CTCS-0級列控系統改造技術研究

黃玉祥

（武漢鐵路局電務處，武漢 430071）

CTCS-0級列控系統改造技術研究

黃玉祥

（武漢鐵路局電務處，武漢 430071）

對CTCS-0級列控系統改造的總體技術方案進行闡述，對地面應答器的設置方案，需調整增加的內容，CTCS-2區段的適應性改造，LKJ及附屬設備的改造方案進行系統說明。

CTCS-0；列控系統；LKJ；研究

1 既有線列控技術現狀

在既有機車上裝備的列車運行監控記錄裝置LKJ2000結合機車信號設備使用,也就是CTCS-0 (簡稱C0)級列控系統,具有列車速度超速防護功能,在既有線上為保障行車安全,提高運輸效率,發揮了重要作用。但C0級列控系統當時的設計是以地面信號為主,用機車信號+監控裝置控車,信息源頭不可靠,同時也不是安全設計;人工可隨時干預,不符合中國列車運行控制系統(CTCS)基本原則,非地車一體化設計,同時現在鐵路建設工作異常繁重,涉及的LKJ數據換裝施工壓力很大。為了提高現有列控設備的安全性,同時又適應我國鐵路裝備的現實情況,C0級列控系統改造的技術研究迫在眉睫。

2 既有線列控系統需重點解決的問題

一是LKJ基礎數據全部下移,車載設備儲存方式改為由應答器提供方式,消除頻繁更換車載數據的問題 。二是LKJ根據應答器位置及提供的數據校標,以提高列車定位的精度和準確性。三是基本取消司機支線號選擇操作和出站對標操作。四是應答器提供反向控車基礎數據,滿足列車反向運行監控需求。

3 既有線列控系統改造的主要技術原則

一是采用地面應答器設備提供LKJ基礎數據。二是維持既有LKJ設備的基本結構,維持LKJ的操作方式、控制模式、顯示界面。三是充分利用應答器提供的信息資源,進行LKJ導航顯示,實現信息資源利用的最大化。四是充分利用CTCS系統已定義的應答器報文,在列控區段能夠使用;新增部分報文,按CTCS系統技術規范進行定義。五是技術方案可適用于分步實施、分階段實施的要求。六是運營線路基礎數據變化時,僅需修改相應的應答器報文。

4 既有線列控系統改造總體技術方案

既有C0區段,在車站附近增設部分無源應答器,用于提供列車運行監控裝置(以下簡稱LKJ)基礎數據。車載設備增加應答器傳輸模塊(以下簡稱BTM),用于接收應答器數據。LKJ進行相應的軟硬件改造,實現與控車有關的基礎數據下移。臨時限速信息仍通過IC卡提供。機車車載設備改造完成后,在C2區段直接使用C2系統應答器提供的基礎數據和臨時限速信息。運行在尚未改造的C0區段,維持車載存儲基礎數據方式。

5 C0改列控系統架構

圖1 CO改列控系統結構圖

系統由JT-C系列機車信號+LKJ設備+應答器等設備構成,如圖1所示。地面軌道電路連續提供前方軌道電路閉塞分區空閑信息(4～5個閉塞分區)、以及對車載測距進行校正;應答器用于列車位置修正,并提供線路速度、線路坡度、軌道區段、里程坐標等線路信息;LKJ根據應答器信息和機車信號信息計算目標-距離模式曲線,并監控列車運行。

5.1 地面設備構成

由車站聯鎖設備對列車進路進行控制。軌道電路編碼設備對軌道電路連續信息進行控制。軌道電路設備用于列車占用軌道及列車完整性檢查,同時作為地-車間連續信息的傳輸媒介,連續向列車傳送機車信號信息。應答器設備用于傳送精確的定位信息、必要的線路基礎數據等。

5.2 車載設備構成

機車信號設備用于軌道電路信息的接收與處理。BTM用于應答器信息的接收與處理。LKJ設備對列控車載綜合信息處理,監控列車運行。人機接口單元提供車載設備與列車司機進行人機交流的接口。制動接口單元提供車載設備與列車制動系統間的接口。

6 C0改列控系統主要技術難點

C0改列控系統的主要技術難點包括:車載設備LKJ及相關設備的適應性改造,復雜區段的應答器設置及相關報文應用,C2區段的適用性改造等。

6.1 基于LKJ2000列車運行監控裝置升級改造的列控車載設備技術方案

基于現用LKJ2000列車運行監控裝置技術,借鑒國內外列車自動防護(ATP)及列車自動控制(ATC)的先進技術和經驗,新一代列控車載設備的硬件架構如下: 車載系統應包含主機單元、 擴展單元、 人機界面單元、 應答器信息接收處理單元、軌道信息接收處理單元(機車信號)、 壓力傳感器、速度傳感器等。以三取二架構的安全計算機作為列控車載設備的控制核心。增加列車定位和車地信息交互的技術手段,提供與點式應答器的接口。基于主體化機車信號,通過串口與機車信號通信,通過冗余信息和數據的校驗,保證信息的正確使用。采用多傳感器融合技術,結合光電、雷達、衛星定位測速的優點,通過冗余互補保證測速測距信息的準確性、可靠性和安全性。支持失電制動方式,使用安全型繼電器作為系統的控制輸出機構。人機界面單元雙冗余,在主顯示器故障情況下,可以人工切換至備用顯示器,維持機車運行。整合現用LAIS設備,用于車載設備質量及行車信息的實時監測,運行記錄數據及各功能模塊監測數據的遠程下載,實現車載控制數據的遠程更新,實現C0級區段臨時慢行限速數據的遠程傳輸。

6.2 地面應答器報文內容的調整

C0改造區段應答器報文原則上與C3級和C2級列控系統一致,在此基礎上增加若干新定義的信息包,主要是區間制式信息包［CTCS-101］:描述區間信號顯示制式、區間線路編號、區間線路序號(三線四線)、長鏈信息;股道信息包［CTCS-102］:描述車站進路限制速度與長度(含直股發車數據和直股線路編號);其他特殊用途信息包,主要提供LKJ基礎數據中特殊控制標識。在軌道區段信息包［CTCS-1］中增加移頻、25 Hz、50 Hz、75 Hz交流計數等軌道電路類型,用于適應既有線部分信號設備未改造區段的軌道電路特點。在速度信息包［ETCS-27］中增加貨運列車類型限速的定義,用于適應客車、貨車限速不一致區段的限速控制。

6.3 C2區段兼容性改造方案

C2區段各站須補齊列控中心存儲的全部進路數據。正線無源應答器線路速度信息包［ETCS-27］中增加一種貨車限制速度信息。在接近區段應答器組中增加里程信息、文本信息。在出站端外方應答器組中增加里程信息、下站最小道岔、正線股道號。LKJ在C2區段直接使用C2系統應答器提供的基礎數據和臨時限速信息。

6.4 C0區段應答器設置方案

在既有C0區段車站附近設置無源應答器組,無源應答器組集中設置在車站四個端口,正反向進站信號機外方,提供線路基礎數據,如圖2所示。

圖2 CO區段地面應答器設置

在車站二接近區段設置一無源應答器組,實現列車定位并發送股道接車和最不利發車信息。對于少量存在多條支線且可高速(大于80 km/h)通過聯絡線時,可根據需要設置有源應答器組和LEU設備,并與車站聯鎖接口。對于樞紐和特殊復雜站場,利用應答器重定位原理設置無源應答器,逐段更新并提供線路基礎數據。對于個別特殊需求(貨車接車靠標困難,客車接車靠標困難,一離去過短,發車綠燈確認等),補充無源應答器。為了取消司機輸入側線股道號操作,可在每個側線股道中央增加2個無源應答器構成的應答器組,提供相應股道信息,如圖3所示。

圖3 側線股道接車信息范圍

在單個聯絡線道岔入口外方設置無源應答器組,利用股道信息包發送經道岔側向運行的支線線路數據,如圖4所示。當列車在道岔外方區段接收到UU或UUS碼后,根據默認股道信息監控列車運行。在道岔后方設置一組無源應答器(重定位)發送支線線路數據,LKJ車載設備根據接收的應答器信息監控列車運行。道岔入口外方設置的無源應答器組發送經道岔側向列車運行至岔后重定位應答器組再延伸一個制動距離的線路數據。由重定位應答器組發送后續數據。

圖4 單個聯絡線無源應答器組設置一

當存在多條支線且可高速(大于80 km/h)通過的聯絡線時,可根據需要設置有源應答器組和LEU設備,并與車站聯鎖接口, 如圖5所示。LEU設備根據進路信息選擇存儲的報文,控制有源應答器發送對應的支線線路數據。

圖5 單個聯絡線無源應答器組設置二

7 結論

本文對既有線列控系統存在的問題,提出了JT-C系列機車信號+LKJ設備+應答器3要素構成的C0列控系統改造的實施方案。本文重點闡述了基于LKJ2000型列車運行監控裝置的列控車載設備適應性改造方案,C0區段應答器的設置方案, C2區段的適應性改造方案。

The paper sets forth the overall technical scheme of CTCS-0 train control system reconstruction, and describes systematically the setting scheme of ground balises, newly added contents, applicability reconstruction of CTCS-2 section and reconstruction scheme of LKJ and ancillary equipment.

CTCS-0; train control system; LKJ; research

10.3969/j.issn.1673-4440.2014.04.007

2014-04-21）