高速鐵路列控系統(tǒng)安全性分析與改進

石先明，張敏慧

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，武漢 430063)

列控系統(tǒng)是一種保證列車安全運行的核心技術(shù)裝備，根據(jù)我國鐵路相關(guān)技術(shù)規(guī)范［1，2］的規(guī)定，設(shè)計速度200 km/h及以上的高速鐵路采用CTCS-2及以上等級的列控系統(tǒng)，目前CTCS-2級列控系統(tǒng)主要用于時速200～250 km的高速鐵路，CTCS-3級列控系統(tǒng)主要用于時速300 km及以上的高速鐵路。

CTCS系列列控系統(tǒng)由地面設(shè)備和車載設(shè)備兩大部分組成［3］。車載設(shè)備通過接收地面設(shè)備提供的列車運行前方線路空閑狀況、相關(guān)線路參數(shù)、臨時限速等信息，并進行實時計算，實現(xiàn)對列車運行速度的監(jiān)督并控制列車安全運行。

限于篇幅的原因，本文只針對僅開行動車組列車的高速鐵路客運專線分析CTCS-2、CTCS-3級列控系統(tǒng)各種控車模式的安全性，對存在的技術(shù)缺陷或不足提出改進建議。

1 CTCS-2級列控系統(tǒng)安全性分析

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

CTCS-2級列控系統(tǒng)是基于軌道電路和點式應(yīng)答器來傳輸列控信息的列控系統(tǒng)，其中軌道電路傳輸行車許可等連續(xù)式列控信息，點式應(yīng)答器傳輸線路參數(shù)、臨時限速等點式列控信息。列控車載設(shè)備根據(jù)接收到的連續(xù)式信息和點式信息生成目標(biāo)－距離模式曲線，控制列車安全運行。

動車組列車的兩端各設(shè)一套列控車載設(shè)備ATP，列車運行時，前端的車載設(shè)備處于工作狀態(tài)，后端的車載設(shè)備處于休眠狀態(tài)。

列控地面設(shè)備由臨時限速服務(wù)器(TSRS)、列控中心(TCC)、軌道電路、應(yīng)答器、LEU等設(shè)備組成，采用分布式結(jié)構(gòu)布置。例如:TSRS通常集中設(shè)置于鐵路沿線上的個別大站內(nèi);TCC每個車站設(shè)置一套;應(yīng)答器(分有源、無源應(yīng)答器兩種)、軌道電路分布在鐵路線上，并受列控中心控制。TSRS、TCC及聯(lián)鎖設(shè)備均通過信號安全數(shù)據(jù)網(wǎng)互聯(lián)，傳輸相關(guān)信號信息。

在上述各設(shè)備中，行車調(diào)度員的臨時限速操作命令通過調(diào)度集中系統(tǒng)(CTC)傳給TSRS，TSRS集中管理整個管轄區(qū)內(nèi)的臨時限速指令，并根據(jù)各站TCC的管轄范圍，將臨時限速指令及時分發(fā)給相應(yīng)車站的TCC;TCC負責(zé)車站、區(qū)間軌道電路連續(xù)式信息的編碼控制、有源應(yīng)答器的報文控制等;LEU將來自TCC的報文連續(xù)向有源應(yīng)答器發(fā)送，從而實現(xiàn)向車載ATP設(shè)備發(fā)送臨時限速等可變信息;無源應(yīng)答器負責(zé)提供線路參數(shù)信息等固定信息;軌道電路負責(zé)檢查線路空閑或列車占用狀態(tài)，并連續(xù)向列車傳送行車許可信息。

根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范規(guī)定［4］，CTCS-2級客運專線應(yīng)答器按如下原則布置:區(qū)間可每間隔一個閉塞分區(qū)設(shè)置一組無源應(yīng)答器組，主要提供列車定位及線路固定信息，該應(yīng)答器組位于閉塞分區(qū)入口處外方200 m;進站信號機(含反向)外方30 m處設(shè)置一組有源應(yīng)答器組，主要提供列車定位信息、臨時限速信息和接車進路的線路信息(接車時)或區(qū)間的線路信息(發(fā)車時);車站到發(fā)線兩端分別設(shè)置一組有源應(yīng)答器組，一般設(shè)置在出站信號機外方65 m處，特殊情況下距出站信號機不宜小于30 m。當(dāng)發(fā)車信號關(guān)閉時，有源應(yīng)答器發(fā)送“絕對停車”報文和“調(diào)車危險”報文，阻止列車冒進信號;當(dāng)發(fā)車信號開放后，該應(yīng)答器組主要發(fā)送相應(yīng)的線路固定信息和臨時限速信息。出站信號機設(shè)置在距警沖標(biāo)不小于55 m(含過走防護距離50 m)的地點［5］。

1.2 控車模式及其安全性分析

CTCS-2級列控系統(tǒng)的車載子系統(tǒng)在工作時有完全監(jiān)控、部分監(jiān)控、目視行車、調(diào)車、隔離、待機6種控車模式［6］。它們之間相互轉(zhuǎn)換原則是:根據(jù)是否接收到地面軌道電路信息和應(yīng)答器信息，可以自動實現(xiàn)完全監(jiān)控模式與部分監(jiān)控模式之間的相互轉(zhuǎn)換，或由目視行車模式自動轉(zhuǎn)換為完全監(jiān)控模式或部分監(jiān)控模式;其余模式之間的相互轉(zhuǎn)換必須在列車停穩(wěn)后由人工轉(zhuǎn)換。

1.2.1 完全監(jiān)控模式

完全監(jiān)控模式是列車的正常運行模式，車載ATP根據(jù)獲得的各項列控信息，能夠判斷列車位置和停車位置(或目標(biāo)點位置)，在保證列車速度滿足線路固定限速、臨時限速、車輛構(gòu)造速度、目標(biāo)點限速等條件下，生成目標(biāo)－距離模式曲線(當(dāng)前方目標(biāo)點為停車點時，生成目標(biāo)速度為0的閉口模式曲線;當(dāng)前方目標(biāo)點為限速點時，生成目標(biāo)速度為限速值的模式曲線)，并連續(xù)監(jiān)控列車速度，當(dāng)列車速度超過允許速度時，自動輸出常用制動或緊急制動命令，同時，通過人機界面顯示列車實際速度、允許速度、目標(biāo)速度和目標(biāo)距離等信息。根據(jù)文獻［6，7］的規(guī)定，當(dāng)列車速度超過允許速度時，列控系統(tǒng)按高于允許速度2 km/h開始報警、5 km/h觸發(fā)常用制動、10 km/h(250 km/h以下線路)或15 km/h(250 km/h以上線路)觸發(fā)緊急制動對列車進行超速防護。

由于采用了閉口控車模式，因此完全監(jiān)控模式在正常情況下能夠保證列車不超速、不冒進，可以安全運行。但在非正常情況下，可能無法保證列車的運行安全，例如:

(1)當(dāng)列車制動系統(tǒng)發(fā)生故障，致使列車制動力下降并超出規(guī)定值時;

(2)列車運行前方制動距離范圍內(nèi)突然發(fā)生鋼軌斷裂、落物侵限、地震等事件時。

以上非正常情況均非信號系統(tǒng)原因?qū)е?，而且也難以防范，按照國際慣例，列控系統(tǒng)不予考慮。所以，以下分析也不再予以考慮。

1.2.2 部分監(jiān)控模式

部分監(jiān)控模式［8］是車載ATP設(shè)備接收到軌道電路允許行車信息，而缺少應(yīng)答器提供的線路數(shù)據(jù)或限速數(shù)據(jù)時使用的模式，ATP給出最高限速值控制列車運行。

(1)區(qū)間運行(含站內(nèi)正線運行)

列車在區(qū)間或站內(nèi)正線上以部分監(jiān)控模式運行時，如果收到 U、LU、L、L2、L3、L4、L5 等允許行車信息，則ATP給出45 km/h(對應(yīng)的常用制動NBP為50 km/h)的最高限速值控制列車運行;如果轉(zhuǎn)入無碼，或收到HU碼或H碼，則ATP立即輸出最大常用制動，迫使列車停車。

由于我國高速鐵路CTCS-2、CTCS-3級列控系統(tǒng)不考慮小于 45 km/h 的線路限速［6，7］，因此，在上述情況下，部分監(jiān)控模式也能保證列車不超速、不冒進，可以安全運行。

(2)側(cè)向接車

該模式在側(cè)向接車時又分如下幾類情況。

①正常接車，進站后轉(zhuǎn)部分監(jiān)控模式:列車在區(qū)間運行，ATP處于完全監(jiān)控模式。當(dāng)列車運行到進站信號機外方，ATP收到地面軌道電路UU碼或UUS碼信息后，立即生成一組模式曲線控制列車安全駛向進站信號機，以常用制動監(jiān)控曲線為例，其目標(biāo)速度值為VC+5 km/h(UU碼時VC為45 km/h，對應(yīng)NBP為50 km/h;UUS碼時 VC為80 km/h，對應(yīng) NBP為85 km/h)。如果ATP在列車進入進站信號機后仍未能收到進站應(yīng)答器信息或只收到默認信息，則立即轉(zhuǎn)入部分監(jiān)控模式。之后，ATP如果收到HU碼，則立即生成閉口的模式曲線，使列車停車;如果在UU碼之后沒有收到任何碼，則繼續(xù)按頂棚速度VC+5 km/h(即50 km/h)控車;如果在UUS碼之后沒有收到任何碼，則先按頂棚速度VC+5 km/h(即85 km/h)控車;列車運行1 500 m后，ATP改按頂棚速度50 km/h控車［8］。當(dāng)列車實際速度大于頂棚速度時，ATP輸出緊急制動，迫使列車停車。列車停車后，如果尚未達到規(guī)定停車點，則司機人工操作，將ATP轉(zhuǎn)入目視行車模式后控制列車前行。

高速鐵路車站一般都采用一體化軌道電路［2］，整個接車進路全程都有連續(xù)式列控信息。當(dāng)站內(nèi)停車時，整個接車進路各軌道區(qū)段均發(fā)送HU碼，因此，列車以部分監(jiān)控模式進站后，立即生成最大常用制動曲線，使列車停車。其監(jiān)控曲線如圖1中的實線部分。

圖1 CTCS-2部分監(jiān)控模式側(cè)向接車示意(單位:m)

高速鐵路也存在個別車站(如某些大站)僅正線和股道采用一體化軌道電路或股道電碼化的情況，咽喉區(qū)沒有連續(xù)式列控信息，或者接車進路采用了一體化軌道電路，但其所有區(qū)段均因故停止發(fā)碼(高速鐵路不少中間站的側(cè)向進路只有一個軌道區(qū)段)。當(dāng)列車以部分監(jiān)控模式進站后，車載ATP先按頂棚速度VC控車，當(dāng)列車進入股道收到HU碼后，立即生成閉口模式曲線，使列車停車。列車進站后的監(jiān)控曲線如圖1中虛線所示。

以CRH2-200型動車組為例，其50 km/h、85 km/h制動到0的最大常用制動距離如表1所示。

表1 CRH2型動車組最大常用制動距離

高速鐵路進站信號機與同方向出站信號機之間的距離一般在1 000 m以上，到發(fā)線有效長650 m，出站信號機距警沖標(biāo)距離取55 m，兩出站信號機的距離最小為540 m(650－2×55=540)，再扣除車頭與軌道電路接收天線之間的距離約5 m，由表1可得如下結(jié)論。

a.當(dāng)站內(nèi)咽喉區(qū)有連續(xù)式列控信息時，ATP部分監(jiān)控模式能保證列車不冒進出站信號機。

b.當(dāng)站內(nèi)側(cè)向接車的道岔不大于12號道岔時，由于列車進站入口速度較低，不管站內(nèi)坡度多大(文獻［1］規(guī)定，站內(nèi)線路坡度在±6‰以內(nèi))，不管接車咽喉區(qū)有沒有連續(xù)式列控信息，只要股道上有連續(xù)式列控信息，ATP部分監(jiān)控模式也能保證CRH2型動車組不冒進出站信號機。

c.當(dāng)站內(nèi)側(cè)向接車的道岔為18號道岔，且股道為下坡度時，站內(nèi)咽喉區(qū)如果沒有連續(xù)式列控信息，因股道長度(不是股道有效長)小于CRH2型動車組的常用制動距離，所以，列車有可能冒進出站信號機，但沒有冒進警沖標(biāo)，行車安全仍有一定保障(其他類型的動車組是否會冒進警沖標(biāo)有待檢算)。

d.當(dāng)車站采用股道電碼化方式時，如果在列車進入股道前，股道發(fā)碼器故障導(dǎo)致ATP接收不到連續(xù)式列控信息，ATP則一直按頂棚速度VC控車，如果司機減速停車控制不當(dāng)，列車將有可能冒進出站信號機，在此種情況下，列控系統(tǒng)還有最后一道安全防護措施，即列車經(jīng)過出站應(yīng)答器組時，ATP收到“絕對停車”報文，會立即實施緊急制動。如圖1中點劃線所示。CRH2型動車組85 km/h或50 km/h緊急制動距離如表2所示。

由于出站應(yīng)答器組與出站信號機的距離為30～65 m，與警沖標(biāo)的距離只有85～120 m，均小于列車85 km/h或50 km/h的緊急制動距離，因此，既使有最后一道安全防護措施，仍存在列車冒進警沖標(biāo)、形成列車側(cè)面沖突的可能，危及行車安全。所以股道不應(yīng)采用開環(huán)電碼化方式，至少要采用真正意義的閉環(huán)電碼化，閉環(huán)監(jiān)測結(jié)果要納入聯(lián)鎖;盡量采用一體化軌道電路。一旦股道發(fā)碼故障，通過聯(lián)鎖系統(tǒng)立即關(guān)閉進站信號，進一步提升安全防護能力。

表2 CRH2型動車組緊急制動距離

②正常接車，站外已經(jīng)處于部分監(jiān)控模式:列車在進站外方閉塞分區(qū)收到UUS碼后，ATP生成頂棚速度為85 km/h的限速線控制列車限速運行，在進站過程中，若仍未接收到進站應(yīng)答器信息，列車仍維持部分監(jiān)控模式，其安全性分析同①。

③引導(dǎo)接車:進站信號機因故開放引導(dǎo)信號，列車運行到站外，ATP接收到HB碼后按目標(biāo)速度20 km/h(NBP為25 km/h)控車，當(dāng)列車越過進站信號機后，自動轉(zhuǎn)入部分監(jiān)控模式中的引導(dǎo)小模式，ATP生成固定限速20 km/h(NBP為25 km/h)的限速線控制列車運行，同時要求司機在列車運行200 m或者60 s內(nèi)按壓警惕按鍵，否則，ATP立即生成閉口模式曲線，輸出緊急制動。

在該情況下，司機如果控車不當(dāng)，列車將有可能冒進出站應(yīng)答器組，當(dāng)ATP收到“絕對停車”報文后，立即實施緊急制動。動車組列車25 km/h緊急制動距離如表2所示。

從表中數(shù)據(jù)可見，其制動距離較短，列車沒有冒進警沖標(biāo)。但當(dāng)列車越過出站應(yīng)答器組時，ATP若因故仍未收到應(yīng)答器“絕對停車”報文，則不能防止列車冒進警沖標(biāo)。不過，現(xiàn)實中發(fā)生冒進警沖標(biāo)的可能性不大，因為，列車每運行200 m或者60 s，ATP都會提醒司機，出站應(yīng)答器組故障的幾率也很低。

(3)側(cè)向發(fā)車

①正常發(fā)車:列車駛?cè)氤稣拘盘枡C前，ATP因沒有收到出站應(yīng)答器組的信息而自動轉(zhuǎn)入(或保持)部分監(jiān)控模式。當(dāng)列車在發(fā)車咽喉區(qū)收到允許行車信息或沒有收到任何連續(xù)式信息時，ATP按45 km/h(NBP為50 km/h)的限速值控制列車運行(如果股道發(fā)UUS碼，列車越過出站信號機后沒有收到任何連續(xù)式信息，則ATP先按頂棚速度85 km/h控車;運行1 500 m后，改按頂棚速度50 km/h控車)。如果收到HU或H碼，則立即生成最大常用制動曲線，使列車停車。

如果列車在出站口處收到了應(yīng)答器信息和軌道電路信息，ATP則自動轉(zhuǎn)入完全監(jiān)控模式。

這種運營場景可能存在如下安全性問題。

假設(shè)發(fā)車進路沒有采用一體化軌道電路，或者發(fā)車進路各軌道電路因故停止發(fā)碼，且一離去區(qū)段小于列車從VC→0的制動距離。當(dāng)列車以部分監(jiān)控模式發(fā)車時，列車有可能冒進二離去閉塞分區(qū)，釀成追尾事故。

②引導(dǎo)發(fā)車:高速鐵路出站信號機有引導(dǎo)信號，當(dāng)發(fā)車進路或一離去區(qū)段軌道電路故障時，列車可以憑引導(dǎo)信號出站。當(dāng)列車起動時，ATP接收到HB碼后，ATP按目標(biāo)速度20 km/h控車，當(dāng)列車越過出站信號機后，ATP轉(zhuǎn)入部分監(jiān)控模式中的引導(dǎo)小模式，生成固定限速20 km/h(NBP為25 km/h)的限速線控制列車運行，同時要求司機在列車運行200 m或者60s內(nèi)按壓警惕按鍵，否則，ATP生成閉口模式曲線，輸出緊急制動。其安全性與側(cè)向接車的③相同。

總結(jié)以上分析可知，進站(含反向)應(yīng)答器組、出站應(yīng)答器組的可靠性對CTCS-2級列控系統(tǒng)非常重要，其中進站應(yīng)答器組更為重要。這些應(yīng)答器組一旦發(fā)生故障，將導(dǎo)致ATP轉(zhuǎn)入部分監(jiān)控模式，而部分監(jiān)控模式在防超速、防冒進方面有上述不足之處。歸納總結(jié)起來，有如下幾點。

a.當(dāng)站內(nèi)股道有效長不大于650 m、側(cè)向接車進路道岔不小于18號時(這正是最常規(guī)的普遍情況)，ATP難以確保列車不冒進出站信號機。

b.如果站內(nèi)側(cè)向接車進路全部沒有發(fā)碼，列車就有可能冒進出站信號機，甚至冒進警沖標(biāo)。

c.如果一離去區(qū)段長度小于列車從VC→0的全制動距離，列車就有可能冒進二離去閉塞分區(qū)。

d.引導(dǎo)接車或發(fā)車時，列車何處停車完全由司機控制，ATP沒有防冒進功能，或防冒進能力較弱。

1.2.3 目視行車模式

目視行車是司機控車的固定限速模式，限速值為20 km/h(NBP為25 km/h)。在轉(zhuǎn)入目視行車模式前，必須使列車停車，之后由司機操作轉(zhuǎn)入該模式。

該模式要求司機在列車每運行200 m或者60s內(nèi)按壓警惕按鍵，否則，ATP生成閉口模式曲線，輸出制動。

該模式下地面連續(xù)式信息不起作用，但應(yīng)答器中“絕對停車”報文有效。

目視行車模式和引導(dǎo)接車的部分監(jiān)控模式基本一樣，只有防超速功能，由于對司機有周期性的語音提醒和確認操作措施，列車運行速度又較低，而且列車在冒進出站應(yīng)答器組時，“絕對停車”報文還可以觸發(fā)列車緊急停車，因此，發(fā)生冒進的可能性應(yīng)該很低。

1.2.4 隔離模式

隔離模式是ATP控制功能停用的模式。列車停車后根據(jù)調(diào)度命令，司機操作隔離手柄使列控車載設(shè)備轉(zhuǎn)入隔離模式。若列控車載設(shè)備能提供機車信號，200～250 km/h的動車組可采用LKJ控制列車運行(限于篇幅等原因，本文不討論LKJ的安全性)。

在沒有LKJ的情況下，隔離模式意味著司機只能在沒有任何技術(shù)設(shè)備保障的情況下駕駛列車，行車安全完全由司機負責(zé)。

1.2.5 調(diào)車模式

調(diào)車模式是動車組進行調(diào)車作業(yè)的固定限速模式，限速值為40 km/h(NBP為45 km/h)。司機停車時，司機按壓按鈕才會轉(zhuǎn)入(或退出)調(diào)車模式。

在調(diào)車模式下，ATP如果收到“絕對停車”報文或“調(diào)車危險”報文，都會立即輸出緊急制動，使動車組停車。

由于進站信號機(含反向)、出站信號機處，以及有調(diào)車作業(yè)并有可能危及列車運行安全的調(diào)車信號機處外方都設(shè)有有源應(yīng)答器組，都能發(fā)送“絕對停車”報文和“調(diào)車危險”報文［2，4］，因此調(diào)車作業(yè)的安全性有一定保證，但仍有缺陷，例如:

a.相應(yīng)的應(yīng)答器發(fā)生故障時，因未能反饋給聯(lián)鎖系統(tǒng)，故調(diào)車信號仍然開放;

b.調(diào)車應(yīng)答器組距離調(diào)車信號機只有15 m，而車上的應(yīng)答器天線距離動車組前端就有10多m，再加上動車組從45 km/h制動到0的距離，很顯然，調(diào)車應(yīng)答器的設(shè)置并不能有效保證動車組冒進調(diào)車信號。

1.2.6 待機模式

待機模式是ATP上電后的默認模式。ATP自檢完成后自動處于待機模式，此時，ATP無條件輸出制動，防止列車移動(防溜逸)，但可以正常接收連續(xù)式信息和應(yīng)答器信息。

該模式列車不能移動，所以沒有安全性問題。

2 CTCS-3級列控系統(tǒng)安全性分析

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

CTCS-3級列控系統(tǒng)是一種基于GSM－R無線通信系統(tǒng)傳輸列控信息的列控系統(tǒng)，它在CTCS-2級列控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，地面增加了無線閉塞中心(RBC)設(shè)備，車載設(shè)備增加了GSM－R無線電臺和無線信息接收模塊，通過GSM－R無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)車地間信息雙向傳輸。

CTCS-3級列控系統(tǒng)具有CTCS-2級功能，如果RBC或無線系統(tǒng)故障，或列車進入了CTCS-2級線路，可以降級到CTCS-2級控車。

與CTCS-2級列控系統(tǒng)相比，CTCS-3級列控系統(tǒng)的主要區(qū)別就是地面增加了RBC設(shè)備(一般集中設(shè)置在TSRS的機房內(nèi))，出站應(yīng)答器組改設(shè)在出站信號機外方 20 m 處［10］。

2.2 控車模式及其主要功能

CTCS-3級列控系統(tǒng)的車載子系統(tǒng)有完全監(jiān)控、引導(dǎo)、目視行車、調(diào)車、隔離、待機等控車模式，除引導(dǎo)模式、目視行車模式可以自動轉(zhuǎn)為完全監(jiān)控模式外，其余模式轉(zhuǎn)換必須人工操作。當(dāng)RBC或無線通信系統(tǒng)故障，或列車進入了CTCS-2級線路時，可轉(zhuǎn)為CTCS-2后備控車模式，CTCS-2后備控車模式又包括完全監(jiān)控、部分監(jiān)控、目視行車、調(diào)車、隔離、機車信號、待機等模式［7］。

2.2.1 完全監(jiān)控模式

完全監(jiān)控模式是列車的正常運行模式。車載ATP根據(jù)獲得的各項列控信息，能夠判斷列車位置和停車位置(或目標(biāo)點位置)，在保證列車速度滿足線路固定限速、臨時限速、車輛構(gòu)造速度、目標(biāo)速度等條件下，生成目標(biāo)－距離模式曲線(當(dāng)前方目標(biāo)點為停車點時，生成目標(biāo)速度為0的閉口模式曲線;當(dāng)前方目標(biāo)點為限速點時，生成目標(biāo)速度為限速值的模式曲線)，并連續(xù)監(jiān)控列車速度，當(dāng)列車速度超過允許速度時，自動輸出常用制動或緊急制動命令，同時，通過人機界面顯示列車實際速度、允許速度、目標(biāo)速度和目標(biāo)距離等信息。因此完全監(jiān)控模式能夠保證列車不超速、不冒進，可以安全運行。

2.2.2 引導(dǎo)模式

CTCS-3級的引導(dǎo)模式與CTCS-2級的引導(dǎo)模式完全不同。首先是使用條件不同，CTCS-3級的引導(dǎo)模式僅用于進路式引導(dǎo)的情況(取消引導(dǎo)總鎖閉方式)，此時引導(dǎo)進路的道岔定反位有表示，聯(lián)鎖系統(tǒng)能給出進路信息。此外，控車方式也不同，CTCS-3級的引導(dǎo)模式實際上就是完全監(jiān)控模式中的一個特例，ATP按照入口速度為40 km/h(NBP為45 km/h)的閉口模式曲線控車，能顯示動態(tài)速度曲線和目標(biāo)距離，能保證列車不超速、不冒進。

2.2.3 目視行車模式

CTCS-3級的目視行車模式與CTCS-2級的目視行車模式基本相同，只是限速值增大到40 km/h(NBP為45 km/h)。經(jīng)測算，CRH3型動車組45 km/h的緊急制動距離可達120 m以上，而CTCS-3級區(qū)段站內(nèi)出站應(yīng)答器組與警沖標(biāo)的距離只有75 m，因此，在司機操作不當(dāng)?shù)那闆r下，列車有可能冒進出站信號機，甚至冒進警沖標(biāo)，其風(fēng)險大大高于CTCS-2級列控系統(tǒng)的目視行車模式。

2.2.4 部分監(jiān)控模式

CTCS-3級列控系統(tǒng)的部分監(jiān)控模式僅用于CTCS-2級控車，它與上節(jié)所述的CTCS-2級列控系統(tǒng)部分監(jiān)控模式基本相同，只是引導(dǎo)接發(fā)車的限制速度也提高到40 km/h(NBP為45 km/h)。這樣一來，引導(dǎo)接車時的安全性問題就與目視行車模式一樣，即在司機操作不當(dāng)?shù)那闆r下，列車有可能冒進出站信號機，甚至冒進警沖標(biāo)，危險性增大。

2.2.5 其他控車模式

其他3種控車模式(如隔離模式、調(diào)車模式、待機模式)與 CTCS-2級列控系統(tǒng)完全相同，這里不再重復(fù)。

3 改進措施

通過以上分析可知，從信號專業(yè)的角度分析，CTCS-2、CTCS-3級列控系統(tǒng)的完全監(jiān)控模式、待機模式以及CTCS-3級的引導(dǎo)模式是有安全保證的;而隔離模式意味著ATP完全退出控制，其行車安全完全由司機負責(zé);其余的部分監(jiān)控模式、目視行車模式、調(diào)車模式都有一定的安全性缺陷或不足，有待進一步改進、完善。可以采取如下措施。

(1)進一步提高列控系統(tǒng)的可靠性，減少部分監(jiān)控模式、目視行車模式產(chǎn)生的條件，使列車盡可能處在完全監(jiān)控模式下運行。

①通過改進生產(chǎn)工藝、選用性能更優(yōu)的元器件和材料、設(shè)備內(nèi)部采用有效的冗余設(shè)計，進一步提升信號系統(tǒng)設(shè)備的可靠性。

②針對進站信號機、出站信號機外方有源應(yīng)答器組故障導(dǎo)致CTCS-2級ATP轉(zhuǎn)為部分監(jiān)控的問題，可否考慮冗余設(shè)置一套有源應(yīng)答器，以減少轉(zhuǎn)部分監(jiān)控的可能性?建議優(yōu)先考慮在進站(含反向)外方增設(shè)一套冗余的有源應(yīng)答器組，因為其重要性更大。

③從工程上改進CTCS-2級列控系統(tǒng)由部分監(jiān)控模式轉(zhuǎn)入完全監(jiān)控模式的條件。例如，在側(cè)向接車時，讓股道上的反向出站應(yīng)答器組提供接車進路信息，并與正向出站應(yīng)答器組鏈接，列車因故按部分監(jiān)控模式進站并進入股道后，使ATP立即恢復(fù)到完全監(jiān)控模式。

(2)增強部分監(jiān)控模式的安全性

①站內(nèi)采用全進路發(fā)碼方式可以提高系統(tǒng)的安全性。前面已經(jīng)分析，當(dāng)列車以部分監(jiān)控模式進站或出站時，ATP因能在咽喉區(qū)及時收到HU碼，可以提前生成閉口模式曲線，使列車制動減速停車，避免冒進信號。

②如果站內(nèi)沒有采用全進路發(fā)碼方式，而股道長度又不滿足列車從VC→0的常用制動距離要求，為節(jié)省工程投資，也可以在側(cè)向接車進路的最后一個軌道區(qū)段(即與股道銜接的道岔區(qū)段)采取措施補充發(fā)碼。同樣，如果一離去區(qū)段長度不滿足列車從VC→0的常用制動距離要求，也可以在側(cè)向發(fā)車進路的最后一個軌道區(qū)段(即與一離去銜接的軌道區(qū)段)采取措施補充發(fā)碼。其安全防護效果與①近似等效。

③正常情況下，應(yīng)按照文獻［9］規(guī)定的“一離去區(qū)段長度應(yīng)滿足動車組由80 km/h常用制動停車的要求”進行工程設(shè)計。但在不能滿足這一要求的特殊情況下，建議采用降級發(fā)碼的補充措施，即如果側(cè)向發(fā)車出站信號機開放且二離去區(qū)段被占用，則股道發(fā)車端只能發(fā)UU碼，將列車速度控制在45 km/h以下。

④車站不要采用常規(guī)的股道電碼化方式，股道應(yīng)采用一體化軌道電路，或采用閉環(huán)電碼化方式，當(dāng)采用閉環(huán)電碼化方式時，閉環(huán)監(jiān)測結(jié)果要納入聯(lián)鎖。

⑤為避免接車進路各軌道區(qū)段(含股道)的發(fā)碼器因合用的電源回路斷電引起部分監(jiān)控的不安全，工程設(shè)計時可將股道的發(fā)碼器與咽喉區(qū)的發(fā)碼器分開引接供電電源。

⑥ATP車載設(shè)備增加周期性的語音提醒和司機確認功能。目前，引導(dǎo)接車情況下的部分監(jiān)控模式要求司機在列車運行200 m或60s以內(nèi)按壓警惕按鍵，否則觸發(fā)制動。建議將這種防護措施擴展到其他情況的部分監(jiān)控模式(列車運行距離指標(biāo)可以適當(dāng)調(diào)整)。

⑦取消部分監(jiān)控模式中的引導(dǎo)小模式，調(diào)整為與CTCS-3級完全相同的引導(dǎo)模式。即要求車站引導(dǎo)接車和引導(dǎo)發(fā)車只能采用進路式引導(dǎo)方式，聯(lián)鎖系統(tǒng)給出進路信息，進站應(yīng)答器組、出站應(yīng)答器組根據(jù)進路信息提供相關(guān)列控信息等，ATP按閉口模式曲線監(jiān)控列車運行，即使站內(nèi)軌道區(qū)段沒有連續(xù)式信息，也能保證行車安全。因此，這種獨立出來的引導(dǎo)模式實際上已經(jīng)升級為一種特殊的完全監(jiān)控模式，可以將引導(dǎo)進路的入口速度提高到40 km/h。

(3)降低目視行車模式的危險性

前面已經(jīng)分析，CTCS-2級列控系統(tǒng)目視行車模式的危險性較小，而CTCS-3級列控系統(tǒng)目視行車模式的危險性較大，主要原因是后者的頂棚速度較高，而出站應(yīng)答器組距離出站信號機和警沖標(biāo)又較近。為了降低CTCS-3級列控系統(tǒng)目視行車模式的危險性，也為了統(tǒng)一CTCS-2級和CTCS-3級列控系統(tǒng)目視行車模式技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，建議將CTCS-3級列控系統(tǒng)目視行車模式的頂棚速度和出站應(yīng)答器組的布置要求調(diào)整到與CTCS-2級列控系統(tǒng)一致。

(4)降低隔離模式的危險性

盡管隔離模式的行車安全完全由人為保證，但人的失誤是難免的。而高速鐵路的運輸安全相比其他線路要求更高，因此建議在高速鐵路上，一旦列車進入了隔離模式，就要求該區(qū)間改用站間閉塞，且運行前方的接車站停止所有與接車進路有敵對關(guān)系的作業(yè)。

(5)降低調(diào)車模式的危險性

高速鐵路的列車種類比較少，除了安裝了列控系統(tǒng)的動車組列車之外，只有少量的未安裝列控系統(tǒng)的維修作業(yè)車，因此，調(diào)車應(yīng)答器組只能服務(wù)于動車組列車，而動車組列車是整列固定編組，長度至少在200 m以上，基于此，可以采用如下措施，提高調(diào)車作業(yè)的安全性。

①車站咽喉區(qū)特別是有動車組經(jīng)過的路徑盡量不設(shè)調(diào)車信號機，利用進站口、股道等為始終端進行長調(diào)車作業(yè)，其實質(zhì)就是改按列車作業(yè)方式實現(xiàn)調(diào)車作業(yè)目的。

②如果確有需要在岔區(qū)設(shè)調(diào)車信號機，則應(yīng)合理選擇設(shè)置地點，并加大調(diào)車應(yīng)答器與調(diào)車信號機的間距(如120 m或更大)，使調(diào)車應(yīng)答器真正起到防護作用。

③完善調(diào)車應(yīng)答器的故障監(jiān)測功能，列控中心一旦監(jiān)測到調(diào)車應(yīng)答器故障或與調(diào)車有源應(yīng)答器的信息通道故障，就向聯(lián)鎖系統(tǒng)輸出控制信號，使防護的調(diào)車信號機關(guān)閉。

④在辦理調(diào)車進路時，也可以規(guī)定盡量不采用岔區(qū)中途折返方式，而是采用長調(diào)車進路方式。

4 研究結(jié)論

綜合以上研究，可以歸納出如下幾點結(jié)論。

(1)在列車制動系統(tǒng)制動力不低于列控系統(tǒng)規(guī)定取值的條件下，單從信號專業(yè)的角度分析，我國自主研發(fā)的CTCS-2、CTCS-3級列控系統(tǒng)在正常工作時，其完全監(jiān)控模式能夠保證行車安全。

(2)CTCS-2、CTCS-3級列控系統(tǒng)的目視行車模式、調(diào)車模式、隔離模式和CTCS-2級的部分監(jiān)控模式存在一定的安全性缺陷或不足，高速鐵路應(yīng)采取措施，盡量避免使用這些控車模式，從源頭上減少不安全隱患。

(3)可在系統(tǒng)優(yōu)化、工程強化、管理創(chuàng)新等方面采取相應(yīng)措施，進一步提高高速鐵路客運專線CTCS-2、CTCS-3級列控系統(tǒng)的可靠性和安全性。

［1］中華人民共和國鐵道部.新建時速200～250公里客運專線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［2］中華人民共和國鐵道部.高速鐵路設(shè)計規(guī)范(試行)［S］.北京:中國鐵道出版社，2009.

［3］中華人民共和國鐵道部.科技運函［2004］14號 關(guān)于印發(fā)《CTCS技術(shù)規(guī)范總則》(暫行)和《CTCS2級技術(shù)條件》(暫行)審查意見》的通知［S］.北京:2004.

［4］中華人民共和國鐵道部.科技運［2010］136號 CTCS-2級列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則(V2.0)［S］.北京:2010.

［5］中華人民共和國鐵道部.鐵集成［2007］124號 客運專線CTCS-2級列控系統(tǒng)車載和地面設(shè)備配置及運用技術(shù)原則(暫行)［S］.北京:2007.

［6］中華人民共和國鐵道部.鐵路客運專線技術(shù)管理辦法(試行)(200～250 km/h部分)［S］.北京:中國鐵道出版社，2009.

［7］中華人民共和國鐵道部.鐵路客運專線技術(shù)管理辦法(試行)(300～350 km/h部分)［S］.北京:中國鐵道出版社，2010.

［8］中華人民共和國鐵道部.科技運［2007］45號 既有線CTCS-2級列控系統(tǒng)車載設(shè)備技術(shù)規(guī)范(暫行)［S］.北京:2007.

［9］中華人民共和國鐵道部.運基信號［2010］495號 關(guān)于印發(fā)〈客運專線信號工程設(shè)計研討會會議紀(jì)要〉的通知［S］.北京:2010.

［10］中華人民共和國鐵道部.科技運［2010］21號 關(guān)于印發(fā)CTCS-3級列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則(V2.0)的通知［S］.北京:2010.