CTCS-3級列控系統等級轉換運營場景分析與研究

呂書麗 郝長軍

*中國鐵道科學研究院通信信號研究所 助理研究員,100081 北京

**北京全路通信信號研究設計院 工程師 (鐵道部C3技術攻關組成員),100073 北京

CTCS-3級列控系統是基于無線信息傳輸(GSM-R)的列車運行控制系統,通過車-地信息的雙向傳輸實現了列車的閉環控制,有效提高了列車的運營效率。CTCS-3級列控系統主要運營場景包括注冊與啟動、注銷、進出動車段、等級轉換、行車許可、RBC切換、自動過分相、重聯和摘解、臨時限速、降級情況、災害防護、調車作業、人工解鎖進路、特殊進路共 14個場景文件,其中等級轉換場景較為復雜,現對該場景進行初步分析研究。

1 從 CTCS-2級區域進入 CTCS-3級區域

1.1 應答器設置原則

1.1.1 應答器冗余設置

為了提高系統的可用性,RBC連接應答器組和等級轉換預告應答器組均應冗余設置。在圖 1中,BGA1和 BG A2中均應包含通信會話管理信息包 P42。BG A1和 BGA2作為等級轉換預告應答器組,用于列車定位,不發送等級轉換信息。當列車前端通過 BG A1和 BG A2時,車載設備向 RBC報告列車位置,RBC就可以知道列車接近的準確進路,然后根據等級轉換點內方的聯鎖進路條件,決定是否發送行車許可。BG A3作為等級轉換執行應答器組,發送有條件等級轉換命令 (信息包P46)。下面對應答器丟失情況進行分析。

圖1 TCS-2級進入 CTCS-3級區域示意圖

1.BG A1丟失,不會影響等級轉換的正常流程。當列車前端通過 BG A2時,車載設備呼叫RBC并建立通信會話,RBC向車載設備發送等級轉換命令及越過等級轉換點的 MA。

2.BG A2丟失,不會影響等級轉換的正常流程。當列車前端通過 BG A1時,車載設備呼叫RBC并建立通信會話,RBC向車載設備發送等級轉換命令及越過等級轉換點的 MA。

3.BG A3丟失,不會影響等級轉換的正常流程,因為當列車前端通過 BG A1或 BG A2時,車載設備接收到了 RBC發送的等級轉換命令和越過等級轉換點的MA。當列車前端通過等級轉換點時,車載設備從 CTCS-2級轉換為 CTCS-3級并且使用先前 RBC發送過來的 MA。

4.BG A 2和 BG A 3均丟失 (或者 BG A1和 BG A3均丟失),不會影響等級轉換的正常流程。當列車前端通過了 BG A1(或者 BG A2)時列車呼叫 RBC并建立通信會話,RBC向車載設備發送等級轉換命令及越過等級轉換點的 MA。

1.1.2 進入 CTCS-3級區域的線路上存在分歧道岔

若在進入 CTCS-3級區域的線路上有分歧道岔,則等級轉換預告應答器組 (LTA)應設置在道岔的后方(如圖2所示),這樣做的目的:

圖2 分歧道岔的應答器布置

1.如果已經建立了無線連接的列車駛向線路 3,則列車在經過 RBC連接取消應答器組 (RT)時,僅斷開無線連接即可。

2.如果已經建立了無線連接的列車直行經過了 LTA,RBC才對該列車發送等級轉換命令和行車許可。

1.1.3 進入 CTCS-3級區域的線路上存在匯合道岔

若在轉換到 CTCS-3級的線路上有匯合道岔,則 LTA應設置在道岔的前方 (如圖3所示),這樣RBC知道是哪列車經過了 LTA,并且僅對該列車發送行車許可。

圖3 匯合道岔的應答器布置

1.1.4 應答器組設置距離原則

GSM-R連接點 (GRE)、RBC連接點 (RE)、轉換預告點 (YG-2/3)的設置需滿足 CTCS-3級列控系統應答器應用原則 (V2.0)中的規定。如圖 4所示。

圖4 等級轉換應答器組設置示意圖

1.1.5 應答器信息覆蓋范圍分析

CTCS-2級列控系統應答器應用原則 (V2.0)中規定:CTCS-2級線路可間隔 1個閉塞分區設置區間無源應答器組。應答器報文編制原則規定:對于區間應答器組正向數據范圍應冗余覆蓋,丟失1個應答器組列車運行不受影響,也即 1個應答器組內的信息可覆蓋 4個閉塞分區。

CTCS-3級列控系統應答器應用原則 (V2.0)中規定:在 CTCS-3級線路上,區間每個閉塞分區入口處設置 2個及以上無源應答器構成的應答器組,對于區間應答器組正向數據范圍應冗余覆蓋,丟失 1個應答器組列車運行不受影響。

為了兼容 CTCS-2級列車能在 CTCS-3級線路上全速運行,在 CTCS-3級線路上,1個應答器組內的信息也應覆蓋 4個閉塞分區,這樣 CTCS-2級向 CTCS-3級轉換時,距離等級轉換邊界點最近的等級轉換預告應答器組內的信息可以覆蓋到等級轉換邊界點內方第 3個閉塞分區 (可以滿足以 CTCS-2級最高允許速度運行時等級轉換點內方完整常用制動距離要求),在軌道電路信號允許的情況下,列車能以 CTCS-2級最高允許速度通過等級轉換邊界,并在通過等級轉換邊界后,可根據CTCS-3級允許的速度、線路允許速度、臨時限速等信息取最受限制的速度運行 (注:在工程設計中應保證 CTCS-3級線路允許速度不低于 CTCS-2級線路允許速度)。

1.2 等級轉換點內方閉塞分區狀態

1.2.1 等級轉換點內方閉塞分區空閑

轉換點內方閉塞分區空閑時,轉換點處的信號為允許信號。當列車通過了等級轉換預告點后,RBC向車載設備發送等級轉換命令以及越過轉換點的 MA。

1.2.2 等級轉換點內方閉塞分區占用

轉換點內方閉塞分區占用時,列車必須在轉換點外方停車 (列車已與 RBC建立連接)。

轉換點內方閉塞分區空閑時,列車以原模式向前運行,當通過 BG A3時 (見圖 1),車載設備向RBC發送一個以 BG A3為 LRBG的位置報告,當RBC收到該位置報告后,向列車發送等級轉換命令和 FSMA,此 FSMA從 LRBG(BG A3)處開始生效,車載設備此時轉換到 CTCS-3級進行控車。

1.3 兩列列車同時向等級轉換邊界運行

1.3.1 前車未與 RBC建立連接而后車與 RBC建立連接

一個運行等級為 CTCS-2級的列車 (列車 1)經過了 RE但未與 RBC建立連接,跟隨其后的另一列運行等級為 CTCS-2級的列車 (列車 2)也經過了RE并與 RBC建立了連接,在列車1越過等級轉換點后,RBC才向列車 2發送行車許可。

1.3.2 兩列列車均與 RBC建立連接

當兩列均與 RBC建立連接的列車經過了等級轉換預告應答器組 (該應答器組內方的 C3進路為惟一進路),特別在區間自動閉塞線路,RBC將只為離轉換邊界最近的列車提供進入 CTCS-3級區域的行車許可和等級轉換命令,當該車越過 CTCS-2/CTCS-3級邊界轉入 CTCS-3級系統控車后,RBC再向后一輛列車提供行車許可及等級轉換命令。

1.4 通過等級轉換點之前未與 RBC建立通信會話

如果由于某種原因 (如:GSM-R無線通信、RBC故障),列車前端在通過等級轉換邊界點時未與 RBC建立連接,在這種情況下,列車將不停車按 CTCS-2級系統繼續運行。

在 CTCS-3級區域,各車站反向進站信號機處的應答器組均設置與 RBC進行連接所需要的報文,當列車前端經過該應答器組時,車載設備開始呼叫RBC并建立連接。一旦連接成功并獲得 CTCS-3級行車許可,系統將在下一閉塞分區邊界自動轉入CTCS-3級工作。

1.5 與 RBC通信容量保護

在同一時間,RBC只能與最大數量的 CTCS-3級車載設備通信。當達到這個極限,就不能與列車開始任何新的通信會話。所有在 CTCS-2級下運行的列車將繼續以 CTCS-2級運行。

當激活會話的數量距離最大值僅有較小的余量時,RBC將向 CTC報警。應把最大值余量作為一個固定值在工程應用數據中定義,默認值是 3個會話。調度員可以命令停在 RBC區域內的列車司機,關閉 RBC通信以緩解容量壓力。

2 從 CTCS-3級向 CTCS-2級轉換

2.1 從 CTCS-3級區域進入 CTCS-2級區域

當列車即將駛出 CTCS-3級區域并進入 CTCS-2級區域時,RBC應在列車前端距 CTCS-3/CTCS-2級轉換邊界一定距離時,向車載設備發送在 CTCS-3/CTCS-2級轉換邊界處轉換為 CTCS-2級的等級轉換預告命令。

為保證系統不因等級轉換而觸發制動且滿足最大運營效率的要求,CTCS-3級系統的行車許可需越過 CTCS-3/CTCS-2級邊界至少一個完整常用制動距離 (從 CTCS-2級最高允許速度制動到 0所經過的距離),RBC發送給車載的靜態速度曲線在等級轉換點處描述為 CTCS-2級最受限制的速度,當列車運行到等級轉換點時,車載設備已將列車速度降為 CTCS-2級最高允許速度,保證了在等級轉換邊界列車以 CTCS-2級最高允許速度通過。

在 CTCS-3/CTCS-2級邊界處設置等級轉換執行應答器組,當列車前端通過該應答器組車載設備還未轉換為 CTCS-2級時,將命令車載設備轉為CTCS-2級。根據 CTCS-3級列控系統應答器應用原則 (V2.0):地面應答器設置應同時滿足 CTCS-2級系統的需求,并集成 CTCS-3級和 CTCS-2級報文,即在 CTCS-3/CTCS-2級等級轉換執行應答器組內包含的信息除了等級轉換命令外,還包含線路速度、線路坡度、軌道區段、應答器鏈接以及臨時限速等信息,這樣在轉換到 CTCS-2級后列車能以完全監控模式運行。

當列車尾部越過 CTCS-3/CTCS-2級邊界后,車載設備向 RBC報告列車位置,RBC接收到位置報告后,將命令車載設備斷開與RBC的連接并注銷列車注冊信息,車載關閉與 RBC的連接。

等級轉換點內方閉塞分區占用時,RBC向車載發送到等級轉換邊界點的行車許可。當等級轉換點內方閉塞分區空閑時,RBC向車載發送延伸的越過等級轉換點的行車許可,列車正常運行經過等級轉換點后進行等級轉換。

2.2 CTCS-3級區域內的降級運行

列車在 CTCS-3級區域內以 CTCS-3級運行,當 GSM-R無線通信或者 RBC發生故障時,列車可以在列車速度降至 CTCS-2級允許速度后,且經司機確認轉換為 CTCS-2級運行,并關閉與 RBC的通信會話。

[1］ 科技運[2008]113號.CTCS-3級列控系統功能需求規范(FRS)[S].中華人民共和國鐵道部,2008.

[2］ 科技運[2008]127號.CTCS-3級列控系統系統需求規范(SRS)[S].中華人民共和國鐵道部,2008.

[3］ 科技運[2008]143號.CTCS-2級列控系統應答器應用原則(V 1.0)[S].中華人民共和國鐵道部,2008.

[4］ 科技運[2010]21號.CTCS-3級列控系統應答器應用原則(V 1.0)[S].中華人民共和國鐵道部,2010.