ATC移动闭塞系统在城市轨道交通的运用分析

第22卷 第4期 郑州铁路职业技术学院学报 V o.l 22 N o .4 2010年12月 Journa l of Zheng zhou R ail w ay V oca tiona l&T echnica l Coll ege D ec .2010

收稿日期:2010-08-29

作者简介:王大文(1967-),男,河北徐水人,郑州铁路职业技术学院运输管理系副教授。

ATC 移动闭塞系统在城市轨道交通的运用分析

王大文

(郑州铁路职业技术学院 河南郑州 450052)

摘 要:ATC 移动闭塞是一种区间不分割,根据连续检测先行列车位置和速度,进行列车间隔控制,确保后续列车不会与先行列车发生冲突,能够安全停车的列车安全系统。移动闭塞方式可最大限度地缩短行车间隔,代表了城市轨道交通信号系统的发展方向。

关键词:ATC 移动闭塞系统;城轨交通

移动闭塞的想法产生于上世纪60年代,由于当时技术条件的限制,难以变成现实。到了上世纪80年代,计算机技术和通信技术的飞速发展,为移动闭塞系统的实现创造了条件。近年来,各国相继投入力量研制基于通信的列车控制系统CBTC ,具有代表性的主要有法国国铁的ASTREE 、日本铁道综合技术研究所的CARAT 系统、欧洲铁道联盟研究所的ETCS 系统和美国加拿大铁路协会的ATCS 系统等。这些系统的共同点是列车和地面间有各种类型的双向通信手段,可以在确保列车运行安全的前提下,最大限度地缩短列车运行间隔,提高线路通过能力。在城市轨道交通系统中,信号控制系统可分为固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞几种模式。其中移动闭塞模式代表了信号控制系统的发展方向,其追踪列车间的安全间隔距离相比之下最小,能最大限度地提高线路运输能力。武汉轨道交通1号线、广州地铁3号线等项目相继采用了移动闭塞系统。而采用无线扩频通信的移动闭塞信号系统,在目前城市轨道交通系统中也倍受瞩目。1 闭塞方式比较

1.1 传统的固定闭塞信号控制

这是采用阶梯式速度控制方式,对应每个闭塞分区只能传送一个该分区所规定的最大速度命令码,称为固定闭塞系统。该方式不易实现列车的舒

适、节能控制,限制了行车效率的提高。随着通信技术、计算机技术的发展,为使城市轨道交通系统在技术水平上有所提高,更好地适应 小编组、高密度 的发展趋势,对于运量较大的城市轨道交通线路的信号系统设计时,一般考虑采用准移动闭塞ATC 系统或移动闭塞ATC 系统方案。1.2 准移动闭塞信号系统

这是采用一次模式曲线控制方式,并且可以根据地面信号设备提供的目标速度、目标距离、线路状态(曲线半径、坡道等数据)信息,车载设备计算出适合于本列车运行的模式速度曲线。该模式在城轨信号系统中有一定的运用,如上海地铁2号线和3号线、广州地铁1号线和2号线等。1.3 移动闭塞系统

这是采用交叉感应环线或无线扩频等通信方式实现列车定位和车-地之间双向大信息量数据传输的信号系统。地面不划分固定的闭塞分区,列车定位方式也不同于采用轨道电路的系统,其列车定位精度高。线路上的前行列车经ATP /ATO 车载设备将本车的实际位置,通过传输系统传送给轨旁的移动闭塞处理器,并将此信息经系统处理生成后续列车的运行权限,传送给后续列车的ATP /ATO 车载设备。列车控制采用实时速度-距离模式曲线控制方式,追踪运行列车的停车点仅为一个距前行列车尾

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部预留一定的保护距离处。由于能按照列车性能自动调整列车运行间隔,追踪间隔距离由前后列车的关系和线路情况等动态确定,故称之为移动闭塞系统。

2 轨道交通采用ATC移动闭塞的优点

2.1 能轻松达到90s的行车间隔要求,且当需求增长需要调整运营间隔时,无需改变或增加硬件。

2.2 可取消区间的信号机、轨道电路等地面设备,降低系统的安装维护费用。利用其精确的控制能力,可以有效地通过在折返区域调整速度曲线来减少在尽端折返线的过走防护距离,从而减少折返站的土建费用。

2.3 车上-地面可靠传输的信息量大,便于实现全程无人自动驾驶。全程无人自动驾驶方式是列车上没有任何驾驶员或工作人员的全自动方式。站停,发车、运行、折返、入库等过程由操作控制中心直接管理。主控中心可以更精确地控制列车按运行图运行,减少了列车在区间不必要的加速、制动,可节省能源,增加旅客舒适度。同时这种方式具备非常高的灵活性,对突然增长的能力需求和不可预见的事件具备敏捷的反应能力。

2.4 易于实现列车双向运行。当轨道交通系统因线路、车辆等故障造成运行中断时,可通过组织临时反向载客运行来保持轨道交通系统不间断运作。

从目前的技术成熟度来看,对于轨道交通来说,选用基于交叉感应电缆或泄漏同轴电缆的方案是比较合适的,相关的系统已在国外有多年成功的应用经验。如,新加坡轨道交通东北线设计能力单向达到75,000人次/小时,采用了ALSTOM公司的基于泄漏波导的移动闭塞信号系统,实现了最小列车运行间隔90s的营运目标。ALCATEL公司基于感应环线或泄漏同轴电缆的Se l T rac移动闭塞系统已在伦敦道克兰轻轨、吉隆坡LRT2、旧金山MUN I等城轨交通得到多年应用,被证明是安全、高效、灵活的列车控制系统。移动闭塞系统的列控方式均采用速度-距离模式。对轨道交通来说,在运营初期可采用相对位置方式(MB-V0方式),在远期运营要求提高后,可采用相对速度方式(M B-V方式),以进一步缩短行车间隔。在具体选择移动闭塞系统时,还必须考虑该系统的故障恢复能力和可靠性,并注意解决方案中是否有进行断轨检测和列车完整性检测的方法。此外,由于采用直线电机的系统一般将次级感应板铺设于轨道中间的地面上,因此联锁车站的配线不能采用交叉渡线,这会对联锁车站的道岔布置和折返车站的折返线布置产生一定影响,这也是需要考虑的问题。

3 采用ATC移动闭塞是实现系统通过能力的必然要求

城市轨道交通的通过能力是指在采用一定的车辆类型、信号设备和行车组织方法条件下,轨道交通线路的各项固定设备在单位时间内(高峰小时)所能通过的列车数。轨道交通的通过能力主要按照线路、列车折返设备、车辆段设备、牵引供电设备等固定设备进行计算。根据各项固定设备计算出来的通过能力,一般是各不相同的,其中通过能力最小的设备限制了整个线路的通过能力。因此,该项设备的通过能力即为线路的最终通过能力。

实践表明,对轨道交通系统来说,线路运能的主要损失发生在列车停站和终点车站的折返作业上。由于采用线性电机的车辆能为高密度运营需要的优良的加减速性能提供保证,结合移动闭塞技术,可以很容易实现 小编组、高密度的运营模式。一方面,通过减小列车编组、提高行车密度,使车站上下车人数得到分散,从而可以减小列车停站时间;另一方面,移动闭塞技术的精确控制和灵活运行的特性也有利于提高折返效率,从而可以从总体上减少线路运能的损失,达到每小时40对列车的系统通过能力。总之,从满足系统运营要求及系统的先进性考虑,轨道交通信号系统应采用移动闭塞技术。

4 采用ATC移动闭塞信号系统的可行性

移动闭塞系统采用先进的通信、计算机技术对列车连续控制,是经过实际检验的安全系统。移动闭塞技术已经在北美、欧洲、亚洲许多国家的轨道交通建设中得到应用。最早使用移动闭塞技术的温哥华无人驾驶轻轨系统至今已安全运行近20年,这充分验证了移动闭塞的安全性以及技术的成熟度。在中国,香港西线铁路工程于1998年采纳了伦敦铁路工程师协会的建议,使用先进的移动闭塞技术代替原来的固定闭塞设计方案,不仅使香港西线铁路实现了更短更好的运营目标-达到每小时每方向10万人次的运量,高峰期运行间隔90s,而且使工程总成本由原来的超过644亿美元降至517亿美元,节省造价约20%。可见,根据实际运营要求和当前信号技术的发展水平,轨道交通采用移动闭塞技术是必要且可行的。

5 客观存在的问题

就移动闭塞信号系统的投资而言,设备国产化率是很重要的一个因素。与准移动(下转第14页)

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