；③ 城市轨道交通车站发车倒计时；④ 国铁车站下位机；⑤ 国铁车站上位机；⑥ 复示终端模块。

3.2 主要设备组成

本方案采用分布式架构，将CTC和ATS的软硬件设备进行融合。为了实现与既有国铁线路信号系统接口的标准化，本方案单独设置外部接口服务器，以实现国铁线路的非改动接入。本方案包括的主要设备有调度中心设备和车站设备两部分。

调度中心设备包括：① 调度中心数据库服务器；② 各种接口服务器；③ 各种工作站终端；④ 网络连接设备；⑤ 培训设备。

车站设备包括：① 城市轨道交通车站LATS的下位机设备；② 国铁车站下位机设备；③ 城市轨道交通车站发车计时器设备；④ 各种工作站终端设备；⑤ 网络连接设备。

3.3 外部接口

本方案支持同时管理城市轨道交通和国铁两种信号制式的列车，因此，调度系统需同时支持与城市轨道交通和国铁两种信号制式的轨旁接口。此外，还需按照既有国铁、城际铁路的标准接口，实现与既有和新建城际铁路的接口，同时调度系统还应支持与信号系统外部相关专业的接口。图5以深圳城际铁路调度系统为例，对采用本方案时市域调度系统的外部接口进行说明。

图5中，每个接口均按照最大化复用既有标准原则予以设计，部分接口还根据实际工程项目需求新增了标准或对标准进行了修改。市域铁路调度系统外部接口标准如表2所示。

3.4 方案的特点及创新

本文提出的市域铁路调度系统方案对CTC和ATS进行了融合设计，完全满足市域铁路的公交化和网络化运营需求，其具有如下特点和创新点：

1) 灵活配置：可以根据市域铁路的不同类型配置为仅管辖国铁信号制式列车运行或仅管辖城市轨道交通信号制式列车运行的调度指挥系统，也可以配置为可同时管辖国铁和城市轨道交通两种信号制式列车运行的调度指挥系统。

注：数字1～10为接口编号；CCS——通信控制服务器；CBI——计算机联锁；CC——车载控制器；ZC——区域控制器；DSU——数据存储单元。

2) 灵活部署：本方案采用分布式架构设计，模块之间相互独立，可根据市域铁路项目需要进行灵活的部署和硬件扩容，支持云平台部署。

3) 软硬件一体化设计：通过技术手段将CTC和ATS的软硬件进行融合，降低了城际铁路市域调度各系统间的耦合度，提高了系统的可靠性，减少了市域铁路的建设和运维成本，便于保持调度模式上的统一。

4) 采用标准化的外部接口：本方案在设计时尽量复用既有成熟的外部接口，并根据实际工程项目需求对既有接口进行修改或新增接口，与国铁线路间的接口按照既有国铁标准执行，可以完全满足既有国家铁路和城际铁路的无缝接入。

表2 市域铁路调度系统外部接口标准

4 结语

目前，我国着力发展的都市圈主要包括京津冀、长三角、粤港澳大湾区等，北京、上海、深圳、广州等城市现阶段都已经具备了较为完善的城市轨道交通建设体系。但是在都市圈市域铁路领域，各地的建设需求、信号制式选型及调度系统设计等方面的差异较大。如何实现调度层面的多网融合，建立与之匹配的市域铁路调度系统尤为重要。

本文从市域铁路的公交化和网络化运营需求出发，对国内既有的轨道交通调度系统进行了分析和对比，对CTC和ATS进行了融合设计，提出了市域铁路调度系统的设计方案，以期为后续基于多网融合的市域铁路调度系统建设提供参考。