關于大號碼道岔的車載設備處理邏輯研究

徐效寧,汪 洋,宋志丹,王文濤

(1.中國鐵道科學研究院集團有限公司通信信號研究所,北京 100081； 2.國家鐵路智能運輸系統工程技術研究中心,北京 100081； 3.北京華鐵信息技術有限公司,北京 100081)

列控系統中大號碼道岔是指側向通過速度大于80 km/h的道岔,通常用于聯絡線,實現不同線路間的列車跨線運行[1]。隨著我國路網的不斷發展,新建線路需要經過聯絡線與既有線路接駁,有的大號碼道岔設置較為復雜。

近年來很多學者從地面的角度對大號碼道岔的相關問題進行了探討[2-5],從車載設備角度分析的較少。車載設備關于大號碼道岔的相關規范也較為簡略,各車載設備在具體實現時各不相同。首先介紹了地面和車載設備關于大號碼道岔的相關規范,并通過分析不同車載設備在一例特殊地面設計的邏輯,提出對車載設備規范的修改建議,為CTCS-2級列控系統的優化設計提供一定的參考。

1 列控系統相關規范

1.1 地面規范描述

CTCS-2級列控系統以應答器的[CTCS-4]包描述大號碼道岔信息,涉及到列控中心技術條件和應答器應用原則。

TB/T 3439-2016《列控中心技術條件》第6.10.8條規定[6],對于具備大號碼道岔的側向進路,當側向接車信號開放UUS信號后,且同時滿足以下條件時,TCC發送大號碼道岔數據包。

(1)進路行車許可長度超過制動距離檢查范圍,見圖1。

圖1 大號碼道岔報文發送檢查條件(行車許可)

(2)側向進路范圍內以及離去區段制動距離內無低于大號碼道岔側向允許速度的臨時限速,見圖2。

圖2 大號碼道岔報文發送檢查條件(臨時限速)

《CTCS-2級列控系統應答器應用原則(V2.0)》(科技運[2010]136號)規定[7],變量D_TURNOUT應描述大號碼道岔應答器至防護大號碼道岔信號機的距離。道岔側向最高允許速度除道岔側向允許速度外,還應考慮以下條件。

①根據列車按照道岔區段線路允許最高碼序至目標點列車按照常用制動能夠可靠停車的速度限制。

②根據道岔后方線路允許速度。

2017年9月,國家鐵路局發布的TB 3484—2017《列控系統應答器應用原則》第7.2.18.4條規定[8],道岔側向最高允許速度應考慮道岔前、后方線路允許速度。該規范2018年4月實施,但科技運[2010]136號文也沒有明確被廢止。

1.2 車載規范描述

車載設備規范關于大號碼道岔的處理較為簡略,《CTCS-2級列控車載設備暫行技術規范》(鐵總運[2014]29號)僅有6.4.3.7條[9], “在當車載設備接收到大號碼道岔信息包[CTCS-4]后,車載設備應根據[CTCS-4]包的信息生成制動模式曲線,控制列車在到達指定道岔前將速度降到[CTCS-4]包描述的允許通過速度以內。[CTCS-4]包只在接收到U2S、UUS信號的情況下有效。”

CTCS-3級車載設備相關技術規范[10-11]在CTCS-2級控車模式的相關條文中,則未規定大號碼道岔信息包的處理邏輯,在設備實際設計和測試時,參照了鐵總運[2014]29號文的相關條款。

另外,車載設備在CTCS-2等級根據機車信號獲取前面閉塞分區的空閑情況,結合應答器數據計算行車許可終點(EOA)。鐵總運[2014]29號文第6.4.3.2規定,“軌道電路信息的處理符合TB/T 3060 《機車信號信息定義及分配》和有關標準及技術條件的要求”。

雖然,該規范在引用文件時注明TB/T 3060—2002版本,但也同時說明： “所有標準及規范都會被修訂,使用本技術規范的各方應探討使用以下標準和規范最新版本”?！稒C車信號信息定義與分配》的最新版本是TB/T 3060—2016[12],它根據2014版《鐵路技術管理規程》進行了修訂[13],在接近大號碼道岔時機車信號為UUS,在此引入TB/T 3060—2016號文對UUS碼的定義：

“準許列車按規定的速度越過接近的地面信號機,列控車載設備DMI顯示一個雙半黃色閃光。高速鐵路及僅運行動車組的區段,表示列車接近的地面信號機開通經18號及以上道岔側向位置進路,且進路允許速度不低于80 km/h。普速鐵路區段,表示列車接近的地面信號機開放經18號及以上道岔側向位置進路,且次一架信號機開通直向進路或開放經18號及以上道岔側向位置進路；或表示列車接近的地面信號機開放經18號及以上道岔側向位置進路,并開往站間無顯示聯系的區間?！?/p>

從上述定義可以得到,在高速鐵路及僅運行動車組的區段,UUS并不意味著次一架信號機一定開放,車載設備也無法判斷當前是在高速鐵路或僅運行動車組的區段還是在普速鐵路。

2 大號碼道岔線路舉例

2.1 地面設計及各車載設備反應

某車站站場布置如圖3所示,聯絡線上1號、29號、31號均為大號碼道岔。為了實現CTC自動排路,聯絡線增設了XL1、SZ2進路信號機。當車站辦理X-IG-SAN的通過進路時,區間DD應答器組發送[CTCS-4]包,信息包大號碼道岔D_TURNOUT對應XL1信號機處,允許速度V_TURNOUT為160 km/h。X信號機的接近區段、X-XL1區段均發送UUS,XL1后方的軌道區段發送L5碼。

圖3 某車站站場示意

由于XL1信號機的存在,地面在描述大號碼道岔信息時進行了權衡。因為[CTCS-4]包的格式只能定義一組大號碼道岔信息,不能嵌套,車載設備也按一組大號碼道岔信息處理。地面方案有3種選擇：(1)區間DD應答器組D_TURNOUT對應X,BX應答器D_TURNOUT對應XL1；(2)區間DD應答器組D_TURNOUT對應X；(3)區間DD應答器組D_TURNOUT對應XL1。

若采用方案(1),那么車載設備在收到區間DD應答器組后,在X信號機處設置160 km/h的目標速度；當收到BX應答器時,車載設備會用新的[CTCS-4]包替換掉舊信息包,由于新的[CTCS-4]包描述的大號碼道岔位置在XL1處,所以有的車載設備就會在X信號機處限速設為80 km/h,造成限速突降。

若采用方案(2),在收到區間DD應答器組后,在X信號機處設置160 km/h目標；在經過X信號機后,由于XL1沒有對應的大號碼道岔信息包,車載設備將在XL1處設置80 km/h的目標速度,也會造成突降。

所以,地面設計初步選定方案(3),區段DD應答器組描述的大號碼道岔位置對應為XL1。然而,經實驗室仿真,不同車載設備在經過該聯絡線時,反應卻各不相同。

(1)車載設備A在接近區段收到UUS后,X信號機處的目標速度為160 km/h,并按次一架信號機關閉計算EOA,兩者綜合計算限速曲線；經過BX應答器后,該應答器給出了側線數據,由于XL1信號機的存在,使得閉塞分區長度較短,車載根據下一架信號關閉計算得出的限速突降為135 km/h；經過X信號機后,XL1信號機的目標速度又設為160 km/h。

(2)車載設備B在接近區段收到UUS后,X信號機處的目標速度為160 km/h；經過X信號機后,XL1信號機的目標速度又設為160 km/h。

(3)車載設備C在接近區段收到UUS后,X信號機處的目標速度為80 km/h；經過X信號機后,XL1信號機處的目標速度為160 km/h。

(4)車載設備D在接近區段收到UUS后,X信號處不設目標速度,XL1信號機處的目標速度為160 km/h；當列車經過BX應答器時,限速由170 km/h突降為160 km/h。

2.2 各車載設備邏輯分析

分析各車載設備的反應,問題集中在兩個方面：大號碼道岔信息包有效時EOA計算和大號碼道岔以前的信號機目標速度值。

(1)大號碼道岔信息包有效時EOA計算

車載設備A根據UUS,按照次一架信號機關閉計算EOA,由于閉塞分區長度較短,不滿足160 km/h到0 km/h的制動距離,造成限速突降。而其他車載設備在大號碼道岔有效時,EOA使用應答器給出的軌道區段信息[CTCS-1]包數據終點,不會因行車許可的長度造成限速突降。

根據本文1.1節分析,因為列控中心發送大號碼道岔信息包的檢查條件,所以其他車載設備的EOA計算沒有任何安全問題。但是,鐵總運[2014]29號文6.4.3.1條和6.4.3.2條規定車載設備應根據軌道電路和應答器信息確定目標點,并沒有指明在大號碼道岔有效時UUS的EOA應特殊處理。雖然6.4.3.7條規定車載設備根據[CTCS-4]包的信息生成制動模式曲線,但車載設備的限速是綜合各種速度曲線限制的最限制速度曲線(MRSP),各車載設備在使用[CTCS-4]包時均考慮線路坡度[ETCS-21]包、線路限速[ETCS-27]包其他線路條件,所以這條規范不能作為EOA延長的依據。但正如車載設備A的表現,若EOA按次一架信號關閉處理,明顯地影響運輸效率。

(2)大號碼道岔以前的信號機目標速度值

CTCS-2級列控系統的區間應答器描述的都是直向數據,車載設備在進站應答器前無法獲知側向進路情況,所以要依靠UU/UUS碼進行防護[14-15]。圖3中BX應答器開始描述側向進路的數據,線路限速[ETCS-27]包才描述1號道岔岔尖處的限速160 km/h。若1號岔尖距BX應答器較近,XL1距BX應答器較遠,那么車載D在X信號機處不設限速的處理就有瑕疵。

車載設備A/B在X信號處設置大號碼道岔限速160 km/h,車載設備D因應答器描述的大號碼道岔位置在XL1處,所以在X信號機處按80 km/h控速。因線路實際限速160 km/h,車載設備A/B更符合地面的預期設計。當X-XL1區段存在低于160 km/h的限速時,若列控中心根據TB/T 3439-2016和科技運[2010]136號文不檢查大號碼道岔以前的線路限速仍發送[CTCS-4]包,那么車載A/B的處理就會有瑕疵；在TB 3484-2017文增加道岔以前的線路限速檢查條件后,車載A/B較車載D更有效率。

需要指出的是,以上只是理論分析,在信號設計時都會進行實驗室仿真測試、聯調聯試,確定最終實施方案。上述特殊線路的實施方案是在2.1節方案(3)的基礎上,將大號碼道岔信息[CTCS-4]包的側向允許速度改為120 km/h,保證了與不同型號車載設備的兼容性,后期則研究取消SZ2、XL1信號機。

3 車載設備規范修改建議

CTCS-2級列控系統由地面和車載設備組成,安全防護需要車載和地面共同完成[16-17]。由于CTCS-2級列控系統規范起初主要是為滿足提速需求而制訂,重點偏向于設備功能,地面和車載設備的互聯互通性考慮較少[18-19]。從大號碼道岔的例子可以看到,很多安全防護條件蘊含在地面設備的技術規范中,車載設備在具體實現時采信的地面防護條件程度各不相同。

在列控中心和應答器規范中,臨時限速的發送邏輯和范圍也較為復雜,但各車載設備的處理卻少有歧義。車載設備在線路數據(線路固定限速、線路坡度)描述的終點控速在45 km/h以下,但臨時限速是在數據耗盡后才開始降速。因為列控中心會檢查制動距離范圍內的臨時限速,地面設備已對此進行防護。但更重要的是,車載設備規范(2014[29]號文6.4.4.1條)對這種情況下的臨時限速處理進行了明確規定,車載設備實現時有了直接的依據。

筆者認為,車載設備規范最終要達到這樣的目標：在車載設備的系統設計、產品研發、工程設計、檢測檢驗、運用及維護時,只需查閱車載設備的標準規范及引用文件即可,而不需再去研判地面的相關規范。地面設備的規范制定也是如此,例如目前大號碼道岔的部分檢查條件定義在應答器應用原則中,而列控中心的技術條件又未將應答器應用原則列入引用文件,這也是需要完善的地方。車載和地面的責任劃分問題,應在系統需求規范中明確。

在車地安全防護責任劃分時,不能簡單地將責任完全推給地面。近年來發現,信息融合、雙校驗機制可以進一步提高列控系統的安全性,預防未知風險[20-23]。例如目前已經確定為技術條件并實施的,CTCS-3級ATP設備融合軌道電路信息確定CTCS-3級行車許可終點；無線閉塞中心在使用聯鎖設備的進路信息時,增加對信號狀態、道岔狀態和軌道區段占用狀態的雙校驗機制。

針對大號碼道岔問題,建議車載設備規范進行以下修改：

(1)當大號碼道岔信息包有效時,車載設備在收到UUS時,行車許可終點應為應答器給出的進路數據終點；

(2)當不能確認大號碼道岔信息包的發送檢查條件包括道岔前方線路允許速度時,車載設備應判斷信號機與大號碼道岔位置的一致性。

4 結語

結合地面設備的規范條文,對大號碼道岔的防護責任進行了分析,明確了當前車載設備的職責,對車載設備規范提出了修改建議。隨著我國路網的不斷建設,與既有線路連接的情況會不斷出現,大號碼道岔運用的情況也會增多。因此,對車載設備大號碼道岔相關規范的完善有重要的意義。