城際客運專線CTCS-2+ATO列控系統關鍵技術探討

■ 王力

CTCS-2+ATO列控系統將在珠江三角洲城際客運專線首次應用，列車自動運行（ATO）功能的應用將大大提高列控系統技術水平。分析和研究影響CTCS-2+ATO列控系統研發及功能應用的關鍵問題，有助于在前期建設階段理清其運營需求與建設關系，并為總體原則的確定提供借鑒，為后續工作打好基礎。

1 ATO運用模式分析

城際客運專線將在既有國鐵CTCS列控系統基礎上擴展ATO功能，通過站臺精確停車、站間自動駕駛、車門與屏蔽門/安全門聯動控制、自動折返等ATO功能的運用，提高信號系統自動化程度，提升運營服務水平。

ATO在城市軌道交通信號系統已廣泛應用。在城際客運專線CTCS-2+ATO列控系統建設中，可結合城際客運專線運營需求、城市軌道交通ATO技術運用情況及CTCS列控系統應用特點，確定其在城際客運專線的運用模式。

ATO為非故障-安全系統，在城市軌道交通實際應用中的主要作用是實現正常情況下高質量的自動駕駛，以減少司機勞動強度，提高列車運行效率，達到提高列車運行舒適度和節能效果。ATO子系統相關功能的實現是以列車自動保護裝置（ATP）為基礎，從ATP獲得相關基礎信息，在ATP的保護下實現列車自動運行功能。在城際客運專線應用中，ATO必須在ATP保護下運用。在具體工程應用中，既有CTCS列控系統可增加ATO自動駕駛模式。在該工作模式下，列控系統根據運行計劃選擇相應的自動運行控制曲線（如正常運行曲線、加速運行曲線、減速運行曲線等）。為保證ATO可靠運行，CTCS-2級列控系統在完全監控模式下，允許司機在列控系統設備正常工作時切換至ATO駕駛模式。ATO功能無法正常使用時，在ATP設備正常情況下可降級為完全監控模式。

在單方向線路故障和故障列車運行等特殊情況下組織反向運行作業，ATO反向運行模式確定可根據不同情況區別對待。如一般情況下的反向運行可不應用ATO駕駛模式，根據CTCS-2級列控系統配置采用自動站間閉塞方式或追蹤運行模式，到站開關車門的安全監督和控制由司機負責。為保證作業效率，對自動折返作業及動車走行線反向運行等相對固定的運營組織作業，可允許在反向運行時采用ATO駕駛模式。

2 屏蔽門/安全門系統接口方案建議

珠江三角洲城際客運專線各車站均設有屏蔽門/安全門，通過列控系統實現車門與屏蔽門/安全門聯控功能。信號系統與屏蔽門/安全門接口控制方案在參照城市軌道交通應用經驗的同時，還應充分考慮珠江三角洲城際客運線的實際運營情況。

城市軌道交通信號系統與屏蔽門/安全門系統接口形式一般采用硬線安全回路方式實現，信號系統需向屏蔽門系統提供“開門”、“關門”命令，屏蔽門系統向信號系統發出“屏蔽門關閉且鎖定”、“屏蔽門互鎖解除”命令。屏蔽門系統一般為每側站臺提供1組與信號系統連接的接口，在實際工程應用中典型的雙線島式車站及四線側式站臺均需要2組接口。因城市軌道交通有越行作業的運營線路相對較少，且混跑線路車輛類型基本一致，一般很少出現對應不同車輛開門數量不一致的情況。

根據珠江三角洲城際客運專線確定的運營模式，線路開通后將同時運營最高速度200 km/h的大站停列車與最高速度160 km/h的站站停列車，在設有越行線的車站，大站停列車可越行站站停列車。2種列車平面布置參數存在一定差別，大站停列車每節編組設有2個車門，站站停列車每節編組設有3個車門。雖然2種列車對應車門開門位置相同，但車門數量不同，將對信號系統與屏蔽門系統接口產生較大影響。

以莞惠城際客運專線為例。一般車站正線屏蔽門/安全門距站臺端部1.2 m，而側線屏蔽門/安全門距站臺端部0.2 m。根據運營組織需要，在2種列車共同交路折返站（如客運北站）均需進入側線停車進行乘降。因屏蔽門/安全門距離站臺較近，2種列車停站后屏蔽門開門控制不區分，可能在客流高峰時段危及旅客乘車安全。為保證ATO功能可用性及解決此問題，可在每側站臺增加1組屏蔽門系統與信號系統接口，使屏蔽門系統對應不同列車，實現控制不同的開關門。車輛類型信息可通過GSM-R無線通信傳輸的車次號信息獲得，如果車次信息無法區分，可在司機登錄注冊機車信息時輸入，車站停車時通過ATO車-地信息傳輸給相應接口，保證屏蔽門系統根據列車類型實現不同開關門動作。信號系統與屏蔽門系統接口信息見圖1。對正線2種列車同時停靠有配線車站及無配線車站，信號系統可采用這種與屏蔽門系統接口方案。

3 站臺緊急停車功能應用探討

在城市軌道交通運營線路上，站臺緊急停車功能最初主要是在未加裝屏蔽門／安全門車站提供緊急防護，在乘客意外跌入軌道區域等突發情況下，保證按壓緊急停車按鈕使列車緊急制動。目前，城市軌道交通設有屏蔽門/安全門的運營線路提供了站臺緊急停車功能。

城市軌道交通一般在每個車站的車控室、站臺上設緊急停車按鈕。按下緊急停車按鈕即向對應站臺區域和列車離去區段發送緊急停車命令，必須經人工確認后才能恢復，如有地面信號機，還需切斷信號開放電路。車控室的緊急停車按鈕設在綜合監控系統設置的綜合后備控制盤（IBP盤）上，車站每側站臺端部的1/4和3/4位置設置緊急停車按鈕箱。在特殊要求或緊急情況下，車站值班員可操縱車控室或站臺上的緊急停車按鈕，禁止列車進入車站，實現車站封鎖，或禁止停站列車進入區間，實現區間封鎖，對已啟動而尚未完全離開車站的列車實施緊急制動停車。當故障排除，允許解除列車緊急制動時，車站值班員操作綜合后備控制盤上的緊急停車恢復按鈕恢復列車正常通行。為實現與信號系統接口，車站信號系統通過硬線電纜與車控室IBP盤接線端子連接。

圖1 信號系統與屏蔽門系統接口信息示意圖

以城市軌道交通CBTC系統為例。為實現緊急停車功能，信號系統一般通過聯鎖子系統采集“緊急停車”按鈕信息，傳給區域控制器ZC，通過車-地無線通信傳給車載計算機處理并執行。國鐵客運專線CTCS-3級列控系統中，針對防災系統需求預留了緊急停車功能，緊急情況下RBC可命令其管轄范圍內的特定列車停車。對城際客運專線CTCS-2+ATO列控系統，可通過列控中心采集相應“站臺緊急停車”按鈕信息，列控中心控制對應的接車進路、發車進路發“H”碼，閉塞區段按追蹤碼序進行相應調整，以實現緊急防護功能。因城際客運專線動車組相對運行速度較高，其緊急制動距離相對較長。以莞惠城際客運專線最高運行速度160 km/h的CRH6型動車組為例。其平坡緊急制動距離約820 m，因此設置站臺緊急停車功能的必要性有待探討。從運輸組織角度分析，城市軌道交通一般線路均不存在越行作業，運營組織方式相對單一且基本不存在跨線運行，站臺緊急停車功能對運營組織影響相對較小。城際客運專線有配線車站設有越行線和越行作業，不同線路間存在跨線長交路運行作業，站臺緊急停車功能對行車組織影響相對較大。從技術層面分析，車站具備站臺緊急停車功能實施條件，是直接應用還是預留相應功能，應結合運營管理模式最終確定。

4 扣車與跳停運營模式應用分析

CTCS-2級列控系統擴展ATO應用功能后，行車調度指揮系統相應也會在既有CTC系統基礎上增加運行調整功能，以適應ATO運用需求。扣車與跳停功能是城市軌道交通列車自動監控（ATS）系統進行列車運行調整的重要方式，城際客運專線是否采用扣車與跳停功能同樣值得思考。

在城市軌道交通ATS中，跳停是指將在該站停車的列車設為通過，主要是為了調整列車運行秩序，特別是指在客流大或空車回段等情況。跳停也可通過調整運行圖和按自動進路控制方式實現。取消跳停是指將設置為跳停的列車恢復為原先狀態。扣車是指大幅度增加列車在該站的停車時分，直到該列車接到出發命令時為止。扣車也可通過調整運行圖和按自動進路控制方式實現。取消扣車是指將設置為扣車的列車恢復為原先狀態。跳停與扣車操作可由中央或車站調度員人工辦理。“扣車/取消扣車”同時在車站IBP盤上設置。

對城際客運專線而言，可結合ATO功能實現跳停與扣車功能。車站未設置發車指示器，可通過車載發車提示以通知司機扣車。通過ATO車-地通信設備將涉及CTC運行調整指令的跳停與扣車命令向車載ATO發送，其中跳停指令由ATO直接執行，即在車站上的跳停列車發車前將指令發送給ATO，同時可通過無線調度通信等其他方式通知司機。扣車命令同樣由CTC系統通過ATO車-地通信設備向車載ATO發送，可根據車載ATO的設計提前預發送或到站停車后發送，同時也可通過車載發車提示形式通知司機。跳停功能可結合調度員的運行圖調整指令實現，扣車功能可在中心調度員和車站雙重實現，以增加安全性和可靠性。

從技術角度分析，城際客運專線應用跳停與扣車功能完全可行，實際工程是否應用需結合運營管理模式確定。當然，CTC運行調整功能的實現除扣車與跳停方式外，還可采用“改變始發站及始發時刻”、“改變停站時分”和“區間封鎖”等多種方式。跳停與扣車操作在城市軌道交通運營中使用次數有限，除運營特殊情況（如前方車站臨時故障等）外，調度員一般較少使用。需要說明的是，因地下線路較多，城市軌道交通為提高緊急情況下應急管理能力，各車站均設置了IBP盤，在區間及車站發生火災、阻塞等情況下，以配合應急管理、救援和疏散工作需要。作為應急處理的重要措施，“扣車/取消扣車”必須同時在車站IBP盤上設置。珠江三角洲城際客運專線部分線路地下區段較長，根據地下線路應急管理需要設置了IBP盤。運營管理模式確定CTC運行調整不需要跳停與扣車操作，建議在車站IBP盤保留扣車功能，以增加緊急情況下的應急操作手段。

5 站臺車-地通信應用方案優化

莞惠城際客運專線等先期開通項目的CTCS-2+ATO列控系統的車-地通信批復方案是采用應答器與環線結合方式。即車站精確定位、CTC運行調整和自動折返功能采用應答器方式進行車-地通信，實現車門與屏蔽門/安全門聯控功能采用環線方式作為車-地通信手段。具體工程應用中，應結合確定的總體原則進行優化。

作為CTCS-2+ATO列控系統重要應用功能之一的站臺精確停車，將大大提高列車運行服務水平，方便旅客乘降。增加站臺精確停車意味著ATP車載設備同時需要具備“停車窗”功能，即保證列車停穩且停在規定的“停車窗”范圍內，才能進行車門與屏蔽門/安全門的聯控操作。

“停車窗”功能的實現在實際工程應用中一般可采用2種方式。方式1是在停車點設置車-地通信地面設備，當列車未停在“停車窗”內時，接收不到地面信息，實現停準判定。方式2是通過站內應答器的不斷定位，通過車載測速、測距計算列車是否停在“停車窗”內。方式1在城市軌道交通中是通過接近盤實現停準判定，即地面設有一段長金屬板，列車上設有接收裝置，停車時通過電磁感應獲知列車是否停在指定“停車窗”區域。方式2在城市軌道交通CBTC系統應用中相對較多，因CBTC系統采用獨立于軌道的車-地雙向無線通信方式，控制精度較高，為停準判定提供了保證。鑒于應答器易受安裝、振動和車輛質量影響，CTCS-2級列控系統不具備城市軌道交通CBTC系統的實時定位功能，建議車站設置的感應環線除在站臺區域實現屏蔽門聯控功能的車-地通信外，通過車載天線位置與停車精度要求合理布置，同時實現“停車窗”功能。環線布置實現“停車窗”功能見圖2。

圖2 環線布置實現“停車窗”功能示意圖

為保證地-車運營計劃傳輸的可靠性，可通過CTC向列控中心傳遞ATO模式控車所需的運營計劃，通過環線向車載設備發送運營計劃，實現運營計劃信息冗余傳遞。

綜上所述，如果ATO車-地通信采用環線與應答器結合方式，通過環線布置方式及優化車-地通信信息傳輸內容，同樣有助于提高CTCS-2+ATO列控系統應用技術水平。

6 結束語

CTCS-2+ATO列控系統在珠江三角洲城際客運專線的應用將大大提高信號列控系統應用技術水平，在帶來技術飛躍的同時，其應用也面臨新的問題和新的挑戰。初步探討新技術應用過程中的相關問題，具體的解決方案需要考慮信號系統本身應用技術可行性，還要結合珠江三角洲城際客運專線運營模式及運營實際需求進行分析。隨著工程的逐步推進，珠江三角洲城際客運專線CTCS-2+ATO列控系統方案將不斷完善，并可為其他區域城際客運專線提供借鑒。

[1] 中鐵工程設計咨詢集團有限公司. 莞惠城際軌道交通信號系統CTCS-2＋ATO車-地通信專題研究，2010

[2] GB 50157—2003 地鐵設計規范[S]. 北京：中國計劃出版社，2003

[3] 周志輝. 城際客運專線站臺門車地聯控可行性探討[J]. 鐵路通信信號工程技術， 2010(5)