CTCS-2級列控系統(tǒng)數(shù)字化驗證平臺研究

張小舟 張亞東 郭 進(jìn)

隨著我國高速鐵路和客運專線的大規(guī)模建設(shè),CTCS-2級列車運行控制系統(tǒng)得到了廣泛地應(yīng)用與發(fā)展。列控系統(tǒng)的建設(shè)使鐵路信號技術(shù)產(chǎn)生了巨大變化,原有的以地面信號為主的控制方式轉(zhuǎn)換為以車載信號為主的控制方式,傳統(tǒng)的繼電邏輯、地面信號系統(tǒng)分散孤立,列車以人工控制為主的控制模式向數(shù)字化、車-地一體化、綜合化、自動化模式發(fā)展。這些重大轉(zhuǎn)變給信號系統(tǒng)的設(shè)計、驗證帶來了許多新課題,原有的鐵路信號設(shè)計、審核、驗證方法不能適用于現(xiàn)代以列控系統(tǒng)為核心的信號系統(tǒng)。因此,根據(jù)我國高速鐵路和客運專線建設(shè)的實際情況,研究 CTCS-2級列車運行控制系統(tǒng)的設(shè)計、方案優(yōu)化及驗證、試驗方法是十分必要的。本文根據(jù)中國列車運行控制系統(tǒng) CTCS的分級、設(shè)計方案和相關(guān)技術(shù)規(guī)范等,研究列控系統(tǒng)工程數(shù)據(jù)和設(shè)計方案的數(shù)字化驗證試驗問題,利用先進(jìn)的分布式計算機(jī)數(shù)字化仿真技術(shù)和工具,構(gòu)建面向高速鐵路 CTCS-2級列控系統(tǒng)工程設(shè)計的數(shù)字化驗證試驗平臺,可以提高列控工程設(shè)計質(zhì)量,縮短現(xiàn)場測試周期,降低測試成本。

1 數(shù)字化驗證平臺的總體架構(gòu)

根據(jù) CTCS-2級列控系統(tǒng)總體技術(shù)方案,結(jié)合列控工程數(shù)據(jù)和方案的數(shù)字化驗證需求,利用分布式計算機(jī)數(shù)字化仿真技術(shù),構(gòu)建高速鐵路 CTCS-2級列控系統(tǒng)數(shù)字化驗證平臺。數(shù)字化驗證平臺由五大子系統(tǒng)組成,分別為:控制中心仿真子系統(tǒng)、計算機(jī)聯(lián)鎖仿真子系統(tǒng)、列控中心仿真子系統(tǒng)、車載設(shè)備仿真子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)。數(shù)字化驗證平臺總體架構(gòu)如圖 1所示。

2 數(shù)字化驗證平臺各子系統(tǒng)功能及數(shù)據(jù)交互

2.1 控制中心仿真子系統(tǒng)

控制中心仿真子系統(tǒng)主要由全線運行顯示、仿真控制、統(tǒng)計分析等 3部分組成。該子系統(tǒng)實時讀取數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)的動、靜態(tài)數(shù)據(jù),完成整條線路和站場的圖形顯示和設(shè)備狀態(tài)的動態(tài)顯示。同時,該子系統(tǒng)實時接收車載設(shè)備仿真子系統(tǒng)的列車運行信息,完成列車運行顯示?？刂浦行姆抡孀酉到y(tǒng)可以給列控中心、計算機(jī)聯(lián)鎖等地面設(shè)備仿真子系統(tǒng)發(fā)送故障設(shè)置、臨時限速、進(jìn)路控制等命令,完成系統(tǒng)仿真控制功能。還可以對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計、分析,并可回放,輔助設(shè)計人員進(jìn)行方案評估。

圖 1 CTCS-2級列控系統(tǒng)數(shù)字化驗證平臺總體架構(gòu)

2.2 車載設(shè)備仿真子系統(tǒng)

車載設(shè)備仿真子系統(tǒng)主要由列車運行計算、ATP超速防護(hù)和司機(jī)駕駛 DMI等 3部分組成。該子系統(tǒng)實時與列控中心仿真子系統(tǒng)、控制中心仿真子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)等進(jìn)行通信,接收地面設(shè)備仿真子系統(tǒng)發(fā)送的軌道電路編碼、臨時限速和線路數(shù)據(jù)等;進(jìn)行信息有效性檢查并進(jìn)行相關(guān)處理;結(jié)合動車組數(shù)據(jù),計算并生成 ATP超速防護(hù)曲線 (包括緊急制動曲線、常用制動曲線、報警及允許緩解曲線),實時檢查當(dāng)前列車運行速度。當(dāng)列車運行速度超出報警速度則觸發(fā)聲光報警,當(dāng)速度超過 NBI則觸發(fā)常用制動,當(dāng)速度超過 EBI則觸發(fā)緊急制動。該子系統(tǒng)可以對司機(jī)駕駛 DMI界面和 ATP各種工作模式進(jìn)行仿真。

2.3 計算機(jī)聯(lián)鎖仿真子系統(tǒng)

計算機(jī)聯(lián)鎖仿真子系統(tǒng)主要由站場繪制、操作命令處理和已建進(jìn)路處理等 3部分組成。該子系統(tǒng)與控制中心、車載設(shè)備等仿真子系統(tǒng)通信,獲取進(jìn)路控制命令和列車位置,完成車站進(jìn)路鎖閉與解鎖等邏輯控制功能。

2.4 列控中心仿真子系統(tǒng)

列控中心仿真子系統(tǒng)主要由軌道電路編碼、信號機(jī)點燈、有源應(yīng)答器報文生成、區(qū)間運行方向控制等 4部分組成。該子系統(tǒng)實時與數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)通信,根據(jù)列車位置、管轄內(nèi)軌道區(qū)段狀態(tài)、邊界條件、進(jìn)路條件等信息,完成區(qū)間軌道電路編碼、站內(nèi)軌道電路編碼和區(qū)間信號機(jī)顯示控制。該子系統(tǒng)還可以根據(jù)車站計算機(jī)聯(lián)鎖仿真子系統(tǒng)的改方請求,完成區(qū)間運行方向及閉塞控制功能。

2.5 數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)包含線路靜態(tài)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和線路動態(tài)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。線路靜態(tài)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存放線路基本數(shù)據(jù),這些基本數(shù)據(jù)主要通過導(dǎo)入列控地面設(shè)備,由計算機(jī)輔助設(shè)計軟件生成用戶數(shù)據(jù)表,包括信號點軌道區(qū)段表、應(yīng)答器位置表、線路坡度表、線路速度表和列車進(jìn)路數(shù)據(jù)表。數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)將上述用戶數(shù)據(jù)表初始化成線路靜態(tài)數(shù)據(jù)。線路動態(tài)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存放線路信號設(shè)備的狀態(tài)信息和列車運行的動態(tài)信息,包括區(qū)間設(shè)備表、站內(nèi)設(shè)備表、無源應(yīng)答器報文表、有源應(yīng)答器報文表。該子系統(tǒng)主要完成線路靜態(tài)數(shù)據(jù)和地面信號狀態(tài)動態(tài)數(shù)據(jù)的存儲和管理功能,并作為數(shù)字化驗證平臺的數(shù)據(jù)交互中心。

3 數(shù)字化驗證平臺的實現(xiàn)

根據(jù)數(shù)字化驗證平臺總體架構(gòu)和各子系統(tǒng)功能及數(shù)據(jù)交互,采用 VC++6.0開發(fā)平臺和 TCP/IP通信協(xié)議,利用分布式計算機(jī)數(shù)字化仿真技術(shù),實現(xiàn) CTCS-2級列控系統(tǒng)數(shù)字化驗證平臺。并根據(jù)合寧線真實線路數(shù)據(jù)、列控工程數(shù)據(jù)和動車數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)字化驗證試驗。車載設(shè)備仿真子系統(tǒng) DMI,如圖 2所示。

圖2 車載設(shè)備仿真子系統(tǒng) DMI

在數(shù)字化驗證試驗過程中,DMI實時顯示目標(biāo)距離、目標(biāo)速度、允許速度和列車運行速度等信息,給出超速防護(hù)曲線,實時監(jiān)控列車運行速度。車載設(shè)備仿真子系統(tǒng)可以對數(shù)字化驗證試驗過程中所接收到的地面線路數(shù)據(jù)和控車信息進(jìn)行合理性檢查,例如:檢查區(qū)間無源應(yīng)答器存儲的線路坡度、線路速度和信號點軌道區(qū)段等數(shù)據(jù)的長度是否一致,如果發(fā)現(xiàn)有誤,則給出報錯信息,并將錯誤信息記錄下來,為列控工程數(shù)據(jù)的核對提供依據(jù)。

CTCS-2級列控系統(tǒng)數(shù)字化驗證平臺多車追蹤驗證試驗如圖 3所示。數(shù)字化驗證平臺還可以進(jìn)行各種故障設(shè)置試驗,如:應(yīng)答器故障、軌道電路故障和信號機(jī)故障等。通過 CTCS-2級列控系統(tǒng)數(shù)字化驗證平臺,可以對各種運行工況下的列控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化試驗,從而為列控系統(tǒng)設(shè)計方案的性能分析和優(yōu)化提供豐富的實驗數(shù)據(jù)。

圖 3 多車追蹤運行驗證試驗

4 結(jié)束語

本文介紹的 CTCS-2級列控系統(tǒng)數(shù)字化驗證平臺,已被中鐵第一勘察設(shè)計院和中鐵第二勘察設(shè)計院等單位采用,并被成功應(yīng)用于國內(nèi)多條高速鐵路和客運專線的設(shè)計當(dāng)中,提高了設(shè)計質(zhì)量和效率,縮短了現(xiàn)場聯(lián)調(diào)周期,降低了成本,取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

[1] CTCS-2級技術(shù)條件.鐵運函[2005]21號.

[2] 周明,胡斌.計算機(jī)仿真原理及其應(yīng)用[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2005.

[3] 鐵道部運輸局.CTCS技術(shù)規(guī)范總則.2003.

[4] 鐵道部運輸局.既有線提速 CTCS2區(qū)段車站列控中心通信接口協(xié)議.2006.

[5] 鐵道部運輸局.客運專線 CTCS-2級列控中心接口協(xié)議 (暫行).2008.

(責(zé)任編輯:張 利)