1、第 1 期应用技术都市圈市域快线多网融合列控系统贾飞(中铁建电气化局集团第四工程有限公司，410016，长沙高级工程师)摘要随着都市圈经济发展成熟，市域快线已逐渐成为构建都市圈轨道交通的重要制式之一。为进一步优化都市圈轨道交通运营管理、科学配置资源、节约通勤时间，研究不同制式列控系统之间贯通运营势在必行。通过分析当前国内外轨道交通融合发展现状，对比国内干线铁路 CTCS(中国列车控制系统)列控系统与城市轨道交通 CBTC(基于通信的列车控制)列控系统在系统架构、功能逻辑、信息流向等方面的技术差异性，结合多网融合列控系统设计需求，提出适用于市域快线的多网融合列控系统。关键词市域快线;贯通运营;多
2、网融合;列控系统;切换中图分类号U28448+2DOI:1016037/j1007869x202301039Multi-network Integrated Train Control System forMetropolitan Commuter ExpressJIA FeiAbstractWith the economic development of metropolitan ar-ea，commuter express has gradually become one of the impor-tant modes of constructing metropolitan rail t
3、ransit In order tofurther optimize the operation management of metropolitan railtransit，to allocate resources scientifically and save commutingtime，it is necessary to study the through train operation amongdifferent train control systems By analyzing the current statusof rail transit integrated deve
4、lopment in China and abroad，andcomparing the technical differences in system architecture，function logic and information flow of domestic trunk railwayCTCS and urban rail transit CBTC train control systems，amulti-network integrated train control system suitable for com-muter express is proposed cons
5、idering multi-network integratedtrain control system design requirementsKey wordscommuter express;through operation;multi-net-work integration;train control system;switchAuthors addressChina ailway Construction ElectrificationBureauGroupNo 4EngineeringCo，Ltd，410016，Changsha，China1轨道交通融合发展概况日本由于受地域条件
6、的限制，早期就实现了 J(日本铁路)和地铁互联互通运行。例如中央缓行线地下铁东西线及常盘缓行线地下铁千代田线，其列控系统是通过加装多套车载设备实现对地面列控系统的兼容1。伦敦中心城区隧道线路连接既有的西部和东部郊区线路，该项目也是通过安装三套车载系统，实现兼容核心线路 CBTC(基于通信的列车控制)、西部线路 ETCS(欧州列车控制系统)、东部线路 TPWS(列车保护和报警系统)三种制式的地面列控系统。法国大巴黎地区郊区线路及市域快轨(E)线路采用的列控系统有 KVB(列车速度控制系统)、SACEM(嵌入式系统)。为提高 E 线路中心城区的运能，在 E-E 率先采用 NExTEO(新东西线列车
7、运行系统)，实现 KVB、SACEM 等系统与CBTC 系统的地面设备及车载设备融合，并可实现装备 NExTEO 系统车载的列车开行至装备 KVB 系统、SACEM 系统的线路，实现贯通运营2。上海轨道交通 2 号线更新改造采用“TBTC(基于轨道电路的列车控制)+CBTC”双信号异型冗余方案，实现新建系统兼容既有设备3;重庆地铁 2号线一期(较场口站天堂堡站)通过增设车载VOBC(车载控制器)设备升级至 CBTC 系统，兼容既有 ATP/TD(列车自动保护/列车检测)系统。综上所述，国内外针对不同制式列控系统的贯通运营，除大巴黎地区 NExTEO 系统采用车地双向兼容的方案外，其余解决方案主
8、要通过车载设备叠加增设方式实现车地单向兼容。2CTCS(中国列车控制系统)与 CBTC 系统架构及功能对比国铁 CTCS 列控系统以 CI(计算机联锁)、TCC(列车控制中心)为核心，采用 TDCS(列车调度指挥系统)，设置 TSS(临时限速服务器)及 LEU(轨旁电子单元)实现对列车控制及超速防护。信息传输以 GMS-(铁路移动通信系统)为主，辅以轨道电1912023 年路、应答器报文等传输方式，并设置集中监测系统46。以珠三角城际铁路为例，该项目在 CTCS列控系统中叠加 ATO(列车自动运行)子系统实现列车自动驾驶、站台门控制等功能，但其 ATO 模块仍基本独立于整体系统工作7。CTCS
9、 构成及子系统间信息流向如图 1 所示。图 1CTCS 构成及子系统间信息流向图Fig1Diagram of CTCS composition and information flow a-mong subsystems城市轨道交通(以下简称“城轨”)CBTC 列控系统以 CI、ZC(区域控制器)、ATS(列车自动监控)为核心，实现一体化控制及集中调度，信息传输以WLAN/LTE-M(无线局域网/城市轨道交通车地综合通信系统)等无线技术为主。列车定位采用应答器和计 轴 组 合 方 式，并 设 置 集 中 监 测 系 统8。CBTC 系统构成及子系统间信息流向如图 2 所示。图 2CBTC 系统
10、构成及子系统间信息流向图Fig2Diagram of CBTC system composition and informationflow among subsystems相较于国铁 CTCS 列控系统，城轨 CBTC 联锁子系统功能更加丰富，可实现车站区间一体化控制，集成了站台门、SPKS(轨旁作业人员防护开关)、防淹门等一系列接口，ZC 整合了 ATP/ATO 及限速管理等功能。因此较 CTCS-2 级列控系统集成度更高、信息更丰富、功能更完备。国铁 CTCS 和城轨 CBTC 系统架构及功能特点对比如表 1 所示。由表 1 可知，国铁列控系统和城轨列控系统的系统构成、信息流向、功能逻辑
11、都相似，仅部分模块功能、传输媒介、接口形式有所差异。具体分析如下:表 1国铁 CTCS 与城轨 CBTC 系统架构及功能对比表Tab 1Comparison of architecture and functionalitybetween national railway CTCS and urban railtransit CBTC项目CTCS-2+ATOCBTC列控独立设置列控子系统，实现超速防护，轨道区段编码独立设置列控子系统，实现超速防护、自动驾驶、临时限速联锁独立设置联锁子系统，仅为车站联锁独立设置联锁子系统，车站区间一体化控制，具备进路触发、虚拟区段功能接口丰富集中调度TDCS 支
12、持多线路接入，具备线网控制能力ATS 线路级控制，自动化程度高，具备进路自动触发、自动折返功能及多种运营模式车地通信方式GMS-(ATO 信息)、轨道电路、应答器WLAN/LTE(长 期 演进)临时限速设置临时限速服务器集成于区域控制器轨旁定位设备轨道电路、应答器计轴、应答器ATO独立设置 ATO，仅具备自动驾驶集成 ATO，实现自动驾驶、折返、精准停车、站台门联动车载独立车载，接口协议公开，支持互联互通独立车载，接口协议因厂家 而 异，互 联 互 通困难监测独立设置监测系统独立设置监测系统1)线路数据存储及移动授权方式不同。CTCS-2 级列控系统线路数据存储于地面设备，并通过地面应答器及轨
13、道电路向车载设备发送目标点距离、线路速度和长度、临时限速等信息，车载ATP 据此计算列车控制曲线。CBTC 列控系统由车载设备保存线路地图信息，地面 ZC 通过无线方式向车载设备发送走行路径方向、目标点位置、临时限速等动态数据，车载设备根据自身定位自动计算列车移动授权9。2)车地通信技术不同。CTCS-2 级列控系统以轨道电路为主要传输媒介，叠加 ATO 模块后，还需增设 GSM-通道。传输方式方向单一、信道窄、迭代性 差。CBTC 列 控 系 统 传 输 方 式 以 LTE-M/WLAN 技术为主，且具备逐步向 5G(第 5 代移动通信技术)/6G(第 6 代移动通信技术)演进的能力，具有传
14、输速率高、带宽大、双向传输、抗干扰能力强、技术更新换代能力快等特点。在通信接口、协议方面，CTCS-2 级列控系统接口相对公开、单一;而 CBTC 列控系统以各自厂家为技术牵头方，接口私有化，难以满足不同厂家互联互通设计要求。3)ATO 功能及实现方式不同。CTCS-2 级列291第 1 期应用技术控系统中，ATO 作为相对独立单元可选配，但启用ATO 功能时，需额外开辟 GSM-通道以实现移动数据传输，并同步对 TCC、TSS 设备软硬件配套进行修改，以满足列车自动驾驶功能。CBTC 列控系统通过对 ATO 模块与 ATP 接口、联锁接口进行深化设计，使其功能深度嵌入其列控系统之中，列控设备
15、一体化趋势尤为明显9。另外，城轨 ATO 功能较 CTCS2 级列控系统也更为丰富。4)列控系统设备组成及功能不同。CBTC 列控系统无 TCC、TSS 设备，其相应功能分别由 ZC和 CI 设备实现。另外，CBTC 列控系统中的 ATS、CI 与 CTCS-2 级列控系统中的 CTC、CI 设备功能亦存在差异。3多网融合列控系统设计需求分析多网融合列控系统若要实现列车在不同系统间的贯通运营，需在设计层面统一需求。多网融合列控系统应至少满足如下几个方面的需求:1)选择多家供货商或多种协议互通的设备，以确保系统持久有效;2)接口协议需标准化、透明化，供货商各自的技术方案需相互独立;3)建议数据传
16、输和控制方案间保持相互独立，协议转换不得导致数据错误或失效;4)子系统层面需独立开发、独立运行，打造一个公开、透明应用平台，提升系统通用性、兼容性;5)系统应实现模块化、参数化设计，便于日后运营维护、更换及系统升级;6)符合 EN 50126、EN 50128、EN 50129 安全标准(SIL4 级);7)遵 守 基 于 通 信 的 列 控 标 准(CTCS 及CBTC)性能和功能要求(IEEE 14741)。4多网融合列控系统41多网融合列控系统车载方案结合多网融合列控系统设计需求，设计 CTCS-2与 CBTC 统一车载设备系统(即通用式列控系统:General Train Control System，GTCS)，该通用车载系统遵循统一接口协议、融合功能设计、兼容各类终端的设计思路，实现车载信息共享及计算输出。根据接收到的轨旁信息(轨道电路)和存储的电子地图数据，自动判断当前采取何种工作模式，实现不停车切换 CTCS-2 或 CBTC 两种制式。基于 CTCS+CBTC 的融合列控系统车载架构图如图 3 所示。包括主控单元(ATP/ATO，采用二乘二取二或三取二架构)、DMI/
