完善CTC系統自動排路技術條件方案研究

崔金瑩，余衛巍，陳洪雨

調度集中系統（Centralized Traffic Control，CTC）是對某一區段內的信號設備進行集中控制、指揮并管理列車運行的技術裝備［1］。列車進路自動控制（簡稱“自動排路”）是CTC 系統的重要功能之一。

目前，我國鐵路已全面實現了列車計劃自動轉換為進路控制指令、按計劃自動觸發列車進路等功能。但在實際運用中，仍有自動排路功能發揮不充分、執行不徹底等現象發生，這不僅增加了操作員的作業量，還加劇了錯辦、誤辦的安全風險。受復雜站場環境的影響，CTC系統自動排路功能也在持續優化，如王小飛等［2］深入研究了站內車次追蹤算法的標準化；王菲［3］針對單線自動站間閉塞檢查條件不完整，給出了解決依據及方案；陳梵等［4］實現了CTC系統自動生成調車進路序列功能。為進一步提高行車調度的自動化程度，本文在借鑒上述經驗的基礎上，針對因采集的站場信息不符合技術條件要求，導致自動排路功能觸發時機不適宜、無法自動觸發等問題，從3 個方面深入剖析既有技術手段受站場信息影響的局限性，并提出對應的解決方案。

1 排路時機

CTC 系統執行自動排路功能時，接車站排路時機需要綜合考慮線路狀況、列車類型等因素，選擇適宜時機進行觸發，有助于提高運輸效率，降低行車組織風險［5?6］。系統執行自動排路時，應滿足中國鐵路總公司《調度集中系統技術條件》（Q/CR 518—2016）［7］相應的觸發條件要求。本文以浩吉線B 站上行線路為例，闡述重載鐵路CTC 系統執行地點觸發時機與列車運行位置之間的重要關聯。

1.1 場景概述

浩吉線B站以貨物列車運行為主，依據工程數據表，B 站區間1142G 長度為1 352 m，進站口外方接近區段坡度為0‰，其站場示意見圖1。

圖1 浩吉線B站站場示意

CTC 系統可提前4 個閉塞分區（即機車軋入1142G）自動辦理B 站上行通過信號排列進路。機車采用LKJ 實時采集行車指令信息和列車運行速度，結合線路狀況確定目標點的出口限速，并計算列車當前運行的限速值［8］。由于列車按照線路最大允許速度（90 km/h）通過1142G 需54 s，而B 站CTC 完成排列上行通過進路約20 s，因此在列車軋入1142G 的20 s內，前方B 站上行通過信號處于關閉狀態，此時機車接收到的地面低頻信息為L1，LKJ限制速度曲線打靶點無法更新；而當機車軋入1142G 的20 s 后，前方B 站上行通過信號開放，機車收到的地面低頻信息為L2，完成打靶點更新。

1.2 影響分析

1）從數據方面分析。依據式（1）計算的減速區機車常用制動距離（減速區減速點與進站信號機之間的距離）為1 505 m［9］，當機車軋入1142G時，距B 站S 進站信號機5 673 m，則機車距減速區減速點的距離為4 168 m。因此，當CTC 觸發排路時機較晚時，只影響機車信號及限制速度曲線打靶點更新時機，不會對機車運行造成任何影響。

式中：Sz為常用制動距離，單位m；Sk為空走距離，單位m；Se為有效制動距離，單位m；v0為制動初速（90 km/h）；vm為制動末速，單位km/h；tk為空走時間，單位s；φh為閘瓦（閘片）換算摩擦系數；?h為列車換算制動率；λ為制動計算系數，考慮列車制動性能離散性而設；βc為常用制動系數；ω0為列車單位基本阻力，單位N/kN；ij為制動地段加算坡度千分數（實際坡度為0‰）。

2）從司機駕駛方面分析。若B 站上行通過信號一直未開放，當列車運行至1140G 時，機車接收到低頻信息為LU，則需要司機進行減速操作；又因該線路運行列車主要為重載貨車，所以當司機在1142G 處看到機車信號顯示低頻信息為L1 時，需提前做好減速準備并向調度員詢問前方進站信號未開放的原因，增加了司機與調度員的工作量。

3）從行車安全方面分析。當前方B 站上行通過信號選擇最晚觸發排路時機時，若CTC 系統發生軟件、硬件、網絡通信等故障，則排路會產生延遲或失敗。在這種情況下，進路排列完成時，列車基本已進入下一個閉塞分區，并收到低頻信息LU，致使司機進行減速操作，直接影響了行車效率，增加了行車安全隱患。

1.3 解決方案

結合浩吉線B 站貨物列車運行間隔較大的特點，當列車運行至1144G，機車接收到低頻信息L2，此時通過信號觸發CTC 自動排路，對司機操作及后續列車追蹤不會造成任何影響。通過適應性調整CTC 觸發排路時機，將地點觸發條件選擇在進站信號機外方第5 個閉塞分區執行，可有效提升司機和調度員的工作效率。

2 進路序列

一直以來，以計劃為核心的進路自動控制很好地保證了進路自動辦理與列車計劃序列的一致性，降低了錯辦風險，提高了自動辦理的安全性［10］。進路自動辦理能否執行，前提條件是CTC 系統能完成計劃的合理性檢查并生成完整的進路序列。

2.1 場景概述

以線路所為例，站場只有通過進路，無站內股道。在該場景下，采用CTC 系統傳統技術手段，其設備無法實現自動排路功能。若線路所需要完成排路辦理，只能通過人工手動排路方式執行。然而，對于樞紐地區的繁忙線路，人工排路不僅增加了作業人員勞動強度及錯辦風險，還影響了運輸效率的提升。

2.2 影響分析

股道數據是CTC、TDMS（運輸調度管理系統）間傳遞的行車計劃內容，遵循CTC、TDMS系統間接口協議。行車計劃內容主要包含列車的車次屬性、運行徑路、運行時刻、車站作業等數據，股道數據就是行車計劃中列車運行徑路具體表示形式之一。CTC 系統將聯鎖系統采集的站場信息與行車計劃中的數據條件進行匹配，只有采集到完整的站場信息，自律機才能將計劃自動生成完整的進路指令（進路序列），最終轉換為命令后發送給聯鎖設備執行排路。

線路所的CTC 自律機將計劃生成進路序列時，若因采集的站場信息中缺少股道信息而不能滿足列車運行徑路數據條件，將導致無法生成進路序列，致使無法完成自動排路功能。

2.3 解決方案

方案一：修改軟件處理邏輯，采用其他數據代替股道信息，解決無法生成完整進路序列的問題。此方案易造成處理邏輯混亂，不利于后期維護及施工改造。

方案二：在CTC 與TDMS 系統中引入虛擬股道定義［11］，在滿足聯鎖關系的基礎上將進路逐一定義為虛擬股道，從而滿足行車計劃條件，由CTC 系統生成進路序列。站場進路中定義虛擬股道見圖2。圖2中，分別將X—SF 進路定義為ⅠG，XM—SF 進路定義為3G，S—XF 進路定義為ⅡG，S—XMF 進路定義為4G。該方案既可以使站場信息符合CTC 系統列車運行徑路數據要求，實現按圖排路功能，又能保證軟件邏輯的一致性和標準性。該處理方式需納入特殊場景管理，虛擬股道只作為條件信息，不能作為真實股道數據使用，并由運輸部門統一發布，以便于施工維護。

圖2 定義虛擬股道情況

3 列車車次號

列車車次號是CTC 系統實現列車運行追蹤、自動排列進路的重要基礎信息。CTC 系統自動排列進路時，比對列車車次號與進路序列的一致性，符合條件時自動觸發排路，否則由人工辦理。系統應檢查車次號的及時性、準確性、完整性等因素，依據現場采集軌道區段的占用和出清狀態、信號機狀態、軌道區段的連接關系，實時跟蹤列車運行動態，實現列車定位［12］，并根據最近一次進路的接發車方向，處理管內車次號方向。

3.1 場景概述

以地點觸發排路時機為例，在一些場景疊加的特定環境下，因CTC 系統無法完成車次號自動跟蹤，從而導致按圖自動排路失敗。

特定場景1：以E 無配線站下行線路為例，其站場示意見圖3。圖3 中存在進出站信號機并置、站外區間歸屬于鄰站、前方車站X進站最近一次開放過反向發車信號等疊加的特定場景，當本站車次號從站內傳遞至區間X1LQG 時，因CTC 系統無法完成車次號自動跟蹤，導致列車雖然運行至符合觸發時機的位置，卻不能實現前方車站X進站信號自動觸發。

圖3 E無配線站站場示意

特定場景2：以A 線路所下行出站為例，其站場示意見圖4。圖4 中存在出站后折角運行、站外區間歸屬于鄰站、X1LQG 執行自動排路觸發等疊加的特定場景，因A 線路所CTC 系統無法實現按計劃自動變更車次號，導致車次號傳遞至區間后與計劃不一致，當列車運行至X1LQG 時無法自動觸發前方C站進站信號。如當列車從B站經過A線路所運行至C 站，依據運行圖計劃，車次號需要在A線路所進行自動變更，以便出站后滿足折角運行需求。

圖4 A線路所站場示意

3.2 影響分析

特定場景1：CTC 系統無法完成自動排路的原因是，并置信號機開放時無發車進路區段，且管內無管轄區間，不滿足系統處理車次號跟蹤技術條件。CTC 根據管轄站最近一次信號開放情況處理區間車次號方向，E 無配線站無管轄區間，無法按發車方向將車次號方向傳遞至區間，而前方站X進站最近一次開放過反向信號，其管轄區間內車次號方向按反方向顯示，最終因區間車次號方向與計劃不一致，導致無法完成X進站信號自動觸發。

特定場景2：CTC 系統需要將車次號與股道或區間軌道區段進行關聯，可顯示并修改。由于A線路所無股道且無管轄閉塞分區，該場景不滿足系統處理車次號變更的技術條件，無法按計劃進行自動修改。

3.3 解決方案

特定場景1：為解決E無配線站CTC系統缺少進路及區間條件的問題，參照聯鎖系統實現無進路鎖閉的處理手段，將一離去軌道區段歸屬于E無配線站管轄，通過本站聯鎖接收其表示信息，納入發車進路的鎖閉區段，并顯示鎖閉狀態，從而保證了進路的完整性。該方案不僅實現了車次號站間跟蹤，也解決了檢查一離去軌道區段異常白光帶遺留的問題。但是根據CTC 接口規范，聯鎖系統可通過自采或從列控中心獲取區間表示信息，將會出現2種表示狀態，給行車安全帶來隱患。根據CTC系統與其他系統接口間的數據信息交互情況［13?14］，CTC從列控中心接收區間的表示信息，包括低頻、載頻、信號機顯示及閉塞分區狀態（空閑、占用、故障占用、失去分路）等；從聯鎖接收站場的表示信息，包括站內信號、道岔、區段（占用、鎖閉、空閑）、按鈕、表示燈等。經與運輸部門研究探討，為實現特定場景下CTC 系統自動排路功能，提升運輸效率及安全，CTC 系統從聯鎖獲取一離去軌道區段的表示信息并進行顯示，并由運輸部門統一發布。

特定場景2：在A 線路所CTC 軟件數據配置中增加站外虛擬軌道區段FS1DG，見圖5。虛擬股道區段在站場中不顯示，不影響聯鎖關系，只作為車次號自動變更的技術條件。

圖5 增加虛擬軌道區段示意

將虛擬閉塞分區FS1DG 設置在進站信號機外方，與站內岔區區段1DG 進行關聯，根據運行方向設置2 個區段之間的邏輯占用關系，避免產生假車次號。當列車從D 站或B 站經過A 線路所開往C 站時，列車占用1DG 區段后，系統軟件按1DG先占用FS1DG 后占用的邏輯進行處理；當列車從C站運行至D站或B站時，列車占用1DG后，系統軟件按FS1DG 先占用1DG 后占用的邏輯進行處理。在不違反聯鎖關系的基礎上，該方法充分解決了車次號自動變更問題，實現了列車運行至一離去軌道區段時CTC對前方車站信號自動觸發的功能。

4 結論

目前，上述實施方案已成功應用于現場，并已由運輸部門納入規范管理。其中，調整地點觸發進路時機解決方案，在浩吉線路中已全面實施；按列車進路定義虛擬股道解決方案已在線路所廣泛推廣，并拓展應用于場聯岔區；修改一離去軌道區段采集方式的解決方案，已應用于無配線站、含總出發信號機、線路所折角運行等場景中。

自動排路功能受站場環境影響的部分問題已成功解決，這為全面發揮CTC 系統功能并廣泛應用開拓了新的思路，也符合智能鐵路技術發展必須緊密圍繞提高運輸效率、確保運營安全和降低運維成本的鐵路運輸發展思路。