城市軌道交通cbc互聯(lián)互通技術(shù)探討

《國家城市市政基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃建設(shè)“十三五”規(guī)劃明確規(guī)定，要充分發(fā)揮城市公共交通在城市公共交通中的骨干作用。大城市和大規(guī)模城市必須積極建設(shè)城市公共交通網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化公共交通功能。滿足城市發(fā)展和交通需求的大城市必須根據(jù)城市發(fā)展和交通需求合理建設(shè)城市公共交通系統(tǒng)，以覆蓋主要交通走廊。在新一輪的城市軌道交通建設(shè)中,網(wǎng)絡(luò)化運營的CBTC(基于通信的列車控制)互聯(lián)互通系統(tǒng)是其顯著特點。1連接cbc系統(tǒng)的發(fā)展背景1.1各條線路獨立運營,未充分利用城市軌道交通經(jīng)歷上百年的發(fā)展,各方面、各專業(yè)都已形成體系,且比較成熟,但隨著時間的推移,一些問題也逐漸顯現(xiàn)出來,例如:客流分布不均衡,各條線路獨立運營,線路富余運能無法被利用;乘客只能通過車站換乘,無法滿足快速、直達(dá)的出行需求;線網(wǎng)中車站、車輛、信號、供電、車場等資源共享率低,資源未得到充分利用;換乘客流占上下車客流比例高(65%~82%),換乘站客流組織壓力大,存在安全隱患,增大車站規(guī)模也難以從根本上解決換乘壓力。1.2基于網(wǎng)絡(luò)化運營設(shè)計的互聯(lián)互通思想為了解決目前城市軌道交通的問題,結(jié)合國外城市軌道交通的發(fā)展經(jīng)驗,基于網(wǎng)絡(luò)化運營設(shè)計的互聯(lián)互通思想應(yīng)運而生。該思想既有利于實現(xiàn)資源合理分配,又能系統(tǒng)化提高服務(wù)水平;既彌補單線獨立運營帶來的很多不足,又可避免運營后再花時間和精力改造線路和車站1.2.1互聯(lián)互通cbtc系統(tǒng)的優(yōu)勢從城市規(guī)模角度考慮,互聯(lián)互通CBTC系統(tǒng)的重要性主要體現(xiàn)在兩個方面:(1)符合特大城市區(qū)域軌道交通發(fā)展的要求,特大城市30~70km圈內(nèi),形成了大量的通勤客流,互聯(lián)互通CBTC系統(tǒng)可提高線路和設(shè)備利用率,形成網(wǎng)絡(luò)化行車和客運組織;(2)符合中小城市軌道交通的要求,城市中心區(qū)需要高頻率的服務(wù),市郊需要較高旅行速度和延長運營時間的服務(wù)。除此以外,對于城市軌道交通建設(shè)單位,互聯(lián)互通CBTC系統(tǒng)也很有必要,例如共享車輛段、多線共軌運行、定制運行線路、分段建設(shè)和增購車輛、資源共享和調(diào)配、降低培訓(xùn)成本、網(wǎng)間運營等。1.2.2北京基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀互聯(lián)互通技術(shù)在國內(nèi)外已進(jìn)行了幾十年的探索和嘗試,以典型城市為例,北京基本是單線運營,互聯(lián)互通還沒有實現(xiàn);上海、香港實際采用同一家的信號系統(tǒng)平臺來實現(xiàn)共線運營;巴黎軌道交通基本實現(xiàn)了車輛、信號、線路的互聯(lián)互通;柏林的S-Ban系統(tǒng)在市區(qū)段采用多線共軌運行模式,實現(xiàn)共線運營1.2.3信號系統(tǒng)的配置從國內(nèi)外城市軌道交通互聯(lián)互通發(fā)展現(xiàn)狀可知,目前世界上實現(xiàn)互聯(lián)互通有5種處理方式(1)采用同一廠商相同制式的信號系統(tǒng);(2)加裝多套信號車載設(shè)備;(3)加裝多套信號地面設(shè)備;(4)采用通用的信號車載設(shè)備;(5)基于統(tǒng)一規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的信號互聯(lián)互通設(shè)備配置。采用第五種方法,能夠保護(hù)各制造商的知識產(chǎn)權(quán)與核心技術(shù),有利于形成健康的產(chǎn)業(yè)鏈,但這種方式實現(xiàn)起來也是技術(shù)難度最大的。1.2.4cbtc互聯(lián)互通接口對比要實現(xiàn)基于統(tǒng)一規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的信號互聯(lián)互通,面臨三個關(guān)鍵技術(shù)難題:(1)各個信號廠商的CBTC系統(tǒng)是獨立開發(fā)和設(shè)計的;(2)基于統(tǒng)一接口規(guī)范實現(xiàn)互聯(lián)互通,無成熟經(jīng)驗可參考;(3)不同廠商的CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通以后引進(jìn)新的危險源,如何確保其可靠性。如圖1所示。1.3互聯(lián)互通工程背景針對重慶軌道交通第一輪建設(shè)過程中存在的問題,重慶軌道交通(集團)有限公司在規(guī)劃二期工程4、5、10號線及環(huán)線(共4條線路,長168km)時,采用互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),并向國家發(fā)展和改革委員會申請國家示范工程項目。2國家示范工程2.1重慶軌道交通列車控制系統(tǒng)國家發(fā)展和改革委員會的三年行動計劃將重慶軌道交通互聯(lián)互通工程中的難點———CBTC互聯(lián)互通列為國家示范工程項目,并要求中國城市軌道交通協(xié)會(以下簡為“中城協(xié)”)組織編寫CBTC互聯(lián)互通規(guī)范及LTE-M(LTEforMetro)規(guī)范。針對重慶工程項目,重慶軌道交通(集團)有限公司組織編寫了重慶軌道交通列車控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)(CQTCS)。重慶軌道交通二期工程中標(biāo)的各信號廠商參與了重慶軌道交通CBTC互聯(lián)互通規(guī)范編寫,并依據(jù)行業(yè)CBTC互聯(lián)互通規(guī)范及重慶地方規(guī)范,進(jìn)行具有自主知識產(chǎn)權(quán)的互聯(lián)互通CBTC信號系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用。2.2重慶軌道交通cbtc互聯(lián)互通示范工程任務(wù)重慶軌道交通二輪建設(shè)的CBTC系統(tǒng)采用四條線四家供貨廠商,各線路間可實現(xiàn)共線、跨線運營,提高資源共享水平和網(wǎng)絡(luò)化運營水平。示范工程目標(biāo)分為兩個階段:(1)2017年5號線、10號線開通,實現(xiàn)共線運營;(2)2018年4號線和環(huán)線開通,實現(xiàn)跨線運營。重慶軌道交通CBTC互聯(lián)互通示范工程肩負(fù)4個主要任務(wù):(1)攻克CBTC互聯(lián)互通關(guān)鍵技術(shù)并研制出4家互聯(lián)互通CBTC的產(chǎn)品;(2)實現(xiàn)自主化信號系統(tǒng)的創(chuàng)新應(yīng)用、工程示范應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)化運營組織管理;(3)搭建互聯(lián)互通系統(tǒng)測試驗證平臺;(4)編制CBTC互聯(lián)互通技術(shù)規(guī)范體系并用實際工程驗證。2.3重慶連接鐵路和鐵路工程的特點重慶軌道交通二期工程規(guī)劃了4、5、10號線及環(huán)線4條線(設(shè)置4個聯(lián)絡(luò)線),4條線路概況如表1所示。2.4測試規(guī)范的修訂重慶軌道交通CBTC互聯(lián)互通的技術(shù)實現(xiàn)是:根據(jù)中城協(xié)牽頭制定的CBTC互聯(lián)互通技術(shù)規(guī)范,如接口規(guī)范、測試規(guī)范等,各信號廠家按照互聯(lián)互通規(guī)范開發(fā)產(chǎn)品,并在交叉測試平臺進(jìn)行交叉測試和反復(fù)驗證,測試通過的軟件產(chǎn)品發(fā)布到工程項目應(yīng)用。同時,針對交叉測試或工程項目過程中出現(xiàn)的問題,中城協(xié)制定了修訂規(guī)范的流程。重慶軌道交通互聯(lián)互通技術(shù)路線示意圖如圖2所示。2.4.1重慶軌道交通cbtc互聯(lián)互通相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2015年1月至今,為了編制重慶軌道交通互聯(lián)互通技術(shù)規(guī)范,做了大量工作:(1)組織4家技術(shù)專題會共計108次,形成會議紀(jì)要任務(wù)項200余項;(2)涉及接口、規(guī)范12項,更新各個接口、規(guī)范累計300余次;(3)參與討論的人員累計超過2300人次。重慶軌道交通CBTC互聯(lián)互通規(guī)范由互聯(lián)互通技術(shù)規(guī)范、地方規(guī)范、LTE-M規(guī)范三部分組成,如圖3所示。(1)CBTC互聯(lián)互通技術(shù)規(guī)范。CBTC互聯(lián)互通系列標(biāo)準(zhǔn)分為系統(tǒng)、接口、測試和工程4個規(guī)范,共17個部分。(2)地方規(guī)范。2017年2月,重慶軌道交通(集團)有限公司針對重慶工程發(fā)布地方標(biāo)準(zhǔn)DBJ50/T—250—2016《重慶軌道交通列車控制系統(tǒng)(CQTCS)標(biāo)準(zhǔn)》。一系列行業(yè)CBTC互聯(lián)互通技術(shù)規(guī)范是CBTC互聯(lián)互通的上位規(guī)范,即必要條件,缺一不可;將其結(jié)合地方規(guī)范,就成為這個城市CBTC互聯(lián)互通的充要條件(如圖4所示)。(3)LTE-M規(guī)范。CBTC互聯(lián)互通系統(tǒng)的實現(xiàn),通信平臺的互聯(lián)互通是基礎(chǔ)。在國家無線電管理委員會批準(zhǔn)1.8GHz專用頻段(1785~1805MHz)后,中國城市軌道交通協(xié)會啟動了LTEforMetro(LTE-M)的標(biāo)準(zhǔn)編制。LTE-M系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)分總體、接口、設(shè)備、測試、工程5個規(guī)范,共19個部分。2017年2月,《重慶市軌道交通CBTC1.8GHz車地?zé)o線通信系統(tǒng)頻率使用方案》獲市經(jīng)委批復(fù)(渝經(jīng)信無管(局)[2017]8號),1785~1790MHz、1800~1805MHz為互聯(lián)互通車地?zé)o線通信專用頻段。2.4.2重慶軌道與勞工的連接CBTC互聯(lián)互通產(chǎn)品要滿足上述規(guī)范,并具備以下功能:(1)點式功能;(2)CBTC功能;(3)支持共線、跨線運營。2.4.3技術(shù)保障作用重慶軌道交通互聯(lián)互通面臨的挑戰(zhàn)是各信號廠商驗證互聯(lián)互通進(jìn)行的交叉測試。交叉測試的基礎(chǔ)是交叉測試平臺,以驗證互聯(lián)互通CBTC功能。交叉測試平臺在工程實施中的技術(shù)保障作用如圖5所示。CBTC信號系統(tǒng)交叉測試平臺為工程項目實施提供有力支撐:(1)驗證是否符合CBTC互聯(lián)互通系列標(biāo)準(zhǔn)及重慶軌道交通互聯(lián)互通工程的功能需求;(2)減少對互聯(lián)互通線路正常開通的影響;(3)節(jié)省互聯(lián)互通線路現(xiàn)場測試時間;(4)提高系統(tǒng)的安全性、可靠性和可用性。交叉測試平臺在工程完工后,可建成第三方CBTC互聯(lián)互通測試平臺,成為CBTC互聯(lián)互通產(chǎn)品認(rèn)證機構(gòu)的簽約實驗室,也可作為互聯(lián)互通CBTC的產(chǎn)品研發(fā)基地和培訓(xùn)基地。2.4.4板段工作流程重慶軌道交通互聯(lián)互通工程項目有4條線,在調(diào)試過程中,每條線選取2個集中區(qū)作為樣板段,進(jìn)行室內(nèi)和現(xiàn)場工作,具體如圖6所示。2017年8月28日重慶環(huán)線列車在5號線地面(園博園中心集中區(qū))成功升級CBTC,是國家互聯(lián)互通示范工程的重要里程碑,標(biāo)志著國內(nèi)CBTC互聯(lián)互通時代的到來及CBTC互聯(lián)互通的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)取得了突破。3提出建議3.1重慶軌道交通網(wǎng)絡(luò)化互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)化運營的互聯(lián)互通CBTC系統(tǒng)從規(guī)劃、運營等層面都具有重要意義。在規(guī)劃層面上,實現(xiàn)城市軌道交通的整體規(guī)劃,降低換乘站的建設(shè)規(guī)模,通過共用降低車輛段建設(shè)規(guī)模,降低共用路段建設(shè)規(guī)模等,以降低城市軌道交通的建設(shè)成本;在運營層面上,實現(xiàn)更好的網(wǎng)絡(luò)化運營,降低培訓(xùn)和維護(hù)成本,減少乘客換乘,有效吸引客流,司機和調(diào)度人員的路網(wǎng)內(nèi)共享等,實現(xiàn)資源共享,更好服務(wù)人民出行。在城市軌道交通信號領(lǐng)域,國家示范工程項目有兩個:一個是重慶的CBTC互聯(lián)互通國家示范工程,另一個是北京燕房線全自動運行系統(tǒng)。將這兩個國家級的示范工程有機地結(jié)合在一起并加以拓展,就能構(gòu)成互聯(lián)互通的FAO(全自動運行)系統(tǒng),這是中國城市軌道交通信號系統(tǒng)的發(fā)展方向。城市軌道交通建設(shè)大致分為三個階段:網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃階段,招投標(biāo)階段,同期建設(shè)、分期建設(shè)。在今后的城市軌道交通建設(shè)中,建議如下:(1)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃階段:要將網(wǎng)絡(luò)化運營互聯(lián)互通作為考慮因素。(2)招投標(biāo)階段:對各專業(yè)提出要優(yōu)先考慮滿足互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)要求。(3)同期建設(shè)、分期建設(shè):城市軌道交通可能同期建設(shè)多條線,也可能分期建設(shè)多條線,一定要采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),便于可持續(xù)發(fā)展。重慶軌道交通互聯(lián)互通項目取得的成績,已引起國內(nèi)其他城市的關(guān)注和應(yīng)用,如北京、青島、長沙、貴陽、烏魯木齊等城市。后續(xù)建設(shè)網(wǎng)絡(luò)化互聯(lián)互通的項目,可分為兩種情況:一種為同期建設(shè)多條線路,另一種為分期建設(shè)多條線路,針對不同情況應(yīng)該采用不同方法。第一種情況,各條線路在互聯(lián)互通建設(shè)中要定期交流溝通;第二種情況,先建設(shè)線路要為后期項目建設(shè)的互聯(lián)互通做好充分準(zhǔn)備。3.2重慶fao系統(tǒng)加速在城FAO系統(tǒng)已在北京燕房線得到工程驗證,并在2017年年底開通。與此同時,互聯(lián)互通CBTC系統(tǒng)也已取得突破性進(jìn)展。因此,基于網(wǎng)絡(luò)化和云平臺的互聯(lián)互通FAO系統(tǒng)必將成為將來的發(fā)展趨勢。互聯(lián)互通的FAO系統(tǒng)應(yīng)是互聯(lián)互通CBTC系統(tǒng)的延伸和升級。CBTC互聯(lián)互通技術(shù)規(guī)范正在審批過程中。其包含系統(tǒng)、接口、測試和工程4個規(guī)范,共17個部分(如表2),在重慶示范工程共線運行得到驗證后,有望在2018年上半年發(fā)布。關(guān)于互聯(lián)互通的FAO系統(tǒng),面臨技術(shù)難度更大、系統(tǒng)集成度更高等問題