全自动运行系统在市域（郊）铁路中的信号制式研究

摘要 现今市域铁路发展较为迅速，然而其在信号系统选择上仍存在技术挑战和互联互通的问题。基于此，文章针对市域（郊）铁路站间距大、速度目标值较高、运营组织灵活，公交化、网络化、自动化等工程特点，分析比较国内全自动运行线路的信号系统制式，对与城轨线路存在互联互通需求的市域（郊）铁路的信号系统选择进行论述，为类似工程提供借鉴参考。

关键词 市域（郊）铁路；全自动运行；CBTC；TACS

中图分类号 U284.48文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）02-0004-03

0 引言

市域（郊）铁路作为都市交通网络的重要组成部分，其高效、灵活的运营特性对于缓解城市交通压力、促进区域经济发展具有显著意义。而全自动运行系统（FAO）的引入对于提高市域铁路运营效率、保障运行安全具有重要的研究价值。考虑市域铁路的公交化、网络化及自动化需求，信号制式的选择不仅影响运营效率，更直接关系乘客安全与服务质量。此外，市域铁路与城轨线路之间的互联互通需求，对信号系统的兼容性提出了更高的要求。该研究旨在为市域铁路信号制式的选择提供科学依据，推动其技术进步，并为相关领域的工程实践提供参考。

1 市域（郊）铁路特点

近年来国家交通领域对“四网融合”高度重视，倡导大力发展现代化都市圈轨道交通网络布局，构建以轨道交通为骨干的通勤圈，推动市域（郊）铁路与干线铁路、城际铁路、城市轨道交通融合衔接，优先利用既有资源开行市域（郊）列车，有序新建市域（郊）铁路[1]。市域（郊）铁路在“四网”中处于承上启下的层级，存在建设投资主体多元化、服务对象对时效性要求高、运输组织方式灵活， 公交化、网络化、运行自动化及维护智能化等运营需求。

国内已开通或在建的市域（郊）铁路存在以下工程特点：

（1）网络化运营：在线网规划中部分市域（郊）铁路与国铁网、城轨网需有效衔接，存在列车共线、跨线互联互通需求。

（2）站间距较大：平均站间距约3～10 km，部分线路存在10 km以上长大区间。

（3）高架段占比较大：车站形式以地面高架站为主。

（4）速度目标值较高：一般在120～160 km/h之间，旅行速度一般不低于65 km/h。

（5）运营组织灵活：存在多种运行交路、“大站车+站站停列车”组合的越站运行模式，部分区段存在不同编组列车混跑的运营需求。

（6）列车运行间隔短：初、近期行车间隔较长（约4～15 min），系统能力要求按2～2.5 min间隔预留。

（7）供电制式不再单一：采用DC1500V或交流25 kV供电制式，交流供电存在电分相。

（8）公交化运营：乘客站台候车，服务对象更关注全线走行时间和发车间隔，尤其关注下一趟列车何时到达。

2 国内全自动运行线路发展现状

全自动运行（Fully Automatic Operation，即FAO）融合现代计算机、通信、控制和系统集成等技术，由信号、车辆、综合监控、通信、站台门等与列车运行相关的设备组成，实现列车运行全过程自动化。据不完全统计，截至2022年底国内轨道交通全自动运行开通线路详见表1。

目前已开通全自动运行线路的各大城市，其后续两年在建线路均按照全自动运行方案建设，不完全统计情况详见表2。

市域（郊）铁路具有速度目标值高、站间距大、公交化运营、多种运行交路、快慢车混跑等特点，国内类似工程如北京新机场线，郑许市域线，广州22号、18号市域快线，雄安至大兴机场线均按全自动运行系统标准配置。

另外，国内各家信号供货商已研发TACS系统，全国首条采用卡斯柯TACS商用线路深圳20号线于2021年年底开通试运营，上海3、4号线信号系统改造采用卡斯柯TACS，青岛6号线示范工程采用众合科技、富欣智控的TACS，北京11号线示范工程采用交控科技TACS。

3 全自动运行信号系统制式分析

全自动运行线路在建设初期提前进行顶层设计，按FAO标准筹备制定各类运营场景分析文件，进行独立第三方认证和安全评估，对核心子系统逐个完成各项调试，再进行多系统联动功能调试，FAO能显著降低司机劳动强度、减少人为误操作、提高自动化水平、提高整体性能、增强安全性，能更好地实现资源共享，提高运营服务水平。国内新建线路中全自动运行线路比例逐步增加，其基本运营场景详见图1[2]。

3.1 CBTC系统分析

国内FAO主流信号系统为基于无线通信技术的移动闭塞列车自动控制CBTC系统。CBTC配备列车自动监控（ATS）、区域控制器（ZC）、联锁（CI）设备、数据通信（DCS）各子系统设备，列车装配车载控制器（VOBC），轨旁配置信标、计轴、信号机等，通过控制中心对线路上的列车进行集中管理。在2个相邻ZC的边界处，VOBC设备持续与分界处两侧的ZC通信，完成区域控制切换。

由于CBTC基于进路的方式由联锁子系统进行轨旁资源统一分配、锁定和释放，导致其对资源的利用效率不够充分，系统轨旁集中控制设备较多、数据流传输复杂、安全控制信息更新慢，系统最高运行速度、区间最小追踪时间、折返能力无法进一步提升。此外，CBTC制式下的列车无法实现立即反向运行：当列车运行时前方区间发生故障，或者列车在区间运行时发生故障时，救援及故障处理效率较低，故障恢复时间长，对正常运营影响较大。

3.2 TACS系统分析

目前城轨领域已开始采用先进的基于车—车通信的移动闭塞列车自主运行系统（TACS）。TACS由列车自动监控（ATS）、车载控制器（OBC）、轨旁目标控制器（OC）、数据通信（DCS）和信号维护支持（MSS）各子系统组成。TACS将传统CBTC轨旁联锁和区域控制器（ZC）设备的功能集成至车载控制器（OBC）、轨旁目标控制器（OC），以车载控制平台为核心，通过“车—车通信”方式实现行车资源、列车位置信息的直接交互，列车自主办理进路、主动间隔防护[3]、自主调整、自主运行。在系统控制下，ATS将时刻表或实时人工进路计划下发给列车OBC，列车OBC向OC登记和查询行车资源，并根据进路需求向OC发送控制命令，OC更新登记实体资源，并对轨旁设备进行驱动与采集，然后，OC将实体资源（道岔、站台门等信息）和虚拟资源（临时限速等信息）发送给OBC；列车OBC向前车申请行车资源，申请成功后获取到前车移交的行车资源和列车位置信息，同时，接受其他列车申请释放的行车资源；列车OBC通过获取的行车资源、实体资源、虚拟资源、列车位置，计算出移动授权和安全制动曲线，在移動授权范围内防护列车运行。

TACS通过高精度行车管理的列车路径防护算法对线路资源进行占用和释放，安全防护能力灵活，可在任意位置为列车建立任意方向的安全进路，实现双向移动闭塞、全自动运行，任意一点折返，列车运行间隔可控制得比CBTC更短，列车折返区能力更强。

4 市域（郊）铁路中全自动运行信号系统的制式选择

市域（郊）铁路项目的自动化等级、信号系统制式的选择应立足于项目建设规划和线路的功能定位，与行车调度和运营组织要求相适应。当线网规划中某条市域（郊）铁路存在与城轨线路互联互通需求时，从网络化运营、协同管理、资源共享等角度出发，二者宜选用自动化等级兼容的互联互通信号系统。

与全自动运行线路互联互通的市域（郊）铁路信号系统需满足以下功能需求：

（1）运营组织灵活高效：列车运行控制精确可靠，自动调整发车间隔、运行速度和停车站点等参数应对潮汐客流的变化，运营效率和准时率高，与其他交通方式协调运行，确保在行车安全的前提下满足乘客的出行需求。

（2）列车调度高度自动化：全自动运行模式下实现无人驾驶或有人监控的自动驾驶功能，取消司机，由控制中心统一进行列车调度指挥，正常运营条件下中心自动监控并调整列车运行。

（3）安全可靠：在复杂运行环境下能防止碰撞、脱轨和其他危险情况的发生，准确控制列车的速度和位置，并提供紧急制动等安全控制和应急响应功能，保证乘客和列车的安全。

（4）可擴展性：列控系统需具备良好的可扩展性和适应性，支持新的车辆接入、线路扩建和互联互通需求，能灵活应对不同的运行模式和线路布局。

从技术层面分析，CBTC和TACS两种信号系统均满足市域（郊）铁路2.5～3 min行车间隔控制要求。CBTC系统及其后备系统的安全性和可靠性高，适用于与城轨线路全自动运行CBTC系统互联互通，满足大运量线路的时效性要求；CBTC技术瓶颈为设备架构复杂，区间最小追踪间隔和折返能力无法进一步提升。TACS对潮汐客流变化明显的线路行车调度和运营组织更灵活高效，系统架构较为精简，其不足是后备系统的安全性和可靠性有待验证，TACS要求车辆、通信、综合监控和站台门等系统必须按全自动运行标准配置。

从系统成熟度层面分析，CBTC系统技术方案在我国城轨领域已具备较丰富的全自动运行线路应用经验，在市域（郊）铁路已有多个工程开通，技术较为成熟、可扩展性较强。TACS系统仅在深圳20号线一期工程实现开通试运营，TACS在市域（郊）铁路中的适应性和互联互通关键技术有待工程验证。

综上，建设各方宜针对市域（郊）铁路功能定位和实际需求，综合考量运行环境的复杂性、运营调度的高效性、系统安全性和可靠性等因素，从技术成熟度、系统RAMS性能、资源共享、工程经济性、风险防范等多角度深入研究，评估系统在全生命周期内对项目运营成本、运力利用率、乘客出行体验、运营效益和投资回报的影响，权衡技术投入与经济效益，确定选用何种信号系统制式更加合适。

5 结语

该文对市域（郊）铁路中全自动运行系统的信号制式进行了深入分析与选择，重点考虑了该系统在适应市域铁路特有的运营需求方面的能力。通过对不同信号系统制式的综合比较，分析在提高运营效率、保障乘客安全以及优化资源配置方面的优势和局限。研究成果不仅为市域铁路信号系统的优化提供了理论指导，也为未来相关技术的发展和应用奠定了坚实基础。

参考文献

[1]鞠昕， 张艳兵. 从行车组织角度探讨轨道交通全自动运行线路设计[J]. 都市快轨交通， 2019（1）： 56-60+77.

[2]张军. 城市轨道交通全自动运行FAO系统工程建设探索与思考[J]. 现代城市轨道交通， 2022（2）： 18-22.

[3]汪小勇. 城市轨道交通基于车车通信的列车自主运行系统探讨[J]. 中国铁路， 2020（9）： 77-81.

收稿日期：2023-11-07

作者简介：刘畅（1987—），女，硕士研究生，高级工程师，研究方向：铁路信号工程设计与研究。