基于车车通信系统的折返能力研究

郭玉珊，成正波，陈绍文

(卡斯柯信号有限公司，上海 200071)

1 概述

轨道交通作为国内许多大城市群众出行的主要工具。在高峰时段，这些城市的骨干线路的行车间隔即使达到或小于2 min的运营设计极限，也已经不能满足群众出行的需求。本文提出在道岔区域对岔区进一步细分为道岔可动区域与道岔侧冲区域，同时通过优化道岔控制流程的方案来提升折返能力，再结合新一代车车通信的信号控制系统（TACS），从而提升整条线路的运营能力。

2 CBTC系统折返能力情况分析

2.1 CBTC系统折返原理

轨道交通中常用的终端折返站站型为站后折返，如图1所示。

图1中POE为列车进站时接车的干扰点，A点为站台区域的防护区段末端，B点为列车在折出时X2信号机开放所需出清的道岔区段末端。

图1 常用终端折返站站型示意Fig.1 Schematic diagram of station type for common terminal turn-back station

当前行列车出清站台防护区段A点后，后车进站的接车防护进路便可重新建立，后车刚好到达干扰点POE；列车从站前干扰点到终端折返站站台停车，当前行列车出清折返轨道岔区段B点之后，CBTC信号系统即可重新办理至折返轨的进路；计算最小列车折返间隔时，后续列车刚好从折返站台X2信号机出发至站后折返轨进行折返，列车到达折返轨后，开始执行换端操作。当前行列车出清另一侧的折返站台后折出进路建立，列车从折返轨驶向另一侧站台停车；待停站时间结束后，列车即可发车驶向下一站，整个折返过程完成。

其折返作业间隔如图2所示。从图2中可以看出，折返设计间隔公式为：

图2 站后折返间隔示意Fig.2 Schematic diagram of turn-back interval after entering station

其中列车进站的干扰点可以通过在站前一定的位置增设限速来进行优化，同时从折返轨折出时需前车出清站台也并非是列车能从折返开始折出的必须条件。因此，对于站后折返的能力实际上取决于折返时间的大小。

2.2 CBTC系统折返能力计算

通过对CBTC系统折返原理的分析可知，折返能力的关键取决于折返时间的长短，下面将重点介绍CBTC折返时间的计算。

如图1所示站型为例，相关的土建、车辆参数按照土建、车辆参数表考虑，如表1所示。

表1 土建、车辆参数Tab.1 Civil construction and vehicle parameter list

根据以上的土建、车辆参数，结合CBTC列车控制模型进行仿真计算，图1所示的站型的折返时间如表2所示。

表2 折返时间计算Tab.2 Turn-back time calculation table

分析可知，在CBTC系统下采用常用站后终端折返站站型的折返间隔可以达到116 s左右，能满足2 min的运营能力需求。

3 TACS系统折返能力情况

3.1 TACS系统折返原理

TACS折返同样采用轨道交通中常用的终端站后折返来进行说明，对道岔区域进行更进一步的细分，如图3所示。

图3 常用终端折返站-道岔细分示意Fig.3 Schematic diagram of turnout subdivision for common terminal turn-back station-

如图3将岔区细分为侧冲区域与可动区域。

侧冲区域：某对应道岔警冲标范围内的区域，前车出清侧冲区域后，后车即可进入侧冲区域。

可动区域：对应某道岔可以转动的部分，当前车出清道岔可动区域后，道岔即可转动至后车所需要的位置。

对TACS系统的结构进行简化，列车根据运行任务直接向前车或者轨旁申请运行前方的资源，而非依赖于CBTC系统的进路。因此在折返站对于接车而言，可根据与折返站台相连的道岔P2位置申请相应的资源，使得站台接车能力与正线的追踪间隔相接近；对于折入来说，TACS系统可实现在侧冲区域外方的追踪运行，由于道岔P8的侧冲区域、可动区域资源均分配给前车，因此后车仅能运行至道岔P8的侧冲区域外方；当前车出清道岔P8的可动区域后，前车便可向轨旁申请P8道岔定位的资源，在道岔转动的同时前车在折返轨完成换端，待P8道岔转动到定位后，前车便获得了P8出折返轨的可动区域资源，前车便执行折出任务至另一侧站台停车；当前车出清P8道岔可动区域后，后车便可申请P8道岔的可动资源，当前车出清P8道岔的侧冲区域后，后车便可申请P8道岔的侧冲资源，后车便可从P8道岔侧冲区域外方向折返轨运行；待前车停站时间结束后，列车即可发车驶向下一站，整个折返过程完成。

由于TACS系统折返时，其站台接车以及折返轨发车能力与正线追踪间隔相接近，因此TACS系统折返能力的关键点在折返时间。

3.2 TACS系统折返能力计算

基于同样表1的参数，结合TACS列车控制模型进行仿真计算，站型的折返过程如表3所示。

表3 TACS系统折返时间计算Tab.3 TACS system turn-back calculation table

通过以上分析，可知在TACS系统下采用相同的常用站后终端折返站站型折返间隔可以达到87 s左右，能满足90 s的运营能力需求。

4 CBTC与TACS系统折返能力对比

TACS系统相较于传统CBTC在资源细化方面进行了有效的优化，从而反映在折返能力方面主要体现在以下4点。

1）TACS系统结构简化后，列车可达到的ATO运行速度更高，同时TACS可做到列车在出清道岔2 m便可停车进行换端，从而缩短列车出入折返轨的走行时间6.8 s，如图4所示。

图4 CBTC与TACS系统ATO速度曲线对比Fig.4 ATO speed curve comparison diagram between CBTC and TACS system

2）TACS系统结构简化后，在道岔动作时间相同的情况下，列车获取资源的时间减少了4 s。

3）道岔资源细化后，TACS系统在列车入折返轨时在侧冲区域外方可实现前后车追踪运行，列车可提前7 s以上发车。

4）道岔资源细化后，TACS系统在列车出清道岔可动区域后即可提前9.4 s转动道岔。

5 总结

TACS系统相较于传统CBTC系统在道岔资源管理、系统结构简化、传输周期缩短方面进一步提升，使得折返能力可以达到90 s以内，相较于传统CBTC系统折返能力提升25%以上，从而使得采用TACS系统的轨道交通线路可以实现90 s的运营间隔。