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信号系统创新点式ATC信号系统介绍

发布时间:2016-08-12 09:45:49 编辑:gaoweinew
本文摘要:我们简单对市域、中低速城际做一个需求分析来看,目前把它定义为120-160公里,平均站间距小于10公里,平均运行间隔在3-5分钟。运行要求是公交化运营,具有ATO自动驾驶,可以有一些自动折返和精细的运营调整。


  各位领导、专家、同仁下午好。我简单介绍一下针对温州市域铁路做的点式ATC系统介绍。总的来说分三部分。

  一、规划与市域轨道交通

  我们国家从大铁到地铁建设非常多,从高铁来说标准已经非常确定了,基本上都在200公里以上,间隔在5分钟以上;从地铁来说,现在要求运行速度在100公里以下,运行间隔在2分钟,要求高密度全自动驾驶。目前在"十三五"规划当中,将近80条市域和中低速城际一般要求在100-160,间隔3-5分钟,目前这一部分还缺乏一个标准。目前已经初步设计或者完成招标的一些中低速的城际从温州和南京可以看到,最高运行速度是120多公里,招标要求点式ATC,有一些城际最高速度在100,从初步设计来说,运行的还是传统地铁的信号系统。

  我们简单对市域、中低速城际做一个需求分析来看,目前把它定义为120-160公里,平均站间距小于10公里,平均运行间隔在3-5分钟。运行要求是公交化运营,具有ATO自动驾驶,可以有一些自动折返和精细的运营调整。同时还有一些扩展线网互联互通和资源共享的需求。

  二、现代信号列控技术

  目前全世界主要有三种:欧洲大铁信号控制系统,中国国铁控制信号系统、城市地铁轨道交通CBTC信号系统。不管是中国还是中国的国铁,做标准是必须的,因为在欧洲和中国最主要的一个要求是互联互通。这种情况下做一系列的标准,从最开始较低速、较低级,随着技术的发展或对未来技术的展望,ETCS是欧洲铁路控制信号系统,ETCS-0、ETCS-1、ETCS-2、ETCS-3。对于中国来说也是,这里面和ETCS有一些对应关系,也是CTCS-0、CTCS-1、CTCS-2、CTCS-3、CTCS-4。不管是欧洲的还是中国的,最顶级的是欧洲是ETCS-3和中国CTCS-4,实际上都是移动闭塞,随着列车前行,后续车可以去追踪列车尾部。

  地铁从原理上来说和刚才的ETCS-3、CTC-4类似,走的移动闭塞,相当于列车在整个线路上运行。我的轨旁计算机知道每台列车的位置,我把相对应的前方追踪列车尾部信息告诉后续列车,这样列车可以进行整个线网当中的自动驾驶,但是实现方式又不同。因为对于ETCS欧洲铁路还是国内铁路来说,高速要求比较大、互联互通要求大,对地铁来说,高密度、低速运行,所以实现的技术特点略有不同。

  目前相对比较成熟三种,ETCS、CBTC、CTCS。在120-160公里市域或中低速城际来说如何选择,在过程当中一直在探讨。ETCS是一个欧洲的标准,很难把它照搬拿过来,它本身国产化率也比较低。另外,对于大铁来说,因为高速运行,目前自动驾驶还不支持。对于CTCS和中国国有铁路来说,它是基于轨道电路,能运行的目前为止在C2的情况下基于轨道电路。轨道电路从安装到传输距离长度,维修维护比较麻烦,目前ATO的功能还在完善当中,直接在120-160公里的情况下引进国有铁路对技术实现来说比较有难度。CBTC的系统特点是高密度、小间隔,这个系统是目前为止最先进的系统,但是相对比较复杂,造价高。如果我们想做资源共享、互联互通,现在协会在重庆等等也在摸索当中,目前使用CBTC对系统来说会比较复杂。

  三、温州S1线点式ATC系统

  在温州经过在设计院等很多家单位选择和调研当中,最后选择了基于欧洲点式设备,采用了CBTC平台。这个系统叫做点式系统,有三块。最开始做点式很有压力,理解为点式,现在都是连续式的移动闭塞,再去做点式是否是个创新?又作为一个示范性工程。最开始我们研究技术细节时很有压力,但随着技术越发理解和真正到详细设计阶段的时候,我们觉得这个系统的优点越来越多,我下面简单介绍一下。

  对于温州这个项目,我们的点式ATC系统有三个运行等级:一是全功能,我们叫做增强式点式。简单地说,在区间它是一个点式,列车每越过一个信号机会读到应答器,我知道前方走几个区段,从接近区到离去区域这一段我们增加了车无线通信,相当于是一个连续控制。包括车屏蔽门的开关,临时限速、ATO运行调整等等在站台上完成。

  二是降级。传统点式,所有移动授权都来自于信号机,信号机前方有个应答器,告诉我前方能行驶区段的闭塞分析数量、车载会形成防护曲线、驾驶列车运行。在这个情况下非常容易实现互联互通。

  三是联锁级。如果车载设备故障或者一些故障情况下,司机可以人工驾驶。我们在温州用了自动闭塞的区间,信号机会分三种显示,红灯、绿灯、黄灯。当我前面有车时红灯,第二个信号机是黄灯、绿灯,司机在人工驾驶时,我看到绿灯时非常明确地知道前方两个闭塞灯是空闲,当我看到前方是黄灯的时候,我知道下个信号机前必须停车,这样对司机的紧张程度来说起到很大的缓解作用。在以前的中国铁路C-0或C-1的情况下,用这种作为主系统进行驾驶,在这里我是作为降级系统。

  (PPT)这儿有一个简单的小动画,列车到站台行车,可以进行开关门,根据前面信号绿灯时前行,整个过程中后续的信号机自动显示。当然,后续列车也根据这个方式来行驶,正常情况下前后两列车在人工驾驶时一定要有两个闭塞灯的空闲。到站台时是连续的,列车在站台上确定停车以后会发出开门指令,通过无线可以让车门和屏蔽门同时打开,等确定屏蔽门关掉以后,轨旁的设备才给列车发出允许发车的指令。

  以前发生的问题是,司机可能比较着急,车门一关,我觉得关了我就去发车,但前方信号灯还是红灯,就会误闯。这种情况下,在站台区域设连续控制,我们保证站台是绝对记录ATO发车后才会对车载商的TOD有提示,允许发车,列车可以自动发车。这相当于在ETCS-1级别上,我们把站台区域变成了连续的控制,这个地方能够更安全、更有效地进行列车的控制,授权离开后司机发车。

  简单介绍一下系统特点:

  1.通过站台区域连续无线通信可以弥补传统点式ATP不足,提高系统安全性。

  2.在司机驾驶过程中,正常情况下从驾驶和运营感受在整个全线来说是CBTC连续式的驾驶感受,从而车与屏蔽门联动,ATO自动驾驶,终端站无人自动折返。在这些区域增加了一些连续式的功能、连续通信,所以它的驾驶感受和CBTC一样。

  3.基于自动闭塞的支持,速度、距离等同于以前的准移动闭塞式。对于司机来说,轨旁信号机的显示能给司机一个明确的显示意义,降低司机驾驶的紧张程度。目前地铁信号当中,轨旁信号机给司机基本上是一个红、一个绿,当看到绿的时候他并不知道前方有多远,第一不知道下一站信号机有多远,第二不知道下一个信号机显示什么颜色。我们用自动闭塞的方式基本上在区间保证信号机等间隔,要控制到一个质控距离当中。所以司机大概知道下一个信号机的距离,同时根据信号机显示的颜色知道下一家信号机的颜色,对司机的紧张程度可以缓解。

  4.这个系统硬件我们用的是ETCS-1的标准,但硬件平台采用基于CBTC的地铁信号系统平台,这样系统容量很大。第一,现在设计间隔是2.5分钟,运营间隔是3分钟,如果未来这条线有两分钟的间隔情况下,所有轨旁硬件都不动,只要把区间无线覆盖完成及修改软件以后,就可以直接升级为移动闭塞,可以实现两分钟的间隔。第二,轨旁采用的是标准设备,行车追踪的授权都来自于应答器。现在最难的互联互通是电子地图要求一致,这个不需要,因为我的授权就来自于轨旁应答器,我知道应答器的信息,告诉前方几个闭塞的空闲,这是非常简单的标准,对于资源共享和互联互通非常容易实现。

  我简单说一下总结,研究两年了。随着对这个系统研究,越来越觉得它的好。它有一个缺点,在说点式时有人会说点式在区间控制不连续、不完全。其实我觉得点式不是在区间控制不安全,因为本质上在区间行驶是有条件的,后车追前车,但前车被追到以后不可能前车发生大规模退行,所以这个过程当中移动授权未必需要连续式。如果真的发生了,在单相行驶过程中前车大规模退行,连续式也是不起作用的。

  它确实有一个不好的地方,当我因故在区间停车的时候,距离前面应答器大概5-10米的距离,我需要蹚行一段,正常情况下不会发生,因为设计间隔达到2.5分钟。正常情况下不会发生区间拥堵,这种情况很少。点式不是连续性的,不能随时更新前方的授权,所以间隔是在2.5分钟,确实达到两分钟很难,当然我区间布了很多信号机也可以实现,这就把系统做复杂了,失去它本身的优点了。在运行间隔3分钟的时候,用这种方式设计轨旁非常简单。

  我稍微强调一下优点,因为运行过程中优点特别明显,它的设计非常简单、标准。在座都是地铁同仁,有些不是信号专业,但知道信号是整个行车控制的核心,今天每个城市都应该有移动闭塞。移动闭塞的原理是列车在区间里行驶,我列车把我自己的位置信息告诉轨旁计算机,轨旁计算机搜索所有的列车位置信息,再告诉相应的列车。这个过程当中是个黑匣子,列车真实的信息即我们追踪的验证很难实现,因为它是动态的,我们没法用囚居法把真正追踪的间隔、位置信息验证掉。

  我们说点式是固体闭塞,其实本质上来说列车追踪不是追车,追的是前方区段。比如那个区段占用,不管是什么原因占用,是故障还是有车在用,后车不能进入到整个闭塞封区。这种情况下,我们设计非常简单、标准。温州全线50公里,大概有200多个闭塞封闭区,通过这种方式用一列车就可以实现全线任何一列的追踪,在验证和测试过程中它不会有漏。哪怕我们用轨旁的模拟方式,就可以实现全线的列车追踪,我的测试是完整的,我验证200多个区段,我的测试可以实现掉,而移动闭塞测试本质上是看不到的。

  还有一个是适合分段开通,因为轨旁应答器,我就知道前方两个区段风险与否。如果再有延伸,我就不断去做轨旁应答器的设计。轨旁设备不需要做增容,像北京到广东高铁一样,逻辑是一样的,我只需要不断延伸线路,我对轨旁计算机的容量不要求。今天CBTC系统中轨旁计算机管全线,牵一发动全身,每增加一段,哪怕前面增加一公里,都要修改轨旁计算机全线的电子数据库,修改每列车的全线电子数据库。我在验证过程中,为了防止把以前的更改掉,可能就要做全线的验证,而这个不用,因为我的轨旁就是分散的。

  列车定位非常简单。还有一个情况下就是一个闭塞封区,初期调试如测试2.5分钟,到未来哪怕最高峰真的2.5分钟的时候,肯定能实现。今天5分钟的间隔,一列车管全线20列车,等有一天我全线变成50列车或100列车时,我要知道所有列车的位置信息,我再告诉所有列车。当容量大到这个程度时,计算处理延迟等等在初期无法得到验证。而这种情况下可以无扩容限制,我只要初期测试验证了以后,远期哪怕车再增加几十列,我的系统保证能够完成。

  之前讨论过点式是否技术落后,其实点式有它非常独到的优点,就是因为简单,高速也可以用。京津城际西门子点式ETSC-1就是用的点式,实现了350公里的运行。这一块现在还没有一个真正的标准,我们通过S1的设计,我们的接口是很标准的接口,后续不管是哪个供货商,只要按照我们的协议去实现系统就可以实现互联互通。互联互通的实现具有先天性的,非常简单,因为我不需要统一电子系统,只是把我的指令性协议告诉它,它就可以实现。当然,后续也希望出一些更多标准,实现真正的互联互通。谢谢大家!

 

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