呂書麗 郝長軍

*中國鐵道科學研究院通信信號研究所 助理研究員,100081 北京

**北京全路通信信號研究設(shè)計院 工程師 (鐵道部C3技術(shù)攻關(guān)組成員),100073 北京

CTCS-3級列控系統(tǒng)是基于無線信息傳輸(GSM-R)的列車運行控制系統(tǒng),通過車-地信息的雙向傳輸實現(xiàn)了列車的閉環(huán)控制,有效提高了列車的運營效率。CTCS-3級列控系統(tǒng)主要運營場景包括注冊與啟動、注銷、進出動車段、等級轉(zhuǎn)換、行車許可、RBC切換、自動過分相、重聯(lián)和摘解、臨時限速、降級情況、災害防護、調(diào)車作業(yè)、人工解鎖進路、特殊進路共 14個場景文件,其中等級轉(zhuǎn)換場景較為復雜,現(xiàn)對該場景進行初步分析研究。

1 從 CTCS-2級區(qū)域進入 CTCS-3級區(qū)域

1.1 應答器設(shè)置原則

1.1.1 應答器冗余設(shè)置

為了提高系統(tǒng)的可用性,RBC連接應答器組和等級轉(zhuǎn)換預告應答器組均應冗余設(shè)置。在圖 1中,BGA1和 BG A2中均應包含通信會話管理信息包 P42。BG A1和 BGA2作為等級轉(zhuǎn)換預告應答器組,用于列車定位,不發(fā)送等級轉(zhuǎn)換信息。當列車前端通過 BG A1和 BG A2時,車載設(shè)備向 RBC報告列車位置,RBC就可以知道列車接近的準確進路,然后根據(jù)等級轉(zhuǎn)換點內(nèi)方的聯(lián)鎖進路條件,決定是否發(fā)送行車許可。BG A3作為等級轉(zhuǎn)換執(zhí)行應答器組,發(fā)送有條件等級轉(zhuǎn)換命令 (信息包P46)。下面對應答器丟失情況進行分析。

圖1 TCS-2級進入 CTCS-3級區(qū)域示意圖

1.BG A1丟失,不會影響等級轉(zhuǎn)換的正常流程。當列車前端通過 BG A2時,車載設(shè)備呼叫RBC并建立通信會話,RBC向車載設(shè)備發(fā)送等級轉(zhuǎn)換命令及越過等級轉(zhuǎn)換點的 MA。

2.BG A2丟失,不會影響等級轉(zhuǎn)換的正常流程。當列車前端通過 BG A1時,車載設(shè)備呼叫RBC并建立通信會話,RBC向車載設(shè)備發(fā)送等級轉(zhuǎn)換命令及越過等級轉(zhuǎn)換點的 MA。

3.BG A3丟失,不會影響等級轉(zhuǎn)換的正常流程,因為當列車前端通過 BG A1或 BG A2時,車載設(shè)備接收到了 RBC發(fā)送的等級轉(zhuǎn)換命令和越過等級轉(zhuǎn)換點的MA。當列車前端通過等級轉(zhuǎn)換點時,車載設(shè)備從 CTCS-2級轉(zhuǎn)換為 CTCS-3級并且使用先前 RBC發(fā)送過來的 MA。

4.BG A 2和 BG A 3均丟失 (或者 BG A1和 BG A3均丟失),不會影響等級轉(zhuǎn)換的正常流程。當列車前端通過了 BG A1(或者 BG A2)時列車呼叫 RBC并建立通信會話,RBC向車載設(shè)備發(fā)送等級轉(zhuǎn)換命令及越過等級轉(zhuǎn)換點的 MA。

1.1.2 進入 CTCS-3級區(qū)域的線路上存在分歧道岔

若在進入 CTCS-3級區(qū)域的線路上有分歧道岔,則等級轉(zhuǎn)換預告應答器組 (LTA)應設(shè)置在道岔的后方(如圖2所示),這樣做的目的:

圖2 分歧道岔的應答器布置

1.如果已經(jīng)建立了無線連接的列車駛向線路 3,則列車在經(jīng)過 RBC連接取消應答器組 (RT)時,僅斷開無線連接即可。

2.如果已經(jīng)建立了無線連接的列車直行經(jīng)過了 LTA,RBC才對該列車發(fā)送等級轉(zhuǎn)換命令和行車許可。

1.1.3 進入 CTCS-3級區(qū)域的線路上存在匯合道岔

若在轉(zhuǎn)換到 CTCS-3級的線路上有匯合道岔,則 LTA應設(shè)置在道岔的前方 (如圖3所示),這樣RBC知道是哪列車經(jīng)過了 LTA,并且僅對該列車發(fā)送行車許可。

圖3 匯合道岔的應答器布置

1.1.4 應答器組設(shè)置距離原則

GSM-R連接點 (GRE)、RBC連接點 (RE)、轉(zhuǎn)換預告點 (YG-2/3)的設(shè)置需滿足 CTCS-3級列控系統(tǒng)應答器應用原則 (V2.0)中的規(guī)定。如圖 4所示。

圖4 等級轉(zhuǎn)換應答器組設(shè)置示意圖

1.1.5 應答器信息覆蓋范圍分析

CTCS-2級列控系統(tǒng)應答器應用原則 (V2.0)中規(guī)定:CTCS-2級線路可間隔 1個閉塞分區(qū)設(shè)置區(qū)間無源應答器組。應答器報文編制原則規(guī)定:對于區(qū)間應答器組正向數(shù)據(jù)范圍應冗余覆蓋,丟失1個應答器組列車運行不受影響,也即 1個應答器組內(nèi)的信息可覆蓋 4個閉塞分區(qū)。

CTCS-3級列控系統(tǒng)應答器應用原則 (V2.0)中規(guī)定:在 CTCS-3級線路上,區(qū)間每個閉塞分區(qū)入口處設(shè)置 2個及以上無源應答器構(gòu)成的應答器組,對于區(qū)間應答器組正向數(shù)據(jù)范圍應冗余覆蓋,丟失 1個應答器組列車運行不受影響。

為了兼容 CTCS-2級列車能在 CTCS-3級線路上全速運行,在 CTCS-3級線路上,1個應答器組內(nèi)的信息也應覆蓋 4個閉塞分區(qū),這樣 CTCS-2級向 CTCS-3級轉(zhuǎn)換時,距離等級轉(zhuǎn)換邊界點最近的等級轉(zhuǎn)換預告應答器組內(nèi)的信息可以覆蓋到等級轉(zhuǎn)換邊界點內(nèi)方第 3個閉塞分區(qū) (可以滿足以 CTCS-2級最高允許速度運行時等級轉(zhuǎn)換點內(nèi)方完整常用制動距離要求),在軌道電路信號允許的情況下,列車能以 CTCS-2級最高允許速度通過等級轉(zhuǎn)換邊界,并在通過等級轉(zhuǎn)換邊界后,可根據(jù)CTCS-3級允許的速度、線路允許速度、臨時限速等信息取最受限制的速度運行 (注:在工程設(shè)計中應保證 CTCS-3級線路允許速度不低于 CTCS-2級線路允許速度)。

1.2 等級轉(zhuǎn)換點內(nèi)方閉塞分區(qū)狀態(tài)

1.2.1 等級轉(zhuǎn)換點內(nèi)方閉塞分區(qū)空閑

轉(zhuǎn)換點內(nèi)方閉塞分區(qū)空閑時,轉(zhuǎn)換點處的信號為允許信號。當列車通過了等級轉(zhuǎn)換預告點后,RBC向車載設(shè)備發(fā)送等級轉(zhuǎn)換命令以及越過轉(zhuǎn)換點的 MA。

1.2.2 等級轉(zhuǎn)換點內(nèi)方閉塞分區(qū)占用

轉(zhuǎn)換點內(nèi)方閉塞分區(qū)占用時,列車必須在轉(zhuǎn)換點外方停車 (列車已與 RBC建立連接)。

轉(zhuǎn)換點內(nèi)方閉塞分區(qū)空閑時,列車以原模式向前運行,當通過 BG A3時 (見圖 1),車載設(shè)備向RBC發(fā)送一個以 BG A3為 LRBG的位置報告,當RBC收到該位置報告后,向列車發(fā)送等級轉(zhuǎn)換命令和 FSMA,此 FSMA從 LRBG(BG A3)處開始生效,車載設(shè)備此時轉(zhuǎn)換到 CTCS-3級進行控車。

1.3 兩列列車同時向等級轉(zhuǎn)換邊界運行

1.3.1 前車未與 RBC建立連接而后車與 RBC建立連接

一個運行等級為 CTCS-2級的列車 (列車 1)經(jīng)過了 RE但未與 RBC建立連接,跟隨其后的另一列運行等級為 CTCS-2級的列車 (列車 2)也經(jīng)過了RE并與 RBC建立了連接,在列車1越過等級轉(zhuǎn)換點后,RBC才向列車 2發(fā)送行車許可。

1.3.2 兩列列車均與 RBC建立連接

當兩列均與 RBC建立連接的列車經(jīng)過了等級轉(zhuǎn)換預告應答器組 (該應答器組內(nèi)方的 C3進路為惟一進路),特別在區(qū)間自動閉塞線路,RBC將只為離轉(zhuǎn)換邊界最近的列車提供進入 CTCS-3級區(qū)域的行車許可和等級轉(zhuǎn)換命令,當該車越過 CTCS-2/CTCS-3級邊界轉(zhuǎn)入 CTCS-3級系統(tǒng)控車后,RBC再向后一輛列車提供行車許可及等級轉(zhuǎn)換命令。

1.4 通過等級轉(zhuǎn)換點之前未與 RBC建立通信會話

如果由于某種原因 (如:GSM-R無線通信、RBC故障),列車前端在通過等級轉(zhuǎn)換邊界點時未與 RBC建立連接,在這種情況下,列車將不停車按 CTCS-2級系統(tǒng)繼續(xù)運行。

在 CTCS-3級區(qū)域,各車站反向進站信號機處的應答器組均設(shè)置與 RBC進行連接所需要的報文,當列車前端經(jīng)過該應答器組時,車載設(shè)備開始呼叫RBC并建立連接。一旦連接成功并獲得 CTCS-3級行車許可,系統(tǒng)將在下一閉塞分區(qū)邊界自動轉(zhuǎn)入CTCS-3級工作。

1.5 與 RBC通信容量保護

在同一時間,RBC只能與最大數(shù)量的 CTCS-3級車載設(shè)備通信。當達到這個極限,就不能與列車開始任何新的通信會話。所有在 CTCS-2級下運行的列車將繼續(xù)以 CTCS-2級運行。

當激活會話的數(shù)量距離最大值僅有較小的余量時,RBC將向 CTC報警。應把最大值余量作為一個固定值在工程應用數(shù)據(jù)中定義,默認值是 3個會話。調(diào)度員可以命令停在 RBC區(qū)域內(nèi)的列車司機,關(guān)閉 RBC通信以緩解容量壓力。

2 從 CTCS-3級向 CTCS-2級轉(zhuǎn)換

2.1 從 CTCS-3級區(qū)域進入 CTCS-2級區(qū)域

當列車即將駛出 CTCS-3級區(qū)域并進入 CTCS-2級區(qū)域時,RBC應在列車前端距 CTCS-3/CTCS-2級轉(zhuǎn)換邊界一定距離時,向車載設(shè)備發(fā)送在 CTCS-3/CTCS-2級轉(zhuǎn)換邊界處轉(zhuǎn)換為 CTCS-2級的等級轉(zhuǎn)換預告命令。

為保證系統(tǒng)不因等級轉(zhuǎn)換而觸發(fā)制動且滿足最大運營效率的要求,CTCS-3級系統(tǒng)的行車許可需越過 CTCS-3/CTCS-2級邊界至少一個完整常用制動距離 (從 CTCS-2級最高允許速度制動到 0所經(jīng)過的距離),RBC發(fā)送給車載的靜態(tài)速度曲線在等級轉(zhuǎn)換點處描述為 CTCS-2級最受限制的速度,當列車運行到等級轉(zhuǎn)換點時,車載設(shè)備已將列車速度降為 CTCS-2級最高允許速度,保證了在等級轉(zhuǎn)換邊界列車以 CTCS-2級最高允許速度通過。

在 CTCS-3/CTCS-2級邊界處設(shè)置等級轉(zhuǎn)換執(zhí)行應答器組,當列車前端通過該應答器組車載設(shè)備還未轉(zhuǎn)換為 CTCS-2級時,將命令車載設(shè)備轉(zhuǎn)為CTCS-2級。根據(jù) CTCS-3級列控系統(tǒng)應答器應用原則 (V2.0):地面應答器設(shè)置應同時滿足 CTCS-2級系統(tǒng)的需求,并集成 CTCS-3級和 CTCS-2級報文,即在 CTCS-3/CTCS-2級等級轉(zhuǎn)換執(zhí)行應答器組內(nèi)包含的信息除了等級轉(zhuǎn)換命令外,還包含線路速度、線路坡度、軌道區(qū)段、應答器鏈接以及臨時限速等信息,這樣在轉(zhuǎn)換到 CTCS-2級后列車能以完全監(jiān)控模式運行。

當列車尾部越過 CTCS-3/CTCS-2級邊界后,車載設(shè)備向 RBC報告列車位置,RBC接收到位置報告后,將命令車載設(shè)備斷開與RBC的連接并注銷列車注冊信息,車載關(guān)閉與 RBC的連接。

等級轉(zhuǎn)換點內(nèi)方閉塞分區(qū)占用時,RBC向車載發(fā)送到等級轉(zhuǎn)換邊界點的行車許可。當?shù)燃夀D(zhuǎn)換點內(nèi)方閉塞分區(qū)空閑時,RBC向車載發(fā)送延伸的越過等級轉(zhuǎn)換點的行車許可,列車正常運行經(jīng)過等級轉(zhuǎn)換點后進行等級轉(zhuǎn)換。

2.2 CTCS-3級區(qū)域內(nèi)的降級運行

列車在 CTCS-3級區(qū)域內(nèi)以 CTCS-3級運行,當 GSM-R無線通信或者 RBC發(fā)生故障時,列車可以在列車速度降至 CTCS-2級允許速度后,且經(jīng)司機確認轉(zhuǎn)換為 CTCS-2級運行,并關(guān)閉與 RBC的通信會話。

[1］ 科技運[2008]113號.CTCS-3級列控系統(tǒng)功能需求規(guī)范(FRS)[S].中華人民共和國鐵道部,2008.

[2］ 科技運[2008]127號.CTCS-3級列控系統(tǒng)系統(tǒng)需求規(guī)范(SRS)[S].中華人民共和國鐵道部,2008.

[3］ 科技運[2008]143號.CTCS-2級列控系統(tǒng)應答器應用原則(V 1.0)[S].中華人民共和國鐵道部,2008.

[4］ 科技運[2010]21號.CTCS-3級列控系統(tǒng)應答器應用原則(V 1.0)[S].中華人民共和國鐵道部,2010.