CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)等級(jí)轉(zhuǎn)換運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景分析與研究

呂書麗 郝長(zhǎng)軍

*中國(guó)鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所 助理研究員,100081 北京

**北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院 工程師 (鐵道部C3技術(shù)攻關(guān)組成員),100073 北京

CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)是基于無線信息傳輸(GSM-R)的列車運(yùn)行控制系統(tǒng),通過車-地信息的雙向傳輸實(shí)現(xiàn)了列車的閉環(huán)控制,有效提高了列車的運(yùn)營(yíng)效率。CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)主要運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景包括注冊(cè)與啟動(dòng)、注銷、進(jìn)出動(dòng)車段、等級(jí)轉(zhuǎn)換、行車許可、RBC切換、自動(dòng)過分相、重聯(lián)和摘解、臨時(shí)限速、降級(jí)情況、災(zāi)害防護(hù)、調(diào)車作業(yè)、人工解鎖進(jìn)路、特殊進(jìn)路共 14個(gè)場(chǎng)景文件,其中等級(jí)轉(zhuǎn)換場(chǎng)景較為復(fù)雜,現(xiàn)對(duì)該場(chǎng)景進(jìn)行初步分析研究。

1 從 CTCS-2級(jí)區(qū)域進(jìn)入 CTCS-3級(jí)區(qū)域

1.1 應(yīng)答器設(shè)置原則

1.1.1 應(yīng)答器冗余設(shè)置

為了提高系統(tǒng)的可用性,RBC連接應(yīng)答器組和等級(jí)轉(zhuǎn)換預(yù)告應(yīng)答器組均應(yīng)冗余設(shè)置。在圖 1中,BGA1和 BG A2中均應(yīng)包含通信會(huì)話管理信息包 P42。BG A1和 BGA2作為等級(jí)轉(zhuǎn)換預(yù)告應(yīng)答器組,用于列車定位,不發(fā)送等級(jí)轉(zhuǎn)換信息。當(dāng)列車前端通過 BG A1和 BG A2時(shí),車載設(shè)備向 RBC報(bào)告列車位置,RBC就可以知道列車接近的準(zhǔn)確進(jìn)路,然后根據(jù)等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)內(nèi)方的聯(lián)鎖進(jìn)路條件,決定是否發(fā)送行車許可。BG A3作為等級(jí)轉(zhuǎn)換執(zhí)行應(yīng)答器組,發(fā)送有條件等級(jí)轉(zhuǎn)換命令 (信息包P46)。下面對(duì)應(yīng)答器丟失情況進(jìn)行分析。

圖1 TCS-2級(jí)進(jìn)入 CTCS-3級(jí)區(qū)域示意圖

1.BG A1丟失,不會(huì)影響等級(jí)轉(zhuǎn)換的正常流程。當(dāng)列車前端通過 BG A2時(shí),車載設(shè)備呼叫RBC并建立通信會(huì)話,RBC向車載設(shè)備發(fā)送等級(jí)轉(zhuǎn)換命令及越過等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)的 MA。

2.BG A2丟失,不會(huì)影響等級(jí)轉(zhuǎn)換的正常流程。當(dāng)列車前端通過 BG A1時(shí),車載設(shè)備呼叫RBC并建立通信會(huì)話,RBC向車載設(shè)備發(fā)送等級(jí)轉(zhuǎn)換命令及越過等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)的 MA。

3.BG A3丟失,不會(huì)影響等級(jí)轉(zhuǎn)換的正常流程,因?yàn)楫?dāng)列車前端通過 BG A1或 BG A2時(shí),車載設(shè)備接收到了 RBC發(fā)送的等級(jí)轉(zhuǎn)換命令和越過等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)的MA。當(dāng)列車前端通過等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)時(shí),車載設(shè)備從 CTCS-2級(jí)轉(zhuǎn)換為 CTCS-3級(jí)并且使用先前 RBC發(fā)送過來的 MA。

4.BG A 2和 BG A 3均丟失 (或者 BG A1和 BG A3均丟失),不會(huì)影響等級(jí)轉(zhuǎn)換的正常流程。當(dāng)列車前端通過了 BG A1(或者 BG A2)時(shí)列車呼叫 RBC并建立通信會(huì)話,RBC向車載設(shè)備發(fā)送等級(jí)轉(zhuǎn)換命令及越過等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)的 MA。

1.1.2 進(jìn)入 CTCS-3級(jí)區(qū)域的線路上存在分歧道岔

若在進(jìn)入 CTCS-3級(jí)區(qū)域的線路上有分歧道岔,則等級(jí)轉(zhuǎn)換預(yù)告應(yīng)答器組 (LTA)應(yīng)設(shè)置在道岔的后方(如圖2所示),這樣做的目的:

圖2 分歧道岔的應(yīng)答器布置

1.如果已經(jīng)建立了無線連接的列車駛向線路 3,則列車在經(jīng)過 RBC連接取消應(yīng)答器組 (RT)時(shí),僅斷開無線連接即可。

2.如果已經(jīng)建立了無線連接的列車直行經(jīng)過了 LTA,RBC才對(duì)該列車發(fā)送等級(jí)轉(zhuǎn)換命令和行車許可。

1.1.3 進(jìn)入 CTCS-3級(jí)區(qū)域的線路上存在匯合道岔

若在轉(zhuǎn)換到 CTCS-3級(jí)的線路上有匯合道岔,則 LTA應(yīng)設(shè)置在道岔的前方 (如圖3所示),這樣RBC知道是哪列車經(jīng)過了 LTA,并且僅對(duì)該列車發(fā)送行車許可。

圖3 匯合道岔的應(yīng)答器布置

1.1.4 應(yīng)答器組設(shè)置距離原則

GSM-R連接點(diǎn) (GRE)、RBC連接點(diǎn) (RE)、轉(zhuǎn)換預(yù)告點(diǎn) (YG-2/3)的設(shè)置需滿足 CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則 (V2.0)中的規(guī)定。如圖 4所示。

圖4 等級(jí)轉(zhuǎn)換應(yīng)答器組設(shè)置示意圖

1.1.5 應(yīng)答器信息覆蓋范圍分析

CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則 (V2.0)中規(guī)定:CTCS-2級(jí)線路可間隔 1個(gè)閉塞分區(qū)設(shè)置區(qū)間無源應(yīng)答器組。應(yīng)答器報(bào)文編制原則規(guī)定:對(duì)于區(qū)間應(yīng)答器組正向數(shù)據(jù)范圍應(yīng)冗余覆蓋,丟失1個(gè)應(yīng)答器組列車運(yùn)行不受影響,也即 1個(gè)應(yīng)答器組內(nèi)的信息可覆蓋 4個(gè)閉塞分區(qū)。

CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則 (V2.0)中規(guī)定:在 CTCS-3級(jí)線路上,區(qū)間每個(gè)閉塞分區(qū)入口處設(shè)置 2個(gè)及以上無源應(yīng)答器構(gòu)成的應(yīng)答器組,對(duì)于區(qū)間應(yīng)答器組正向數(shù)據(jù)范圍應(yīng)冗余覆蓋,丟失 1個(gè)應(yīng)答器組列車運(yùn)行不受影響。

為了兼容 CTCS-2級(jí)列車能在 CTCS-3級(jí)線路上全速運(yùn)行,在 CTCS-3級(jí)線路上,1個(gè)應(yīng)答器組內(nèi)的信息也應(yīng)覆蓋 4個(gè)閉塞分區(qū),這樣 CTCS-2級(jí)向 CTCS-3級(jí)轉(zhuǎn)換時(shí),距離等級(jí)轉(zhuǎn)換邊界點(diǎn)最近的等級(jí)轉(zhuǎn)換預(yù)告應(yīng)答器組內(nèi)的信息可以覆蓋到等級(jí)轉(zhuǎn)換邊界點(diǎn)內(nèi)方第 3個(gè)閉塞分區(qū) (可以滿足以 CTCS-2級(jí)最高允許速度運(yùn)行時(shí)等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)內(nèi)方完整常用制動(dòng)距離要求),在軌道電路信號(hào)允許的情況下,列車能以 CTCS-2級(jí)最高允許速度通過等級(jí)轉(zhuǎn)換邊界,并在通過等級(jí)轉(zhuǎn)換邊界后,可根據(jù)CTCS-3級(jí)允許的速度、線路允許速度、臨時(shí)限速等信息取最受限制的速度運(yùn)行 (注:在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)保證 CTCS-3級(jí)線路允許速度不低于 CTCS-2級(jí)線路允許速度)。

1.2 等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)內(nèi)方閉塞分區(qū)狀態(tài)

1.2.1 等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)內(nèi)方閉塞分區(qū)空閑

轉(zhuǎn)換點(diǎn)內(nèi)方閉塞分區(qū)空閑時(shí),轉(zhuǎn)換點(diǎn)處的信號(hào)為允許信號(hào)。當(dāng)列車通過了等級(jí)轉(zhuǎn)換預(yù)告點(diǎn)后,RBC向車載設(shè)備發(fā)送等級(jí)轉(zhuǎn)換命令以及越過轉(zhuǎn)換點(diǎn)的 MA。

1.2.2 等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)內(nèi)方閉塞分區(qū)占用

轉(zhuǎn)換點(diǎn)內(nèi)方閉塞分區(qū)占用時(shí),列車必須在轉(zhuǎn)換點(diǎn)外方停車 (列車已與 RBC建立連接)。

轉(zhuǎn)換點(diǎn)內(nèi)方閉塞分區(qū)空閑時(shí),列車以原模式向前運(yùn)行,當(dāng)通過 BG A3時(shí) (見圖 1),車載設(shè)備向RBC發(fā)送一個(gè)以 BG A3為 LRBG的位置報(bào)告,當(dāng)RBC收到該位置報(bào)告后,向列車發(fā)送等級(jí)轉(zhuǎn)換命令和 FSMA,此 FSMA從 LRBG(BG A3)處開始生效,車載設(shè)備此時(shí)轉(zhuǎn)換到 CTCS-3級(jí)進(jìn)行控車。

1.3 兩列列車同時(shí)向等級(jí)轉(zhuǎn)換邊界運(yùn)行

1.3.1 前車未與 RBC建立連接而后車與 RBC建立連接

一個(gè)運(yùn)行等級(jí)為 CTCS-2級(jí)的列車 (列車 1)經(jīng)過了 RE但未與 RBC建立連接,跟隨其后的另一列運(yùn)行等級(jí)為 CTCS-2級(jí)的列車 (列車 2)也經(jīng)過了RE并與 RBC建立了連接,在列車1越過等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)后,RBC才向列車 2發(fā)送行車許可。

1.3.2 兩列列車均與 RBC建立連接

當(dāng)兩列均與 RBC建立連接的列車經(jīng)過了等級(jí)轉(zhuǎn)換預(yù)告應(yīng)答器組 (該應(yīng)答器組內(nèi)方的 C3進(jìn)路為惟一進(jìn)路),特別在區(qū)間自動(dòng)閉塞線路,RBC將只為離轉(zhuǎn)換邊界最近的列車提供進(jìn)入 CTCS-3級(jí)區(qū)域的行車許可和等級(jí)轉(zhuǎn)換命令,當(dāng)該車越過 CTCS-2/CTCS-3級(jí)邊界轉(zhuǎn)入 CTCS-3級(jí)系統(tǒng)控車后,RBC再向后一輛列車提供行車許可及等級(jí)轉(zhuǎn)換命令。

1.4 通過等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)之前未與 RBC建立通信會(huì)話

如果由于某種原因 (如:GSM-R無線通信、RBC故障),列車前端在通過等級(jí)轉(zhuǎn)換邊界點(diǎn)時(shí)未與 RBC建立連接,在這種情況下,列車將不停車按 CTCS-2級(jí)系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。

在 CTCS-3級(jí)區(qū)域,各車站反向進(jìn)站信號(hào)機(jī)處的應(yīng)答器組均設(shè)置與 RBC進(jìn)行連接所需要的報(bào)文,當(dāng)列車前端經(jīng)過該應(yīng)答器組時(shí),車載設(shè)備開始呼叫RBC并建立連接。一旦連接成功并獲得 CTCS-3級(jí)行車許可,系統(tǒng)將在下一閉塞分區(qū)邊界自動(dòng)轉(zhuǎn)入CTCS-3級(jí)工作。

1.5 與 RBC通信容量保護(hù)

在同一時(shí)間,RBC只能與最大數(shù)量的 CTCS-3級(jí)車載設(shè)備通信。當(dāng)達(dá)到這個(gè)極限,就不能與列車開始任何新的通信會(huì)話。所有在 CTCS-2級(jí)下運(yùn)行的列車將繼續(xù)以 CTCS-2級(jí)運(yùn)行。

當(dāng)激活會(huì)話的數(shù)量距離最大值僅有較小的余量時(shí),RBC將向 CTC報(bào)警。應(yīng)把最大值余量作為一個(gè)固定值在工程應(yīng)用數(shù)據(jù)中定義,默認(rèn)值是 3個(gè)會(huì)話。調(diào)度員可以命令停在 RBC區(qū)域內(nèi)的列車司機(jī),關(guān)閉 RBC通信以緩解容量壓力。

2 從 CTCS-3級(jí)向 CTCS-2級(jí)轉(zhuǎn)換

2.1 從 CTCS-3級(jí)區(qū)域進(jìn)入 CTCS-2級(jí)區(qū)域

當(dāng)列車即將駛出 CTCS-3級(jí)區(qū)域并進(jìn)入 CTCS-2級(jí)區(qū)域時(shí),RBC應(yīng)在列車前端距 CTCS-3/CTCS-2級(jí)轉(zhuǎn)換邊界一定距離時(shí),向車載設(shè)備發(fā)送在 CTCS-3/CTCS-2級(jí)轉(zhuǎn)換邊界處轉(zhuǎn)換為 CTCS-2級(jí)的等級(jí)轉(zhuǎn)換預(yù)告命令。

為保證系統(tǒng)不因等級(jí)轉(zhuǎn)換而觸發(fā)制動(dòng)且滿足最大運(yùn)營(yíng)效率的要求,CTCS-3級(jí)系統(tǒng)的行車許可需越過 CTCS-3/CTCS-2級(jí)邊界至少一個(gè)完整常用制動(dòng)距離 (從 CTCS-2級(jí)最高允許速度制動(dòng)到 0所經(jīng)過的距離),RBC發(fā)送給車載的靜態(tài)速度曲線在等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)處描述為 CTCS-2級(jí)最受限制的速度,當(dāng)列車運(yùn)行到等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)時(shí),車載設(shè)備已將列車速度降為 CTCS-2級(jí)最高允許速度,保證了在等級(jí)轉(zhuǎn)換邊界列車以 CTCS-2級(jí)最高允許速度通過。

在 CTCS-3/CTCS-2級(jí)邊界處設(shè)置等級(jí)轉(zhuǎn)換執(zhí)行應(yīng)答器組,當(dāng)列車前端通過該應(yīng)答器組車載設(shè)備還未轉(zhuǎn)換為 CTCS-2級(jí)時(shí),將命令車載設(shè)備轉(zhuǎn)為CTCS-2級(jí)。根據(jù) CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則 (V2.0):地面應(yīng)答器設(shè)置應(yīng)同時(shí)滿足 CTCS-2級(jí)系統(tǒng)的需求,并集成 CTCS-3級(jí)和 CTCS-2級(jí)報(bào)文,即在 CTCS-3/CTCS-2級(jí)等級(jí)轉(zhuǎn)換執(zhí)行應(yīng)答器組內(nèi)包含的信息除了等級(jí)轉(zhuǎn)換命令外,還包含線路速度、線路坡度、軌道區(qū)段、應(yīng)答器鏈接以及臨時(shí)限速等信息,這樣在轉(zhuǎn)換到 CTCS-2級(jí)后列車能以完全監(jiān)控模式運(yùn)行。

當(dāng)列車尾部越過 CTCS-3/CTCS-2級(jí)邊界后,車載設(shè)備向 RBC報(bào)告列車位置,RBC接收到位置報(bào)告后,將命令車載設(shè)備斷開與RBC的連接并注銷列車注冊(cè)信息,車載關(guān)閉與 RBC的連接。

等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)內(nèi)方閉塞分區(qū)占用時(shí),RBC向車載發(fā)送到等級(jí)轉(zhuǎn)換邊界點(diǎn)的行車許可。當(dāng)?shù)燃?jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)內(nèi)方閉塞分區(qū)空閑時(shí),RBC向車載發(fā)送延伸的越過等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)的行車許可,列車正常運(yùn)行經(jīng)過等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)后進(jìn)行等級(jí)轉(zhuǎn)換。

2.2 CTCS-3級(jí)區(qū)域內(nèi)的降級(jí)運(yùn)行

列車在 CTCS-3級(jí)區(qū)域內(nèi)以 CTCS-3級(jí)運(yùn)行,當(dāng) GSM-R無線通信或者 RBC發(fā)生故障時(shí),列車可以在列車速度降至 CTCS-2級(jí)允許速度后,且經(jīng)司機(jī)確認(rèn)轉(zhuǎn)換為 CTCS-2級(jí)運(yùn)行,并關(guān)閉與 RBC的通信會(huì)話。

[1］ 科技運(yùn)[2008]113號(hào).CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)功能需求規(guī)范(FRS)[S].中華人民共和國(guó)鐵道部,2008.

[2］ 科技運(yùn)[2008]127號(hào).CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)系統(tǒng)需求規(guī)范(SRS)[S].中華人民共和國(guó)鐵道部,2008.

[3］ 科技運(yùn)[2008]143號(hào).CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則(V 1.0)[S].中華人民共和國(guó)鐵道部,2008.

[4］ 科技運(yùn)[2010]21號(hào).CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則(V 1.0)[S].中華人民共和國(guó)鐵道部,2010.