列控系統(tǒng)保護(hù)下的動(dòng)車組接車作業(yè)安全策略

韓克林

(中國(guó)鐵路濟(jì)南局青島機(jī)務(wù)段，山東 青島 266000)

1 引 言

從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，我國(guó)有關(guān)鐵路工程項(xiàng)目的高速化越來(lái)越得到體現(xiàn)，特別是磁懸浮列車通行之后，列車運(yùn)行呈現(xiàn)出高速度、高密度態(tài)勢(shì)，進(jìn)而列車站間運(yùn)行的控制技術(shù)也相應(yīng)的日趨復(fù)雜化。出于確保列車行駛安全的目的，對(duì)于列車的運(yùn)行控制相關(guān)的技術(shù)所提出的要求也愈來(lái)愈高。為了加強(qiáng)列車運(yùn)行的安全性，同時(shí)提升整體運(yùn)營(yíng)效率，就應(yīng)有意識(shí)地提高運(yùn)行管理機(jī)制的性能，減少運(yùn)行控制體系安全事故的發(fā)生率，確保其處于安全狀態(tài)，降低外部因素對(duì)于列車運(yùn)行過(guò)程的安全性所帶來(lái)的影響，滿足控制體系使列車運(yùn)行處于安全狀態(tài)之所需。

就目前實(shí)際情況而言，動(dòng)車組接車作業(yè)所需要的列控系統(tǒng)技術(shù)設(shè)備都是全新的，目的在于確保動(dòng)車組接車作業(yè)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性。因?yàn)榱锌叵到y(tǒng)在鐵路運(yùn)輸中的地位舉足輕重，無(wú)論管理還是維護(hù)都非常重要。為保障動(dòng)車組列車運(yùn)行時(shí)處于安全、舒適、快捷狀態(tài)的要求，應(yīng)做好動(dòng)車組的列控車載裝置的科學(xué)化管理、使用、養(yǎng)護(hù)以及后期的維修、升級(jí)等工作，目的在于達(dá)到提升動(dòng)車組實(shí)效性的目標(biāo)，推動(dòng)國(guó)內(nèi)高速動(dòng)車組技術(shù)穩(wěn)定發(fā)展的趨勢(shì)，拓展交通體系的運(yùn)輸功能，最終推動(dòng)運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)發(fā)展又好又快的向前推進(jìn)。

2 動(dòng)車組和接車作業(yè)概述

動(dòng)車組一般運(yùn)用于客運(yùn)專線、高速鐵路的列車環(huán)境中，通過(guò)8輛編組、16(17)輛編組或是2個(gè)8輛編組重連運(yùn)行。其中，單列動(dòng)車組(8輛)長(zhǎng)度為210 m左右(車型不同)。另外，動(dòng)車組根據(jù)速度等級(jí)可分為250 km/h、350 km/h兩類。動(dòng)車組車站接車作業(yè)的類型包括側(cè)向式與直向式兩類。相應(yīng)提出的安全要求為，站內(nèi)接車的過(guò)程中，整列車應(yīng)停靠在站臺(tái)之內(nèi)，按照既有規(guī)定的停車標(biāo)志準(zhǔn)確停車，禁止越過(guò)關(guān)閉的出站信號(hào)機(jī)。

3 列控系統(tǒng)的歸類及其原理

我國(guó)鐵路動(dòng)車組列車在運(yùn)行時(shí)的控制體系(Chinese Train Control System簡(jiǎn)稱CTCS)主要包括CTCS 0～4五個(gè)等級(jí)。目前，適合運(yùn)用在客運(yùn)專線、高速鐵路的列控系統(tǒng)為CTCS-2級(jí)(C2)以及CTCS-3級(jí)(C3)兩類。其中，C2級(jí)列控系統(tǒng)一般運(yùn)用在速度范圍200～250 km/h規(guī)格的客運(yùn)專線以及200 km/h的客貨共線區(qū)段，C3級(jí)列控系統(tǒng)一般運(yùn)用在速度范圍300～350 km/h的高速鐵路。C2級(jí)列控系統(tǒng)采用大容量點(diǎn)式應(yīng)答器向列車發(fā)送定位信息、進(jìn)路信息、臨時(shí)限速、線路允許速度和閉塞分區(qū)長(zhǎng)度等必要行車信息，采用目標(biāo)—距離連續(xù)速度控制模式監(jiān)控列車安全運(yùn)行，目前可實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組追蹤間隔5 min左右的密度行車。C3列控通過(guò)無(wú)線通信GSM-R技術(shù)實(shí)現(xiàn)車—地信息雙向傳輸。由無(wú)線閉塞中心(RBC)生成行車許可，軌道電路可檢查列車的占用情況，應(yīng)答器可對(duì)列車進(jìn)行定位，并同時(shí)具備C2級(jí)列控功能，可實(shí)現(xiàn)3 min左右追蹤間隔運(yùn)行。

列控系統(tǒng)作為鐵路信號(hào)的安全中心裝置，其功能安全符合SIL4等級(jí)，即使在斷電或被毀壞的極端環(huán)境中，應(yīng)導(dǎo)向安全：輸出緊急制動(dòng)使列車停車。列控設(shè)備體系設(shè)計(jì)與“故障→安全”原則相吻合，使用硬件冗余的安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)作為核心邏輯運(yùn)算單元。

4 動(dòng)車組接車作業(yè)安全策略分析

4.1 交互式控制列控各個(gè)分體系，強(qiáng)化系統(tǒng)安全性

要能夠確保列車的運(yùn)行處于安全狀態(tài)，須合理地建構(gòu)列控體系。為了保證列控系統(tǒng)能夠?qū)α熊囋谶\(yùn)行時(shí)進(jìn)行功能優(yōu)化，強(qiáng)化列車的安全性，可以將交互式結(jié)構(gòu)引入到列控體系的架構(gòu)之中，從而控制列車在具體運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)。參見下圖1所示。

圖1 交互式列控系統(tǒng)各個(gè)層次優(yōu)化構(gòu)造模型圖示

在上圖1中的表示層可以同步監(jiān)督控制體系內(nèi)各個(gè)方面運(yùn)作的狀態(tài)和數(shù)據(jù)情況，且接納操作工作者所發(fā)出的各個(gè)項(xiàng)目操控的指令，及時(shí)地處置相關(guān)業(yè)務(wù)內(nèi)容，執(zhí)行業(yè)務(wù)的相關(guān)邏輯。在整個(gè)列控體系運(yùn)行時(shí)，表示層和業(yè)務(wù)層內(nèi)部的交互聯(lián)系比較地緊密。若列車啟動(dòng)之后，列控體系亦處于同步運(yùn)行狀態(tài)。為提升系統(tǒng)有效使用效率，操作者應(yīng)將表示層管理板塊當(dāng)作橋梁，交互式處置列控的業(yè)務(wù)內(nèi)容，處置操作工作者所發(fā)出的指令，且借助于用戶界面把處置好的信息呈現(xiàn)于操作工作者，從而監(jiān)控并控制列車的運(yùn)行狀況，確保列車行駛的安全性。

4.2 接車作業(yè)的具體安全模式策略

本節(jié)以C2級(jí)列控系統(tǒng)為例，基于《CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則(V2.0)》【科技運(yùn)[2010]136號(hào)】及《客運(yùn)專線C2車載和地面設(shè)備配置及運(yùn)用技術(shù)原則(暫行)》【鐵集成[2007]124號(hào)】相關(guān)的規(guī)定可知，進(jìn)站外方的接近區(qū)段、站內(nèi)應(yīng)答器以及出站的信號(hào)機(jī)布局狀況如下所示：

距進(jìn)站口外部30 m處設(shè)置進(jìn)站有源應(yīng)答器組，其功能包括為列控車載設(shè)備提供進(jìn)路信息以及臨時(shí)限速等相關(guān)控車數(shù)據(jù)；在進(jìn)站口的外部約250 m處設(shè)置定位應(yīng)答器，主要用于定位列車；車站到發(fā)線處應(yīng)答器組通常要求設(shè)置于距出站信號(hào)機(jī)(30±0.5)m處；出站信號(hào)機(jī)一般設(shè)置于距離警沖標(biāo)≥55 m(包括過(guò)走防護(hù)距離50 m)處。可參見下圖2所示。

圖2 C2客運(yùn)型專線車站信號(hào)設(shè)置布局圖示

從工作方式來(lái)看，應(yīng)用于C2級(jí)列控系統(tǒng)的車載設(shè)備(ATP)工作模式包括完全監(jiān)控模式(FS)、部分監(jiān)控模式(PS)、目視行車模式(OS)、調(diào)車模式(SH)、引導(dǎo)模式(CO)、機(jī)車信號(hào)模式(CS)、隔離模式(IS)、待機(jī)模式(SB)等8類。其中，隔離模式運(yùn)行時(shí)ATP設(shè)備停用，不具備行車安全監(jiān)控功能。

列控車載設(shè)備工作方式不同，相應(yīng)的保護(hù)策略也相異。動(dòng)車組接車作業(yè)的安全性策略主要聚焦于不同方式下動(dòng)車組接車作業(yè)是否存在防冒防超方面的控制風(fēng)險(xiǎn)。若存在，則須深入探討其配套設(shè)備改進(jìn)方案或建立健全相關(guān)運(yùn)輸管理策略，目的在于強(qiáng)化動(dòng)車組接車作業(yè)行駛的安全可靠性。本節(jié)主要以完全監(jiān)控模式為例，展開如下分析：作為動(dòng)車組列車常態(tài)化行駛模式，設(shè)備設(shè)置超出限制速度2 km/h警報(bào)、5 km/h常用制動(dòng)、10 km/h緊急制動(dòng)。列控車載設(shè)備獲取列控系統(tǒng)的相關(guān)信息，計(jì)算列車位置，根據(jù)列車行駛線路限制速度、車輛速度、停車位置等信息，計(jì)算生成目標(biāo)-距離模式曲線及圖像，且持續(xù)監(jiān)督列車運(yùn)行速度，與對(duì)應(yīng)模式的限制速度對(duì)比，智能輸出緊急制動(dòng)或常用制動(dòng)指令。另外，經(jīng)由人機(jī)界面呈現(xiàn)實(shí)時(shí)速度、限制速度、目標(biāo)速度及其間距等數(shù)據(jù)供司機(jī)控車使用。

通過(guò)列控車載設(shè)備完全監(jiān)控模式控制動(dòng)車組列車側(cè)線方式進(jìn)站時(shí)，ATP基于進(jìn)站口側(cè)向通過(guò)設(shè)備限制速度80 km/h(18#道岔)或45 km/h(12#道岔)等限速條件來(lái)展開速度—目標(biāo)距離控制曲線分析，監(jiān)控動(dòng)車組以安全速度通過(guò)限速點(diǎn)；動(dòng)車組進(jìn)入停車線后，ATP基于在關(guān)閉的出站信號(hào)前停車(V=0)運(yùn)算出速度—目標(biāo)距離情況，C2區(qū)段ATP計(jì)算60 m(常用制動(dòng))或50 m(緊急制動(dòng))安全防護(hù)距離監(jiān)控動(dòng)車組在運(yùn)行關(guān)閉點(diǎn)前停車。

5 結(jié) 語(yǔ)

我國(guó)高速鐵路建設(shè)及動(dòng)車組列車研發(fā)制造事業(yè)欣欣向榮，列控系統(tǒng)動(dòng)車組接車作業(yè)的管理及其設(shè)備維護(hù)應(yīng)有意識(shí)地聯(lián)系實(shí)際線路、車站、運(yùn)營(yíng)狀況加以開展，據(jù)此建構(gòu)起科學(xué)、合理的管理機(jī)制，從而保障動(dòng)車組接車作業(yè)的高效性、安全性，從而切實(shí)地提高運(yùn)營(yíng)水平，加強(qiáng)我國(guó)鐵路交通體系運(yùn)輸能力。