田羨寧，洪蘭蘭

(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 100070；2．北京和利時(shí)系統(tǒng)工程有限公司，北京 100176)

1 問(wèn)題提出

隨著鐵路網(wǎng)不斷發(fā)展，不同的客運(yùn)專線根據(jù)設(shè)計(jì)速度和實(shí)際應(yīng)用的需求，使用了不同的CTCS等級(jí)。為滿足互聯(lián)互通的需求，必須在不同線路之間進(jìn)行CTCS等級(jí)切換。國(guó)家鐵路局和中國(guó)鐵路總公司（原鐵道部）已經(jīng)頒布了《CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則（V2.0）》（科技運(yùn)[2010]21號(hào)）、《CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則（V2.0）》（科技運(yùn)[2010]136號(hào)）、《CTCS-2/CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)等級(jí)轉(zhuǎn)換應(yīng)用原則（V1.0）》（運(yùn)基信號(hào)[2011]170號(hào)）和《列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則》（TB/T 3484-2017）的規(guī)范，規(guī)定通常情況下列控系統(tǒng)等級(jí)轉(zhuǎn)換功能的設(shè)計(jì)原則，對(duì)于保證動(dòng)車組在不同線路間的安全、高速、平穩(wěn)運(yùn)行具有重要意義。筆者在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)：在一些特殊場(chǎng)景中，分相區(qū)的位置、不同的列車進(jìn)路以及司機(jī)的操作需求等因素都會(huì)影響等級(jí)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)的方案，而相關(guān)規(guī)范并未提及或者詳細(xì)說(shuō)明。

以下先對(duì)現(xiàn)有原則規(guī)范中與等級(jí)轉(zhuǎn)換的相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行概述。

2 等級(jí)轉(zhuǎn)換的原則概述

1）CTCS-0/CTCS-2等級(jí)轉(zhuǎn)換

《CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則（V2.0）》（科技運(yùn)[2010]136號(hào)）對(duì)于C0/C2等級(jí)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容如下：

“3.5.1.1 等級(jí)轉(zhuǎn)換應(yīng)答器應(yīng)包括預(yù)告應(yīng)答器組[YG0/2]和執(zhí)行應(yīng)答器組[ZX0/2]，…在C0/C2等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)兩側(cè)設(shè)置C0-C2、C2-C0的等級(jí)轉(zhuǎn)換預(yù)告應(yīng)答器組，距轉(zhuǎn)換點(diǎn)的距離應(yīng)大于列車按等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)處線路最高允許速度運(yùn)行5 s的走行距離。

3.5.1.2 等級(jí)轉(zhuǎn)換應(yīng)設(shè)置在區(qū)間列車較少實(shí)施制動(dòng)的區(qū)段，并且該區(qū)段內(nèi)宜避免存在分相區(qū)和UU/UUS發(fā)碼?！?/p>

由此可見(jiàn)，規(guī)范中僅僅說(shuō)明了C0/C2等級(jí)轉(zhuǎn)換應(yīng)該避開(kāi)分相區(qū)和降速區(qū)域，但是實(shí)際工程由于站場(chǎng)結(jié)構(gòu)限制，存在必須設(shè)置在有分相區(qū)的地方或者降速區(qū)域，規(guī)范中沒(méi)有具體規(guī)定。

2）CTCS-3/CTCS-2等級(jí)轉(zhuǎn)換

在《CTCS-2/CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)等級(jí)轉(zhuǎn)換應(yīng)用原則（V1.0）》（運(yùn)基信號(hào)[2011]170號(hào)）中對(duì)于C3/C2等級(jí)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容如下：

“4.1.5.1：等級(jí)轉(zhuǎn)換區(qū)域線路數(shù)據(jù)范圍：C3→C2等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)后常用制動(dòng)距離內(nèi)C2區(qū)與相關(guān)車站應(yīng)納入RBC數(shù)據(jù)范圍。

5.2.1.2：C2控制單元被“激活”后，應(yīng)根據(jù)C2行車許可及等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)位置信息，實(shí)時(shí)計(jì)算并向C3控制單元報(bào)告C2在轉(zhuǎn)換點(diǎn)的目標(biāo)速度（若C2的行車許可未越過(guò)等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)，則向C2控制單元報(bào)告的等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)目標(biāo)速度值為0），C3控制單元根據(jù)C2報(bào)告的轉(zhuǎn)換點(diǎn)目標(biāo)速度重新計(jì)算控車曲線并監(jiān)控列車向轉(zhuǎn)換點(diǎn)運(yùn)行?！?/p>

《列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則》（TB/T 3484-2017）中對(duì)于C3/C2等級(jí)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容如下：

“5.3.10.7 CTCS-3至CTCS-2等 級(jí) 轉(zhuǎn) 換 預(yù) 告應(yīng)答器組和執(zhí)行應(yīng)答器組間的距離應(yīng)大于列車由CTCS-3允許速度制動(dòng)至執(zhí)行點(diǎn)CTCS-2允許速度的制動(dòng)距離，再加上該區(qū)段線路允許速度運(yùn)行5 s的距離。”

由此可見(jiàn)，既有原則規(guī)范關(guān)于C3→C2等級(jí)轉(zhuǎn)換的內(nèi)容較為簡(jiǎn)略，僅對(duì)一般場(chǎng)景具有直接的指導(dǎo)作用，無(wú)法滿足一些特殊場(chǎng)景下的功能需求。

以下將對(duì)3個(gè)特殊場(chǎng)景進(jìn)行具體分析。

3 特殊場(chǎng)景的分析

3.1 短區(qū)間內(nèi)設(shè)置分相區(qū)

如果C2→C0或C3→C2的等級(jí)轉(zhuǎn)換失敗，車載設(shè)備保持原有等級(jí)運(yùn)行，由于在等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)前車載設(shè)備接收的線路數(shù)據(jù)一般只能滿足動(dòng)車組從等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)開(kāi)始以常用制動(dòng)到停車的制動(dòng)距離，因此動(dòng)車組在逐漸減速的過(guò)程中可能會(huì)因?yàn)樵诜窒鄥^(qū)內(nèi)失去動(dòng)力而停在分相區(qū)內(nèi)，所以等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)通常要盡量遠(yuǎn)離分相區(qū)。

但是如果在一個(gè)必須進(jìn)行的等級(jí)轉(zhuǎn)換區(qū)域存在分相區(qū)，則需要根據(jù)分相區(qū)的位置重新考慮等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)的設(shè)置。例如“兩站一區(qū)間”的情況，區(qū)間沒(méi)有信號(hào)機(jī)或標(biāo)志牌，兩側(cè)的車站設(shè)置為不同的列控等級(jí)，均為越行車站，不具備手動(dòng)切換的條件, 區(qū)間存在分相區(qū)。

本文以穗深城際新塘聯(lián)絡(luò)線的C0和C2之間等級(jí)轉(zhuǎn)換為例，舉例場(chǎng)景如圖1所示。左邊新塘北站為C0端頭站，右邊新塘站為C2車站，站間距超過(guò)1 300 m；線路允許速度是80 km/h。通常設(shè)計(jì)是按照標(biāo)準(zhǔn)方式布置等級(jí)轉(zhuǎn)換應(yīng)答器，即設(shè)置一組等級(jí)轉(zhuǎn)換執(zhí)行應(yīng)答器用于C0→C2和C2→C0雙向的等級(jí)轉(zhuǎn)換，兩側(cè)再設(shè)置正反向預(yù)告應(yīng)答器各一組，如圖1所示；但是該場(chǎng)景中存在分相區(qū)，分相區(qū)的長(zhǎng)度超過(guò)300 m且在該場(chǎng)景中分相區(qū)位置靠近線路中段，則無(wú)論雙向等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)在分相區(qū)的任何一側(cè)，都無(wú)法滿足等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)前方的制動(dòng)距離要求，或者等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)位于動(dòng)車組的速度曲線的降速區(qū)域，且應(yīng)答器不能設(shè)置在分相區(qū)內(nèi)，因此需要考慮新的設(shè)置方式。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，可將C0→C2和C2→C0的等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)分開(kāi)設(shè)置，并將預(yù)告應(yīng)答器與進(jìn)站應(yīng)答器或者C0區(qū)段的CZ-C0應(yīng)答器合用，這樣在C2→C0和C0→C2轉(zhuǎn)換時(shí)就有足夠的數(shù)據(jù)冗余，避免在等級(jí)轉(zhuǎn)換時(shí)列車處于制動(dòng)減速狀態(tài)從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)換失敗。

當(dāng)C0→C2執(zhí)行應(yīng)答器前方為分相區(qū)時(shí)，參照《CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則（V2.0）》的規(guī)定，建議執(zhí)行應(yīng)答器至斷電標(biāo)的距離滿足以線路允許速度運(yùn)行至少10 s，滿足相關(guān)規(guī)范對(duì)于最近的預(yù)告分相區(qū)應(yīng)答器的設(shè)置要求，在等級(jí)轉(zhuǎn)換完成后動(dòng)車組有足夠的時(shí)間完成規(guī)定的自動(dòng)操作。如圖2中分相區(qū)左側(cè)的應(yīng)答器布置所示。

圖2 等級(jí)轉(zhuǎn)換應(yīng)答器布置示意圖Fig.2 Installation of balises of level transition

根據(jù)《車載控制自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)技術(shù)條件》（TB/T 3197-2008）中地面磁感應(yīng)器安裝位置的規(guī)定，兩個(gè)地面磁感應(yīng)器距離中性區(qū)的起始位置分別是a=35 m和b=170 m（中高速鐵路），如圖3所示。

圖3 自動(dòng)過(guò)分相裝置示意圖Fig.3 Devices for automatic passing through neutral zone

根據(jù)《關(guān)于設(shè)置高速鐵路電分相標(biāo)識(shí)暫行規(guī)定的通知》（鐵運(yùn)[2011]49號(hào)），斷電標(biāo)設(shè)置在距離中性區(qū)段起始位置不小于80 m處。

因此當(dāng)C2→C0執(zhí)行應(yīng)答器前方為分相區(qū)時(shí)，執(zhí)行應(yīng)答器的安裝位置建議為距離斷電標(biāo)大于125m（170+35-80=125）處的軌枕上，同時(shí)要考慮避免與磁感應(yīng)設(shè)備互相干擾，保證在等級(jí)轉(zhuǎn)換后有足夠的自動(dòng)或手動(dòng)過(guò)分相時(shí)間。如圖2中分相區(qū)左側(cè)的應(yīng)答器布置。

3.2 列車進(jìn)路上的等級(jí)轉(zhuǎn)換

根據(jù)《CTCS-2 / CTCS -3級(jí)列控系統(tǒng)等級(jí)轉(zhuǎn)換應(yīng)用原則（V1.0）》(運(yùn)基信號(hào)[2011]170號(hào))的規(guī)定，C3等級(jí)的動(dòng)車組在收到等級(jí)轉(zhuǎn)換預(yù)告信息后，會(huì)“激活”C2等級(jí)控制單元，并根據(jù)C2行車許可及等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)位置信息，實(shí)時(shí)計(jì)算并向C3控制單元報(bào)告C2在等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)的目標(biāo)速度，C3控制單元根據(jù)C2報(bào)告的轉(zhuǎn)換點(diǎn)目標(biāo)速度重新計(jì)算控車曲線。由此可見(jiàn)，從預(yù)告應(yīng)答器開(kāi)始，在等級(jí)轉(zhuǎn)換前，C3控制單元會(huì)控制車速開(kāi)始減速至不高于C2控制單元的目標(biāo)速度，因此預(yù)告應(yīng)答器與執(zhí)行應(yīng)答器的距離應(yīng)大于由（YG-3/2）處CTCS-3的實(shí)際速度常用制動(dòng)至（ZX-3/2）處CTCS-2允許速度的距離，需要指出的是，（YG-3/2）處CTCS-3的實(shí)際速度必然是低于允許速度，所以應(yīng)該按照規(guī)范采用允許速度進(jìn)行制動(dòng)距離的計(jì)算。

舉例場(chǎng)景如圖4所示，該場(chǎng)景來(lái)自于中衛(wèi)南站與中衛(wèi)南存車場(chǎng)之間聯(lián)絡(luò)線。其中104#道岔為18號(hào)道岔，側(cè)向通過(guò)允許速度為80 km/h；辦理各個(gè)股道發(fā)車至SDL的進(jìn)路時(shí)，股道區(qū)段的軌道電路發(fā)送UUS/UU的低頻信息。

圖4 在進(jìn)路上進(jìn)行等級(jí)轉(zhuǎn)換的場(chǎng)景示意圖Fig.4 Scenario of level transition on train routes

雖然聯(lián)絡(luò)線區(qū)間較短，但是根據(jù)運(yùn)營(yíng)需求必須設(shè)置等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)。因?yàn)榇孳噲?chǎng)根據(jù)規(guī)范要求通常是C2等級(jí)的站場(chǎng)，所以RBC覆蓋范圍僅能到存車場(chǎng)XDL進(jìn)路信號(hào)機(jī)。如果等級(jí)轉(zhuǎn)換預(yù)告點(diǎn)和執(zhí)行點(diǎn)都設(shè)置在聯(lián)絡(luò)線上，則執(zhí)行點(diǎn)至RBC覆蓋終點(diǎn)的距離無(wú)法滿足從執(zhí)行點(diǎn)處允許速度常用制動(dòng)到0的制動(dòng)距離，因此需要在出站有源應(yīng)答器中根據(jù)進(jìn)路發(fā)送等級(jí)轉(zhuǎn)換預(yù)告信息。下一步需要判斷是否可以將SDL外方的應(yīng)答器BSDL作為等級(jí)轉(zhuǎn)換執(zhí)行應(yīng)答器。

如果在聯(lián)絡(luò)線XDL信號(hào)機(jī)外方設(shè)置一處45 km/h的限速區(qū)，按照《列控中心技術(shù)條件》（TB/T 3439-2016號(hào)）文件的規(guī)定，各個(gè)股道的軌道電路應(yīng)發(fā)UU碼，且出站有源應(yīng)答器會(huì)發(fā)送限速45 km/h報(bào)文，則發(fā)車進(jìn)路上后臺(tái)C2控制單元的頂棚速度都是45 km/h，將一直保持至車尾離開(kāi)咽喉區(qū)，因此BSDL處的頂棚速度為45 km/h。

如果將BSDL作為等級(jí)轉(zhuǎn)換執(zhí)行應(yīng)答器，I-3G和I-4G由于是側(cè)線股道，C3等級(jí)動(dòng)車組在經(jīng)過(guò)出站應(yīng)答器以及咽喉區(qū)時(shí)，線路的頂棚速度均不超過(guò)80 km/h，BI-3G、BI-4G至BSDL的距離滿足《列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則》（TB/T 3484-2017）中的5.3.10.7節(jié)規(guī)定的距離要求，可實(shí)現(xiàn)等級(jí)轉(zhuǎn)換且不會(huì)觸發(fā)制動(dòng)。

但是BXI-I出站應(yīng)答器組并不符合上述情況。該應(yīng)答器組位于正線，線路允許速度為160 km/h，而C3控制速度與地面的低頻信息無(wú)關(guān)，而且以進(jìn)路順向道岔的岔尖作為變速點(diǎn)，所以動(dòng)車組以C3等級(jí)經(jīng)過(guò)BXI-I出站應(yīng)答器時(shí)的實(shí)際速度可以高于道岔側(cè)向允許速度80 km/h，而地面專業(yè)很難推算具體的實(shí)際速度是多少，因此BXI-I至BSDL的距離可能無(wú)法滿足從實(shí)際的速度制動(dòng)到45 km/h的制動(dòng)距離，導(dǎo)致在轉(zhuǎn)換點(diǎn)處實(shí)際速度高于后臺(tái)C2的控車頂棚速度，轉(zhuǎn)換后將觸發(fā)制動(dòng)。

同理，BXI-II至BSDL的距離也可能無(wú)法滿足從實(shí)際的速度制動(dòng)到45 km/h的制動(dòng)距離。

如果按照正線最高速度即從160 km/h制動(dòng)到45 km/h計(jì)算制動(dòng)距離，雖然可以保證能夠順利完成等級(jí)轉(zhuǎn)換，但是會(huì)因?yàn)樵撝苿?dòng)距離過(guò)長(zhǎng)而聯(lián)絡(luò)線較短導(dǎo)致等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)過(guò)于靠近RBC覆蓋的邊界及XDL信號(hào)機(jī)，從而使轉(zhuǎn)換點(diǎn)處車速過(guò)低，影響運(yùn)營(yíng)效率。

為了簡(jiǎn)單計(jì)算制動(dòng)距離同時(shí)避免降速，建議按照該進(jìn)路第一個(gè)道岔側(cè)向的允許速度計(jì)算制動(dòng)距離；結(jié)合本場(chǎng)景，該道岔即為104#道岔。動(dòng)車組在104#道岔側(cè)向通過(guò)時(shí)，C3控車的實(shí)際速度都不會(huì)的操作負(fù)擔(dān)，但是在某些場(chǎng)景下也會(huì)干擾司機(jī)的操作，此時(shí)應(yīng)根據(jù)行車專業(yè)的需求修改設(shè)計(jì)。舉例場(chǎng)景如圖5所示，該場(chǎng)景來(lái)自于昆明南站滬昆場(chǎng)的實(shí)際站場(chǎng)設(shè)計(jì)。

圖5 等級(jí)轉(zhuǎn)換影響司機(jī)操作的場(chǎng)景示意圖Fig.5 Scenario of driver’s operation affected by level transition

由于C3等級(jí)動(dòng)車組從X/XF口接車進(jìn)入特定股道后需要轉(zhuǎn)線去C2等級(jí)的站場(chǎng)，因此可以在X/XF口外方的有源應(yīng)答器根據(jù)進(jìn)路辦理的情況發(fā)送C3→C2的預(yù)告報(bào)文，并將反向出站信號(hào)機(jī)外方的應(yīng)答器設(shè)置為執(zhí)行應(yīng)答器。由于咽喉區(qū)較長(zhǎng)，道岔側(cè)向變速點(diǎn)距離進(jìn)站信號(hào)機(jī)較近，所以滿足由（YG-3/2）處CTCS-3允許速度至（ZX-3/2）處CTCS-2允許速度的制動(dòng)距離。

但是在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，由于動(dòng)車組的ATP要求司機(jī)在等級(jí)轉(zhuǎn)換后5 s內(nèi)必須按確認(rèn)鍵確認(rèn)等級(jí)轉(zhuǎn)換，否則將輸出最大常用制動(dòng)。而在此場(chǎng)景中，高于80 km/h，因此應(yīng)以104#岔尖位置為起點(diǎn)計(jì)算從80 km/h到45 km/h的制動(dòng)距離后,重新確定等級(jí)轉(zhuǎn)換執(zhí)行點(diǎn)的位置。新的轉(zhuǎn)換執(zhí)行點(diǎn)位于聯(lián)絡(luò)線上，可以將原定位應(yīng)答器補(bǔ)雙后移動(dòng)至相應(yīng)位置，作為從I-IG的發(fā)車進(jìn)路的等級(jí)轉(zhuǎn)換執(zhí)行點(diǎn)；同時(shí)應(yīng)注意執(zhí)行點(diǎn)與RBC覆蓋終點(diǎn)的距離應(yīng)滿足線路最高速度制動(dòng)到0的制動(dòng)距離。

同理，新的執(zhí)行點(diǎn)位置也必然滿足從I-IIG的發(fā)車進(jìn)路的等級(jí)轉(zhuǎn)換功能需求，其計(jì)算制動(dòng)距離的起點(diǎn)是106#道岔的岔尖。

3.3 司機(jī)操控對(duì)標(biāo)停車

雖然自動(dòng)等級(jí)轉(zhuǎn)換在大多數(shù)情況下減輕了司機(jī)該站為始發(fā)站，則司機(jī)接進(jìn)股道后必停車；當(dāng)司機(jī)正在進(jìn)行停車作業(yè)時(shí)，該確認(rèn)動(dòng)作就干擾了司機(jī)的操作，容易造成停車對(duì)標(biāo)不準(zhǔn)或者觸發(fā)制動(dòng)，影響正常運(yùn)營(yíng)，因此在該場(chǎng)景中應(yīng)取消自動(dòng)等級(jí)轉(zhuǎn)換功能，改由司機(jī)停車后手動(dòng)轉(zhuǎn)入C2等級(jí)或者在進(jìn)站前即轉(zhuǎn)入C2等級(jí)。

3.4 總結(jié)

針對(duì)上述3個(gè)場(chǎng)景的分析，本文給出3個(gè)設(shè)計(jì)建議。

1）在短區(qū)間進(jìn)行C0/C2等級(jí)轉(zhuǎn)換時(shí)，C2→C0和C0→C2的執(zhí)行點(diǎn)可分開(kāi)設(shè)置。當(dāng)?shù)燃?jí)轉(zhuǎn)換的位置受到分相區(qū)的影響時(shí)，C2→C0的執(zhí)行點(diǎn)距離分相區(qū)大于125 m，可以保證手動(dòng)或自動(dòng)過(guò)分相有足夠的反應(yīng)時(shí)間；C0→C2的執(zhí)行點(diǎn)距離分相區(qū)應(yīng)滿足以線路允許速度運(yùn)行至少10 s的長(zhǎng)度。

2）在列車進(jìn)路上進(jìn)行C3→C2的等級(jí)轉(zhuǎn)換時(shí)，如果無(wú)法準(zhǔn)確判定預(yù)告點(diǎn)的實(shí)際速度，則執(zhí)行點(diǎn)的位置可以根據(jù)進(jìn)路第一個(gè)側(cè)向通過(guò)道岔的允許速度計(jì)算制動(dòng)距離，保證在執(zhí)行點(diǎn)C3控車的實(shí)際速度不高于后臺(tái)C2的頂棚速度。

3）由于等級(jí)轉(zhuǎn)換需要進(jìn)行確認(rèn)操作，因此不適合在司機(jī)需要進(jìn)行對(duì)標(biāo)、停車操作等關(guān)鍵操作的區(qū)域進(jìn)行自動(dòng)等級(jí)轉(zhuǎn)換，可與運(yùn)營(yíng)單位協(xié)商后改為手動(dòng)轉(zhuǎn)換。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文所介紹的部分僅是等級(jí)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)時(shí)，在一些較為特殊場(chǎng)景下的處理建議。在工程項(xiàng)目的樞紐、聯(lián)絡(luò)線等復(fù)雜線路，保證運(yùn)營(yíng)效率和安全的前提下，仍然需要結(jié)合具體的工程項(xiàng)目，進(jìn)一步積累等級(jí)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)的技巧并加深對(duì)規(guī)范的理解。?