CTCS-0級列控系統(tǒng)改造技術(shù)研究

黃玉祥

（武漢鐵路局電務(wù)處，武漢 430071）

CTCS-0級列控系統(tǒng)改造技術(shù)研究

黃玉祥

（武漢鐵路局電務(wù)處，武漢 430071）

對CTCS-0級列控系統(tǒng)改造的總體技術(shù)方案進(jìn)行闡述，對地面應(yīng)答器的設(shè)置方案，需調(diào)整增加的內(nèi)容，CTCS-2區(qū)段的適應(yīng)性改造，LKJ及附屬設(shè)備的改造方案進(jìn)行系統(tǒng)說明。

CTCS-0；列控系統(tǒng)；LKJ；研究

1 既有線列控技術(shù)現(xiàn)狀

在既有機(jī)車上裝備的列車運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置LKJ2000結(jié)合機(jī)車信號設(shè)備使用,也就是CTCS-0 (簡稱C0)級列控系統(tǒng),具有列車速度超速防護(hù)功能,在既有線上為保障行車安全,提高運(yùn)輸效率,發(fā)揮了重要作用。但C0級列控系統(tǒng)當(dāng)時的設(shè)計是以地面信號為主,用機(jī)車信號+監(jiān)控裝置控車,信息源頭不可靠,同時也不是安全設(shè)計;人工可隨時干預(yù),不符合中國列車運(yùn)行控制系統(tǒng)(CTCS)基本原則,非地車一體化設(shè)計,同時現(xiàn)在鐵路建設(shè)工作異常繁重,涉及的LKJ數(shù)據(jù)換裝施工壓力很大。為了提高現(xiàn)有列控設(shè)備的安全性,同時又適應(yīng)我國鐵路裝備的現(xiàn)實情況,C0級列控系統(tǒng)改造的技術(shù)研究迫在眉睫。

2 既有線列控系統(tǒng)需重點(diǎn)解決的問題

一是LKJ基礎(chǔ)數(shù)據(jù)全部下移,車載設(shè)備儲存方式改為由應(yīng)答器提供方式,消除頻繁更換車載數(shù)據(jù)的問題 。二是LKJ根據(jù)應(yīng)答器位置及提供的數(shù)據(jù)校標(biāo),以提高列車定位的精度和準(zhǔn)確性。三是基本取消司機(jī)支線號選擇操作和出站對標(biāo)操作。四是應(yīng)答器提供反向控車基礎(chǔ)數(shù)據(jù),滿足列車反向運(yùn)行監(jiān)控需求。

3 既有線列控系統(tǒng)改造的主要技術(shù)原則

一是采用地面應(yīng)答器設(shè)備提供LKJ基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。二是維持既有LKJ設(shè)備的基本結(jié)構(gòu),維持LKJ的操作方式、控制模式、顯示界面。三是充分利用應(yīng)答器提供的信息資源,進(jìn)行LKJ導(dǎo)航顯示,實現(xiàn)信息資源利用的最大化。四是充分利用CTCS系統(tǒng)已定義的應(yīng)答器報文,在列控區(qū)段能夠使用;新增部分報文,按CTCS系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行定義。五是技術(shù)方案可適用于分步實施、分階段實施的要求。六是運(yùn)營線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)變化時,僅需修改相應(yīng)的應(yīng)答器報文。

4 既有線列控系統(tǒng)改造總體技術(shù)方案

既有C0區(qū)段,在車站附近增設(shè)部分無源應(yīng)答器,用于提供列車運(yùn)行監(jiān)控裝置(以下簡稱LKJ)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。車載設(shè)備增加應(yīng)答器傳輸模塊(以下簡稱BTM),用于接收應(yīng)答器數(shù)據(jù)。LKJ進(jìn)行相應(yīng)的軟硬件改造,實現(xiàn)與控車有關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)下移。臨時限速信息仍通過IC卡提供。機(jī)車車載設(shè)備改造完成后,在C2區(qū)段直接使用C2系統(tǒng)應(yīng)答器提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和臨時限速信息。運(yùn)行在尚未改造的C0區(qū)段,維持車載存儲基礎(chǔ)數(shù)據(jù)方式。

5 C0改列控系統(tǒng)架構(gòu)

圖1 CO改列控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)由JT-C系列機(jī)車信號+LKJ設(shè)備+應(yīng)答器等設(shè)備構(gòu)成,如圖1所示。地面軌道電路連續(xù)提供前方軌道電路閉塞分區(qū)空閑信息(4～5個閉塞分區(qū))、以及對車載測距進(jìn)行校正;應(yīng)答器用于列車位置修正,并提供線路速度、線路坡度、軌道區(qū)段、里程坐標(biāo)等線路信息;LKJ根據(jù)應(yīng)答器信息和機(jī)車信號信息計算目標(biāo)-距離模式曲線,并監(jiān)控列車運(yùn)行。

5.1 地面設(shè)備構(gòu)成

由車站聯(lián)鎖設(shè)備對列車進(jìn)路進(jìn)行控制。軌道電路編碼設(shè)備對軌道電路連續(xù)信息進(jìn)行控制。軌道電路設(shè)備用于列車占用軌道及列車完整性檢查,同時作為地-車間連續(xù)信息的傳輸媒介,連續(xù)向列車傳送機(jī)車信號信息。應(yīng)答器設(shè)備用于傳送精確的定位信息、必要的線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等。

5.2 車載設(shè)備構(gòu)成

機(jī)車信號設(shè)備用于軌道電路信息的接收與處理。BTM用于應(yīng)答器信息的接收與處理。LKJ設(shè)備對列控車載綜合信息處理,監(jiān)控列車運(yùn)行。人機(jī)接口單元提供車載設(shè)備與列車司機(jī)進(jìn)行人機(jī)交流的接口。制動接口單元提供車載設(shè)備與列車制動系統(tǒng)間的接口。

6 C0改列控系統(tǒng)主要技術(shù)難點(diǎn)

C0改列控系統(tǒng)的主要技術(shù)難點(diǎn)包括:車載設(shè)備LKJ及相關(guān)設(shè)備的適應(yīng)性改造,復(fù)雜區(qū)段的應(yīng)答器設(shè)置及相關(guān)報文應(yīng)用,C2區(qū)段的適用性改造等。

6.1 基于LKJ2000列車運(yùn)行監(jiān)控裝置升級改造的列控車載設(shè)備技術(shù)方案

基于現(xiàn)用LKJ2000列車運(yùn)行監(jiān)控裝置技術(shù),借鑒國內(nèi)外列車自動防護(hù)(ATP)及列車自動控制(ATC)的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗,新一代列控車載設(shè)備的硬件架構(gòu)如下: 車載系統(tǒng)應(yīng)包含主機(jī)單元、 擴(kuò)展單元、 人機(jī)界面單元、 應(yīng)答器信息接收處理單元、軌道信息接收處理單元(機(jī)車信號)、 壓力傳感器、速度傳感器等。以三取二架構(gòu)的安全計算機(jī)作為列控車載設(shè)備的控制核心。增加列車定位和車地信息交互的技術(shù)手段,提供與點(diǎn)式應(yīng)答器的接口?；谥黧w化機(jī)車信號,通過串口與機(jī)車信號通信,通過冗余信息和數(shù)據(jù)的校驗,保證信息的正確使用。采用多傳感器融合技術(shù),結(jié)合光電、雷達(dá)、衛(wèi)星定位測速的優(yōu)點(diǎn),通過冗余互補(bǔ)保證測速測距信息的準(zhǔn)確性、可靠性和安全性。支持失電制動方式,使用安全型繼電器作為系統(tǒng)的控制輸出機(jī)構(gòu)。人機(jī)界面單元雙冗余,在主顯示器故障情況下,可以人工切換至備用顯示器,維持機(jī)車運(yùn)行。整合現(xiàn)用LAIS設(shè)備,用于車載設(shè)備質(zhì)量及行車信息的實時監(jiān)測,運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)及各功能模塊監(jiān)測數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程下載,實現(xiàn)車載控制數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程更新,實現(xiàn)C0級區(qū)段臨時慢行限速數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。

6.2 地面應(yīng)答器報文內(nèi)容的調(diào)整

C0改造區(qū)段應(yīng)答器報文原則上與C3級和C2級列控系統(tǒng)一致,在此基礎(chǔ)上增加若干新定義的信息包,主要是區(qū)間制式信息包［CTCS-101］:描述區(qū)間信號顯示制式、區(qū)間線路編號、區(qū)間線路序號(三線四線)、長鏈信息;股道信息包［CTCS-102］:描述車站進(jìn)路限制速度與長度(含直股發(fā)車數(shù)據(jù)和直股線路編號);其他特殊用途信息包,主要提供LKJ基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中特殊控制標(biāo)識。在軌道區(qū)段信息包［CTCS-1］中增加移頻、25 Hz、50 Hz、75 Hz交流計數(shù)等軌道電路類型,用于適應(yīng)既有線部分信號設(shè)備未改造區(qū)段的軌道電路特點(diǎn)。在速度信息包［ETCS-27］中增加貨運(yùn)列車類型限速的定義,用于適應(yīng)客車、貨車限速不一致區(qū)段的限速控制。

6.3 C2區(qū)段兼容性改造方案

C2區(qū)段各站須補(bǔ)齊列控中心存儲的全部進(jìn)路數(shù)據(jù)。正線無源應(yīng)答器線路速度信息包［ETCS-27］中增加一種貨車限制速度信息。在接近區(qū)段應(yīng)答器組中增加里程信息、文本信息。在出站端外方應(yīng)答器組中增加里程信息、下站最小道岔、正線股道號。LKJ在C2區(qū)段直接使用C2系統(tǒng)應(yīng)答器提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和臨時限速信息。

6.4 C0區(qū)段應(yīng)答器設(shè)置方案

在既有C0區(qū)段車站附近設(shè)置無源應(yīng)答器組,無源應(yīng)答器組集中設(shè)置在車站四個端口,正反向進(jìn)站信號機(jī)外方,提供線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù),如圖2所示。

圖2 CO區(qū)段地面應(yīng)答器設(shè)置

在車站二接近區(qū)段設(shè)置一無源應(yīng)答器組,實現(xiàn)列車定位并發(fā)送股道接車和最不利發(fā)車信息。對于少量存在多條支線且可高速(大于80 km/h)通過聯(lián)絡(luò)線時,可根據(jù)需要設(shè)置有源應(yīng)答器組和LEU設(shè)備,并與車站聯(lián)鎖接口。對于樞紐和特殊復(fù)雜站場,利用應(yīng)答器重定位原理設(shè)置無源應(yīng)答器,逐段更新并提供線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。對于個別特殊需求(貨車接車靠標(biāo)困難,客車接車靠標(biāo)困難,一離去過短,發(fā)車綠燈確認(rèn)等),補(bǔ)充無源應(yīng)答器。為了取消司機(jī)輸入側(cè)線股道號操作,可在每個側(cè)線股道中央增加2個無源應(yīng)答器構(gòu)成的應(yīng)答器組,提供相應(yīng)股道信息,如圖3所示。

圖3 側(cè)線股道接車信息范圍

在單個聯(lián)絡(luò)線道岔入口外方設(shè)置無源應(yīng)答器組,利用股道信息包發(fā)送經(jīng)道岔側(cè)向運(yùn)行的支線線路數(shù)據(jù),如圖4所示。當(dāng)列車在道岔外方區(qū)段接收到UU或UUS碼后,根據(jù)默認(rèn)股道信息監(jiān)控列車運(yùn)行。在道岔后方設(shè)置一組無源應(yīng)答器(重定位)發(fā)送支線線路數(shù)據(jù),LKJ車載設(shè)備根據(jù)接收的應(yīng)答器信息監(jiān)控列車運(yùn)行。道岔入口外方設(shè)置的無源應(yīng)答器組發(fā)送經(jīng)道岔側(cè)向列車運(yùn)行至岔后重定位應(yīng)答器組再延伸一個制動距離的線路數(shù)據(jù)。由重定位應(yīng)答器組發(fā)送后續(xù)數(shù)據(jù)。

圖4 單個聯(lián)絡(luò)線無源應(yīng)答器組設(shè)置一

當(dāng)存在多條支線且可高速(大于80 km/h)通過的聯(lián)絡(luò)線時,可根據(jù)需要設(shè)置有源應(yīng)答器組和LEU設(shè)備,并與車站聯(lián)鎖接口, 如圖5所示。LEU設(shè)備根據(jù)進(jìn)路信息選擇存儲的報文,控制有源應(yīng)答器發(fā)送對應(yīng)的支線線路數(shù)據(jù)。

圖5 單個聯(lián)絡(luò)線無源應(yīng)答器組設(shè)置二

7 結(jié)論

本文對既有線列控系統(tǒng)存在的問題,提出了JT-C系列機(jī)車信號+LKJ設(shè)備+應(yīng)答器3要素構(gòu)成的C0列控系統(tǒng)改造的實施方案。本文重點(diǎn)闡述了基于LKJ2000型列車運(yùn)行監(jiān)控裝置的列控車載設(shè)備適應(yīng)性改造方案,C0區(qū)段應(yīng)答器的設(shè)置方案, C2區(qū)段的適應(yīng)性改造方案。

The paper sets forth the overall technical scheme of CTCS-0 train control system reconstruction, and describes systematically the setting scheme of ground balises, newly added contents, applicability reconstruction of CTCS-2 section and reconstruction scheme of LKJ and ancillary equipment.

CTCS-0; train control system; LKJ; research

10.3969/j.issn.1673-4440.2014.04.007

2014-04-21）