X形樞紐列控系統集成設計簡述

劉長波

(1.北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070；2.北京市高速鐵路運行控制系統工程技術研究中心，北京 100070)

1 概述

截止至2017年底，我國已建成總里程達2.5萬km的高速鐵路，高速鐵路建設經歷了試點建設、單線建設后，目前正在處于路網建設階段。在“四縱四橫”的高速鐵路網基礎上，國家發改委修編了《中長期鐵路網規劃》，提出“八縱八橫”的高速鐵路網，形成以“八縱八橫”主通道為骨架，區域連接線銜接，城際鐵路補充的高速鐵路網；統籌運輸網格格局，形成系統配套、一體便捷、站城融合的現代化綜合交通樞紐。

隨著列控系統成為高速鐵路的核心裝備，根據線路允許速度選用CTCS等級，形成160 km/h客貨共線鐵路采用CTCS-0級或CTCS-1級列控系統，200 km/h客貨共線鐵路采用CTCS-2級列控系統，250 km/h高速鐵路優先采用CTCS-3級列控系統，300 km/h及以上高速鐵路采用CTCS-3級列控系統的技術格局。由此列控系統集成設計應運而生，列控系統集成設計雖在傳統信號設計基礎上發展而來，但高鐵建設的新變化對列控系統集成設計又產生新的需求，尤其是復雜樞紐列控系統集成設計，目前沒有相應的技術標準。

2 鐵路樞紐分類

在鐵路網點或網端，由兩條及以上干線、若干車站、各種為運輸服務的設施及其聯絡線等所組成的整體成為鐵路樞紐。從站場設計和列控系統集成設計實現而言，可分為“T”形、“X”形、“O”形3種基本類型。

“T”形樞紐特點是一條線路引入某站后，后續線路兩條線路共用，“T”形可衍生出“Y”形。

“X”形樞紐特點是以某站為中心向外放射延伸，并通過周圍的線路所將不同的高鐵線路連接起來成“X”形狀，中心車站可分為共場和分場兩種類型。“X”型可衍生出“十”字型和“米”字型。

“O”形樞紐特點是車站間通過聯絡線或支線或側線連接在一起成環狀?！癘”形可衍生出環形和“U”形。

本文根據列控系統集成設計的特殊性，研究分析 “X”形樞紐的RBC設置設計，臨時限速設計方案，為X形樞紐和其他類型樞紐列控集成設計提供借鑒思路。

3 X形樞紐列控系統集成設計方案

3.1 共場的“X”形樞紐

共場是指兩條高鐵線路同時引入某個車站，即該車站存在多條正線股道，不同的正線股道分屬不同的高鐵線路。共場的“X”形樞紐模型如圖1所示。A站、B站、C站屬于高鐵A線路，D站、B站、E站屬于高鐵B線路，即B站同為高鐵A、B線路上的共用車站。

3.1.1 臨時限速設計

圖1 共場的X形樞紐示意圖Fig.1 Sketch map of X-type junction shared with railways

根據《客運專線列控系統臨時限速技術規范（V1.0）》（科技運〔2008〕151）規定：“列控中心單方向臨時限速管轄范圍應從本站進站口開始至前方站出站口（中繼站）第二個有源應答器組再增加一個制動距離，制動距離應涵蓋從線路最高允許低頻碼降至HU碼的所有閉塞分區并延伸100 m”。由此可知，TCC臨時限速范圍與調度臺相關，并可能會超越調度臺邊界。

臨時限速命令是由調度員在對應的調度中心CTC擬定后，發送至與其連接的TSRS，再由該TSRS發送至相應的TCC執行。

臨時限速設計實質是CTC與TSRS對應關系、TSRS與TSRS間連接關系的設計，由于臨時限速設計與調度臺劃分密切相關，不同的調度臺劃分、TSRS設置會組合出不同場景。

1）假設同屬于高鐵A線路的A、B、C站同屬于調度臺A，并由TSRSA控制；同屬于高鐵B線路的D站屬于調度臺B，由TSRSB控制；E站屬于調度臺C，由TSRSC控制。調度臺分界均位于B站的進站信號機處。調度臺劃分場景一如圖2所示。

圖2 共場X形樞紐調度臺區劃場景一Fig.2 Scenario 1 of dispatching consoles layout for X-type junction shared with railways

D站、E站的臨時限速管轄范圍將涉及3個調度臺。以D站為例，其臨時限速管轄范圍涉及本調度臺B，相鄰調度臺A，相鄰調度臺C。

a.當B站站內屬于高鐵B線路股道有限速時，TSRS A需將臨時限速發送至TSRS B和TSRS C，然后由TSRS B發送至TCC D執行，TSRS C發送至TCC E執行。

b.當B站與E站區間有限速時， TSRS C需將該限速命令發送至TSRS A和TSRS B，然后由TSRS A發送至TCCB執行，TSRS B發送至TCCD執行。

c.當D站與B站區間有限速時， TSRS B需將該限速命令發送至TSRS A和TSRS C，然后由TSRS A發送至TCCB執行，TSRS C發送至TCCE執行。

該場景的難點在于一個車站的臨時限速范圍跨越了相鄰的調度臺界，并延伸到第三方調度臺，臨時限速命令的傳遞和設備間的連接關系變得復雜。必須改變原有串行連接命令交互，即TSRSB同時與TSRSA，TSRSC連接相互命令，而不是TSRSB與TSRSA連接交互，TSRSA再與TSRSC連接交互。這就必須突破《臨時限速服務器技術規范》（鐵運[2012]213）要求的且同一正線上不得連接超過2個相鄰TSRS的規范限制。

2）假設同屬于高鐵A線路的A、B、C站同屬于調度臺A，由TSRSA控制；同屬于高鐵B線路的D、E站屬于調度臺B，由TSRSB控制。調度臺分界均位于B站的進站信號機處。調度臺劃分場景二如圖3所示。

由于臨時限速設置是依附于線路，而同一線路的車站都是線性排列，對于TSRS而言，臨時限速命令的拆分也是按線性進行拆分。但該場景的難點在于調度臺B的車站連接關系不是線性關系，而是非線性（中間被截斷）。對于與調度臺B對應的TSRSB而言，為了保持臨時限速命令的線性拆分，可將TSRS A看作一個車站B。

圖3 共場X形樞紐調度臺區劃場景二Fig.3 Scenario 2 of dispatching consoles layout for X-type junction shared with railways

a.當B站與E站區間有限速時， TSRS B需將該限速命令發送至TSRS A和TCCD、TCCE執行，然后由TSRS A發送至TCCB執行。

b.當D站與B站區間有限速時， TSRS B需將該限速命令發送至TSRS A和TCCD、TCCE執行，然后由TSRS A發送至TCCB執行。

但當B站內存在限速時，TSRS A需要將限速發送至TSRS B，但TSRS A兩側相鄰TSRS均為TSRS B，存在如下兩個問題需要解決。

TSRS A須向兩側的同一相鄰TSRS B轉發限速命令，導致TSR S間命令計數不匹配，誤認為相鄰TSRS側應有2條限速命令。當相鄰TSRS回饋結果后，始終只能匹配到一側TSRS成功，不能綜合全部TSRS成功。

既有TSRS對限速命令拆分機制、命令狀態綜合判定機制都是假定所有設備順序排列在同一線路上，然后逐一匹配是否與限速命令相關。當判定命令拆分到一側（如TSRSA已判定限速命令拆分至E站）時，即認為限速命令拆分到頭，不會再向另一側設備進行拆分判定。

所以TSRS設備在未來必須要解決該場景遇到的問題。在此功能需求未開發成功前，若工程遇到該場景，列控系統集成設計可采用3）方案。

3）假設同屬于高鐵A線路的A、B、C站同屬于調度臺A，由TSRS A控制；同屬于高鐵B線路的D、E站屬于調度臺B，但車站D、E分屬不同的TSRS B和TSRS C。調度臺分界均位于B站的進站信號機處。調度臺劃分場景三如圖4所示。

圖4 共場X形樞紐調度臺區劃場景三Fig.4 Scenario 3 of dispatching consoles layout for X-type junction shared with railways

該場景從TSRS設置、設備連接關系、信息傳遞與場景一相同。但不同點在于調度臺B必須能根據限速命令決定發送至TSRS B還是TSRS C。實現方式有兩種。

a.因高鐵B線是正線貫通，B線路的臨時限速線路編號取值相同，由CTC根據臨時限速命令的公里標決定發送至哪個TSRS。以圖4為例，B站下方的限速命令發送至TSRS C執行，B站上方的限速命令發送至TSRS B執行，再由接受命令的主控TSRS進行限速命令的合理拆分。

b.將TSRS C、TSRS B管轄范圍內B線路的臨時限速線路編號取不同值，CTC根據調度臺選取的線路編號將命令發送至對應的TSRS。但由于TCC里相同線路的臨時限速線路編號只能唯一，所以TSRS必須負責進行臨時限速線路編號的轉換。如當B站至E站區間有限速，TSRS C將限速命令發送至TSRS B時，TSRS B必須進行臨時限速線路編號的轉換后發送至TCCD執行。值得注意的是，B站內的線路編號必須與相鄰的某一個相同；否則，在TSRS C重啟后，從TSRS A和TSRS B刷新臨時限速命令，無法進行一一對應。

3.1.2 RBC設置設計

若高鐵A線、B線均采用CTCS-3級列控系統時，兩線共場的B站只能歸屬某一個RBC控制，假設A站、B站、C站屬于RBCA控制，D站、E站分屬不同的RBCB和RBCC控制。將RBC移交邊界放置在D站至B站區間和B站至E站區間，且盡量靠近D站和E站方向。

將RBC切換點放置在靠近D站和E站方向的目的是盡量避免出現RBC移交順序為RBCB-RBCARBCC。這種移交順序簡稱RBC的“1-2-3”移交。

從理論上，在RBC1-RBC2移交時，只要RBC2判定MA延伸至RBC2/3邊界，可啟動RBC2-RBC3移交。但目前RBC移交關聯了列車位置與RBC邊界，即同一時刻為一列車僅啟動距離列車最近RBC移交邊界相關的移交流程，只有當列車被RBC2接管后，才啟動RBC2-RBC3移交流程。

樞紐地區RBC移交順序為“1-2-3”時，移交邊界設置的具體地點要根據線路允許速度進行計算，即RBCB與RBCA的移交邊界至RBCA與RBCC的移交邊界的距離，滿足移交邊界線路最高允許速度的常用制動距離。

當D站、E站屬于同一個RBC控制時，RBC移交順序為 “RBCB-RBCA-RBCB”，簡稱為RBC的“1-2-1”移交。這種移交順序從理論上可參照“1-2-3”移交處理，但樞紐RBC設置設計應避免。

針對共場的“X”型樞紐，B站無法分開，可將B站同時納入RBCA、RBCB控制，即將B站聯鎖同時連接兩個RBC，RBC之間不作移交。當從線路A運行線路B時，先做C3→C2等級轉換，運行至B線路后，再做C2→C3等級轉換的方式進行過渡。

3.2 分場的“X”型樞紐

分場是指兩條高鐵線路同時引入某個車站的兩個不同場，即該車站存在多場橫列分布，兩條高鐵線路通過站外的線路所進行連接。分場的“X”形樞紐模型如圖5所示。A站、B線路所、C站A場、D線路所、E站屬于高鐵A線路，調度臺為CTCA，臨時限速服務器為TSRSA；F站、C站B場、G站屬于高鐵B線路，調度臺為CTCB，臨時限速服務器為TSRS B。

圖5 分場X形樞紐示意圖Fig.5 Sketch map of X-type junction with paralleled railways

3.2.1 臨時限速設計

由于高鐵A線路與高鐵B線路在C站分場設置，所以，C站A場、B場可以分屬不同調度臺，假設線路所聯絡線均歸屬于高鐵A線路調度臺。所以TSRS A與TSRS B的分界位于B場的進站信號機。

聯絡線上的限速命令由TSRS A發 送至TSRS B，再由TSRS B發送至B場TCC執行。

假設A場、B場存在場聯道岔，A場通過場聯道岔能向高鐵B線路發車時，A站TCC必須預告C站B場與G站區間及B場側線的臨時限速。當B場側線或至G站區間存在限速時，TSRS B必須將限速拆分至TSRS A。

3.2.2 RBC設置設計

高鐵A線路、B線路均為CTCS-3等級線路。因為C站存在兩個場，就存在兩個場分屬一套RBC還是兩套RBC的問題，這也是樞紐地區RBC設置的關鍵。樞紐地區RBC設置的數量主要是滿足RBC的處理性能指標，決定RBC數量的兩個指標是RBC控車數量和連接的聯鎖數量。RBC控車數量參照相關規范執行。

1）樞紐地區設置1套RBC

將高鐵A線路的B站、C站A場、D站，高鐵B線路的C站B場、G站納入RBC2，考慮到A線路相鄰RBC1和RBC3，B線路的相鄰RBC4和RBC5，RBC2的相鄰RBC為4個。樞紐地區設置1套RBC如圖6所示。

圖6 樞紐地區設置1套RBC示意圖Fig.6 Setting the same RBC in a junction

樞紐地區設置1套RBC的優點是可以將RBC移交放置在正線區間，避免了短距離的RBC移交，但是缺點也很明顯，一是RBC連接的相鄰RBC數量多，不利于以后其他線路的引入；二是RBC故障后影響兩條甚至更多條高鐵線路，不利于日常維護。

若高鐵A線路與B線路設置獨立的CTC調度臺和獨立的TSRS，樞紐RBC2只能連接一個CTC和TSRS，將造成CTC調度臺與TSRS間信息傳遞的復雜性。假設樞紐RBC2接入CTCA、TSRS A，CTCB要顯示RBC2的信息，必須由CTCA復示至CTCB。因RBC2僅與TSRS A連接，RBC2控制的B線路臨時限速命令必須由TSRS B傳遞至TSRS A， 要實現此功能，TSRS B必須結合限速命令位置拆分至TSRS A，增加了復雜性。同時B場TCC與TSRS B連接，對于高鐵B線路而言，將出現C2、C3系統的臨時限速命令來源不一致。這種信息來源不一致不會影響功能性，但會造成系統的復雜度增加，不利于日常維護和故障處理。所以，工程設計如遇到此場景，一般應分設RBC。

2）分場獨立設置RBC

分場獨立設置RBC如圖7所示。基于實際情況，重新劃分高鐵A、B線路的RBC管轄范圍，將A線路的B站、C站A場、D站、E站 納 入RBC2；高鐵B線路的F站、C站B場、G站納入RBC5。

A線路RBC2的相鄰RBC1、RBC3和RBC5；B線 路RBC5的 相 鄰RBC4、RBC6和RBC2。RBC2和RBC5的相鄰RBC為3個。

圖7 分場獨立設置RBC示意圖場景一Fig.7 Scenario 1 of setting independent RBC in a junction with paralleled railways

分場設置RBC后，對于A、B線路RBC數量是否增加，要根據線路實際情況整體考慮，本節僅僅是示意為更好的描述。

若高鐵A線路與B線路設置獨立的CTC調度臺和獨立的TSRS，RBC2和RBC5分別連接各自線路的CTCA、TSRS A和CTCB、TSRS B設備。設備連接關系清晰，信息傳遞簡單，設備故障不會影響另外一條線路的正線運行車輛，僅僅影響跨線運行車輛。

分場獨立設置RBC時，RBC2與RBC5的移交點將在C站兩邊的聯絡線上，一般聯絡線線路長度都不會太長，會出現當辦理B站-A站B場-D站通過進路時，RBC2移交順序出現“1-2-1”移交，這種移交順序是需要避免的。為解決不出現RBC的“1-2-1”移交，有如下幾個解決方案。

a.分進路配置MA長度

在RBC2和RBC5中配置兩種MA長度，即正線長MA長度和聯絡線短MA長度，RBC根據從聯鎖收到的進路信息決定使用正線長MA長度還是聯絡線短MA長度。當動車從A線路B站運行至B線路C站B場時，RBC2使用聯絡線短MA長度，這樣保證對于同一動車僅存在RBC2與RBC5移交。MA長度的取值原則是保證過RBC2、RBC5移交點時列車速度不減速。因聯絡線線路速度遠低于正線速度，故MA長度也遠遠短于正線MA長度。但該方案會造成RBC內部處理邏輯的復雜性大大增加。

b.延遲啟動另一側移交

因分進路配置MA長度方案RBC邏輯實現復雜，RBC內仍配置一種MA長度，當出現“1-2-1”的移交場景時，另一側RBC5-RBC2的移交延遲啟動，即在列車完成左側RBC2-RBC5移交，完全由RBC5控車后，再啟動另一側RBC5-RBC2的移交。

只要RBC移交邊界設置合理，因聯絡線速度低，延遲啟用另一側移交也不會造成列車過RBC移交邊界時速度的降低。該方案RBC內部邏輯處理簡單。

對于分場設置RBC的樞紐，假設A場與B場存在場聯連接線，高鐵A線路的動車可以通過該場聯線運行至高鐵B線路，但RBC2與RBC5的移交是無法在場聯線實現。為了滿足跨場運行，一般采用在進入與場聯線銜接的股道先轉C2等級，駛入正線后再轉回至C3等級的方式。為盡量減少對其他進路的影響，等級轉換信息通過有源應答器根據具體進路發送。這樣雖然會造成整個樞紐地區控車等級不連貫，但因聯絡線線路速度相對較低，運輸效率不受影響，在工程上有效解決短距離RBC無法移交的難題，整體考慮是可行的。

4 結束語

通過高速鐵路樞紐形狀將樞紐類型歸納為3種基本類型，針對今后常用且典型的“X”形樞紐可能的調度臺劃分方式、RBC設置方式進行研究分析，提供“X”形樞紐RBC設置設計，臨時限速設計的集成設計方案，為樞紐列控系統集成設計和設備優化提供實施經驗。