朔黃鐵路重載無線閉塞中心系統(tǒng)研究

何占元，張艷輝

(1．朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司，河北肅寧 062350;2．北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070；3．北京市高速鐵路運(yùn)行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100070)

1 概述

重載移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)適用于重載鐵路，用于控制重載列車行車安全的列控系統(tǒng)，主要由重載無線閉塞中心（Radio Block Center，RBC）、車載設(shè)備、聯(lián)鎖設(shè)備、臨時(shí)限速服務(wù)器、調(diào)度集中設(shè)備等組成。重載移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)具有站內(nèi)連續(xù)發(fā)車、區(qū)間移動(dòng)閉塞、列車自動(dòng)駕駛、北斗定位、兼容固定閉塞等功能。

重載RBC是重載移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)核心設(shè)備之一，根據(jù)聯(lián)鎖、車載設(shè)備、相鄰重載RBC設(shè)備、臨時(shí)限速設(shè)備、調(diào)度集中設(shè)備等提供的信息，為列車計(jì)算行車許可，通過無線通信方式發(fā)送給車載設(shè)備，控制列車安全運(yùn)行。

2 組成結(jié)構(gòu)

重載RBC作為重載移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)的核心設(shè)備，采用二乘二取二的安全計(jì)算機(jī)，保證系統(tǒng)安全、可靠、不間斷運(yùn)行。重載RBC采用以太網(wǎng)方式與聯(lián)鎖、相鄰RBC、臨時(shí)限速服務(wù)器、調(diào)度集中設(shè)備進(jìn)行通信；通過無線LTE網(wǎng)絡(luò)與車載設(shè)備進(jìn)行通信；通過維護(hù)接口，將重載RBC維護(hù)信息發(fā)送給維護(hù)單元，如圖1所示。

圖1 重載RBC系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)Fig.1 Schematic diagram of the composition of heavy-haul RBC system

3 主要功能

重載RBC作為重載移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)的核心子系統(tǒng)，主要有列車輔助定位、列車篩選、計(jì)算行車許可、重載RBC間移交切換、固定閉塞與移動(dòng)閉塞間切換、輔助聯(lián)鎖功能以及其他功能等。

3.1 列車輔助定位

重載列車具有列車長(zhǎng)度長(zhǎng)、載重大特點(diǎn)，對(duì)于重載移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)，車載設(shè)備需要精確獲取列車位置包絡(luò)信息后，方可向重載RBC發(fā)送“行車許可申請(qǐng)”。由于列車長(zhǎng)度較長(zhǎng)，對(duì)于車站股道無法存放整列列車時(shí)，車身可能占?jí)貉屎韰^(qū)，如圖2所示，列車在無法獲取車身范圍內(nèi)道岔位置時(shí)，則無法精確獲取列車位置包絡(luò)，影響車載設(shè)備發(fā)送“行車許可申請(qǐng)”時(shí)機(jī)，進(jìn)而影響移動(dòng)閉塞下發(fā)車效率。

圖2 重載列車站內(nèi)發(fā)車示意Fig.2 Schematic diagram of the departure of a heavy-haul train from a station

以朔黃鐵路中使用的機(jī)車為例，機(jī)車類型、牽引重量、換長(zhǎng)等信息如表1所示。

表1 機(jī)車類型、牽引重量、列車換長(zhǎng)Tab.1 Locomotive types, traction weight and converted train length

對(duì)于列車車長(zhǎng)較長(zhǎng)，占?jí)貉屎韰^(qū)場(chǎng)景，車載設(shè)備向重載RBC申請(qǐng)輔助定位，重載RBC將聯(lián)鎖發(fā)送的道岔狀態(tài)，通過無線方式發(fā)送給車載設(shè)備，車載根據(jù)道岔狀態(tài)可精確列車位置包絡(luò)。

3.2 列車篩選

移動(dòng)閉塞系統(tǒng)以車身包絡(luò)為閉塞計(jì)算列車追蹤，對(duì)于列車降級(jí)模式下，通過軌道電路或計(jì)軸檢測(cè)列車占用以固定閉塞制式行車的線路中，移動(dòng)閉塞系統(tǒng)要求重載RBC在完成列車篩選條件下，方可以移動(dòng)閉塞方式進(jìn)行追蹤。列車篩選分為列車前端篩選、列車尾端篩選、人工前篩。

列車前端篩選：重載RBC判斷列車前方至所在區(qū)段邊界處無非通信車，可判斷列車有前端篩選。

列車尾端篩選：重載RBC判斷列車尾端至所在區(qū)段邊界處無非通信車，可判斷列車有尾端篩選。

人工前篩：移動(dòng)閉塞系統(tǒng)下，為快速完成列車前端篩選，可通過人工確認(rèn)列車前方無非通信車方式，完成列車篩選。

重載RBC判斷列車前方相鄰區(qū)段為空閑，向車載設(shè)備請(qǐng)求人工前端篩選，司機(jī)觀察列車前方情況，確認(rèn)列車車頭至信號(hào)機(jī)處無非通信車，通過按壓DMI人工前篩確認(rèn)按鈕，完成列車前端篩選，如圖3所示。

圖3 重載RBC完成前后端篩選示意Fig.3 Schematic diagram of the screening of the front-end and rear-end of a train by heavy-haul RBC

3.3 計(jì)算行車許可

重載移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)在有軌道電路檢測(cè)列車占用條件下，支持移動(dòng)閉塞制式和固定閉塞制式的列車混跑，重載RBC在計(jì)算列車行車許可時(shí)，存在追蹤移動(dòng)閉塞列車，追蹤固定閉塞列車，追蹤降級(jí)列車場(chǎng)景。

1）計(jì)算追蹤移動(dòng)閉塞列車的行車許可

追蹤移動(dòng)閉塞列車是指追蹤前車為完成尾端篩選的通信車，且兩列車間無其他非通信車或通信車，則重載RBC按照追蹤移動(dòng)閉塞列車方式，為該列車計(jì)算行車許可，并按照移動(dòng)閉塞方式延伸列車行車許可終點(diǎn)。

2）計(jì)算追蹤固定閉塞列車的行車許可

追蹤固定閉塞列車是指追蹤前車為非通信車（包括LKJ設(shè)備控制的列車或ATP控制的降級(jí)列車），重載RBC按照閉塞分區(qū)為單元，通過檢查閉塞分區(qū)空閑，延伸行車許可終點(diǎn)追蹤固定閉塞列車。

3）計(jì)算追蹤降級(jí)列車的行車許可

追蹤前車為通信車，當(dāng)前車由通信車降級(jí)為非通信車時(shí)，考慮重載列車車身較長(zhǎng)，制動(dòng)性能差，制動(dòng)距離長(zhǎng)，閉塞分區(qū)長(zhǎng)度長(zhǎng)等因素，若重載RBC按照追蹤固定閉塞列車方式回縮行車許可終點(diǎn)，可能會(huì)發(fā)生列車闖行車許可終點(diǎn)，在列車高速運(yùn)行下，觸發(fā)緊急制動(dòng)，對(duì)重載列車產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損害。

對(duì)于該場(chǎng)景，重載移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)要求重載RBC為后車保持行車許可終點(diǎn)，使列車在保障安全條件下進(jìn)行制動(dòng)，當(dāng)行車許可終點(diǎn)所在閉塞分區(qū)空閑時(shí)，可按照固定閉塞方式追蹤列車，如圖4所示。

圖4 重載RBC計(jì)算列車追蹤降級(jí)列車行車許可示意Fig.4 Schematic diagram of movement authority of degraded tracking train as calculated by the heavy-haul RBC

3.4 重載RBC間移交切換

重載RBC最大支持管轄5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)站聯(lián)鎖，線路較長(zhǎng)，需要多個(gè)重載RBC管轄時(shí)，重載RBC間需要完成列車控制權(quán)的移交切換。重載RBC間控制權(quán)移交切換共分為3個(gè)過程：發(fā)起移交，控制權(quán)轉(zhuǎn)換，完成移交，如圖5所示。

圖5 重載RBC切換示意Fig.5 Schematic diagram of heavy-haul RBC handover

1）發(fā)起移交

移交RBC判斷列車完全進(jìn)入移交區(qū)，且列車行車許可終點(diǎn)延伸至移交分界點(diǎn)，則移交RBC向接管RBC發(fā)起移交申請(qǐng)。接管RBC接收到移交RBC的移交申請(qǐng)時(shí)，延伸該列車行車許可終點(diǎn)至接管RBC管轄區(qū)，并將計(jì)算的接管行車許可信息發(fā)送給移交RBC，移交RBC將本RBC計(jì)算的行車許可及接管RBC計(jì)算的行車許可拼接后發(fā)送給列車。列車判斷車頭在移交RBC管轄區(qū)，采信移交RBC發(fā)送行車許可進(jìn)行控車。

2）控制權(quán)轉(zhuǎn)換

列車在移交區(qū)，列車與移交RBC、接管RBC保持通信，移交RBC和接管RBC向列車均發(fā)送拼接后的行車許可，列車判斷車頭越過移交分界點(diǎn)，采信接管RBC發(fā)送的行車許可信息，完成控制權(quán)切換。

3）完成移交

移交列車車尾越過移交分界點(diǎn)，完全進(jìn)入接管RBC管轄區(qū)，采信接管RBC發(fā)送的行車許可，并向移交RBC發(fā)起注銷，移交RBC接收到列車發(fā)送的注銷信息，則與列車斷開連接，即完成RBC間的列車移交切換流程。

3.5 固定閉塞與移動(dòng)閉塞間切換

重載移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)支持列車在固定閉塞制式與移動(dòng)閉塞制式間切換，列車在固定閉塞制式下，由LKJ系統(tǒng)監(jiān)控列車運(yùn)行，司機(jī)憑地面允許信號(hào)行車。列車在移動(dòng)閉塞制式下，由ATP控制列車安全運(yùn)行，司機(jī)憑控車曲線行車。

1）固定閉塞→移動(dòng)閉塞切換

列車由固定閉塞區(qū)駛?cè)胍苿?dòng)閉塞區(qū)時(shí)，當(dāng)前列車由LKJ監(jiān)控列車運(yùn)行，列車經(jīng)過切換應(yīng)答器，激活A(yù)TP系統(tǒng)，ATP向重載RBC發(fā)起注冊(cè)，重載RBC判斷列車完成前端篩選，且滿足移動(dòng)閉塞控車條件，向ATP發(fā)送行車許可，ATP接收到行車許可后，向LKJ申請(qǐng)控制權(quán)，LKJ釋放控制權(quán)后，列車完成固定閉塞到移動(dòng)閉塞的切換，如圖6所示。

圖6 列車由固定閉塞區(qū)向移動(dòng)閉塞區(qū)切換示意Fig.6 Schematic diagram of a train switching from fixed block to moving block

2）移動(dòng)閉塞→固定閉塞切換

列車由移動(dòng)閉塞區(qū)駛?cè)牍潭ㄩ]塞區(qū)時(shí)，當(dāng)前列車由ATP防護(hù)列車運(yùn)行，由于移動(dòng)閉塞制式下，重載RBC計(jì)算行車許可終點(diǎn)延伸至前車車尾，而LKJ系統(tǒng)是以軌道電路碼序監(jiān)控列車運(yùn)行，當(dāng)ATP控車時(shí)允許列車最高速度高于切換至LKJ監(jiān)控列車時(shí)允許列車最高速度，則會(huì)引起LKJ系統(tǒng)輸出制動(dòng)，為防止該場(chǎng)景發(fā)生，列車在移動(dòng)閉塞區(qū)向固定閉塞區(qū)切換時(shí)，重載RBC按照閉塞分區(qū)為單元延伸行車許可終點(diǎn)，確保ATP切換至LKJ控車時(shí)，LKJ系統(tǒng)不會(huì)輸出制動(dòng)，如圖7所示。

圖7 列車由移動(dòng)閉塞區(qū)向固定閉塞區(qū)切換示意Fig.7 Schematic diagram of a train switching from moving block to fixed block

3.6 輔助聯(lián)鎖功能

1）信號(hào)機(jī)接近

重載移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)中，允許多列通信車駛?cè)胪婚]塞分區(qū)，對(duì)于地面有信號(hào)機(jī)設(shè)備，RBC根據(jù)列車屬性向聯(lián)鎖發(fā)送信號(hào)機(jī)接近的列車屬性，聯(lián)鎖根據(jù)該信息，控制室外信號(hào)機(jī)滅燈或是亮燈。

RBC向聯(lián)鎖發(fā)送信號(hào)機(jī)有通信車接近，則聯(lián)鎖控制該信號(hào)機(jī)滅燈；

RBC向聯(lián)鎖發(fā)送信號(hào)機(jī)無通信車接近，則聯(lián)鎖控制信號(hào)機(jī)亮燈；

RBC與聯(lián)鎖通信中斷情況下，聯(lián)鎖控制信號(hào)機(jī)亮燈。

2）信號(hào)機(jī)跨壓

重載移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)中，站內(nèi)允許通信車連續(xù)發(fā)車，聯(lián)鎖無法通過邏輯區(qū)段三點(diǎn)檢查占用邏輯判斷列車是否進(jìn)入進(jìn)路，無法滿足進(jìn)路信號(hào)機(jī)一次開放有效原則，需要重載RBC根據(jù)列車實(shí)際包絡(luò)計(jì)算通信車跨壓信號(hào)機(jī)情況，并將列車跨壓信號(hào)機(jī)狀態(tài)發(fā)送至聯(lián)鎖，聯(lián)鎖用于判斷關(guān)閉信號(hào)機(jī)條件。

3）邏輯區(qū)段占用狀態(tài)

重載RBC以邏輯區(qū)段為單元，計(jì)算通信車包絡(luò)及非通信車占?jí)哼壿媴^(qū)段狀態(tài)，并將該邏輯區(qū)段占?jí)籂顟B(tài)發(fā)送至聯(lián)鎖，聯(lián)鎖用于判斷關(guān)閉信號(hào)、解鎖進(jìn)路等條件。

邏輯區(qū)段占用狀態(tài)包含通信車占用、非通信車占用、無占用。

3.7 其他功能

1）臨時(shí)限速處理

重載RBC通過以太網(wǎng)與臨時(shí)限速服務(wù)器通信，獲取臨時(shí)限速信息，并將臨時(shí)限速信息隨行車許可發(fā)送至車載設(shè)備，車載設(shè)備根據(jù)限速信息計(jì)算控車曲線。

重載RBC上電啟動(dòng)時(shí)，與TSRS設(shè)備完成上電初始化前，按照管轄范圍所有區(qū)段最低限速處理；與TSRS設(shè)備完成上電初始化后，根據(jù)TSRS設(shè)備下發(fā)的臨時(shí)限速信息更新區(qū)段限速；與TSRS設(shè)備通信中斷后，保持最近有效的臨時(shí)限速信息，直到與TSRS設(shè)備正常通信。

2）發(fā)送監(jiān)測(cè)信息

重載RBC通過以太網(wǎng)與CTC通信，向CTC發(fā)送列車信息、線路信息以及設(shè)備工作狀態(tài)信息等，用于CTC設(shè)備監(jiān)控列車運(yùn)行、站場(chǎng)信息以及設(shè)備工作狀態(tài)。

3）發(fā)送前后車信息

重載RBC向列車發(fā)送距離該列車最近的前后車信息，該信息在列車DMI上顯示，用于輔助司機(jī)操控列車。

4 重載移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)在朔黃鐵路應(yīng)用

2014年國(guó)家能源集團(tuán)在國(guó)內(nèi)率先開展重載鐵路移動(dòng)閉塞系統(tǒng)研究，提出并驗(yàn)證了重載鐵路移動(dòng)閉塞系統(tǒng)技術(shù)方案。

2019年6月，重載RBC作為重載移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)核心設(shè)備之一，開始針對(duì)朔黃鐵路復(fù)雜場(chǎng)景做工程應(yīng)用化研究，并于2020年11月～2020年12月，在朔黃鐵路定州西至安國(guó)5站4區(qū)間，開展試驗(yàn)工作。

5 結(jié)束語

重載無線閉塞中心作為重載移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)核心設(shè)備之一，通過工程化應(yīng)用研究，兼容移動(dòng)閉塞和固定閉塞功能，滿足重載鐵路復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景需求。能夠顯著提高朔黃鐵路運(yùn)輸能力，降低線路改造難度，降低運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，為將來朔黃智慧鐵路建設(shè)奠定基礎(chǔ)。