CTCS2+ATO城際鐵路列控系統(tǒng)總體技術研究

羅 松

（北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

CTCS2+ATO城際鐵路列控系統(tǒng)總體技術研究

羅 松

（北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

城際鐵路列控系統(tǒng)用于保障城際鐵路列車行車安全、提高鐵路運輸效率，是城際鐵路系統(tǒng)的重要組成部分。提出CTCS2+ATO的城際鐵路列控系統(tǒng)，介紹系統(tǒng)結構、主要運營場景和系統(tǒng)優(yōu)勢。采用該系統(tǒng)有利于提高鐵路運輸和控制的智能化、自動化，在保障行車安全、提高運輸效率、降低司機勞動強度等方面將發(fā)揮重要作用。

CTCS-2；列車自動運行；城際鐵路

隨著經濟和社會的發(fā)展，城市之間人員和商品的流動愈加頻繁。為了促進經濟發(fā)展，滿足區(qū)域交通的需要，珠三角、長三角、京津冀等經濟發(fā)達區(qū)域相繼規(guī)劃建設城際鐵路。其中，京津城際鐵路作為全國第一條城際間高速鐵路，于2008年8月1日正式通車運營，極大地促進了北京和天津的“同城化”和“一體化”。

城際鐵路是專門服務于相鄰城市間或城市群間，列車設計時速200 km及以下的，線路長度介于50～200 km之間的，快速、便捷、高密度客運專線鐵路。城際鐵路列控系統(tǒng)是保證城際鐵路列車行車安全和提高鐵路運輸效率的安全控制系統(tǒng)。根據(jù)城際鐵路“高速度、高密度、跨線運行”的實際特點，需要研究和開發(fā)適用于城際鐵路的列控系統(tǒng)。

本文給出了一種CTCS2+ATO城際鐵路列控系統(tǒng)。

1 城際鐵路列控系統(tǒng)簡介

CTCS-2級列控系統(tǒng)在我國高速鐵路中已經得到廣泛使用，但是它主要用于防止列車超速，保證列車行車安全，并不具備列車自動運行、列車運行自動調整、車門/安全門（屏蔽門）聯(lián)動、折返等功能。為了滿足城際鐵路運營需求，在CTCS-2級列控系統(tǒng)基礎上增加ATO相關功能，得到CTCS2+ATO城際鐵路列控系統(tǒng)。

CTCS2+ATO城際鐵路列控系統(tǒng)在CTCS-2級列控系統(tǒng)基礎上，增加站間自動運行、車站定點停車及車站通過、折返作業(yè)、列車運行自動調整、車門/安全門或屏蔽門防護及聯(lián)動控制、列車運行節(jié)能控制等自動運行相關功能。地面設備配置兼容CTCS-2級列控系統(tǒng)，與CTCS-2級列控系統(tǒng)相關的地面設備設置方式維持不變。滿足正向自動閉塞追蹤運行、反向自動站間閉塞運行的要求。滿足站站停與大站停混合運輸?shù)拈_行方式。

城際鐵路列控系統(tǒng)在CTCS-2級列控系統(tǒng)基礎上增加車載ATO設備，實現(xiàn)列車自動駕駛；地面設置專用的精確定位應答器（JD）實現(xiàn)列車精確定位，設置通信控制服務器實現(xiàn)站臺門控制和運行計劃處理；采用GSM-R網(wǎng)絡電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務實現(xiàn)車地雙向通信；原則上車載設備處于完全監(jiān)控模式（FS）時，才允許轉入自動駕駛模式（AM）。

2 城際鐵路列控系統(tǒng)結構

CTCS2+ATO城際鐵路列控系統(tǒng)包括地面設備和車載設備。地面設備由通信控制服務器（CCS）、列控中心（TCC）、臨時限速服務器（TSRS）、ZPW-2000軌道電路、應答器及LEU、GSM-R通信接口設備等組成。車載設備由列車超速防護系統(tǒng)（ATP）和列車自動運行系統(tǒng)（ATO）構成，其中列車超速防護系統(tǒng)由車載安全計算機（VC）、GSM-R無線通信單元（RTU）、軌道電路信息接收單元（TCR）、應答器信息接收模塊（BTM）、司法記錄單元（JRU）、人機界面（DMI）、列車接口單元（TIU）、測速測距單元（SDU）等組成。圖1 為CTCS2+ATO城際鐵路列控系統(tǒng)的總體構成。

通信控制服務器與車載設備、分散自律調度集中系統(tǒng)（CTC）進行通信，實現(xiàn)門控信息的管理，并實現(xiàn)CTC運行計劃的處理和轉發(fā)功能。同時，通信控制服務器通過列控中心實現(xiàn)站臺門相關的防護和控制功能。

圖1 CTCS2+ATO城際鐵路列控系統(tǒng)總體構成

臨時限速服務器具有臨時限速設置、取消和管理功能。

列控中心具有軌道電路編碼、應答器報文儲存和調用、站間安全信息傳輸、臨時限速功能。同時，為了滿足站臺門防護和控制、站臺緊急關閉等功能，列控中心具備相關的采集和驅動接口。

應答器向車載設備傳輸定位信息、線路參數(shù)和臨時限速等信息；同時，為了滿足自動運行相關功能，向車載設備傳輸運營停車點信息、門側信息、默認站停時分等信息。

列車超速防護系統(tǒng)根據(jù)地面設備提供的行車許可、線路參數(shù)、臨時限速等信息和列車參數(shù)，按照目標距離連續(xù)速度控制模式生成動態(tài)速度曲線，監(jiān)控列車安全運行。

列車自動運行系統(tǒng)在列車超速防護系統(tǒng)的行車許可下，根據(jù)線路條件、運行計劃等信息實現(xiàn)列車自動駕駛及車門自動控制等功能。

3 主要運營場景

CTCS2+ATO城際鐵路列控系統(tǒng)包括注冊與啟動、注銷、進出動車段、列車自動運行、折返作業(yè)、車門/站臺門防護及聯(lián)動控制、列車運行自動調整、自動過分相、臨時限速、降級及故障情況、災害防護、互通運行等12個運營場景。下面簡要介紹幾個主要運營場景。

3.1 列車自動運行

車站出發(fā)：列車在股道完成站臺作業(yè)。到達預定的發(fā)車時間后，司機瞭望檢查完成旅客乘降作業(yè)后進行關門操作（或由ATO自動關門）。車載設備和地面設備進行車門與站臺門聯(lián)動控制，車門和站臺門同步關閉。聯(lián)鎖檢測到站臺門鎖閉后，允許已辦好進路的出站信號開放，此時列控中心控制軌道電路發(fā)送機車信號允許碼。車載設備根據(jù)軌道電路發(fā)送的機車信號允許碼更新行車許可。ATO確認車門關閉，司機駕駛手柄位置正確，且相關條件具備后，閃爍“ATO發(fā)車”指示燈提示司機。司機確認車門關閉后，根據(jù)發(fā)車提示按壓“ATO啟用”按鈕，ATO根據(jù)列車運行計劃及行車許可，自動駕駛列車。若發(fā)車時車載設備無法轉入自動駕駛模式，需由司機人工駕駛列車從車站出發(fā)。

區(qū)間運行：當列車通過出站口應答器組時，接收應答器發(fā)送的線路數(shù)據(jù)信息和CCS呼叫信息。若從出站口應答器組獲得的CCS呼叫信息與當前CCS不同，則車載設備呼叫新的CCS建立通信。ATO根據(jù)運行計劃信息及列車運行狀況采用牽引、制動、惰行等控制策略，自動駕駛列車在區(qū)間運行。區(qū)間信號關閉時，ATO應按照ATP的防護曲線在ATP的目標停車點前一定距離自動停車。區(qū)間信號開放后，車載設備獲得行車許可。ATO判斷具備發(fā)車條件時閃爍“ATO發(fā)車”指示燈，此時司機可按壓“ATO啟用”按鈕，由ATO自動駕駛列車。

進站停車：列車經過股道精確定位應答器時，車載設備通過BTM獲得定位信息并對列車位置進行精確校正。車載設備同時獲得本股道的運營停車點位置信息和門側信息。ATO根據(jù)列車運行狀況（位置、速度等）控制列車牽引、制動、惰行，使列車準確地停在運營停車點處。若列車未到達運營停車點，允許司機人工駕駛列車繼續(xù)前行停車對位；若列車越過運營停車點，允許司機人工駕駛列車后退，一次后退距離不超過5 m。

3.2 車門/站臺門防護及聯(lián)動控制

車門防護：ATP接收股道精確定位應答器中的門側信息，向列車輸出開門允許，進行車門防護。ATP僅在判斷列車停準且停穩(wěn)后，輸出開門允許。若門側信息為“左側”或“右側”，ATP輸出“開左門允許”或“開右門允許”。若門側信息為“雙側”，ATP同時輸出“開左門允許”和“開右門允許”。

站臺門防護：當聯(lián)鎖檢測到站臺門“鎖閉”時，允許開放對應的進站、出站信號。否則，應立即關閉對應信號。當TCC檢測到站臺門“報警”時，對應股道發(fā)“H”碼。TCC未接收到CCS發(fā)送的開門命令時，不向站臺門系統(tǒng)發(fā)送開門動作。

ATO車門控制：ATO在ATP給出開門允許后進行車門控制。ATO采集車輛提供的“門控模式”信號，用于車門控制。ATO提供以下3種車門控制模式：自動開門/自動關門（由ATO自動打開車門，并在站停時間結束后，自動關閉車門）；自動開門/手動關門（由ATO自動打開車門，由司機手動關閉車門）；手動開門/手動關門（由司機手動打開和關閉車門）。任何車門控制模式下，司機可人工操作車門。

車門與站臺門聯(lián)動控制：系統(tǒng)在車地通信正常時，可提供車門與站臺門聯(lián)動控制功能。開/關車門操作可由司機按壓按鈕產生，也可由ATO產生。ATP給出開門允許信息后，司機或ATO進行開門操作，ATP向地面設備發(fā)送開門命令。CCS根據(jù)車型信息和地面站臺門設置情況，確認對應股道列車停準且停穩(wěn)后，通過TCC向站臺門系統(tǒng)發(fā)送開門動作，由站臺門系統(tǒng)打開站臺門。司機或ATO進行關門操作，ATP向地面設備發(fā)送關門命令。地面設備向站臺門系統(tǒng)發(fā)送關門動作，由站臺門系統(tǒng)關閉站臺門。車地通信故障等異常情況下，車門與站臺門不能正常聯(lián)動控制時，車門與站臺門聯(lián)動控制由人工操作實現(xiàn)。

3.3 折返作業(yè)

站后端有人自動折返：系統(tǒng)滿足站后端有人自動折返作業(yè)要求，折返進路按列車方式辦理。為提高折返效率，折返牽出線設置兩段軌道電路，軌道區(qū)段長度應兼顧其最小長度要求。列車位于股道，旅客乘降完畢。到達預定折返發(fā)車時間后，CTC通過聯(lián)鎖辦理自動折返發(fā)車進路，并通過CCS向車載設備發(fā)送折返命令和運行計劃。車載設備通過DMI向司機給出折返提示。站臺門鎖閉且進路開放條件具備后，對應進路開放，TCC控制對應股道發(fā)送機車信號允許碼。司機按壓“ATO啟用”按鈕，ATO根據(jù)折返命令自動駕駛列車駛向折返牽出線。待列車占用折返牽出線列車運行前方的軌道區(qū)段后，后方軌道區(qū)段立即轉換發(fā)碼方向。當ATO自動駕駛列車完全進入折返牽出線并停穩(wěn)后，車載設備退出自動駕駛模式。CTC通過聯(lián)鎖辦理折返接車進路。司機激活非本務端駕駛臺之后，人工駕駛列車返回站臺。

原地折返運行：列車位于股道，旅客乘降完畢后。司機關閉本務端駕駛臺，該端車載設備轉入待機模式。司機激活非本務端駕駛室，該端車載設備開始正常工作，原本務端車載設備轉入休眠模式。到達預定的折返發(fā)車時間后，CTC通過聯(lián)鎖辦理發(fā)車進路，站臺門鎖閉且進路開放條件具備后，對應進路開放，TCC控制對應股道發(fā)送機車信號允許碼。司機檢查確認車門關閉后，列車以部分監(jiān)控模式從車站發(fā)車。

3.4 列車運行自動調整

CTC根據(jù)實際運營情況，以日班計劃為依據(jù)，結合列車的運行能力，生成運行計劃信息，并通過CCS發(fā)送給ATO。列車運行過程中，CCS向ATO周期性發(fā)送列車運行計劃信息，當運行計劃發(fā)生變化時，立即向ATO發(fā)送。CCS向ATO至少發(fā)送兩段運行計劃信息，包括當前站間的運行計劃和下一站間的運行計劃。ATO接收的運行計劃以一個站間為基本范圍，其基準點為LRBG應答器組，其內容主要包括本次運營停車點、目的站、站間運行時分和停站后站臺作業(yè)（站停時分、通過、折返信息等）。ATO識別出運行計劃中的基準點信息有效時，判定該運行計劃有效。否則，該運行計劃無效。ATO收到有效運行計劃信息后，調整列車的控制曲線，自動駕駛列車運行。列車在股道停車后，根據(jù)運行計劃信息執(zhí)行站臺作業(yè)（站停時分調整、通過/到發(fā)、折返等）。

4 系統(tǒng)優(yōu)勢

4.1 新增自動駕駛模式（AM）

CTCS-2級列控系統(tǒng)車載設備具有如下工作模式：待機模式（SB）、部分監(jiān)控模式（PS）、完全監(jiān)控模式（FS）、引導模式（CO）、目視行車模式（OS）、調車模式（SH）、機車信號模式（CS）、休眠模式（SL）、隔離模式（IS）。而CTCS2+ATO城際鐵路列控系統(tǒng)在此基礎上新增了自動駕駛模式（AM）。

車載設備工作在完全監(jiān)控模式且滿足ATO自動駕駛條件時，經司機確認可轉入自動駕駛模式。在自動駕駛模式下，ATP負責列車運行安全防護，ATO負責自動駕駛列車（自動控制列車牽引、制動、惰行）和自動控制車門。在自動駕駛模式下，一旦判定自動駕駛模式條件不滿足或ATO故障，將退出自動駕駛模式并提示司機。

城際鐵路車站站間距短，采用公交化的運營方式，司機需要頻繁地對列車執(zhí)行啟動、加速、制動、停車等操作，而且要求準點和貼線運營，司機勞動強度較大。采用自動駕駛功能，ATO在ATP的監(jiān)督下根據(jù)列車當前速度、目標距離、線路限速等信息控制列車安全、舒適、高效的行駛，不但可以降低司機的勞動強度，還可以提高旅客乘車舒適度和鐵路運營服務水平。

4.2 新增ATO相關功能

CTCS2+ATO城際鐵路列控系統(tǒng)不但具備CTCS-2級列控系統(tǒng)的基本功能，在此基礎上還增加了以下功能：列車自動運行、列車運行自動調整、車門防護、安全門（屏蔽門）防護、車門/安全門（屏蔽門）聯(lián)動和自動折返。

車門和安全門（屏蔽門）防護功能及車門/安全門（屏蔽門）聯(lián)動功能有助于提高乘客上下車時的人身安全。列車運行自動調整功能有助于ATO從多個運營曲線中選擇與發(fā)車和到站時間最匹配的運行曲線，自動調整列車的停站時間和區(qū)間運行時間，使列車盡量按列車時刻表運行，列車有組織有計劃地運行，必然提高列車準點率和系統(tǒng)的運輸效率。自動折返功能可以節(jié)約更多的折返時間，也省去了司機從車頭走到車尾進行換端的工作，提高了系統(tǒng)運作效率。

正是CTCS-2級列控系統(tǒng)既有功能和新增ATO功能的有機結合，滿足了城際鐵路線路長度較短、車站布置密集、高峰時段客流量大、高速度、高密度、小編組運營、公交化運營等運營特點。

4.3 互通運行

裝備CTCS-2/CTCS-3級列控車載設備的列車可在城際線路按CTCS-2級運行；裝備城際鐵路列控車載設備的列車可在CTCS-2 /CTCS-3級線路按CTCS-2級運行。車載設備不具備ATO功能使用條件時，列車可在車載ATP設備安全監(jiān)控下運行。

5 結束語

CTCS2+ATO城際鐵路列控系統(tǒng)在CTCS-2級列控系統(tǒng)基礎上擴展自動運行功能，既充分利用了CTCS-2級列控系統(tǒng)的技術成果和運營經驗，又為城際鐵路列車增加了列車自動運行等ATO相關功能，將大大提高信號系統(tǒng)自動化程度，降低司機勞動強度，必將提高我國城際軌道交通運營管理水平。

The intercity railway train control system is used to ensure train operation safety and improve the railway transport effi ciency, and it is an important part of the intercity railway system. The paper puts forward the CTCS2+ATO intercity railway train control system, including the system structure, main operating scenarios and the advantages. This system will help improve the automation and intelligence of the railway transport and control, and will play an important role for ensuring train operation safety, improving the transport effi ciency and reducing the driver's labor intensity and so on.

Chinese Train Control System Level 2 (CTCS-2); automatic train operation; intercity railway

10.3969/j.issn.1673-4440.2015.03.001

2015-04-14）