北京地铁4号线延伸信号系统方案分析

都市快轨交通・第22卷第3期2009年6月学术探讨 U RBAN RAPID RAIL TRANSIT北京地铁4号线延伸信号系统方案分析王　成1　赵波波2(1.中铁第四勘察设计院集团有限公司　武汉　430063;2.北京交通大学　北京　100044)摘　要　针对北京地铁4号线及其延伸,讨论线路延伸工程中信号系统适用的两种实施方案。

阐述这两种方案在北京地铁4号线延伸线路的实际应用条件,重点分析其系统结构以及对既有线路信号系统的影响,并从实施难度、影响范围等方面对这两种方案进行比较。

结果表明,这对国内城市轨道交通线路延伸工程中信号系统的建设具有一定的参考意义。

关键词　北京地铁4号线　轨道交通　延伸线路　信号系统随着我国城市轨道交通事业的快速发展,既有轨道交通线路的延伸改造已经变得很普遍,并逐渐形成轨道交通建设的一种形式。

受城市轨道交通信号系统发展水平的限制,目前被广泛应用于城市轨道交通领域的主流ATC(automatic train control)系统,因生产商的不同,其信号产品不相同且互不兼容。

这意味着当既有的轨道交通线路延伸及扩展时,新建信号系统与既有线信号系统的结合存在很大难度。

在既有线路信号系统的基础上,如何既能够满足延伸工程的需求,又能够与既有线路的信号系统实现无缝兼容,成为必须解决的关键问题。

本文结合北京地铁4号线延伸工程规划,对延伸工程中的信号系统设计方案进行初步分析和讨论。

1　方案介绍北京地铁4号线工程,正线线路全长约28km,共设车站24座,信号系统采用泰雷兹公司提供的基于通信的列车控制系统(以下简称CB TC系统,典型系统结构如图1所示)。

根据北京市轨道交通线网规划,北京收稿日期:2008211228　修回日期:2009202212作者简介:王成,男,助理工程师,从事轨道交通信号系统工程设计工作,wangcheng0113@1631com 地铁4号线将向北延伸8km,约增加4个正线车站,向南延伸21km,约增加11个正线车站,与正在建设的大兴线贯通运营。

A TS—列车自动监督;ZC—区域控制器;DS U—数据库存储单元;W RU—轨旁无线单元;OB RU—车载无线单元;V OB C—车载控制器图1　CB TC典型系统结构示意图在北京市轨道交通线网规划中,考虑了北京地铁4号线的南延及北延工程,而既有4号线工程在信号系统方案设计时没有考虑南延和北延的需求,因此既有信号系统没有预留接口条件,导致南延和北延工程的信号系统方案实施存在一定难度。

针对这种情况,结合CB TC系统结构特点,讨论两种实施方案。

1.1　方案1:利用既有线路信号系统预留的扩展容量 方案1的基本思路是:基于既有4号线信号系统预留的控制余量进行扩容改造,信号系统使用与既有4号线相同的产品。

北京地铁4号线在考虑了预留工程扩展容量的同时,对于正常控制容量的监控能力考虑有20%的富余量。

考虑到4号线北延线路长度只有63北京地铁4号线延伸信号系统方案分析U RBAN RAPID RAIL TRANSIT 8km ,约增加4座车站,那么从信号系统的监控能力上看,既有4号线信号系统的监控能力能够满足线路北延的需求,表现在以下几个方面:一是既有4号线信号系统ATS (automatic train supervision )子系统具有监控4号线北延车站及因线路延伸而新增加车辆的能力;二是既有4号线信号系统A TP (automatic trainprotection )、A TO (automatic train operation )子系统的控制余量能够满足北延线路的需求;三是既有4号线信号系统的数据通信子系统DCS (data communicationsystem )的预留余量能够满足北延所需要的网络连接;四是信号维护监测网络的预留余量能够满足4号线北延的需求;五是既有4号线信号系统DSU 子系统的存储容量及数据处理能力能够满足4号线北延的要求;六是既有4号线所有车载信号设备的存储容量能够满足北延线路数据的增加,车载设备软件具有升级能力,可以满足北延线路的要求。

方案1的系统结构如图2所示,图中虚线部分为信号系统扩展需增加的设备。

该方案不会导致既有4号线信号系统在系统层上增加设备(如A TS 、DSU 设备等),但需要对系统软件进行升级,对相关数据进行调整,这些内容包括且不限于DSU 数据的更新及软件升级、车载设备软件的升级、运行交路及时刻表的调整、A TS 人机界面的调整。

图2　方案1的系统结构示意图1.2　方案2:独立建设,系统互联由于4号线南延线路为21km ,约增加11座车站及大约30列车,已经远远超出了既有4号线信号系统的控制能力,因此4号线南延线路利用既有信号系统进行扩容改造是不可能实现的。

一种可行的方案是:南延线路采用与既有4号线相同的信号设备,建设独立的信号系统,并使之与既有4号线信号系统互联。

如图3所示,在方案2的系统结构中,A TS 子系统独立于既有线建设,并使二者互联,从共同的时刻表编辑器下载统一的列车时刻表,分别由各自的时刻表服务器在各自的控制区域内控制列车运行;A TP 子系统、A TO 子系统独立于既有线建设;DCS 子系统独立于既有线建设,并在车辆段以局域网子网互联的方式与既有线建立联系和交换信息;延伸线信号系统设置独立的DSU ,采用与既有线DSU 相同的数据库形式及数据,并与既有线DSU 互联,所有车载设备分别从两处DSU下载数据。

图3　方案2的系统结构示意图在方案2中,线路延伸后增加的列车需采用与既有线相同的车载信号设备。

而对于线路临时限速、区间封锁、车站关闭等信息,A TS 可以通过互联的DCS 子系统,发送到所有在线列车的车载设备上。

2.3　方案1和方案2的比较在以上两种方案中,方案1是系统自身的扩展,无需增加系统层设备,容易实施,且节省投资。

但是,该方案需要在既有信号系统的基础上进行扩展,信号系统设备的选用具有局限性;线路延伸后需要对既有线信号系统软件进行升级,给既有线运营造成影响。

另外,既有信号系统的控制容量被延伸部分利用,使延伸后的整个信号系统在较高的负荷状态下运行,增加了系统风险。

方案2独立搭建延伸线信号系统,最大程度地减少了对既有线运营的影响。

但是,由于采用独立建设的方式,使建设成本增加,且需要解决跨系统切换的问题。

2　国产化方案分析如果延伸线采用与既有线相同的信号系统,那么将会给延伸线路的信号设备采购带来极大的局限性。

目前,国产CB TC 系统已经初具规模,并拥有自主的知识产权,在延伸线路采用国产化设备具备一定的可行性。

采用国产设备的关键在于使国产系统与既有信号系统兼容,列车在跨系统行驶时能够实现顺利切换。

在延伸线路独立建设国产信号系统,使其与既有73都市快轨交通・第22卷第3期2009年6月 U RBAN RAPID RAIL TRANSIT信号系统互联,主要包括以下几个方面:一是A TS子系统与既有信号系统A TS子系统相互兼容,关键是通信协议及传输信息格式要相同;二是新增车载设备与既有信号系统兼容,使新增列车在既有线上无缝运行;三是DSU的数据库形式及数据必须与既有信号系统的DSU相互兼容并与其互联,所有车载设备分别从两处DSU下载数据。

3　边界控制与切换当列车在既有线与延伸线上运行时,列车控制权可能需要切换。

如何简单、合理、高效地处理边界列车控制权的切换,也是需要重点考虑的关键问题。

方案1:由于利用既有线的预留控制余量对延伸线进行控制,改造后仍是完整的系统,因此不存在边界,也就不存在切换的概念。

方案2:当列车运行到既有线与延伸线的边界时,需要进行控制权的切换。

此时,接近列车同时向两线A TS发送车次号、ID号等相关信息,A TS通过车次号及时刻表等相关信息的校验,实现列车控制的自动切换,相邻ZC开始向列车发送移动授权。

4　结论笔者结合北京地铁4号线的具体情况,讨论了线路延伸工程中信号系统的两种建设方案,并分析了采用国产设备实施方案的可行性。

随着轨道交通线网规划的日趋完善,既有线路的前端预留与接口改造将为后续的线路延伸工程做好更加充分的准备,延伸工程信号系统的建设方案也会更加成熟完善。

随着轨道交通信号系统技术水平的不断提高,不同信号产品的兼容及互联互通将成为可能,为今后延伸线路的信号系统工程提供更加完善的解决方案。

参考文献[1]廖理明,郜洪民.轨道交通延伸工程车站信号改造方案[J].铁道通信信号,2007,43(11).[2]林瑜筠.城市轨道交通信号[M].北京:中国铁道出版社,2008.[3]杨兴山,李国庆.既有线改造对运营的影响分析与对策[J].现代城市轨道交通,2008(6).[4]沈丽萍,陈茜,李洪.城市轨道交通超长线路规划问题研究[J].城市轨道交通研究,2008,11(11).[5]G B50157—2003地铁设计规范[S].北京:中国计划出版社,2003.[6]北京市轨道交通建设管理有限公司.北京地铁4号线工程招标文件[G].北京,2005.(编辑:郭洁)Options of Signaling System for the ExtensionProject of Beijing Subway Line4Wang Cheng1　Zhao Bobo2(1.China Railway SIYUAN Survey and Design Group Co.,Ltd.,Wuhan430063;2.Beijing Jiaotong University,Beijing100044)Abstract:Considering the signaling system project for B eijing subw ay Line4and its extension,t w o different implementation options are discussed.The application conditions for the tw o options and in particular the influence of their system structures on existing signaling system are analysed.A comparison is performed bet w een t w o options in terms of implementation diff iculties and incidences.The project is of great signif icance for the construction of signaling system in urban rail transit. K ey words:B eijing subw ay Line4;urb an rail transit;extension;signaling system青岛350亿资金注入轨道交通项目 2009年4月15日,山东省青岛市有史以来贷款金额最大、社会影响最广、银行综合授信最高的银团项目———青岛国信集团轨道交通项目签署合作协议。