朔黃鐵路重載無線閉塞中心系統(tǒng)研究

何占元，張艷輝

(1．朔黃鐵路發(fā)展有限責任公司，河北肅寧 062350;2．北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070；3．北京市高速鐵路運行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100070)

1 概述

重載移動閉塞列控系統(tǒng)適用于重載鐵路，用于控制重載列車行車安全的列控系統(tǒng)，主要由重載無線閉塞中心（Radio Block Center，RBC）、車載設備、聯(lián)鎖設備、臨時限速服務器、調(diào)度集中設備等組成。重載移動閉塞列控系統(tǒng)具有站內(nèi)連續(xù)發(fā)車、區(qū)間移動閉塞、列車自動駕駛、北斗定位、兼容固定閉塞等功能。

重載RBC是重載移動閉塞列控系統(tǒng)核心設備之一，根據(jù)聯(lián)鎖、車載設備、相鄰重載RBC設備、臨時限速設備、調(diào)度集中設備等提供的信息，為列車計算行車許可，通過無線通信方式發(fā)送給車載設備，控制列車安全運行。

2 組成結(jié)構(gòu)

重載RBC作為重載移動閉塞列控系統(tǒng)的核心設備，采用二乘二取二的安全計算機，保證系統(tǒng)安全、可靠、不間斷運行。重載RBC采用以太網(wǎng)方式與聯(lián)鎖、相鄰RBC、臨時限速服務器、調(diào)度集中設備進行通信；通過無線LTE網(wǎng)絡與車載設備進行通信；通過維護接口，將重載RBC維護信息發(fā)送給維護單元，如圖1所示。

圖1 重載RBC系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)Fig.1 Schematic diagram of the composition of heavy-haul RBC system

3 主要功能

重載RBC作為重載移動閉塞列控系統(tǒng)的核心子系統(tǒng)，主要有列車輔助定位、列車篩選、計算行車許可、重載RBC間移交切換、固定閉塞與移動閉塞間切換、輔助聯(lián)鎖功能以及其他功能等。

3.1 列車輔助定位

重載列車具有列車長度長、載重大特點，對于重載移動閉塞列控系統(tǒng)，車載設備需要精確獲取列車位置包絡信息后，方可向重載RBC發(fā)送“行車許可申請”。由于列車長度較長，對于車站股道無法存放整列列車時，車身可能占壓咽喉區(qū)，如圖2所示，列車在無法獲取車身范圍內(nèi)道岔位置時，則無法精確獲取列車位置包絡，影響車載設備發(fā)送“行車許可申請”時機，進而影響移動閉塞下發(fā)車效率。

圖2 重載列車站內(nèi)發(fā)車示意Fig.2 Schematic diagram of the departure of a heavy-haul train from a station

以朔黃鐵路中使用的機車為例，機車類型、牽引重量、換長等信息如表1所示。

表1 機車類型、牽引重量、列車換長Tab.1 Locomotive types, traction weight and converted train length

對于列車車長較長，占壓咽喉區(qū)場景，車載設備向重載RBC申請輔助定位，重載RBC將聯(lián)鎖發(fā)送的道岔狀態(tài)，通過無線方式發(fā)送給車載設備，車載根據(jù)道岔狀態(tài)可精確列車位置包絡。

3.2 列車篩選

移動閉塞系統(tǒng)以車身包絡為閉塞計算列車追蹤，對于列車降級模式下，通過軌道電路或計軸檢測列車占用以固定閉塞制式行車的線路中，移動閉塞系統(tǒng)要求重載RBC在完成列車篩選條件下，方可以移動閉塞方式進行追蹤。列車篩選分為列車前端篩選、列車尾端篩選、人工前篩。

列車前端篩選：重載RBC判斷列車前方至所在區(qū)段邊界處無非通信車，可判斷列車有前端篩選。

列車尾端篩選：重載RBC判斷列車尾端至所在區(qū)段邊界處無非通信車，可判斷列車有尾端篩選。

人工前篩：移動閉塞系統(tǒng)下，為快速完成列車前端篩選，可通過人工確認列車前方無非通信車方式，完成列車篩選。

重載RBC判斷列車前方相鄰區(qū)段為空閑，向車載設備請求人工前端篩選，司機觀察列車前方情況，確認列車車頭至信號機處無非通信車，通過按壓DMI人工前篩確認按鈕，完成列車前端篩選，如圖3所示。

圖3 重載RBC完成前后端篩選示意Fig.3 Schematic diagram of the screening of the front-end and rear-end of a train by heavy-haul RBC

3.3 計算行車許可

重載移動閉塞列控系統(tǒng)在有軌道電路檢測列車占用條件下，支持移動閉塞制式和固定閉塞制式的列車混跑，重載RBC在計算列車行車許可時，存在追蹤移動閉塞列車，追蹤固定閉塞列車，追蹤降級列車場景。

1）計算追蹤移動閉塞列車的行車許可

追蹤移動閉塞列車是指追蹤前車為完成尾端篩選的通信車，且兩列車間無其他非通信車或通信車，則重載RBC按照追蹤移動閉塞列車方式，為該列車計算行車許可，并按照移動閉塞方式延伸列車行車許可終點。

2）計算追蹤固定閉塞列車的行車許可

追蹤固定閉塞列車是指追蹤前車為非通信車（包括LKJ設備控制的列車或ATP控制的降級列車），重載RBC按照閉塞分區(qū)為單元，通過檢查閉塞分區(qū)空閑，延伸行車許可終點追蹤固定閉塞列車。

3）計算追蹤降級列車的行車許可

追蹤前車為通信車，當前車由通信車降級為非通信車時，考慮重載列車車身較長，制動性能差，制動距離長，閉塞分區(qū)長度長等因素，若重載RBC按照追蹤固定閉塞列車方式回縮行車許可終點，可能會發(fā)生列車闖行車許可終點，在列車高速運行下，觸發(fā)緊急制動，對重載列車產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損害。

對于該場景，重載移動閉塞列控系統(tǒng)要求重載RBC為后車保持行車許可終點，使列車在保障安全條件下進行制動，當行車許可終點所在閉塞分區(qū)空閑時，可按照固定閉塞方式追蹤列車，如圖4所示。

圖4 重載RBC計算列車追蹤降級列車行車許可示意Fig.4 Schematic diagram of movement authority of degraded tracking train as calculated by the heavy-haul RBC

3.4 重載RBC間移交切換

重載RBC最大支持管轄5個標準站聯(lián)鎖，線路較長，需要多個重載RBC管轄時，重載RBC間需要完成列車控制權(quán)的移交切換。重載RBC間控制權(quán)移交切換共分為3個過程：發(fā)起移交，控制權(quán)轉(zhuǎn)換，完成移交，如圖5所示。

圖5 重載RBC切換示意Fig.5 Schematic diagram of heavy-haul RBC handover

1）發(fā)起移交

移交RBC判斷列車完全進入移交區(qū)，且列車行車許可終點延伸至移交分界點，則移交RBC向接管RBC發(fā)起移交申請。接管RBC接收到移交RBC的移交申請時，延伸該列車行車許可終點至接管RBC管轄區(qū)，并將計算的接管行車許可信息發(fā)送給移交RBC，移交RBC將本RBC計算的行車許可及接管RBC計算的行車許可拼接后發(fā)送給列車。列車判斷車頭在移交RBC管轄區(qū)，采信移交RBC發(fā)送行車許可進行控車。

2）控制權(quán)轉(zhuǎn)換

列車在移交區(qū)，列車與移交RBC、接管RBC保持通信，移交RBC和接管RBC向列車均發(fā)送拼接后的行車許可，列車判斷車頭越過移交分界點，采信接管RBC發(fā)送的行車許可信息，完成控制權(quán)切換。

3）完成移交

移交列車車尾越過移交分界點，完全進入接管RBC管轄區(qū)，采信接管RBC發(fā)送的行車許可，并向移交RBC發(fā)起注銷，移交RBC接收到列車發(fā)送的注銷信息，則與列車斷開連接，即完成RBC間的列車移交切換流程。

3.5 固定閉塞與移動閉塞間切換

重載移動閉塞列控系統(tǒng)支持列車在固定閉塞制式與移動閉塞制式間切換，列車在固定閉塞制式下，由LKJ系統(tǒng)監(jiān)控列車運行，司機憑地面允許信號行車。列車在移動閉塞制式下，由ATP控制列車安全運行，司機憑控車曲線行車。

1）固定閉塞→移動閉塞切換

列車由固定閉塞區(qū)駛?cè)胍苿娱]塞區(qū)時，當前列車由LKJ監(jiān)控列車運行，列車經(jīng)過切換應答器，激活ATP系統(tǒng)，ATP向重載RBC發(fā)起注冊，重載RBC判斷列車完成前端篩選，且滿足移動閉塞控車條件，向ATP發(fā)送行車許可，ATP接收到行車許可后，向LKJ申請控制權(quán)，LKJ釋放控制權(quán)后，列車完成固定閉塞到移動閉塞的切換，如圖6所示。

圖6 列車由固定閉塞區(qū)向移動閉塞區(qū)切換示意Fig.6 Schematic diagram of a train switching from fixed block to moving block

2）移動閉塞→固定閉塞切換

列車由移動閉塞區(qū)駛?cè)牍潭ㄩ]塞區(qū)時，當前列車由ATP防護列車運行，由于移動閉塞制式下，重載RBC計算行車許可終點延伸至前車車尾，而LKJ系統(tǒng)是以軌道電路碼序監(jiān)控列車運行，當ATP控車時允許列車最高速度高于切換至LKJ監(jiān)控列車時允許列車最高速度，則會引起LKJ系統(tǒng)輸出制動，為防止該場景發(fā)生，列車在移動閉塞區(qū)向固定閉塞區(qū)切換時，重載RBC按照閉塞分區(qū)為單元延伸行車許可終點，確保ATP切換至LKJ控車時，LKJ系統(tǒng)不會輸出制動，如圖7所示。

圖7 列車由移動閉塞區(qū)向固定閉塞區(qū)切換示意Fig.7 Schematic diagram of a train switching from moving block to fixed block

3.6 輔助聯(lián)鎖功能

1）信號機接近

重載移動閉塞列控系統(tǒng)中，允許多列通信車駛?cè)胪婚]塞分區(qū)，對于地面有信號機設備，RBC根據(jù)列車屬性向聯(lián)鎖發(fā)送信號機接近的列車屬性，聯(lián)鎖根據(jù)該信息，控制室外信號機滅燈或是亮燈。

RBC向聯(lián)鎖發(fā)送信號機有通信車接近，則聯(lián)鎖控制該信號機滅燈；

RBC向聯(lián)鎖發(fā)送信號機無通信車接近，則聯(lián)鎖控制信號機亮燈；

RBC與聯(lián)鎖通信中斷情況下，聯(lián)鎖控制信號機亮燈。

2）信號機跨壓

重載移動閉塞列控系統(tǒng)中，站內(nèi)允許通信車連續(xù)發(fā)車，聯(lián)鎖無法通過邏輯區(qū)段三點檢查占用邏輯判斷列車是否進入進路，無法滿足進路信號機一次開放有效原則，需要重載RBC根據(jù)列車實際包絡計算通信車跨壓信號機情況，并將列車跨壓信號機狀態(tài)發(fā)送至聯(lián)鎖，聯(lián)鎖用于判斷關(guān)閉信號機條件。

3）邏輯區(qū)段占用狀態(tài)

重載RBC以邏輯區(qū)段為單元，計算通信車包絡及非通信車占壓邏輯區(qū)段狀態(tài)，并將該邏輯區(qū)段占壓狀態(tài)發(fā)送至聯(lián)鎖，聯(lián)鎖用于判斷關(guān)閉信號、解鎖進路等條件。

邏輯區(qū)段占用狀態(tài)包含通信車占用、非通信車占用、無占用。

3.7 其他功能

1）臨時限速處理

重載RBC通過以太網(wǎng)與臨時限速服務器通信，獲取臨時限速信息，并將臨時限速信息隨行車許可發(fā)送至車載設備，車載設備根據(jù)限速信息計算控車曲線。

重載RBC上電啟動時，與TSRS設備完成上電初始化前，按照管轄范圍所有區(qū)段最低限速處理；與TSRS設備完成上電初始化后，根據(jù)TSRS設備下發(fā)的臨時限速信息更新區(qū)段限速；與TSRS設備通信中斷后，保持最近有效的臨時限速信息，直到與TSRS設備正常通信。

2）發(fā)送監(jiān)測信息

重載RBC通過以太網(wǎng)與CTC通信，向CTC發(fā)送列車信息、線路信息以及設備工作狀態(tài)信息等，用于CTC設備監(jiān)控列車運行、站場信息以及設備工作狀態(tài)。

3）發(fā)送前后車信息

重載RBC向列車發(fā)送距離該列車最近的前后車信息，該信息在列車DMI上顯示，用于輔助司機操控列車。

4 重載移動閉塞列控系統(tǒng)在朔黃鐵路應用

2014年國家能源集團在國內(nèi)率先開展重載鐵路移動閉塞系統(tǒng)研究，提出并驗證了重載鐵路移動閉塞系統(tǒng)技術(shù)方案。

2019年6月，重載RBC作為重載移動閉塞列控系統(tǒng)核心設備之一，開始針對朔黃鐵路復雜場景做工程應用化研究，并于2020年11月～2020年12月，在朔黃鐵路定州西至安國5站4區(qū)間，開展試驗工作。

5 結(jié)束語

重載無線閉塞中心作為重載移動閉塞列控系統(tǒng)核心設備之一，通過工程化應用研究，兼容移動閉塞和固定閉塞功能，滿足重載鐵路復雜應用場景需求。能夠顯著提高朔黃鐵路運輸能力，降低線路改造難度，降低運營維護成本，為將來朔黃智慧鐵路建設奠定基礎(chǔ)。