鄭理華

1 城際軌道交通及城際鐵路列控系統(tǒng)概述

我國高速鐵路建設和運營已經(jīng)取得了舉世矚目的成績。隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，區(qū)域和區(qū)域之間，區(qū)域內(nèi)部城市之間，省內(nèi)城市之間的人員和商品的流動和流通也隨之相應的增加。為適應經(jīng)濟的發(fā)展和區(qū)域交通的需要，多個經(jīng)濟發(fā)達區(qū)域 (如珠三角，長三角，長株潭、青榮、鄭開、成綿樂等地區(qū))相繼規(guī)劃在現(xiàn)有高速鐵路的技術和運營基礎上，建設城際軌道交通系統(tǒng)，總里程近3000 km，預計在2015年開通運營珠三角莞惠線、佛肇線和長株潭城際鐵路。城際鐵路必將是未來區(qū)域和省內(nèi)重要城市之間交通的大通道和主通道。

為了增強運輸能力和運輸效率，根據(jù)客運專線“高速度、高密度、跨線運行”的實際特點，城際鐵路列控系統(tǒng)在CTCS-2級列控系統(tǒng)基礎上，新增了站間自動運行、車站定點停車及車站通過、折返作業(yè)、列車運行自動調(diào)整、車門/屏蔽門 (或安全門，以下簡稱屏蔽門)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。城際鐵路列控系統(tǒng)地面設備配置，兼容CTCS-2級列控系統(tǒng)，與CTCS-2相關的地面設備設置方式維持不變。地面設置專用的精確定位應答器，實現(xiàn)列車精確定位;設置通信控制服務器 (CCS)，實現(xiàn)站臺門控制和運行計劃處理;設置車載ATO設備，實現(xiàn)列車自動駕駛;采用GSM-R網(wǎng)絡實現(xiàn)車-地雙向通信。城際鐵路整體車載結構如圖1所示。

圖1 城際鐵路車載設備結構圖

2 城際列控車載ATP的新增關鍵功能

從城際列控系統(tǒng)總體構成和技術總體方案中可以看出，CTCS-2級列控系統(tǒng)的安全功能是城際列控系統(tǒng)的安全基石，在此基礎上增加了城際列控特有的ATP和ATO功能。從研究開發(fā)成本和周期、列控技術的積累和掌握、系統(tǒng)自主化等角度出發(fā)，尤其是考慮到既有CTCS-2級列控車載設備的安全性和可用性，并經(jīng)長期運營實踐充分證明，以既有CTCS-2級列控車載設備作為安全和技術基礎，在此基礎上進行城際鐵路列控車載ATP的研究和開發(fā)，是一條最優(yōu)路徑。

在最優(yōu)路徑確定的基礎上，選用CTCS2-200C型ATP車載設備作為現(xiàn)有CTCS-2級列控ATP的原型。通過分析和比對CTCS-2級列控和城際鐵路列控系統(tǒng)ATP功能，確定出CTCS2-200C型ATP車載設備所要新增和升級的主要ATP功能為：車-地雙向安全通信、列車停準停穩(wěn)、車門使能、車門防護能、站臺門聯(lián)動、新增模式 (CS，SL，AM)及其轉(zhuǎn)換、自動折返等。同時可以確定，城際鐵路列控系統(tǒng)新增的ATP功能，是為了滿足和適應城際鐵路ATO功能的需要而隨之增加的，新增的和既有CTCS-2的ATP功能是ATO設備工作的基礎，是整體車載設備的安全基礎。如果在現(xiàn)有CTCS2-200C型ATP車載設備的基礎上無法設計出合理的、新的整體方案，無法進行系統(tǒng)整體功能的擴充，無法實現(xiàn)上述關鍵新增功能，將會直接導致與之配合的ATO設備無法正常工作，從而影響城際鐵路列控系統(tǒng)非CTCS-2功能的正常實現(xiàn)。

3 城際列控車載ATP的總體技術方案

依據(jù)城際鐵路整體車載結構 (圖1所示)，以及確定的ATP新增功能，同時確保原有CTCS-2列控車載設備的安全功能不受任何影響，提出了一種完全基于現(xiàn)有CTCS2-200C的安全功能，在其原有CTCS-2級安全功能不做任何改動的基礎上，實現(xiàn)新增ATP功能的城際列控ATP整體設計思路。

城際動車組與列控車載設備之間的接口如表1和表2所示，其中動車組傳送至ATP的輸入信號如表1所示，ATP發(fā)送至動車組的輸出信號如表2所示。

表1 動車組傳送至ATP的輸入信號

表2 ATP發(fā)送至動車組的輸出信號

ATP車載整體技術方案如圖2所示，其特點是完全不改變CTCS2-200C與車輛既有的接口，CTCS2-200C自身的機柜和組匣不做任何改動，即通過既有的RS-422，與擴展單元部分以安全通信方式，實時獲取新增接口內(nèi)容和無線通信消息，通過相應的軟件升級，完成和實現(xiàn)新增的ATP關鍵功能。

圖2 基于CTCS2-200C及擴展單元的列控車載ATP設備總體構成圖

為了保證通信方式獲取的接口信息和無線通信消息安全、可靠，CTCS-200C擴展單元硬件采用成熟的二乘二取二安全計算機平臺。二乘二取二安全計算機由功能完全相同的2套子系統(tǒng)構成，分別為Ⅰ通道 (由計算機A和B組成的故障-安全通道)和Ⅱ通道 (由計算機C和D組成的故障-安全通道)。2個通道構成主備冗余關系，每個通道采用2臺獨立的計算機對系統(tǒng)輸入信號進行獨立運算，并對運算結果進行比較。如果結果一致，則進行系統(tǒng)輸出;如果結果不一致或自監(jiān)測出現(xiàn)故障，則判斷該通道故障，自動切換到另一正常通道工作。

新增的IO信號由擴展單元通過智能IO模塊進行處理，擴展單元負責從智能IO模塊獲取城際鐵路新增的動車組輸入給ATP的信號，同時將ATP輸出給動車組的新增IO信號，提交給智能IO模塊處理。智能IO模塊是通過SIL4認證的成熟產(chǎn)品，已應用于計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)中，具有完善的自診斷功能，任意一路采集或驅(qū)動回路故障，均可被及時檢出。智能IO模塊硬件采用二取二結構，具有雙CPU結構，通過雙CPU間比較校驗，確保命令的正確執(zhí)行。CPU負責通過CAN總線的通信、雙CPU之間的通信、采集驅(qū)動命令的執(zhí)行及采集驅(qū)動回路的自診斷等工作。信息傳輸采用CRC編碼和正反碼重傳機制等冗余技術，以保證信息安全傳輸。

當裝備了基于CTCS2-200C及擴展單元的列控車載ATP設備的城際動車組，進入到C2/C3客運專線運行時，正常情況下，城際列控車載ATP設備將按照C2安全功能+城際新增ATP功能運行。如有異常，即使圖2中的擴展單元及虛線部分設備都處于關機狀態(tài)或不工作，列控車載ATP設備將按照原C2安全功能運行，能夠確保城際動車組在城際線上完成C2功能運行。

4 城際列控車載ATP總體方案測試

從整體的角度出發(fā)，以圖2所示的虛擬邊界線的上下部分有機地理解城際列控ATP系統(tǒng)，可以發(fā)現(xiàn)圖2的虛擬邊界線的下半部分為ATP功能的實現(xiàn)部分，虛擬線的上半部分為ATP實現(xiàn)城際ATP新增功能提供必要的外部條件?；谏鲜龅挠袡C理解，對基于CTCS2-200C的城際列控車載ATP系統(tǒng)進行測試驗證，通過CTCS2-200C目標仿真模擬器和仿真擴展單元軟件搭建測試環(huán)境，使其能夠與圖2所示的列控車載ATP總體結構做到完全對應，全面模擬列車運行真實環(huán)境，對基于CTCS2-200C的城際列控車載ATP系統(tǒng)進行測試和驗證，測試環(huán)境如圖3所示。

圖3 基于CTCS2-200C的城際列控車載ATP系統(tǒng)測試環(huán)境

200C目標模擬器是實驗室用于ATP設備的系統(tǒng)集成、驗證和測試工具，通過執(zhí)行測試人員所編寫的測試場景實現(xiàn)對ATP運行環(huán)境的仿真，利用監(jiān)測工具來記錄并分析ATP的運行狀態(tài)。在該測試環(huán)境中，目標模擬器模擬BTM、速度脈沖、發(fā)送軌道電路信息、提供200C設備安全輸入輸出控制，模擬列車接口、電源控制、運行測試腳本，并給系統(tǒng)提供各種測試數(shù)據(jù)。仿真擴展單元運行于PC機，與CTCS-200C的雙路RS-422口連接，通過安全通信協(xié)議，為200C提供新增的列車IO輸入信息、無線輸入消息和ATO輸入信息等，同時200C可將新增的IO輸出、無線輸出消息和輸出給ATO的信息發(fā)送給仿真擴展單元。

通過編寫城際鐵路列控功能測試案例和測試序列，測試內(nèi)容包括既有CTCS-2級安全功能和城際鐵路新增ATP功能，將200C目標模擬器和200C擴展單元仿真軟件配合使用，模擬城際動車組實際運用環(huán)境，即可對基于CTCS2-200C的城際列控車載ATP進行功能測試。測試結果表明該系統(tǒng)能夠完全實現(xiàn)既有CTCS-2級列控系統(tǒng)安全功能，同時實現(xiàn)了城際列控ATP車載新功能。通過測試結果可以確認，基于CTCS2-200C的城際列控車載ATP的總體技術方案的正確性、可行性、實用性。

5 總結

在CTCS-2級列控車載系統(tǒng)的基礎上，研究和實現(xiàn)城際列控車載總體技術方案，對于城際鐵路具有非?，F(xiàn)實的意義，既可充分利用CTCS-2級列控車載系統(tǒng)的技術成果和運營經(jīng)驗，同時又能降低城際鐵路列控車載系統(tǒng)開發(fā)的難度;可以確保城際列控車載系統(tǒng)的安全性完全基于和保持原有的CTCS-2級列控車載系統(tǒng)的安全性，同時還增加了城際鐵路其特有的安全功能，使得城際列控車載系統(tǒng)的安全性得到進一步提升。

現(xiàn)階段總體技術方案的研究和實現(xiàn)，可以使目前的CTCS-2級列控車載系統(tǒng)成功升級為滿足和符合《暫行總體技術規(guī)范》的城際列控車載系統(tǒng)，也為進一步優(yōu)化、完善城際列控車載系統(tǒng)奠定了良好的技術基礎。城際鐵路研究和起步時間不長，目前尚未有最終的城際列控車載系統(tǒng)技術標準，城際列控車載系統(tǒng)及其相關規(guī)范和標準，還需要隨著城際鐵路運營實踐不斷地完善和優(yōu)化，其功能、安全性和可用性將會隨之豐富和提升。

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