簡(jiǎn)談信號(hào)系統(tǒng)在高速鐵路智能技術(shù)中的應(yīng)用

張 霆

（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300308）

1 概述

隨著國(guó)內(nèi)高速鐵路的快速發(fā)展，鐵路網(wǎng)日趨完善，按照《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，到2025年，我國(guó)將建成一批重點(diǎn)項(xiàng)目并投產(chǎn)使用，鐵路網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大至17.5萬(wàn)km左右，其中高速鐵路3.8萬(wàn)km，網(wǎng)絡(luò)覆蓋進(jìn)一步擴(kuò)大，路網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化。到2030年，基本打造形成以沿海、京滬等“八縱”以及陸橋、沿江等“八橫”通道，實(shí)現(xiàn)相鄰大中城市間1～4 h交通圈。網(wǎng)絡(luò)覆蓋進(jìn)一步擴(kuò)大，路網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化，骨干作用更加顯著，更好發(fā)揮鐵路對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的保障作用。

中國(guó)高速鐵路經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，從參考和借鑒歐洲列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的原理和技術(shù)，到自主掌握核心技術(shù)，形成中國(guó)自主研發(fā)的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。高速鐵路技術(shù)日趨成熟，近些年來(lái)在一批高速鐵路項(xiàng)目上啟動(dòng)和實(shí)施，例如京張高鐵、京雄高鐵等，搭載多項(xiàng)智能技術(shù)，標(biāo)志著我國(guó)高速鐵路進(jìn)入智能化發(fā)展的新階段。高速鐵路自動(dòng)駕駛、智能調(diào)度集中等技術(shù)在支撐高速鐵路智能信號(hào)系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

2 智能調(diào)度集中系統(tǒng)

智能調(diào)度集中系統(tǒng)以現(xiàn)有調(diào)度集中系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合“智能鐵路”的發(fā)展需求，在列車運(yùn)行自動(dòng)調(diào)整、進(jìn)路和命令安全卡控、行車信息數(shù)據(jù)平臺(tái)、行車調(diào)度綜合仿真和ATO功能應(yīng)用等方面進(jìn)一步優(yōu)化完善，提升調(diào)度集中系統(tǒng)智能化水平。智能調(diào)度集中系統(tǒng)是對(duì)現(xiàn)有調(diào)度集中的補(bǔ)充完善，不改變現(xiàn)有調(diào)度集中系統(tǒng)架構(gòu)。

2.1 列車運(yùn)行自動(dòng)調(diào)整

列車運(yùn)行自動(dòng)調(diào)整功能根據(jù)不同的場(chǎng)景提供不同的調(diào)整策略，調(diào)整后計(jì)劃符合相關(guān)約束條件，具有可用性和便捷性。

與常規(guī)CTC系統(tǒng)相比，智能調(diào)度集中系統(tǒng)增加了區(qū)域封鎖、區(qū)域限速、運(yùn)行折返以及列車晚點(diǎn)等自動(dòng)調(diào)整策略。

區(qū)域封鎖調(diào)整策略可以實(shí)現(xiàn)區(qū)間封鎖、車站股道封鎖、車站全站封鎖、列車區(qū)間故障、列車站內(nèi)股道故障、接觸網(wǎng)故障、岔區(qū)停電、風(fēng)雨雪場(chǎng)景以及異物侵限等情況下的列車運(yùn)行計(jì)劃調(diào)整。

區(qū)域限速調(diào)整策略可以實(shí)現(xiàn)區(qū)間限速、車站站內(nèi)限速、列車運(yùn)緩、風(fēng)雨雪場(chǎng)景以及異物侵限等情況下的列車運(yùn)行計(jì)劃調(diào)整。限速取消后，系統(tǒng)恢復(fù)基本圖規(guī)定的區(qū)間運(yùn)行時(shí)分。

列車晚點(diǎn)調(diào)整策略可以實(shí)現(xiàn)列車晚點(diǎn)情況下的列車運(yùn)行計(jì)劃調(diào)整。

運(yùn)行折返調(diào)整策略可以實(shí)現(xiàn)區(qū)間折返、車站終到晚點(diǎn)折返以及車站折返接車股道臨時(shí)調(diào)整等情況下的列車運(yùn)行計(jì)劃調(diào)整。

2.2 進(jìn)路和命令安全卡控

進(jìn)路和命令安全卡控功能拓展現(xiàn)有系統(tǒng)自律卡控條件和自律檢查范圍，增加固定進(jìn)路卡控、復(fù)雜站場(chǎng)進(jìn)路控制、無(wú)線發(fā)車進(jìn)路預(yù)告等功能，實(shí)現(xiàn)綜合智能卡控。

2.3 行車信息數(shù)據(jù)平臺(tái)

行車信息數(shù)據(jù)平臺(tái)在既有調(diào)度集中系統(tǒng)架構(gòu)基礎(chǔ)上，通過(guò)加強(qiáng)與運(yùn)輸信息集成平臺(tái)、客票管理系統(tǒng)、自然災(zāi)害及異物侵限監(jiān)測(cè)、DMS、PSCADA等系統(tǒng)的結(jié)合，在保證信息安全的基礎(chǔ)上，采用符合中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司信息共享有關(guān)規(guī)定的統(tǒng)一數(shù)據(jù)通信規(guī)程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與客運(yùn)、供電、工務(wù)、機(jī)務(wù)、車輛等專業(yè)信息系統(tǒng)的信息共享擴(kuò)展。?

2.4 行車調(diào)度綜合仿真

仿真系統(tǒng)應(yīng)采用實(shí)際調(diào)度集中系統(tǒng)應(yīng)用軟件，支持調(diào)度集中系統(tǒng)所有操作，主要包括列車運(yùn)行調(diào)整計(jì)劃、調(diào)度命令、調(diào)監(jiān)顯示、站場(chǎng)控制、臨時(shí)限速、車次跟蹤、列車采點(diǎn)和報(bào)點(diǎn)。

仿真系統(tǒng)應(yīng)按照?qǐng)鼍胺抡媪熊囘\(yùn)行，自動(dòng)產(chǎn)生符合信號(hào)規(guī)則的紅光帶移動(dòng)信息，并觸發(fā)聯(lián)鎖、TCC、RBC、GSM-R等相關(guān)系統(tǒng)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)輸出。

3 ATO功能應(yīng)用

3.1 總體要求

高速鐵路ATO系統(tǒng)是在CTCS-3/CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，為實(shí)現(xiàn)列車的精確定位，在室外地面設(shè)置精確定位應(yīng)答器，車載設(shè)置ATO單元實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛控制。地面設(shè)備通過(guò)GPRS通信實(shí)現(xiàn)站間數(shù)據(jù)發(fā)送、列車運(yùn)行調(diào)整計(jì)劃處理和站臺(tái)門控制，高速鐵路ATO系統(tǒng)主要功能包括：車站自動(dòng)發(fā)車、車站自動(dòng)停車、區(qū)間自動(dòng)運(yùn)行、車門/站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)控制、車門自動(dòng)開門。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成

在CTCS-3/CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在車載設(shè)備中增加ATO單元、GPRS電臺(tái)及相關(guān)配套設(shè)備。車站股道增加精確定位應(yīng)答器，地面在TSRS、CTC、TCC等設(shè)備上增加功能，構(gòu)成高速鐵路ATO系統(tǒng)。

在不調(diào)整ATP車載設(shè)備既有功能的基礎(chǔ)上，增加列車開門防護(hù)功能，并根據(jù)ATO自動(dòng)駕駛的需要可適當(dāng)調(diào)整。

ATO車載設(shè)備通過(guò)GPRS無(wú)線通信接收到的運(yùn)行計(jì)劃、站間數(shù)據(jù)(包括線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、臨時(shí)限速)等信息，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開門、列車自動(dòng)速度控制、車門/站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)控制等功能。

列控中心設(shè)備增加車站/站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)控制、站臺(tái)門保護(hù)、站臺(tái)門狀態(tài)采集等功能。

調(diào)度集中系統(tǒng)增加發(fā)送相應(yīng)運(yùn)行計(jì)劃、實(shí)時(shí)管理在線列車、自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行計(jì)劃等功能。

臨時(shí)限速服務(wù)器增加站臺(tái)門命令/狀態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)、站臺(tái)門門控信息管理、站間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、調(diào)用和發(fā)送、運(yùn)行計(jì)劃處理和轉(zhuǎn)發(fā)等功能。

將停車定位參考點(diǎn)、門側(cè)、隧道信息等應(yīng)答器信息添加到相關(guān)應(yīng)答器組中。

3.3 基本功能要求

1）車站自動(dòng)發(fā)車：車載設(shè)備處于AM模式時(shí)，出站信號(hào)開放、車門/站臺(tái)門關(guān)閉，“ATO啟動(dòng)”按鈕指示燈閃爍，司機(jī)按壓“ATO啟動(dòng)”按鈕確認(rèn)后，動(dòng)車組從車站自動(dòng)發(fā)車。

2）車站自動(dòng)停車：ATO車載設(shè)備通過(guò)精確定位應(yīng)答器進(jìn)行位置校正，并根據(jù)地面設(shè)備提供的停車定位基準(zhǔn)點(diǎn)位置及列車運(yùn)行狀況，自動(dòng)控制列車在車站股道停車定位基準(zhǔn)點(diǎn)處停車。

3）區(qū)間自動(dòng)運(yùn)行：在區(qū)間運(yùn)行時(shí)，ATO車載設(shè)備根據(jù)地面設(shè)備提供的運(yùn)行計(jì)劃或按照預(yù)選駕駛策略，控制列車加速、自動(dòng)巡航、惰行、減速或停車，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行。

4）車門/站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)控制：車站設(shè)置站臺(tái)門時(shí)，ATO系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)車門/站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)控制功能。

5）車門自動(dòng)開門（防護(hù)）：動(dòng)車組進(jìn)入車站，?？吭诳拷九_(tái)的股道側(cè)后：a.ATP根據(jù)接收到的站臺(tái)側(cè)信息判斷動(dòng)車組正確停車、穩(wěn)定，并對(duì)動(dòng)車組的車門進(jìn)行保護(hù)；b.ATO接收到運(yùn)行計(jì)劃且該站辦理客運(yùn)業(yè)務(wù)時(shí)自動(dòng)開門；c.當(dāng)ATO接收到運(yùn)行計(jì)劃，而車站不辦理旅客業(yè)務(wù)，或未接收到運(yùn)行計(jì)劃時(shí)，司機(jī)在相應(yīng)的站臺(tái)側(cè)打開動(dòng)車組車門，ATP提供站臺(tái)側(cè)車門的保護(hù)功能。動(dòng)車組的關(guān)門仍需由司機(jī)和列車長(zhǎng)指揮聯(lián)控后人工操縱；d.車門/站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)控制。車站設(shè)置站臺(tái)門時(shí)，ATO系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)車門/站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)控制功能。

3.4 應(yīng)答器設(shè)置原則

為實(shí)現(xiàn)列車在股道上的精確定位以及ATO呼叫，增加精確定位應(yīng)答器組[BJD]以及修改相應(yīng)應(yīng)答器報(bào)文。

3.4.1 車站股道精確定位應(yīng)答器組[BJD]設(shè)置

1）鄰靠高站臺(tái)的車站股道

設(shè)置專用的精確定位應(yīng)答器組，用于實(shí)現(xiàn)列車精確定位，同時(shí)提供站臺(tái)側(cè)和停車位置信息。在車站的股道兩側(cè)，距離停車定位基準(zhǔn)點(diǎn)10 m、40 m及股道中間適當(dāng)位置（不影響換端作業(yè)）設(shè)置精確定位應(yīng)答器組[BJD]，具體設(shè)置如圖1所示。

2）未鄰靠高站臺(tái)的車站正線

利用既有設(shè)置的出站及股道定位無(wú)源應(yīng)答器提供車站信息，無(wú)需增設(shè)應(yīng)答器，具體設(shè)置如圖2所示。

3）線路所

對(duì)于線路所車站，車站正反向進(jìn)站信號(hào)機(jī)中間適當(dāng)位置應(yīng)設(shè)置定位應(yīng)答器提供車站信息，具體設(shè)置如圖3所示。

3.4.2 ATO地面設(shè)備呼叫應(yīng)答器組[AC]設(shè)置

1）對(duì)于配備ATO系統(tǒng)的車站，在出站無(wú)源應(yīng)答器組中以及正向進(jìn)站信號(hào)機(jī)外方相鄰接近區(qū)段的區(qū)間應(yīng)答器組中增加ATO通信管理信息包[CTCS-12]，用于ATO車載設(shè)備呼叫TSRS并建立連接。

2）將ATO通信管理信息包[CTCS-12]添加到地面裝備ATO系統(tǒng)線路邊界外方車站離去區(qū)段的區(qū)間應(yīng)答器組，用于ATO車載設(shè)備呼叫TSRS并建立連接。

3) ATO呼叫應(yīng)答器組[AC]應(yīng)設(shè)置在具有ATO功能的地面線路區(qū)域的TSRS邊界。該應(yīng)答器組不應(yīng)與進(jìn)站信號(hào)機(jī)(包括反向)應(yīng)答器結(jié)合使用，接收TSRS的呼叫命令應(yīng)由進(jìn)站信號(hào)機(jī)外兩個(gè)閉塞分區(qū)處的區(qū)間應(yīng)答器發(fā)出。

4)從動(dòng)車所/場(chǎng)進(jìn)入發(fā)車站。如果車站具有自動(dòng)駕駛精確停車和站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)功能，它則在車站進(jìn)口信號(hào)機(jī)外相鄰區(qū)段的應(yīng)答器組（區(qū)間應(yīng)答器組、進(jìn)站應(yīng)答器組或調(diào)車應(yīng)答器組）中增加呼叫TSRS命令信息包，用于ATO車載設(shè)備呼叫TSRS并建立連接。

3.4.3 隧道通知信息應(yīng)答器組

1）地面設(shè)備僅提供長(zhǎng)度大于500 m的隧道信息。當(dāng)相鄰隧道間小于1 000 m時(shí)，應(yīng)合并描述隧道信息。

2）列車正向接近隧道時(shí)，宜通過(guò)兩組應(yīng)答器組將隧道信息發(fā)送給車載設(shè)備。當(dāng)列車反向接近隧道時(shí)，通過(guò)描述反向線路信息的最后一組應(yīng)答器將隧道信息發(fā)送給車載設(shè)備，具體設(shè)置如圖4所示。

3）如果隧道通知信息應(yīng)答器組和自動(dòng)過(guò)分相應(yīng)答器組的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)同時(shí)包含隧道和分相信息，則隧道和分相信息應(yīng)在特殊區(qū)段信息包中無(wú)條件循環(huán)描述。隧道和分相信息不應(yīng)相互覆蓋。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合“智能鐵路”的發(fā)展需求，根據(jù)智能調(diào)度集中系統(tǒng)的功能，完善現(xiàn)有調(diào)度集中系統(tǒng)的功能，實(shí)現(xiàn)了列車運(yùn)行自動(dòng)調(diào)整、進(jìn)路和命令安全卡控、行車信息數(shù)據(jù)平臺(tái)、行車調(diào)度綜合仿真和ATO功能，為后續(xù)一系列高速鐵路在智能化領(lǐng)域的建設(shè)提供借鑒和參考。