CTCS2＋ATO列控系統(tǒng)在珠三角城際軌道交通中的應用

張小星

2009年3月國家發(fā)改委批復廣東珠三角城際軌道交通網(wǎng)的建設(shè)規(guī)劃，至2020年將建成16條城際線，共計1478km。為節(jié)約工程投資，早在珠三角城際軌道交通立項及規(guī)劃階段，廣東省就要求設(shè)計單位借鑒地鐵的經(jīng)驗和相關(guān)標準，研究珠三角城際軌道交通標準車站股道有效長方案。由于設(shè)計單位提出了標準車站股道有效長為400m，因此相應地列控系統(tǒng)需采用ETCS1＋ATO控制方式；又由于該線路設(shè)計速度在200km／h以下，站點較多，平均站間距在6～7km，需增設(shè)自動駕駛功能，以便減輕司機的工作強度；同時從節(jié)能和乘客安全方面考慮，珠三角城際軌道交通車站站臺均設(shè)有站臺門 （地下站為屏蔽門，高架站為安全門，統(tǒng)稱為站臺門），尤其是側(cè)線設(shè)置的站臺門與站臺邊緣只有20mm，因此需要保證動車組車門與站臺門精確對位。綜上所述，珠三角城際軌道交通運營動車組有必要增設(shè)列車自動駕駛ATO功能。

為與國家干線鐵路互聯(lián)互通，珠三角城際軌道交通列控系統(tǒng)技術(shù)最終確定為CTCS2＋ATO。該列控系統(tǒng)在我國鐵路行業(yè)為首創(chuàng)，尚無成功經(jīng)驗，為確保珠三角城際軌道交通最早建設(shè)的莞惠線、佛肇線信號系統(tǒng)順利開通，在莞惠線設(shè)試驗段，開展CTCS2＋ATO列控系統(tǒng)試驗驗證工作。

1 CTCS2＋ATO列控系統(tǒng)供貨商的確定

在鐵路總公司科技部的支持下，根據(jù)目前我國客運專線信號列控系統(tǒng)供貨商現(xiàn)狀，確定邀請具有一定技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)能力的北京全路通信信號研究設(shè)計院有限公司、北京和利時集團公司、北京華鐵信息技術(shù)開發(fā)總公司和卡斯柯信號有限公司4個供貨商，共同參與莞惠線CTCS2＋ATO試驗段的試驗驗證工作。

2 CTCS2＋ATO列控系統(tǒng)技術(shù)方案的確定

根據(jù)珠三角城際軌道交通網(wǎng)運營需求分析，確定ATO的主要功能：①列車按照調(diào)度運行計劃自動駕駛；②列車旅客信息自動報站；③列車到站精確停車；④列車車門與站臺門聯(lián)動；⑤列車有人自動折返。

同時，作為業(yè)主，需要在研發(fā)使用之初就全面考慮今后城際軌道交通網(wǎng)建設(shè)發(fā)展需求，及時跟蹤、調(diào)整、確定相應技術(shù)方案。為了培育市場，適應市場經(jīng)濟發(fā)展需要，在技術(shù)總體方案研究階段，公司就確定了方案應滿足通用性、兼容性、統(tǒng)一性、安全性、模塊化等方面的要求。通過與設(shè)計單位及供貨商和動車組生產(chǎn)商不斷地溝通、探討研究，引導設(shè)計單位及時調(diào)整設(shè)計方案，要求各供貨商按照市場化運作模式需要研發(fā)設(shè)備，從源頭防止新產(chǎn)品技術(shù)壟斷。具體做法如下。

1．信號車－地通信方案確定。為順應今后發(fā)展趨勢，滿足各供貨商的通用性要求，將車－地通信原設(shè)計只適合個別供貨商的環(huán)線方案，調(diào)整為對各供貨商均適用的基于GSM－R無線通信方案。根據(jù)城際軌道交通信號車－地通信集中在站內(nèi)的特點，將車站內(nèi)的GSM－R無線通信調(diào)整為單網(wǎng)同址冗余方案，以提高站內(nèi)GSM－R系統(tǒng)通信的可靠性，并保留原設(shè)計區(qū)間采用GSM－R無線通信單網(wǎng)交織方案，以節(jié)約投資，滿足信號車－地通信方案通用性的要求。

2．信號車－地設(shè)備兼容性要求。由于珠三角城際鐵路規(guī)劃有16條線路，各條線路會因建設(shè)時序不同而可能采用不同的信號列控設(shè)備。因此，分別對車載和地面系統(tǒng)而言，必須要能確保任一供貨商的車載或地面設(shè)備均能適應不同的地面及車載設(shè)備，引導供貨商開發(fā)具有兼容性的信號車－地設(shè)備，為今后實現(xiàn)珠三角城際軌道交通網(wǎng)內(nèi)的互聯(lián)互通打下基礎(chǔ)。

3．多個供貨商的信號車載設(shè)備與車輛系統(tǒng)統(tǒng)一性要求。為使各供貨商提供的設(shè)備不會因產(chǎn)品不同，而需要改變與車輛系統(tǒng)的接口條件、編碼標準及人機操作界面，在產(chǎn)品研發(fā)階段，公司就多次組織供貨商與動車組制造商開展設(shè)計聯(lián)絡(luò)，及時確定車載設(shè)備人機對話界面統(tǒng)一標準；車門、站臺門聯(lián)動控制統(tǒng)一標準；車載ATO設(shè)備與車輛牽引、制動、顯示系統(tǒng)接口統(tǒng)一標準等。

具體在信號與車輛接口方面主要做了以下工作：①確定一端車載信號系統(tǒng)統(tǒng)一使用車輛上3個速度傳感器和2個天線；②確定車載信號設(shè)備與車輛之間邏輯接口；③確定ATO通過車輛提供的4條硬線接口，采用編碼方式輸出1～10級牽引指令；④確定ATO通過車輛提供的7條硬線接口，采用編碼方式輸出1～7級制動指令；⑤確定當ATO控車時，車輛坡道啟動保持制動施加及緩解的邏輯；⑥確定車載信號設(shè)備與車輛網(wǎng)絡(luò)通信采用RS－485接口，明確通信協(xié)議；⑦確定CRH6A（200km／h）型動車組車輛 “組合零位”的含義；⑧確定ATO控車時，ATO輸出牽引指令通過增加車輛編碼功能設(shè)備DXM，與車輛司控器保持一致，傳送給車輛信息控制裝置MON；⑨確定車載信號與車輛統(tǒng)一的旅客信息服務(wù)系統(tǒng)PIS報站模式；⑩確定CRH6F（160km／h）型動車組車輛與信號車載設(shè)備的接口。

4．對車載ATO和通信控制服務(wù)器CCS設(shè)備安全性要求。明確車載ATO設(shè)備安全完整性等級SIL為Ⅱ級，地面CCS設(shè)備安全完整性等級SIL為Ⅳ級。

5．對信號車載設(shè)備模塊化設(shè)計要求。按照增加ATO功能應盡量減少對CTCS2列控系統(tǒng)影響的原則，明確車載ATO設(shè)備、地面CCS設(shè)備設(shè)置應相對獨立，要求供貨商提供的車載ATO設(shè)備不能影響列車自動防護設(shè)備ATP的正常使用；地面CCS設(shè)備不能影響CTCS2列控系統(tǒng)的正常使用。

3 莞惠線CTCS2＋ATO試驗段驗證工作

3．1 莞惠線CTCS2＋ATO試驗段規(guī)劃

為確保該試驗段能在規(guī)定時間內(nèi)順利實施，需在建設(shè)初期就對試驗段進行施工組織規(guī)劃設(shè)計，指導參建單位有序開展試驗段施工。應綜合考慮以下因素：①全線征地拆遷工作進度情況；②試驗段要有就近與國鐵接軌的線路方案；③要有能滿足試驗車達到設(shè)計速度，并進行相關(guān)試驗所必須的長度，以及其折返所必須的線路條件；④試驗段內(nèi)或附近要有試驗車的日常檢修場所及裝備；⑤為節(jié)約試驗時間，驗證各車載設(shè)備與各地面設(shè)備系統(tǒng)的兼容性，試驗段內(nèi)要有能容納多個參試設(shè)備供應商安裝其列控地面設(shè)備的主控或中繼車站 （主控或中繼站數(shù)量應盡量≥參試設(shè)備供應商數(shù)量）；⑥試驗段的調(diào)度中心設(shè)置位置。

3．2 莞惠CTCS2＋ATO試驗段建設(shè)實施情況

根據(jù)上述因素，選取了莞惠線常平東－惠環(huán)站（GDK52＋320至GDK90＋687）作為試驗段，先行開展CTCS2＋ATO功能試驗驗證工作。

如圖1所示，試驗段全長38．367km，包含惠環(huán)站、仲愷站、瀝林北站、銀瓶站、樟木頭東站和常平東站。其中惠環(huán)、瀝林北和常平東為主控站，銀瓶為中繼站，惠環(huán)和常平東為折返站，瀝林北站與京九線謝崗站接軌；在瀝林北站與京九線謝崗站接軌的聯(lián)絡(luò)線上靠近瀝林北站側(cè)設(shè)置臨時動車檢修庫；試驗段臨時調(diào)度中心設(shè)于瀝林北站內(nèi)。

3．3 莞惠CTCS2＋ATO試驗驗證組織工作

1．莞惠試驗段信號施工組織設(shè)計。為節(jié)約成本，盡量采用本線已招標采購的信號工程設(shè)備，如聯(lián)鎖CBI、列控中心TCC、調(diào)度集中CTC、軌道電路ZPW－2000、CRH6A型試驗動車組等設(shè)備。利用穗莞深城際鐵路CTC設(shè)備在瀝林北站搭建臨時調(diào)度指揮中心，為ATO試驗提供必要的技術(shù)支持。將瀝林北站臨時調(diào)度指揮中心的終端設(shè)備設(shè)置在廣州臨時調(diào)度所中，方便廣鐵集團公司調(diào)度人員操作管理。

2．列控系統(tǒng)地面設(shè)備布設(shè)。為提高試驗驗證工作效率，將4個設(shè)備供貨商的列控中心TCC分別設(shè)置在常平東、銀瓶、瀝林北和惠環(huán)3個主控和1個中繼站內(nèi)，并分別與各站的聯(lián)鎖、監(jiān)測等設(shè)備聯(lián)接。4個供貨商的CCS設(shè)備均設(shè)置在瀝林北站，并按時段先后分別接入系統(tǒng)進行試驗，從而達到驗證4個供貨商TCC和CCS設(shè)備與CBI、CTC設(shè)備兼容性的目的。

3．車載設(shè)備布設(shè)。考慮到4個供貨商的ATP／ATO車載設(shè)備配線、傳感設(shè)備等難以統(tǒng)一的現(xiàn)狀，為了避免車載設(shè)備倒換增加試驗停輪時間，縮短試驗動車組在線總體試驗時間，計劃配置2列CRH6A型試驗動車組同時上線試驗，在2列試驗動車組4個頭車上分別安裝4個供貨商的ATP／ATO車載設(shè)備。

4．試驗驗證工作內(nèi)容：①因增加ATO功能后，ATP軟件相應修改后的型式試驗；②ATP與CRH6A型動車組接口型式試驗；③信號系統(tǒng)CTCS2＋ATO功能試驗測試；④4個供貨商ATO、CCS設(shè)備測試。

3．4 試驗驗證成果

按照鐵總科技部批復的 《城際鐵路CTCS2＋ATO列控系統(tǒng)測試大綱》的要求，測試單位首先在實驗室內(nèi)完成仿真測試。莞惠城際鐵路試驗段現(xiàn)場測試共設(shè)118個測試案列，其中ATO相關(guān)功能測試案列47個，CTCS2級車載設(shè)備工作模式及模式轉(zhuǎn)換測試案列48個，接口測試案列23個。現(xiàn)場實車試驗除了防淹門防護、車載設(shè)備與不同車型的接口、三門車型與站臺門聯(lián)動3個案例，因現(xiàn)場不具備條件未作測試外 （但已在實驗室通過仿真測試），其余115個案例均完成了測試。對試驗中發(fā)現(xiàn)的司機操作界面DMI不統(tǒng)一、車載信號設(shè)備與動車組聯(lián)動關(guān)系及動車組與站臺門聯(lián)動關(guān)系等問題，及時研究處理，完善了相關(guān)功能。通過實車試驗，有效地檢驗了CTCS2＋ATO列控系統(tǒng)功能、不同供貨商CTCS2＋ATO列控系統(tǒng)車載設(shè)備和地面設(shè)備之間能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)互通 （即網(wǎng)內(nèi)兼容性），以及裝備有城際鐵路CTCS2＋ATO列控系統(tǒng)的列車，可在國家干線CTCS2／CTCS－3鐵路上以ATP方式控車運行的功能。

圖1 莞惠線CTCS2＋ATO試驗段示意圖

城際鐵路CTCS2＋ATO列控系統(tǒng)測試報告及4個供貨商ATO、CCS設(shè)備試用測試報告已于2015年10月23日通過鐵路總公司科技部組織的專家評審。

4 結(jié)束語

為使CTCS2＋ATO列控系統(tǒng)能及時、順利地在珠三角城際軌道交通網(wǎng)內(nèi)使用，公司積極做好牽頭組織工作，從珠三角城際軌道交通CTCS2＋ATO列控系統(tǒng)用戶需求、總體技術(shù)方案申報確定，到試驗段的規(guī)劃及驗證測試組織，協(xié)調(diào)解決了車－地通信方案以及信號車載設(shè)備與車輛、站臺門等系統(tǒng)的接口問題，策劃組織莞惠線常平東至惠環(huán)CTCS2＋ATO試驗段的建設(shè)工作，并與廣鐵集團公司共同組織了試驗段的實車試驗驗證。目前，試驗測試成果已通過鐵路總公司科技部組織的專家評審，為列控系統(tǒng)CTCS2＋ATO這項新技術(shù)在珠三角城際軌道交通網(wǎng)內(nèi)的應用打下基礎(chǔ)。

［1］ 徐嘯明，袁湘鄂，李萍．CTCS－2級列車運行控制系統(tǒng)應用叢書／／列控車載設(shè)備［M］．北京：中國鐵道出版社，2007．

［2］ 徐嘯明，袁湘鄂，李萍．CTCS－2級列車運行控制系統(tǒng)應用叢書／／列控地面設(shè)備［M］．北京：中國鐵道出版社，2007．

［3］ 鐘章隊，李旭，蔣文怡，等．綜合數(shù)字移動通信系統(tǒng)（GSM－R）［M］．北京：中國鐵道出版社，2003．