列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用分析及優(yōu)化建議

譚坤輪

(北京全路通信信號研究設(shè)計院集團有限公司，北京 100070)

列控系統(tǒng)是客運專線的3大核心技術(shù)之一，是保證列車高速運行過程的安全、有序、高效的關(guān)鍵。本系統(tǒng)主要包括地面設(shè)備和車載設(shè)備，通過地面設(shè)備能夠提供線路信息、目標(biāo)距離和進路狀態(tài)；通過車載設(shè)備能夠生成目標(biāo)距離連續(xù)速度控制模式曲線。

1 列控系統(tǒng)應(yīng)答器介紹

1）原理介紹

在國內(nèi)的列車運行控制技術(shù)中，CTCS系列級別均配置有應(yīng)答器設(shè)備，通過磁感應(yīng)技術(shù)將應(yīng)答器所采集的固定信息和可變信息提供給列車車載系統(tǒng)[1]。應(yīng)答器可以簡單地理解為一個數(shù)據(jù)儲存器和發(fā)送器，通過車載天線激活該應(yīng)答器，則其就將本身的應(yīng)答器報文或者是地面的電子單元傳輸?shù)膽?yīng)答器報文發(fā)送至列車控制系統(tǒng)。報文內(nèi)容主要包括應(yīng)答器的標(biāo)識、TDB的數(shù)據(jù)以及該應(yīng)答器中心點的地理位置。

不論是有源應(yīng)答器還是無源應(yīng)答器，其工作原理的本質(zhì)都是相同的，都是在列車經(jīng)過應(yīng)答器的上方時，應(yīng)答器通過列車的車載設(shè)備點式信息接收天線發(fā)送的電磁能量并將其轉(zhuǎn)化為工作電源，從而啟動電子電路進行工作，將預(yù)先儲存好的報文循環(huán)發(fā)送出去，直至能量消失（即應(yīng)答器感應(yīng)不到車載設(shè)備）。

應(yīng)答器的傳輸鏈路分為上下兩條，上行鏈路指的是從地面應(yīng)答器將固定信息和可變信息向車載系統(tǒng)傳送，而下行鏈路指的是車載系統(tǒng)將行車信息發(fā)送至地面應(yīng)答器。在目前的車地傳輸系統(tǒng)中，以上行鏈路的傳輸數(shù)據(jù)為主，而上行鏈路傳送的數(shù)據(jù)主要包括：軌道區(qū)段信息、坡度信息、速度信息、車站相關(guān)信息、定位信息等[2]。

2）應(yīng)答器應(yīng)用問題

隨著城市化進程不斷加快，人口流動數(shù)量日趨增多，近年來國內(nèi)高速鐵路發(fā)展迅速，出現(xiàn)了許許多多大型的樞紐車站，大型車站需求龐大，不僅要建設(shè)許多滿足不同作用的線路，諸如各種不同的交通點相互之間的場連線、與動車所關(guān)聯(lián)的動走線、為疏解交通而設(shè)立的立交交叉疏解線等；而且需要建設(shè)兩個以上的出站口，大型車站的出現(xiàn)使得車站及其線路的復(fù)雜程度大大增加。根據(jù)近年來關(guān)于信號系統(tǒng)聯(lián)調(diào)試驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在這種交通情況復(fù)雜信息多元化的區(qū)段，固定應(yīng)答器和可變應(yīng)答器的位置配置上不合理，造成信息發(fā)送的數(shù)據(jù)不夠全面，線路復(fù)雜程度的提高要求應(yīng)答器的容量相應(yīng)增大，應(yīng)答器的分配也應(yīng)重新合理配置。如果不能根據(jù)各 個地點的實際情況對應(yīng)答器的配置及分布進行合理 的選擇，僅僅是按照現(xiàn)有的模式生搬硬套，勢必會 造成應(yīng)答器資源不合理分配現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2 應(yīng)答器應(yīng)用

1）數(shù)據(jù)應(yīng)用分析

列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則中提到，車載設(shè)備的運行方向應(yīng)由應(yīng)答器組提供。無源應(yīng)答器中應(yīng)設(shè)置固定信息，因無源應(yīng)答器的主要作用是將直向方向的線路坡度、線路速度以及應(yīng)答器鏈接和軌道區(qū)段信息作為報文發(fā)送，有源應(yīng)答器的數(shù)據(jù)則應(yīng)按情況合理分配。正反向進站信號機、中繼站（ZJ2）、有始發(fā)列車作業(yè)的車站出站信號機無源應(yīng)答器中應(yīng)發(fā)送里程信息。當(dāng)發(fā)車信號開放后，有源應(yīng)答器發(fā)送對發(fā)車方向有效的應(yīng)答器鏈接信息、速度數(shù)據(jù)、坡度數(shù)據(jù)、里程信息、軌道區(qū)段、臨時限速及特殊區(qū)段等信息[3]。下面分別對坡度、里程系方面的信息進行討論。

2）坡度

列車從正線運行至側(cè)線，列車會繼續(xù)應(yīng)用正線的坡度信息，而沒有接收到側(cè)線的坡度信息。會導(dǎo)致列車在實際運行中收到不對等信息，進而引發(fā)一系列的問題。

這是因為該車站的所在位置的正線坡度與側(cè)線坡度差距過于懸殊，而無源應(yīng)答器的單一性決定了只能記錄單一方向的信息，列車在正線行駛時只能記錄正線坡度信息，反之只能記錄側(cè)線坡度。而當(dāng)列車從正線轉(zhuǎn)向側(cè)線時，列車一部分在正線，一部分在側(cè)線，列車接收到的是正線坡度的數(shù)據(jù)。直到列車收到第一組側(cè)線應(yīng)答器信息時，列車接收到的數(shù)據(jù)才能更新為側(cè)線坡度數(shù)據(jù)。坡度信息在列車行車的過程中起著極其重要的作用，車載邏輯運算需要坡度信息作為支撐，由此能夠保障列車的穩(wěn)定安全運行，同時坡度信息也是列車員作為參考的數(shù)據(jù)之一。

在正線側(cè)線坡度相差不大的情況下，應(yīng)答器的反饋信息對列車影響不大；若是地形復(fù)雜的地段，特別是立體交叉類線路中，坡度在這種情況下，坡度信息顯得尤為重要。準(zhǔn)確的坡度信息是列車在復(fù)雜條件下穩(wěn)定運行的保障。

3）里程系

類似于坡度方面，樞紐車站的進路與出路條件十分復(fù)雜，每條線路都有單獨的里程系。同樣是由于無源應(yīng)答器的單一性，無源應(yīng)答器正線應(yīng)答器只能記錄正線信息，而相應(yīng)的，側(cè)線應(yīng)答器只能對側(cè)線里程系數(shù)據(jù)進行記錄。在沒有接觸到第一組側(cè)線信息應(yīng)答器之前，列車會一直沿用正線應(yīng)答器的數(shù)據(jù)，直到第一組側(cè)線應(yīng)答器感應(yīng)到列車。信息才會更正為側(cè)線應(yīng)答器發(fā)送的數(shù)據(jù)。這就會造成在某一區(qū)段里程數(shù)據(jù)的記錄信息與實際的里程數(shù)據(jù)不相符合。特別是在情況復(fù)雜的條件下，在確定列車地理位置、行進路程方面，其作用更是不可忽視。

3 優(yōu)化建議

列控車載設(shè)備地面信息主要來源于應(yīng)答器，則應(yīng)答器應(yīng)全面真實準(zhǔn)確地反映地面的實際情況，保證信息的真實性和全面性。在數(shù)據(jù)信息方面為列車的安全運行提供保障。

1）應(yīng)答器中的有源和無源數(shù)據(jù)應(yīng)合理配置

在兩種應(yīng)答器的配置安排中應(yīng)合理控制兩者的分布和數(shù)量。在CTCS列控系統(tǒng)中,一組內(nèi)的應(yīng)答器數(shù)量不宜超過3個，而一組中最多只能有1個有源應(yīng)答器。但是在實際的工程中，應(yīng)根據(jù)地面條件的復(fù)雜程度，充分考慮線路的實際情況對固定信息和可變信息做出合理的分配調(diào)整。上下行線各設(shè)置兩組由1個有源應(yīng)答器和無源應(yīng)答器組成的應(yīng)答器組，主要用于提供CTCS-2臨時限速信息[4]。

2）無源應(yīng)答器數(shù)目應(yīng)增加或提高其容量

同一組內(nèi)可以增設(shè)無源應(yīng)答器，可以在整體上增加信息記錄容量。也可單獨增設(shè)應(yīng)答器。這都要根據(jù)列車運行以及車站的實際情況進行相應(yīng)的調(diào)試，以論證增設(shè)方法是否可行。例如在關(guān)鍵的信號點增設(shè)，縮小區(qū)間內(nèi)應(yīng)答器所記錄范圍。由于受地理條件影響，新建的許多線路往往是坡度比較大。有時會達到30‰[5]。為保證列車運行安全，則對動車組運行時速進行限制，在列車的加速變化點進行相應(yīng)的判斷與準(zhǔn)備，這會導(dǎo)致無源應(yīng)答器要求記錄的內(nèi)容增多，其容量也要相應(yīng)的擴大[6]。

大容量無源應(yīng)答器目前試驗已經(jīng)成功。應(yīng)答器上行鏈路采用雙通道結(jié)構(gòu)，這樣能夠進行并行數(shù)據(jù)傳輸，從而達到提高數(shù)據(jù)傳輸效率的目的。上行鏈路有兩條通道，這兩條通道是并行關(guān)系。通道一采用FSK調(diào)制方式，通道二采用PSK調(diào)制方式，這樣既可同時傳輸，也可單獨使用[7]。大容量應(yīng)答器的傳輸數(shù)據(jù)量是現(xiàn)階段應(yīng)用應(yīng)答器的兩倍，在不增設(shè)無源應(yīng)答器數(shù)量的情況下，能夠解決目前地理條件復(fù)雜，對應(yīng)答器容量提出要求的問題。

4 應(yīng)答器研發(fā)方向

通過增設(shè)應(yīng)答器、合并線路參數(shù)或者研發(fā)大容量無源應(yīng)答器，都是為了解決應(yīng)答器容量不足的問題。有源應(yīng)答器和列控中心系統(tǒng)的關(guān)系更為緊密，相較于大容量無源應(yīng)答器來說，有源應(yīng)答器的研發(fā)更為復(fù)雜，目前尚在探索期。目前來說只有解決了有源應(yīng)答器的問題，才能夠在應(yīng)答器的應(yīng)用方面做出更大的突破，才能為列車運行提供更加準(zhǔn)確合理可靠的數(shù)據(jù)信息。提高記錄數(shù)據(jù)與實際情況的一致性，最終達到列車安全平穩(wěn)運行的目標(biāo)[8]。

5 結(jié)束語

車地信息通信的主要單元是應(yīng)答器。應(yīng)答器所承載的數(shù)據(jù)對車載設(shè)備的運算十分重要。因此在最大的限度內(nèi)保證車載設(shè)備接收到的數(shù)據(jù)與列控工程數(shù)據(jù)相對一致。在路況復(fù)雜的行車過程中，有源應(yīng)答器應(yīng)充分考慮實際的路況進行相應(yīng)的布置，與實際情況相結(jié)合才能充分發(fā)揮有源應(yīng)答器的作用。在合理配置有源和無源應(yīng)答器信息數(shù)據(jù)條件下，為充分描述其他信息留有足夠的空間?，F(xiàn)階段可以通過增設(shè)無源應(yīng)答器和使用大容量無源應(yīng)答器的方式來解決無源應(yīng)答器的容量問題。現(xiàn)階段應(yīng)答器的研發(fā)工作主要致力于有源應(yīng)答器的容量問題，應(yīng)加大研發(fā)投入力量，早日解決應(yīng)答器容量不足問題。