深圳都市圈城际铁路跨线运营列控系统适配分析

陈恒宇，杜 萌

1 建设背景

1.1 深圳都市圈城际铁路

根据《粤港澳大湾区发展规划纲要》，粤港澳大湾区将实现区域经济协同发展，构建“一张网，一张票，一串城”的网络化城际铁路运营格局，打造“轨道上的大湾区”[1]。根据国家发展和改革委员会批复的《关于粤港澳大湾区城际铁路建设规划的批复》(发改基础〔2020〕1238 号)[2]，深圳都市圈城际铁路共涉及11 条城际铁路，线路总长度约1 071 km[3]。

1.2 批复的工程应用的列控系统方案

目前深圳都市圈内已经开工建设穗莞深城际(新塘南—深圳机场)深圳机场至皇岗口岸段、深大城际(深圳机场—大亚湾)深圳机场至坪山段、深惠城际(前海保税区—惠东北)前海保税区至惠城南段、深惠城际大鹏支线(龙城—新大)等4 条城际线路。其中，穗莞深城际、深惠城际经批复，列车运行控制方式为CTCS2+ATO[4]；深大城际[5]、大鹏支线[6]列车运行控制方式为基于通信的列车控制(CBTC)。不同的信号制式对实现各种类型轨道交通线路间的“互联互通”和“公交化”运营目标提出了挑战[7]。

2 线网化运营需求

都市圈内不同城市的功能定位、人口分布、出行要求、轨道交通线路规模等存在差异。为了使多线换乘衔接合理、便捷，减少乘客的跨站台换乘次数和等待时间，充分利用同一经济区域内线路养护维修资源，需要从客流需求、维护需求、运输组织模式等多方面综合考虑成网条件下整个经济区域内轨道交通的运营需求[8]。

2.1 客流需求

在都市圈内开行跨线直达列车，可以减少乘客换乘的时间，避免大客流冲击下导致站台拥堵，实行有规律的客运组织。

初期建设的4 条城际铁路中，具备过轨条件的车站示意图如图1 所示：深大城际线与深惠城际线(五和站)，深大城际线与大鹏支线(坪山站)，以及深惠城际线与既有珠三角城际莞惠城际线(沥林北站)。

图1 具备过轨条件的车站示意图Fig.1 Stations with track crossing conditions

根据调研的客流预测相关结果，过轨换乘站和直通客流情况如表1 所示，通过对比分析发现跨线需求占比为33.9%～64.8%，有较大的过轨客流，具有开行直通跨线列车的需求。

表1 过轨换乘站和直通客流情况Tab.1 Cross-track transfer station and through passenger flow

2.2 运维需求

按照深圳都市圈城际铁路生产力布局规划的三级修布局方案，以及初期4 条城际铁路线路开通前应建成的动车存、检、修设施配套规划，深圳都市圈城际铁路生产力布局规划如图2 所示，具体如下。

图2 深圳都市圈城际铁路生产力布局规划Fig.2 Productivity layout planning of intercity railways in Shenzhen Metropolitan Area

（1）九围动车段。设2线三级检修静调库1座，2 线静调库线，4 线检修库，14 条存车线(28 列位，含日常存车24 列位，高级修缓存4 列位)，负责深大、深惠城际铁路列车的存车、一、二级修及深大、深惠、大鹏支线的三级修任务。

（2）新大动车所。设10条存车线(10列位)，3条维修工区线，负责大鹏支线列车的存车和一、二级修任务。

（3）新圩存车场。设14条存车线(14列位)，负责深惠城际铁路列车的存车任务。

（4）中心公园存车场。设12 条存车线(12 列位)，负责穗莞深城际铁路列车的存车任务。

根据生产力和三级修布局情况，深惠城际和大鹏支线列车均需过轨运行至九围动车段按规程进行维修，实现动车维修设施资源共享。

2.3 运输组织模式

基于客流需求和运维需求，在条件允许情况下，采用“直通+中转”相结合的线网化运输组织模式，能充分利用深圳都市圈城际铁路的路网结构特点，更好地满足动车存车、检修设施资源和旅客运输的需求[9]。

3 列控系统适用性分析

3.1 CTCS2+ATO

穗莞深城际南延、深惠城际计划采用CTCS2+ATO 列控制式，属于中国列车运行控制系统(CTCS)范畴。目前主要应用于城际铁路的CTCS2+ATO 列控系统，是在原有CTCS-2 级列控系统基础上增加了列车自动驾驶、车门与站台门联动控制、精确定位停车的功能，在确保稳定安全运营的基础上，可大大减轻值乘司机、站台客运人员的劳动强度[10]。

3.2 城轨CBTC

深大城际、大鹏支线采用CBTC列控系统。目前CBTC较多应用在城市轨道交通列控系统中。城轨CBTC列控系统采用无线通信传输，实现列车与地面间的双向数据通信，不依赖于轨道电路设备识别列车占用出清和信息的传送，列车按地面设备实时向车载设备提供的前方限速信息运行，提高了列车运行的安全性。城轨CBTC具备移动闭塞功能，列车可以根据前方列车提供的数据，计算最佳制动曲线，减少频繁的制动或减速，提高了区间运行能力[11]。

3.3 对比分析

CTCS2+ATO 列控系统目前采用的是中国国家铁路集团有限公司(以下简称“国铁集团”)印发的《城际铁路CTCS2+ATO 列控系统暂行总体技术方案》(铁总科技〔2013〕79 号)标准，对具体的设备类型、参数、接口等都作出了详细的规定，更偏向为一种产品标准，可调整空间有限，但是由于其标准统一，具备互联互通的特点。而城轨CBTC列控系统一般采用中国城市轨道交通协会的相关技术标准[12]，开放程度较高，能较灵活地根据用户需求作出调整，属于定制型系统，与城际铁路或不同轨道交通线路间的互联互通适应性不强。列控系统运营特点和典型应用情况如表2所示。

表2 列控系统运营特点和典型应用情况Tab.2 Operation characteristics and typical application of train control system

4 深圳城际铁路列控系统适配性分析

4.1 深惠城际与莞惠城际跨线运营

深惠城际与莞惠城际铁路皆采用CTCS2+ATO列控系统，在互联互通方面不存在技术问题。深惠城际铁路计划在现有CTCS2+ATO基础上，增加自动折返功能设计，需对车载设备、动车进行相关改造。此时若既有莞惠城际的列车进入深惠城际线运行则无法实现自动折返，会对运营效率产生一定影响。

4.2 深大城际与深惠城际大鹏支线跨线运营

深大城际与深惠城际大鹏支线列控系统按工程可行性研究政府批复为采用CBTC 功能的列控系统。深大城际与大鹏支线跨线技术标准可以参考借鉴重庆地铁互联互通CBTC标准或者北京地铁FAO(Fully Automatic Operation)互联互通标准，或结合城际铁路运营需求，重新建立标准以实现城际铁路CBTC列控功能。

4.3 深大城际线与深惠城际线跨线运营

深大城际和深惠城际铁路分别采用了CBTC和CTCS2+ATO 这2 种不同制式的列控系统，无法直接互联互通。为实现不同制式系统间的跨线运行，存在2 种解决思路：一是同时设置2 种地面设备以适配不同类型的车载设备；二是车载设备同时适配不同类型的地面设备[14]。

（1）同时设置2 种地面设备以适配不同类型的车载设备。在各线轨旁同时配置CTCS2+ATO 和城轨CBTC 地面设备，同时满足装备CTCS2+ATO 车载设备或城轨CBTC车载设备的运行需求。在地面信号设备构成方面，CTCS2+ATO主要包含了调度集中(CTC)、计算机联锁(CI)、列控中心(TCC)、临时限速服务器(TSRS)、通信控制服务器(CCS)、轨道电路、应答器等；城轨CBTC则是由列车自动监督系统(ATS)、计算机联锁(CI)、区域控制器(ZC)、应答器等设备构成。两者在设备结构方面存在较大差异，若采用此方案不仅在设备投入成本方面花费巨大，而且需要充分考虑系统间安全控制逻辑的相互耦合风险、轨旁设备布置、控制权限等实际情况，以免产生一些无法预料的问题。若融合CTCS2+ATO和城轨CBTC的公共设备为一个新系统，需要修改现行的地面系统规范体系，并且要对系统控制逻辑共同确认，技术难度较大。因此，该方案可行性较差。

（2）车载设备同时适配不同类型的地面设备。若要求车载设备可以同时适配CTCS2+ATO 线路和CBTC 线路的地面设备，车载设备可以为1 套兼容双制式设备，或者是同时配置2 套不同制式的车载设备。前台一直保持其中的一套车载设备处于主控工作状态，实现自动驾驶和超速防护的功能。另外一套处于备用工作状态，不参与实际列车运行控制。2 种制式的车载列控系统从结构上来看，都有主控单元、BTM(Balise Transmission Module)子系统、测速测距子系统、人机界面、列车接口单元、无线传输子系统、列车自动驾驶子系统(ATO)、司法记录单元。CTCS2+ATO 车载设备还配置有轨道电路读取器(TCR)和CIR 通信子系统。基于两者相似度较高这一特点，该方案更为可行。

若实现完全融合CTCS2+ATO 和城轨CBTC 车载系统，需要充分考虑到规范制定、安全平台、软硬件研发、试验验证和安全认证各个环节，整个过程周期较长。可以分为2 个阶段进行：第一个阶段为同时叠加配置2 套不同功能模式的车载设备；第二个阶段进一步做到单设备兼容双制式，将两者统一到同一台硬件单元内部，人机界面制定显示规范，统一按键设计或采用抗干扰性能符合要求的触摸屏；无线传输子系统现阶段的安全传输协议和通信方式存在一定差异，相应的融合方案需根据实际选择的车地无线通信方式制定；有些子系统的主体功能基本相同，具备共用条件的有BTM 子系统、ATO子系统、列车接口单元、司法记录单元等。

列车在深大城际和深惠城际跨线运营时，车载设备需要进行列控制式的切换。从系统功能来讲，城轨CBTC采用基于无线通信的列车定位和移动授权控制，CBTC列控系统定位及移动授权原理如图3所示；CTCS 采用基于轨道电路的列车定位和移动授权控制，CTCS 列控系统定位及移动授权原理如图4 所示[15]。2 种制式定位原理、移动授权原理不同，如果在运行过程中切换可能会出现隐患。故保险起见，需要指定区域停车进行列控制式切换，CBTC 与CTCS 制式转换示意图如图5 所示。车载由CTCS2+ATO 制式转换为城轨CBTC 制式后，需要一段人工保证安全驾驶列车运行规定距离，以实现列车车载设备获取定位位置信息，才能转入设备自动防护保证安全。

图3 CBTC列控系统定位及移动授权原理Fig.3 Positioning and mobile authorization principle of CBTC train control system

图4 CTCS列控系统定位及移动授权原理Fig.4 Positioning and mobile authorization principle of CTCS train control system

图5 CBTC与CTCS制式转换示意图Fig.5 Conversion between CBTC and CTCS standards

4.4 接轨站设备布置问题

对于深大城际和深惠城际接轨站——五和站，涉及到2 种制式列控系统的地面信号设备布置问题，五和站配线示意图如图6 所示。一是因为2 套计算机联锁功能和技术标准不统一，两场间的道岔控制、进路排列、接口方式等亟待解决。二是2 种制式下的应答器报文内容不一致，由于站场规模固定，在同一区域内布置2 种类型应答器，不同制式应答器之间可能会存在干扰，同时也可能存在误读应答器的风险，对2 种列控系统都会产生较大的影响。

图6 五和站配线示意图Fig.6 Wuhe Station wiring

4.5 标准制定审批准入的不确定性

此外，国铁集团主要负责CTCS 制式列控系统的标准制定和建设管理。深圳都市圈城际铁路因地方需求，对CTCS2+ATO 列控系统进行双车载和自动折返等适应性改造，可能会面临审批程序的不确定性。

5 结束语

深圳都市圈城际铁路线网互联互通运营是为了能够更好地满足区域城际铁路线网一体化客运服务提质增效的需求。如何在确保运输安全的前提下，以高速度、高效率、高密度运营需求为出发点，实现不同制式线路系统设备之间数据信息互通传输、不停车列车跨线制式切换都是亟待深入研究的问题。对深圳都市圈内初期建设的4 条典型城际铁路线路间跨线运营的列控系统进行适配性分析，对城轨CBTC 和CTCS2+ATO 两种列控系统的互联及运行互通提出一种可实现的方案，同时，也提出接轨站在地面设备布设及工程实现阶段审批准入制度方面可能遇到的问题，对工程设计和建设实施具有启发意义和实用价值。