卡斯柯信号有限公司 陈绍文
一启骥®TACS发展过程简介
国内城市轨道交通在经过了十多年高速发展后，地铁建设已初具规模，运营模式也由早期的有人驾驶向无人驾驶转变，信号制式先后经历了固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞，信号制式的升级发展的源动力是以技术进步为基奠，不断提高轨道交通的运能运力，以匹配高速的经济发展和市民出行需求。
然而轨道交通信号行业与传统电子信息化行业的本质区别在于，作为公共交通的承载体，信号行业以安全可靠为核心，在满足安全需求前提下才追求技术先进性，这也决定了信号行业的变革周期相对较长。当前主流的CBTC系统从最早标准定义至今已历经20年历程，期间通信技术、装备先进性虽不断发展，但其本源理念并无突破，这也导致CBTC系统自动化程度不断提升，而运力提升缓慢。
另外，轨道交通行业目前面临的挑战和需求包括运能增长、灵活运营、旧线改造需求以及降低运维成本，详细如图1所示。
图1轨道交通行业面临的挑战
随着网络化运营带来的超强客流和超常规运营的挑战，如何在同等边界条件下，实现更高的运营效率、更低的全生命周期成本，已成为行业关注的热点。列车自主运行系统（TACS），通过系统架构简化、资源管理细化和安全平台优化实现了安全、高效、灵活的列车运行控制，以应对上述挑战。国家发改委修订发布的《产业结构调整指导目录（2019年本）》也明确将TACS作为城市轨道交通装备的发展方向之一。
作为城市轨道交通信号系统的领先者，卡斯柯高度重视自主创新，以“应用一代、研发一代、储备一代”的超前眼光规划和推动新产品新技术的研发，最早于2010年启动了启骥®TACS系统的研究，2019年完成了产品发布，并于2021年最得了工程化应用。
二启骥®TACS系统架构
启骥®TACS系统在保留既有CBTC安全理念的基础上，对轨旁资源的控制方式进行了底层革新；对基础架构进行了重新定义。其宗旨为跨越式提升级运能运力、基础设备化繁为简、为运营方减员增效。
启骥®TACS系统架构如图2所示。
图2启骥®TACS系统构架
启骥®TACS包括以下主要设备：
Ø ATP/ATO子系统（车载控制器CC、轨旁资源管理器WRC、轨旁列车管理器WTC、目标控制器OC）
Ø 列车自动监控子系统ATS
Ø 通信子系统DCS
Ø 维护支持子系统MSS
三启骥®TACS系统原理
启骥®TACS系统通过平台优化、系统简化、资源细化三大关键创新，实现列车自主资源管理和主动间隔防护，系统结构化繁为简、功能应用以简驭繁，安全防护全程全面，关键创新包括：
l 平台优化
启骥®采用多核高性能安全平台，运算速度提升约20倍；可根据不同业务需求定制相应的处理机制，满足不同系统的升级需求，关键业务实时处理能力更快，测速定位算法更精准。
l 系统简化
传统的 CBTC 系统轨旁集中控制设备较多，数据流传输环节复杂，安全控制信息更新慢，导致系统运行效率受制约。启骥®精简了轨旁集中控制设备，缩短了数据流传输链的路径，实现了系统的扁平化，提高了系统的实时性。
l 资源细化
传统 CBTC 系统基于进路，轨旁资源管理颗粒度大，影响了列车追踪间隔。启骥®可根据列车运行任务自主申请轨旁资源，车与车之间直接通信，车载自主计算移动授权，提高了轨旁资源利用率，列车运行效率更高。
系统工作过程：
(1) ATS根据运行计划向列车发送运行任务；
(2) 车载系统根据ATS的运行任务主动申请轨旁资源；
(3) 轨旁资源管理器接收来自列车的资源申请命令，并将线路资源分配与释放指令发送至目标控制器，同时将资源分配锁定状态反馈给列车；进行道岔区域侧冲防护管理，防护区域管理等；
(4) 车载根据轨旁资源申请情况进行行车管理，通过与其它列车之间直接通信进行间隔防护，自主计算移动授权；
(5) 轨旁列车管理器负责管理及跟踪降级列车，列车降级无法申请资源时由其接管该列车进行资源申请及释放，并与相邻列车进行列车位置交互。
1 更安全
安全反应时间比CBTC 减少30%，更快响应内外部的条件变化，更早导向安全侧。
列车直接、主动参与到资源的联锁运算，改变之前列车间接、被动的参与方式，提供更全面的安全防护。
2 更高效
资源管理细化造就了启骥®TACS系统高效的特性。脱离CBTC系统中区域控制器和联锁关系的束缚，列车行车路径中所涉及到的资源点由其主动根据运行任务向轨旁设备申请，高效快捷。这也是启骥®TACS系统的运能运力可以跨越式提升的原因，其高效特性表现在：
- 优化了轨道交通运行过程中的关键指标，提升了运能，提高了效率。
- 细化了资源管理的颗粒度，资源的时空利用率更高。
相较于传统CBTC系统，启骥®TACS系统综合性能平均提升30%左右，详见图3所示：
图3启骥®TACS和CBTC系统性能比较
3 更灵活
扁平化的系统接口关系加之车载不再被动接受轨旁运算设备的指挥，使得启骥®TACS系统无论从地铁建设角度还是运营角度，都具有比传统CBTC系统更高的灵活性，如图4所示：
图4 启骥®TACS灵活性
- 任意站穿梭：实现任意车站间任意方向的快速往返穿梭运行，灵活应对突发客流。
- 任意点折返：根据前方运营线路情况，调度员可以随时调整列车的运行任务，实现任意点的立即折返、单线双向运行，灵活应对各种场景。
4 更经济
运能精准投放：可根据客流状态，在更大范围内高效投放车辆，实现客流和运能的匹配。
绿色节能、经济低碳：列车牵引制动快速协同，实现系统的节能管理，有效降低能源消耗。
停车列检库、折返轨、存车线长度更短，并可通过缩短列车编组减少车站长度。
运营维护成本减少：减少了集中控制轨旁设备，设备维护成本和功耗降低，节约了设备机房面积和电缆铺设维护成本。
5 易部署
设备的简化及全电子执行单元的应用必然为启骥®TACS系统的现场部署便利性提供了先天条件。
- 易改造-轨旁设备减少，改造便利，更短时间交付项目；较之传统CBTC系统，设备房面积减少40-50%，现场调试时间缩短30%。同时有效提升现场管理难度，减少安全风险。
- 易延伸-轨旁无需设备预留，提升延伸线路建设效率，并减少对既有运营段的影响。
- 易升级-车载多核，满足客户定制化系统升级需求。
五启骥®TACS系统工程化实践
启骥®TACS系统可有效应对当前轨道交通所面临的挑战，以下为启骥®TACS系统应用于新线建设和旧线改造的案例。
1 新线建设-深圳地铁20号线
深圳地铁20号线为首条采用TACS系统载客运营的地铁线路，图5为20号线搭载TACS车载系统的无人驾驶列车。
图5深圳20号线无人驾驶列车
线路特征：
- 全球首条商业运营的TACS地铁线路
- 设计最高时速120公里/小时
- 自动化等级GoA4
2 旧线改造-上海地铁3/4号线
上海地铁3/4号线作为上海线网最繁忙的线路之一，对运能要求十分苛刻，得益于启骥®TACS系统的高性能，加之其在旧线改造上的优势，以致其成为信号制式首选，图6为上海3/4号线改造总体架构图。
图6上海3/4号线系统架构
线路特征：
- 正线总长约61 公里，配有共线运营段和环线
- 46个车站/4个场段/98列电客车
- 自动化等级GoA3
采用TACS改造优势：
（1）运能提升
TACS系统较CBTC整体性能提升30%以上，可以有效地解决运能瓶颈，以适应未来客流增长的需求。
（2）改造工期短
改造工期是旧线改造所面临的一个难点，大部分作业均在夜间停运后进行，设备安装调试时间短。在同等条件下，较传统CBTC系统，TACS可以将线路改造工期缩短为2/3。
（3）对配线要求低
对于旧线改造，在系统升级改造过程中一般没有条件进行土建改造（如旧线停车场列检库一般不能满足无人驾驶模式自动停车需求），这对于升级为CBTC制式的无人驾驶运营模式造成一定的困难。而TACS系统对于配线长度要求更低，可以利用既有配线完成无人驾驶模式改造。
（4）与旧系统关联度少
由于架构精简，减少了联锁设备、次级检测设备，因此TACS系统可以不与旧系统发生关联，仅需对轨旁道岔和信号机等在分线盘进行切换控制。
（5）改造风险低
改造风险与改造设备的数量、接口数量、工期、调试项等直接相关，TACS系统可以最大程度降低或消除改造风险。
（6）技术先进
技术先进性也是旧线改造的关注点之一。按项目改造工期4到5年，改造完成后运营15-20年计算，从项目开始改造到其生命周期结束，20年的运营期间内，换代的系统需最大程度保持其先进性。从这方面考虑，首选目前最先进的系统制式是较为合理的。
