重載鐵路移動閉塞運輸組織方案研究

鄒 楓

(中國鐵路設計集團有限公司， 天津 300142)

重載鐵路運輸因具有運能大、效率高、運輸成本低等優(yōu)勢而受到世界各國的廣泛重視，是世界上大宗貨物最經(jīng)濟有效的運輸方式。目前，重載鐵路一般采用四顯示自動閉塞。四顯示自動閉塞采用分級速度控制模式，用兩個閉塞分區(qū)長度滿足列車從規(guī)定速度(最高速度)到0的制動距離。列車的制動距離只能以制動性能最差的車型來計算，對線路通過能力有一定的制約，從而影響運量。且其系統(tǒng)保障的追蹤間隔在10 min左右，無法滿足運量快速增長的要求，急需縮短追蹤間隔以進一步提升運輸能力。

基于無線通信的移動閉塞是保證重載列車運輸安全和提高運輸效率的技術手段之一。移動閉塞依托大容量、雙向冗余的車地無線通信網(wǎng)絡和融合衛(wèi)星導航技術的高精度車載自主定位，能實現(xiàn)基于列車實時位置的安全追蹤運行，不同編組之間的列車追蹤間隔更加靈活，可最大限度地發(fā)揮機車車輛的制動特性，提高線路允許通過能力。

1 重載鐵路移動閉塞系統(tǒng)方案

重載鐵路移動閉塞系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 重載鐵路移動閉塞原理圖

由圖1可知，重載鐵路列車車載設備通過速度傳感器和雷達主動計算列車位置，根據(jù)應答器信息對列車位置進行校準，得到列車位置信息后，通過TD-LTE無線通信系統(tǒng)發(fā)送到地面RBC設備，同時接收RBC下達的行車許可數(shù)據(jù)來計算列車制動曲線，將控車命令通過列車接口單元傳遞給機車制動系統(tǒng)，用以實施常用制動或緊急制動。地面RBC設備根據(jù)接收到的列車位置，為列車計算行車許可，并通過地面LTE無線通信單元將行車許可發(fā)送至車載設備。最后，重載列車CTC子系統(tǒng)根據(jù)時刻表，向聯(lián)鎖子系統(tǒng)下達進路辦理命令。

移動閉塞系統(tǒng)在顯著縮短行車間隔和提升線路運輸能力的同時，可有效改善重載鐵路車站接發(fā)車的辦理方式，通過CTC、RBC、聯(lián)鎖與車載設備的信息交互，提高多進路發(fā)車能力，進而提高運輸效率。

2 移動閉塞下重載鐵路車站作業(yè)組織

車站作業(yè)組織工作主要包括接發(fā)列車、調車、技術站作業(yè)、車站作業(yè)計劃與調度指揮、統(tǒng)計分析等工作，其中與閉塞制式相關的主要是接發(fā)列車工作。移動閉塞下，車站作業(yè)組織的改變主要體現(xiàn)在車站列車進路的辦理方式上，其它作業(yè)均不受影響。

2.1 移動閉塞下車站發(fā)車進路辦理

移動閉塞模式下，當前車出清兩條發(fā)車進路沖突的道岔區(qū)段后，可為另一條股道上的列車辦理發(fā)車進路，如圖2所示。

圖2 移動閉塞模式下發(fā)車進路辦理示意圖

從圖2可以看出，先發(fā)列車A從IG發(fā)車，當列車A出清道岔區(qū)段9DG，且9DG被解鎖后，可為3G上的移動閉塞模式的列車B辦理發(fā)車進路。任意兩條發(fā)車進路間都可遵循這個規(guī)則，具體辦理過程如下：

(1)列車A辦理IG發(fā)車進路，當列車A出清9DG后，聯(lián)鎖對9DG完成延時解鎖，CTC車站值班員終端上顯示9DG已被解鎖，如圖3所示。

圖3 移動閉塞模式下發(fā)車進路解鎖示意圖

(2)3G待發(fā)列車B升級為移動閉塞模式，CTC車站值班員終端上顯示3G發(fā)車信號機S3為滅燈狀態(tài)。

(3)當過程(1)和(2)同時滿足時，車站值班員依次點擊S3和XN對應的進路始、終端按鈕，為列車B辦理發(fā)車進路。

(4)聯(lián)鎖將道岔9操控到反位后，9DG再次鎖閉，3G的發(fā)車進路鎖閉并開放S3，如圖4所示。

圖4 移動閉塞模式下發(fā)車進路辦理過程示意圖

若后發(fā)列車采用非移動閉塞模式時，需按傳統(tǒng)方式(即前車出清離去后)為后車辦理發(fā)車進路。

2.2 移動閉塞下車站發(fā)車進路解鎖

當一條進路被兩輛及以上列車占用時，需根據(jù)最后一輛列車占用出清的順序，解鎖進路。前車運行區(qū)段占用出清后，仍需持續(xù)為后車鎖閉。

基于發(fā)車進路辦理，列車B出清9DG區(qū)段示意如圖5所示。

圖5 列車B出清9DG區(qū)段示意圖

聯(lián)鎖開始對9DG進行延時解鎖，解鎖后如圖6所示。

前車A運行通過的區(qū)段，在列車B未通過之前需保持鎖閉狀態(tài)，如圖7所示。即列車A雖然出清了離去區(qū)段，但離去區(qū)段以及列車B前方的區(qū)段仍需保持鎖閉。

圖6 區(qū)段9DG延時解鎖示意圖

圖7 移動閉塞模式下追蹤列車間區(qū)段保持鎖閉示意圖

2.3 移動閉塞下故障場景及處理

3G上的列車B辦理了發(fā)車進路后，列車B故障降級，如圖8所示。

圖8 列車B故障降級示意圖

系統(tǒng)以及車站值班員處理過程如下：

(1)后車降級后，聯(lián)鎖會關閉S3信號，CTC終端上S3信號機顯示為亮燈狀態(tài)，同時列車B占用的區(qū)段顯示為非移動閉塞列車占用狀態(tài)。

(2)后車降級對前車A無影響，列車A正常運行。

(3)若在列車A出清離去區(qū)段前，列車B重新升級為移動閉塞級別，則車站值班員可將S3信號重開。

(4)若直到列車A出清離去后，列車B仍未升級為移動閉塞級別，則值班員可在聯(lián)鎖上位機上對3G發(fā)車進路進行總人解操作，以解鎖3G的發(fā)車進路。

2.4 移動閉塞下車站通過進路的辦理方式

移動閉塞下，一條列車進路內允許存在多輛列車，無需等到前車完全出清進路且整條進路解鎖，即可為后面追蹤的移動閉塞模式的列車再次辦理通過進路并開放始端信號。移動閉塞模式下通過進路辦理示意如圖9所示。

圖9 移動閉塞模式下通過進路辦理示意圖

對于多列車通過進路的辦理、解鎖與故障場景的處理，后車與前車路徑完全一致時，聯(lián)鎖無需為后車操控道岔。

若后面追蹤的為非移動閉塞模式列車，需按傳統(tǒng)方式(即等到前車完全出清進路后)，才能為后車再次辦理通過進路。

2.5 移動閉塞下車站側線接車進路的辦理

與通過進路不同，對于側線接車進路，移動閉塞下也不允許追蹤辦理，即某一側線上有車時，不允許向該側線再次辦理進路。因為實際運營中不允許側線追蹤。接車進路辦理示意如圖10所示。

圖10 接車進路辦理示意圖

從圖10可以看出，3G上已經(jīng)停有一列車，后車即使是移動閉塞模式下的列車，也不`能再次向3G辦理接車進路。

移動閉塞是安全性、完整性等級最高(SIL4級)的列控系統(tǒng)，以顯示的車載速度作為行車憑證，能實現(xiàn)列車緊密追蹤和列車超速防護，可有效解決現(xiàn)行機車信號與LKJ結合使用在控車安全性方面存在的不足(如惡劣天氣條件下，仍以地面信號顯示作為行車憑證，LKJ數(shù)據(jù)管理復雜，更換不便)。

3 移動閉塞下重載鐵路混合運行方案

當移動閉塞模式列車與傳統(tǒng)基于自動閉塞的LKJ模式列車同時在線路上運行時，需明確不同級別列車間的追蹤方式。同時，需考慮移動閉塞模式列車的故障降級場景及故障恢復過程。

移動閉塞下，司機不以地面信號和機車信號作為行車憑證，而是根據(jù)車載移動授權信息以及限制速度和推薦速度駕駛列車。

當前后追蹤列車均為移動閉塞模式列車時，后車可追蹤至前車車尾(車尾加一定安全余量)。

列車的安全距離與列車的速度有關，如若傳統(tǒng)意義上的閉塞分區(qū)長度大于后車的安全制動距離，前后兩移動閉塞列車可追蹤到同一閉塞分區(qū)內。

3.1 移動閉塞列車追蹤LKJ列車

當前車為LKJ模式列車時，RBC無法準確確定前車位置，后車無法追蹤到前車車尾。后移動閉塞列車只能追蹤到前LKJ列車所在閉塞分區(qū)后一個閉塞分區(qū)的始端，如圖11所示。

圖11 移動閉塞列車追蹤LKJ列車圖

3.2 LKJ列車追蹤前方列車

當后方追蹤列車為LKJ模式列車時，按傳統(tǒng)自動閉塞追蹤運行，不受前車模式的影響，如圖12所示。

圖12 LKJ列車追蹤前方列車圖

3.3 故障場景

導致移動閉塞列車降級的場景主要有：(1)移動閉塞車載設備故障；(2)移動閉塞車載設備與RBC通信中斷；(3)移動閉塞車載設備丟失應答器信息；(4)前后車均為移動閉塞模式列車，前車降級導致后車的移動授權撤回，后車越過移動授權終點。

移動閉塞車載系統(tǒng)應具備故障導向安全原則，發(fā)生上述故障后，會引起ATP制動，引起列車停車。

3.4 故障恢復

上述移動閉塞故障場景除車載設備故障為不可恢復的故障場景外，其它故障場景情況下，車載系統(tǒng)在滿足條件下均可自動恢復升級。故障恢復流程如圖13所示。

圖13 移動閉塞列車故障恢復流程圖

從圖13可以看出，移動閉塞列車降級后，車載ATP會進行緊急制動，停車后由司機確認緩解降級為目視行車模式。司機在目視行車模式下駕駛列車，列車限速運行，若列車降級并丟失位置，則首先要進行定位。列車先后經(jīng)過兩個應答器后可確定運行方向及具體位置。列車定位后，會持續(xù)向RBC匯報位置。RBC根據(jù)車載匯報的位置進行前端篩選和進路匹配檢查，檢查成功后向車載發(fā)送移動授權，列車進而升級為移動閉塞模式，故障恢復。

列車升級需滿足以下條件：

(1)車地通信良好。若通信故障不能恢復，則列車只能目視行車到車站，再進行通信故障維修。

(2)地面人員需保證列車進路的正常辦理。列車在區(qū)間運行，若不存在反向運營需求，則無需匹配進路；若列車在車站范圍內運行，RBC需確認列車運行在已辦理且進路方向與列車行進方向相同的進路上，或是列車已接近已辦理且進路方向與列車行進方向相同的進路。

(3)列車前端篩選。當列車距離閉塞分區(qū)末端的距離小于1個單機的長度，同時前方1個閉塞分區(qū)空閑時，移動閉塞列車前端篩選成功升級，如圖14所示。篩選成功后，RBC向車載發(fā)送行車許可，當行車許可的距離大于列車按當前速度所需的制動距離時，列車會升級為移動閉塞模式，故障恢復。反之，則列車需繼續(xù)向前運行，直到滿足條件。

圖14 移動閉塞列車前端篩選成功升級圖

對于司機來講，列車降級后，只需確認緩解后按照目視行車模式駕駛即可，滿足上述條件后，車載設備會自動升級為移動閉塞模式。

4 結束語

本文闡述了重載鐵路移動閉塞給車站作業(yè)組織帶來的改變，并說明了不同級別列車的混合運行方案。移動閉塞在明顯提升運營能力的同時，并未使車站作業(yè)組織以及區(qū)間列車追蹤方式復雜化，這也從另一方面說明了移動閉塞用于重載鐵路乃至客運鐵路的可行性。