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CTCS-4級(jí)列車(chē)控制系統(tǒng)研發(fā)關(guān)鍵點(diǎn)分析

2016-02-11 05:33李啟翮
關(guān)鍵詞:軌道電路控系統(tǒng)完整性

李啟翮

(1.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 100073;2.北京市高速鐵路軌道交通運(yùn)行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心,北京 100073)

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CTCS-4級(jí)列車(chē)控制系統(tǒng)研發(fā)關(guān)鍵點(diǎn)分析

李啟翮1,2

(1.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 100073;
2.北京市高速鐵路軌道交通運(yùn)行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心,北京 100073)

摘要:CTCS-4級(jí)列控系統(tǒng)是中國(guó)列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)(CTCS)規(guī)劃中的最高一級(jí),目前尚處于理論研究階段。針對(duì)該系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行分析,歸納總結(jié)研發(fā)該系統(tǒng)所存在的關(guān)鍵問(wèn)題及難點(diǎn),為進(jìn)一步的系統(tǒng)研發(fā)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞:中國(guó)列車(chē)控制系統(tǒng)CTCS-4級(jí);移動(dòng)閉塞;列車(chē)完整性;軌道占用檢測(cè)

Abstract:As the highest level of Chinese Train Control System, CTCS-4 system is still in the theoretical research phase. This paper analyzes the characteristics of the system and summarizes the key points and dif fi cult problems, providing a basis for further research and development of the system.

Keywords:CTCS-4; moving block; train integration; track occupation detection

1 概述

列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)是高速鐵路三大關(guān)鍵技術(shù)之一,它根據(jù)列車(chē)在鐵路線路上運(yùn)行的客觀條件和實(shí)際情況,對(duì)列車(chē)運(yùn)行速度及制動(dòng)方式等進(jìn)行監(jiān)控,是保障列車(chē)安全運(yùn)行的關(guān)鍵系統(tǒng)。

我國(guó)鐵路所規(guī)劃的列控系統(tǒng)體系稱為CTCS (China Train Control System),是參考?xì)W洲列控系統(tǒng)ETCS并結(jié)合我國(guó)鐵路實(shí)際所制定的,共分為0~4共5個(gè)等級(jí)。

1)CTCS-0級(jí)列控系統(tǒng)由通用機(jī)車(chē)信號(hào)和運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置構(gòu)成,為既有線現(xiàn)狀;

2)CTCS-1級(jí)列控系統(tǒng)由主體機(jī)車(chē)信號(hào)和安全型運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置組成;

3)CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)基于應(yīng)答器和軌道電路信息傳輸,憑車(chē)載信號(hào)行車(chē),已應(yīng)用于200~250 km/h線路;

4)CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng),基于無(wú)線信息傳輸,憑車(chē)載信號(hào)行車(chē),用于300~350 km/h線路;

5)CTCS-4級(jí)列控系統(tǒng)基于無(wú)線通信傳輸平臺(tái),取消軌道電路,實(shí)現(xiàn)虛擬閉塞或移動(dòng)閉塞,適用于速度350 km/h以上的線路或特種鐵路,目前尚處于研究階段。

由上述等級(jí)說(shuō)明可以看出,CTCS-2/3系統(tǒng)運(yùn)用于高速鐵路,而CTCS-4(以下簡(jiǎn)稱C4)系統(tǒng)不僅面向高速鐵路,也可能用于其他如西部鐵路、支線鐵路等一些特殊線路,應(yīng)用范圍更廣。

目前,CTCS-3(簡(jiǎn)稱C3)系統(tǒng)是我國(guó)最先進(jìn)的列控系統(tǒng),其標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際是以歐洲ETCS2(簡(jiǎn)稱E2)系統(tǒng)為基礎(chǔ),并以CTCS-2(簡(jiǎn)稱C2)系統(tǒng)為后備制定而成的,該等級(jí)與歐洲的E2并列為當(dāng)今世界上已經(jīng)廣泛成熟應(yīng)用的最先進(jìn)的列控系統(tǒng)。

盡管C3系統(tǒng)已有大量成熟應(yīng)用,但在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中也暴露出一定的缺點(diǎn):1)采用了準(zhǔn)移動(dòng)閉塞制式,對(duì)于進(jìn)一步提高列車(chē)運(yùn)行速度,縮短追蹤間隔有一定限制;2)地面設(shè)備眾多,尤其是需要沿線鋪設(shè)軌道電路,建設(shè)運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本較高。

而C4系統(tǒng)規(guī)劃中的兩大新特征(移動(dòng)閉塞、取消軌道電路)正好可以解決上述缺點(diǎn),并可以向下兼容C3,具有比C3系統(tǒng)更多的優(yōu)越性,是未來(lái)發(fā)展的方向,但目前尚處于理論研究階段,無(wú)實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展,原因之一在于實(shí)際研發(fā)中尚有一些關(guān)鍵難點(diǎn)需要攻克。本文從C4系統(tǒng)與C3系統(tǒng)的區(qū)別入手,分析因系統(tǒng)差異導(dǎo)致的研發(fā)關(guān)鍵問(wèn)題及困難點(diǎn)所在,為進(jìn)一步的標(biāo)準(zhǔn)制定和系統(tǒng)研發(fā)奠定基礎(chǔ)。

2 系統(tǒng)分析

根據(jù)規(guī)劃,C4系統(tǒng)與C3系統(tǒng)均采用車(chē)地?zé)o線通信的方式,其改進(jìn)之處在于:1)地面取消軌道電路;2)采用移動(dòng)閉塞或虛擬閉塞(實(shí)際上移動(dòng)閉塞是廣義虛擬閉塞的一種,狹義的虛擬閉塞通常指虛擬固定閉塞或虛擬準(zhǔn)移動(dòng)閉塞,移動(dòng)閉塞是相對(duì)于狹義虛擬閉塞更先進(jìn)的方式,本文后續(xù)將集中于移動(dòng)閉塞,忽略虛擬閉塞)。

與C3相比,C4的主要不同在于上述2點(diǎn),但這二者(尤其是第1點(diǎn))將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行帶來(lái)較大的改變。

2.1功能及安全影響分析

相對(duì)于C3采用的準(zhǔn)移動(dòng)閉塞制式,C4采用了更新式的移動(dòng)閉塞,能夠進(jìn)一步縮短列車(chē)追蹤間隔。實(shí)際中,移動(dòng)閉塞并非全新的技術(shù),該閉塞方式已經(jīng)在城軌CBTC系統(tǒng)中被廣泛采用,多數(shù)列控廠商均具備該技術(shù),因此移動(dòng)閉塞雖然是C4的關(guān)鍵特征之一,卻并非系統(tǒng)研發(fā)中所需攻克的難點(diǎn)。

與移動(dòng)閉塞的引入相比,軌道電路的取消給系統(tǒng)帶來(lái)更大沖擊。在C3系統(tǒng)中,軌道電路擔(dān)負(fù)著重要的職責(zé),主要包括:1)軌道占用檢測(cè);2)向C2級(jí)列車(chē)發(fā)碼。因此取消軌道電路后,意味著:1)系統(tǒng)中缺少軌道占用檢測(cè)設(shè)備;2)系統(tǒng)無(wú)法兼容C2等級(jí)列車(chē)。這將對(duì)進(jìn)路控制、站內(nèi)發(fā)車(chē)、移動(dòng)授權(quán)、等級(jí)轉(zhuǎn)換、列車(chē)完整性、調(diào)車(chē)作業(yè)、故障處理等多種功能產(chǎn)生影響。

這些功能的變化即為C4系統(tǒng)研究的關(guān)鍵難點(diǎn),下面將分別進(jìn)行分析。

2.1.1進(jìn)路控制

在C3系統(tǒng)中,進(jìn)路的控制由聯(lián)鎖(CBI)實(shí)現(xiàn)。CBI根據(jù)軌道電路所檢測(cè)的軌道占用狀態(tài)作為控制進(jìn)路的基礎(chǔ)信息,然后將進(jìn)路的編號(hào)、狀態(tài)等信息發(fā)送給無(wú)線閉塞中心(RBC)作為控制列車(chē)運(yùn)行的依據(jù)之一。

取消軌道電路后,CBI無(wú)法獲取軌道占用狀態(tài),也就無(wú)法控制進(jìn)路。一種可能的替代方式是由RBC將列車(chē)的位置、長(zhǎng)度等信息發(fā)送給CBI,CBI以此為依據(jù)判斷軌道狀態(tài)并控制進(jìn)路,但這種方式有如下難點(diǎn)需要克服。

1)RBC所發(fā)送的列車(chē)位置有一定滯后(C3系統(tǒng)中,列車(chē)每6 s發(fā)送一次位置報(bào)告);

2)車(chē)地?zé)o線通信可能發(fā)生故障,無(wú)法即時(shí)傳送列車(chē)信息;

3)列車(chē)完整性丟失,也會(huì)使列車(chē)的長(zhǎng)度和位置不再準(zhǔn)確;

4)RBC-CBI通信故障會(huì)導(dǎo)致CBI無(wú)法獲取實(shí)時(shí)列車(chē)信息。

上述難點(diǎn)都會(huì)對(duì)系統(tǒng)功能安全產(chǎn)生影響,如果沒(méi)有解決方案,則進(jìn)路將無(wú)法控制。

2.1.2站內(nèi)發(fā)車(chē)

在C3系統(tǒng)中,車(chē)載ATP斷電重啟后,可以目視行車(chē)模式從站內(nèi)發(fā)車(chē),也可以C2等級(jí)發(fā)車(chē),并在運(yùn)行過(guò)程中呼叫RBC,按照一定的流程轉(zhuǎn)為C3等級(jí)全監(jiān)控模式運(yùn)行。但在C4系統(tǒng)中,這卻是一個(gè)可能導(dǎo)致安全風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵難點(diǎn)。

由于不再兼容C2等級(jí),因此列車(chē)只能以目視行車(chē)模式發(fā)車(chē),這會(huì)有3種后果。

1)列車(chē)在短時(shí)間內(nèi)與RBC順利建立通信會(huì)晤,并在經(jīng)過(guò)站內(nèi)某組距離列車(chē)最近應(yīng)答器后及時(shí)向RBC報(bào)告自身位置, RBC可以正??刂屏熊?chē)運(yùn)行;

2)列車(chē)未能與RBC建立通信會(huì)晤,以目視模式駛出車(chē)站進(jìn)入?yún)^(qū)間運(yùn)行;

3)列車(chē)與RBC建立通信會(huì)晤后,但沒(méi)能向RBC報(bào)告自身位置(可能由于應(yīng)答器丟失),以目視模式駛出車(chē)站進(jìn)入?yún)^(qū)間。

由于取消軌道電路,后2種情況下會(huì)帶來(lái)巨大的安全風(fēng)險(xiǎn):存在RBC不知道位置的列車(chē)進(jìn)入?yún)^(qū)間運(yùn)行(區(qū)間出現(xiàn)了幽靈車(chē)),將可能導(dǎo)致列車(chē)追尾的嚴(yán)重事故。

2.1.3移動(dòng)授權(quán)

在C3系統(tǒng)中,移動(dòng)授權(quán)的終點(diǎn)總是在閉塞分區(qū)(或進(jìn)路)的分界點(diǎn)處,RBC根據(jù)閉塞分區(qū)的占用狀態(tài)確定移動(dòng)授權(quán)是否能包含該閉塞分區(qū),而該占用狀態(tài)則是由軌道電路檢測(cè),這樣,即使有C2列車(chē)、無(wú)線故障列車(chē)和隔離列車(chē)在軌道上運(yùn)行,也不會(huì)產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)。

但在C4系統(tǒng)中,移動(dòng)閉塞要求后車(chē)以前車(chē)的車(chē)尾為跟蹤目標(biāo),不再使用閉塞分區(qū)的概念;此外,由于軌道電路這個(gè)基礎(chǔ)不再存在,線路上的全部占用狀態(tài)都必須由RBC自身進(jìn)行維護(hù),這要求RBC必須確知管轄范圍內(nèi)所有列車(chē)的運(yùn)行狀態(tài),才能正確控車(chē)。當(dāng)出現(xiàn)車(chē)地通信故障,或有“幽靈車(chē)”進(jìn)入RBC管轄范圍,存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.4等級(jí)轉(zhuǎn)換在C3系統(tǒng)中,等級(jí)轉(zhuǎn)換主要發(fā)生在兩類(lèi)情形:1)在C3線路與C2線路的邊界設(shè)置等級(jí)轉(zhuǎn)換區(qū),以供列車(chē)進(jìn)行等級(jí)轉(zhuǎn)換;

2)在C3線路上,列車(chē)因無(wú)線丟失轉(zhuǎn)為C2等級(jí)運(yùn)行,重新呼叫RBC成功后轉(zhuǎn)為C3等級(jí)。

在C4系統(tǒng)中,第2種場(chǎng)景不再允許存在,僅需考慮第1類(lèi)轉(zhuǎn)換場(chǎng)景。

由于取消軌道電路,等級(jí)轉(zhuǎn)換同樣存在安全風(fēng)險(xiǎn)或?qū)?duì)運(yùn)營(yíng)效率產(chǎn)生影響,下面以C2線路與C4線路邊界的等級(jí)轉(zhuǎn)換進(jìn)行說(shuō)明(當(dāng)C3列車(chē)進(jìn)入C4區(qū)域運(yùn)行,或C4車(chē)載設(shè)備也包含C2功能時(shí),會(huì)有此等級(jí)轉(zhuǎn)換的場(chǎng)景需求):

1)處于C2等級(jí)列車(chē)要進(jìn)入C4區(qū)域運(yùn)行,可能由于未能及時(shí)與RBC建立通信會(huì)晤并報(bào)告位置,成為“幽靈車(chē)”進(jìn)入C4區(qū)域,這會(huì)導(dǎo)致安全風(fēng)險(xiǎn);

2)處于C3/C4等級(jí)的列車(chē)要駛出C4區(qū)域,由于無(wú)法獲取邊界外的軌道占用狀態(tài),無(wú)法以C2等級(jí)所允許的速度通過(guò),而需要在邊界停車(chē),才能以目視模式駛出,這會(huì)影響運(yùn)營(yíng)效率。

2.1.5列車(chē)完整性

由于缺少軌道電路的保障,列車(chē)完整性一旦被破壞,就會(huì)帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn),因此,C4系統(tǒng)要求由車(chē)載系統(tǒng)確認(rèn)列車(chē)的完整性,這是C4系統(tǒng)需要攻克的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

實(shí)時(shí)檢測(cè)列車(chē)完整性的方法已經(jīng)被提出了不少,例如:1)采用列尾裝置;2)使用列車(chē)總線;3)使用衛(wèi)星定位確定列車(chē)長(zhǎng)度等方法,但目前尚無(wú)SIL4級(jí)的通用型解決方案,需要進(jìn)一步研究。

2.1.6調(diào)車(chē)作業(yè)

在C3系統(tǒng)中,只要列車(chē)處于允許調(diào)車(chē)區(qū)域(站內(nèi)),經(jīng)RBC授權(quán)即可轉(zhuǎn)入調(diào)車(chē)模式,而后RBC與調(diào)車(chē)模式的列車(chē)斷開(kāi)通信,不干涉調(diào)車(chē)作業(yè),由于軌道電路的保護(hù),不會(huì)影響系統(tǒng)安全。

但在C4系統(tǒng)中,列車(chē)一旦與RBC斷開(kāi)通信,RBC將無(wú)法獲取其位置等狀態(tài),由于沒(méi)有軌道電路保障,將帶來(lái)巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)。即使不采用C3的方式,在調(diào)車(chē)過(guò)程中繼續(xù)保持車(chē)地通信,由于調(diào)車(chē)過(guò)程中車(chē)的完整性可能產(chǎn)生變化,同樣存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

因此,怎樣在C4系統(tǒng)中完成調(diào)車(chē)作業(yè)是一個(gè)需要攻克的難點(diǎn)。

2.1.7故障處理

在C4系統(tǒng)中,由于軌道電路的缺位,數(shù)種在C3系統(tǒng)中行之有效的故障處理方式都將不再適用,下面將分別進(jìn)行分析。

1)車(chē)地?zé)o線通信故障

在C3系統(tǒng)中,由于有C2系統(tǒng)作為后備,當(dāng)車(chē)地?zé)o線丟失導(dǎo)致無(wú)線超時(shí)后,列車(chē)將轉(zhuǎn)為C2等級(jí),在C2系統(tǒng)的控制下繼續(xù)運(yùn)行,這樣的設(shè)定可以降低對(duì)運(yùn)營(yíng)效率的影響,但是軌道電路必不可少。

對(duì)于C4系統(tǒng),由于無(wú)法以C2等級(jí)在C4區(qū)域內(nèi)運(yùn)行,所以在無(wú)線丟失后只能制動(dòng)停車(chē)。在列車(chē)重新與RBC恢復(fù)通信之前,列控系統(tǒng)無(wú)法正常控車(chē),在此期間,如何保障線路上列車(chē)安全的同時(shí)盡量降低對(duì)效率的影響,需要重新設(shè)計(jì)。

2)RBC與CBI通信斷開(kāi)

當(dāng)RBC與CBI通信斷開(kāi),C3系統(tǒng)采用的方式是讓RBC停止與列車(chē)通信,主動(dòng)制造無(wú)線丟失場(chǎng)景,使列車(chē)轉(zhuǎn)為C2等級(jí)運(yùn)行,由C2系統(tǒng)保障安全。

而在C4系統(tǒng)中,確保車(chē)地通信是重中之重,因此必須重新研究相應(yīng)的故障處置方案。

3)RBC故障重啟

在C3系統(tǒng)中, RBC重啟并不會(huì)對(duì)整個(gè)運(yùn)輸造成太過(guò)嚴(yán)重的影響,但在C4系統(tǒng)中卻會(huì)導(dǎo)致最為嚴(yán)重的沖擊。

當(dāng)RBC發(fā)生故障導(dǎo)致宕機(jī),它將失去與管轄范圍內(nèi)所有列車(chē)的聯(lián)系。重啟完成后,RBC無(wú)法確認(rèn)管轄范圍內(nèi)列車(chē)數(shù)量、各列車(chē)的狀態(tài),因此無(wú)法正??剀?chē)。

怎樣讓RBC重啟之后確認(rèn)管轄范圍內(nèi)所有列車(chē)的狀態(tài)信息,以繼續(xù)正常控車(chē),是C4系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要關(guān)鍵點(diǎn)。

4) 列車(chē)完整性丟失

在C3系統(tǒng)中,列車(chē)完整性丟失不會(huì)造成安全風(fēng)險(xiǎn),原因在于軌道電路能保障RBC確認(rèn)軌道占用狀態(tài)。

此外,由于C3線路上僅動(dòng)車(chē)組運(yùn)營(yíng),由動(dòng)車(chē)組自身確保完整性,而無(wú)需車(chē)載ATP進(jìn)行檢測(cè),而C4系統(tǒng)除高速線路外,也可能用于各類(lèi)特種鐵路對(duì)普通客車(chē)、貨車(chē)進(jìn)行控制,這就需要由車(chē)載ATP對(duì)列車(chē)完整性進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè),并在完整性丟失后采取安全措施。

5) RBC-RBC移交故障

正常情況下,C4系統(tǒng)的RBC移交功能與C3系統(tǒng)相同,但在以下情況下,既有的方式將無(wú)法保障安全:

RBC之間因通信斷開(kāi)或其他故障使得移交被取消,列車(chē)的移動(dòng)授權(quán)因此被縮回移交邊界,而列車(chē)因距離邊界太近,導(dǎo)致冒進(jìn)闖入接收RBC管轄范圍,此時(shí)列車(chē)若已經(jīng)與接收RBC斷開(kāi)通信,則會(huì)有類(lèi)似“幽靈車(chē)”進(jìn)入接收RBC管轄范圍的安全風(fēng)險(xiǎn);

移交列車(chē)未能及時(shí)與接收RBC建立通信會(huì)晤,例如車(chē)載雙電臺(tái)中一臺(tái)故障(含單電臺(tái)列車(chē)移交),在進(jìn)入接收RBC管轄范圍后無(wú)法及時(shí)成功呼叫接收RBC,同樣帶來(lái)“幽靈車(chē)”風(fēng)險(xiǎn)。

上述兩種安全風(fēng)險(xiǎn)在C3系統(tǒng)中并不存在,但C4系統(tǒng)由于缺少軌道電路,必須考慮應(yīng)對(duì)措施以防范風(fēng)險(xiǎn)。

2.2系統(tǒng)影響分析

2.2.1系統(tǒng)組成影響

C3系統(tǒng)以C2系統(tǒng)為后備,系統(tǒng)組成包括車(chē)載和地面兩部分。車(chē)載子系統(tǒng)主要包括車(chē)載ATP、GSM-R車(chē)載通信裝置,地面子系統(tǒng)主要包括RBC、臨時(shí)限速服務(wù)器(TSRS)、列控中心(TCC)、軌道電路、應(yīng)答器、地面電子單元(LEU)等,此外還需要CBI、調(diào)度集中系統(tǒng)(CTC)與列控系統(tǒng)緊密配合共同保障列車(chē)運(yùn)營(yíng)。

C4級(jí)系統(tǒng)由于規(guī)劃不再配置軌道電路,導(dǎo)致系統(tǒng)組成有一定的變化。

1)地面部分

由于軌道電路的取消,不再需要TCC、LEU以及有源應(yīng)答器,由于采用了移動(dòng)閉塞技術(shù),區(qū)間信號(hào)機(jī)也不再配置。線路建設(shè)中,不再需要建設(shè)中繼站。其余如RBC、TSRS、以及CBI、CTC和無(wú)源應(yīng)答器需要保留(也可將部分設(shè)備合并,但相應(yīng)的功能依然存在)。

2)車(chē)載部分

除車(chē)載ATP保留之外,還需要增加列車(chē)完整性自檢測(cè)裝置,例如列尾裝置。

2.2.2建設(shè)成本影響

由于車(chē)載部分的投資成本與線路建設(shè)無(wú)關(guān),僅考慮地面信號(hào)系統(tǒng)部分,以C3級(jí)線路投資概算上減去軌道電路、信號(hào)機(jī)、LEU、TCC、有源應(yīng)答器等設(shè)備考慮(其余RBC、TSRS、CBI等投資暫定于C3相同)。

以當(dāng)前高鐵線路信號(hào)建設(shè)投資數(shù)據(jù)為參考進(jìn)行估算、對(duì)比可發(fā)現(xiàn),減少的部分(包括設(shè)備、建筑、安裝費(fèi)用)可以使每公里建設(shè)成本降低約55%。

除建設(shè)成本外,相關(guān)維護(hù)費(fèi)用同時(shí)省下,由此可見(jiàn)C4系統(tǒng)相對(duì)于C3線路具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)。

2.3兼容性影響分析

C4級(jí)系統(tǒng)作為CTCS規(guī)劃中的最高等級(jí),應(yīng)當(dāng)具備針對(duì)較低等級(jí)的系統(tǒng)向下兼容能力,然而,由于軌道電路的取消,必然導(dǎo)致C4與C2系統(tǒng)無(wú)法兼容。而C4系統(tǒng)與C3系統(tǒng)均采用車(chē)地?zé)o線通信的方式,具備保持兼容性的基礎(chǔ)。為此,在系統(tǒng)研發(fā)過(guò)程中,應(yīng)當(dāng)預(yù)先考慮兼容性設(shè)計(jì),主要包括如下兼容性條件。

1)C4系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)采用與C3系統(tǒng)兼容的車(chē)地通信協(xié)議;

2)C4等級(jí)列車(chē)應(yīng)當(dāng)能在C3線路上正常行駛(轉(zhuǎn)為C2等級(jí)功能除外);

3)C3等級(jí)列車(chē)應(yīng)當(dāng)能在C4線路上正常行駛(需額外考慮列車(chē)完整性處理);

4)C3級(jí)RBC應(yīng)當(dāng)能與C4級(jí)RBC正常通信實(shí)現(xiàn)移交;

5)若C4管轄區(qū)域內(nèi)有C3等級(jí)列車(chē)即將通過(guò)C4/C2級(jí)線路邊界進(jìn)入C2區(qū)域,列車(chē)應(yīng)能正常轉(zhuǎn)換為C2等級(jí);反之,處于C2等級(jí)邊界的C3列車(chē)通過(guò)C4/C2邊界應(yīng)能正常轉(zhuǎn)為C3等級(jí)運(yùn)行。

3 關(guān)鍵點(diǎn)解決方向初探

3.1歐洲發(fā)展方向

C4級(jí)列控系統(tǒng)的規(guī)劃實(shí)際是參考?xì)W洲的ETCS 3(以下簡(jiǎn)稱E3)級(jí)系統(tǒng)規(guī)劃制定,因此E3的發(fā)展可以作為C4系統(tǒng)研究的重要參考。E3系統(tǒng)規(guī)劃向下兼容E2,具備移動(dòng)閉塞、取消軌道占用檢測(cè)設(shè)備兩大特征,能以更低的成本保障相同甚至更高的運(yùn)營(yíng)速度,但在實(shí)際發(fā)展中,盡管ETCS已經(jīng)有20余年的發(fā)展歷史,E3系統(tǒng)研究依然進(jìn)展緩慢。

2005年,國(guó)際鐵路聯(lián)盟(UIC)與瑞典鐵路局(BV)共同啟動(dòng)一個(gè)新項(xiàng)目ERTMS Regional(簡(jiǎn)稱ER),由Bombardier公司承接,旨在研發(fā)一種兼容于ERTMS/ETCS且適合于地方性的低密度低速線路信號(hào)系統(tǒng)改造升級(jí)的低成本系統(tǒng),并為E3研究打下基礎(chǔ)。該系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是E3系統(tǒng)的一個(gè)變體,具備E3系統(tǒng)的兩個(gè)重要特征,目前該系統(tǒng)已經(jīng)在瑞典完成一條試驗(yàn)線路(Repb?cken – Malung線的信號(hào)系統(tǒng)升級(jí)改造),并向國(guó)際推廣,拿下了哈薩克斯坦、贊比亞等多條既有線路的改造升級(jí)合同。

按照ER系統(tǒng)的方案[3],系統(tǒng)在設(shè)備之外,增設(shè)了一個(gè)稱為“控制員(Controller)”的人工角色,用于解決本文上一節(jié)所分析的多數(shù)問(wèn)題。所謂的“控制員”在系統(tǒng)中有著最高的權(quán)限,一切設(shè)備無(wú)法處理的問(wèn)題,均由控制員接手。例如RBC故障重啟后,由控制員對(duì)管轄范圍內(nèi)的列車(chē)信息、線路狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn),經(jīng)其允許后RBC可以開(kāi)始控車(chē);車(chē)地通信斷開(kāi)后,由控制員確認(rèn)該車(chē)是否已經(jīng)離開(kāi)RBC管轄范圍;列車(chē)誤入?yún)^(qū)間或遇到其他故障,應(yīng)及時(shí)報(bào)告控制員并根據(jù)其命令操作。

根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]的描述,幾乎所有因缺少軌道占用檢測(cè)裝置帶來(lái)的問(wèn)題,ER系統(tǒng)均可采用人工干預(yù)的方式解決。之所以該方式可行,是因?yàn)镋R系統(tǒng)僅用于特定類(lèi)型的線路:1)日發(fā)車(chē)數(shù)量少,發(fā)車(chē)間隔長(zhǎng)(通常不小于0.5 h);2)列車(chē)行駛速度低(不高于120 km/h);3)線路簡(jiǎn)單(車(chē)站股道少,甚至多為單線鐵路)。Bombardier在瑞典所完成的試驗(yàn)線路就符合上述特征:每天10列車(chē),最高時(shí)速80(貨車(chē))~120 km(客車(chē)),是20世紀(jì)初修建的單線鐵路。在這類(lèi)被歐洲稱為Regional型的線路上,當(dāng)出現(xiàn)設(shè)備無(wú)法解決的問(wèn)題后,由人工接手并不會(huì)對(duì)效率帶來(lái)太大影響,而控制員的工作強(qiáng)度也不大,因此該方案可以實(shí)施。此外,Bombardier還保留了站內(nèi)軌道電路,僅取消區(qū)間軌道電路,于是進(jìn)路控制問(wèn)題也得到了妥善的解決。

3.2C4研究方向

與ER系統(tǒng)主要應(yīng)用于老舊線路改造相比,C4系統(tǒng)最大不同在于系統(tǒng)的應(yīng)用目標(biāo)首先是中國(guó)的各種新建線路(高鐵新線和特種線路),由于中國(guó)人口密度大、發(fā)車(chē)間隔短、線路繁忙,因此,純?nèi)斯そ鉀Q方案僅適合于一些邊遠(yuǎn)地區(qū)的特種線路(例如部分人煙稀少的西部地區(qū))。否則,不僅巨大工作強(qiáng)度會(huì)將控制員壓垮,還會(huì)對(duì)運(yùn)營(yíng)效率造成嚴(yán)重影響。

另一種研究思路則是以Bombardier保留站內(nèi)軌道電路的做法為啟發(fā),考慮在系統(tǒng)內(nèi)增加部分額外的設(shè)備。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),這些額外的設(shè)備可以保障系統(tǒng)安全、降低對(duì)效率的影響,從而減少控制員人工確認(rèn)的工作量。但是增加的設(shè)備勢(shì)必會(huì)增加成本。

根據(jù)上述分析,“增加部分設(shè)備+人工確認(rèn)”是C4標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)可能方向。但是具體增加何種設(shè)備、應(yīng)增加的數(shù)量以及保留多少人工處理的部分都需要進(jìn)一步的深入研究,以期在功能、效率和成本上均取得滿意的效果。

4 總結(jié)

列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)是保障列車(chē)安全運(yùn)行的基石,我國(guó)制定了CTCS系統(tǒng)的5級(jí)規(guī)劃,并實(shí)現(xiàn)了當(dāng)今在線正式運(yùn)營(yíng)最先進(jìn)的列控系統(tǒng)之一的C3級(jí)系統(tǒng)。然而各軌道交通發(fā)達(dá)的國(guó)家仍然在進(jìn)行持續(xù)的研究發(fā)展(例如日本的ATACS系統(tǒng)、美國(guó)的PTC系統(tǒng)、歐洲的ETCS3系統(tǒng)),為了確保我國(guó)已經(jīng)趕上世界先進(jìn)水平的列控技術(shù)不再次落后,需要盡快對(duì)更先進(jìn)的C4級(jí)列控系統(tǒng)進(jìn)行研究。

本文從C4級(jí)系統(tǒng)規(guī)劃的兩大新增特征對(duì)既有系統(tǒng)帶來(lái)的影響入手,對(duì)C4級(jí)系統(tǒng)的研發(fā)所需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題及難點(diǎn)進(jìn)行分析,分別從系統(tǒng)功能及安全的影響方面、系統(tǒng)的組成及成本方面以及向下兼容性方面進(jìn)行探討,并初步提出一個(gè)解決這些問(wèn)題的可能方向,從而為進(jìn)一步的研究奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]科技運(yùn)[2008]34號(hào) 客運(yùn)專(zhuān)線CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)總體技術(shù)方案[S].

[2] ERTMS/ETCS System Requirement Specification Subset-026 v2.3.0[S].

[3] ERTMS Regional functional requirement specification v3.08[S].

[4]科技運(yùn)[2008]127號(hào) CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)系統(tǒng)需求規(guī)范(SRS)[S].

收稿日期:(2015-11-20)

DOI:10.3969/j.issn.1673-4440.2016.01.001

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