應(yīng)答器高速鐵路ATO系統(tǒng)的應(yīng)用方案

劉鴻飛, 胡 彬

(1．北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070；2．北京市高速鐵路運(yùn)行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100070)

1 概述

為提高運(yùn)輸效率、降低司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度、保障旅客上下車的人身安全，在現(xiàn)行高速鐵路列控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（A TO）功能。高速鐵路A TO 系統(tǒng)針對(duì)固定列車運(yùn)營(yíng)的特殊城際線路、新建互聯(lián)互通運(yùn)行要求、既有運(yùn)營(yíng)客專線路的客專線路，以及的不同情況，車載設(shè)備統(tǒng)一設(shè)置ATO單元實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛控制，地面設(shè)備分別制定不同方案滿足實(shí)際需求。高速鐵路A TO 系統(tǒng)主要功能包括：車站自動(dòng)發(fā)車、區(qū)間自動(dòng)運(yùn)行、車站自動(dòng)停車、車門自動(dòng)開門（防護(hù)）、車門/站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)控制。ATO 設(shè)備根據(jù)不同的線路情況，地面可進(jìn)行不同配置。線路情況分為既有高速鐵路、新建高速鐵路和設(shè)置站臺(tái)門的新建高速鐵路。

既有高速鐵路地面不增設(shè)應(yīng)答器僅通過增加應(yīng)答器報(bào)文實(shí)現(xiàn)A TO 功能。新建高速鐵路和設(shè)置站臺(tái)門的新建高速鐵路車站增設(shè)精確定位應(yīng)答器，全線增加A TO 地面設(shè)備呼叫應(yīng)答器和隧道通知信息應(yīng)答器。

本文將對(duì)不同線路情況的高速鐵路ATO 系統(tǒng)的地面應(yīng)答器設(shè)置、報(bào)文定義和列控?cái)?shù)據(jù)編制進(jìn)行描述。

2 應(yīng)答器設(shè)置及報(bào)文編制原則

2.1 精確定位應(yīng)答器設(shè)置原則

1) 不同線路地面配置說明

高速鐵路A TO 系統(tǒng)的A TO 設(shè)備根據(jù)地面配置不同可在車站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停車（應(yīng)答器設(shè)備不同停車誤差精確度不同）和車門站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)功能。主要配置3 種方式，方式一是車站股道不增設(shè)應(yīng)答器，則股道停車最大誤差C3 區(qū)段為5 m、C2 區(qū)段為10 m，適用于既有高鐵。方式二是車站股道增設(shè)精確定位應(yīng)答器，停車精度可控制在0.5 m 左右，適用于未設(shè)置站臺(tái)門的新建高鐵。方式三停車精度可控制在0.5 m 左右，適用于需要A TO 實(shí)現(xiàn)屏蔽門聯(lián)動(dòng)功能的設(shè)置站臺(tái)門的新建高鐵。

精確定位應(yīng)答器用于實(shí)現(xiàn)列車精確定位，同時(shí)提供站臺(tái)側(cè)和停車位置信息。對(duì)于設(shè)置站臺(tái)門的股道，停車定位基準(zhǔn)點(diǎn)為動(dòng)車組停車股道接車方向第一個(gè)站臺(tái)門門中心位置；對(duì)于未設(shè)置站臺(tái)門的股道，停車定位基準(zhǔn)點(diǎn)按照停車標(biāo)設(shè)置位置折算股道接車方向第一個(gè)站臺(tái)門門中心位置。

2) 既有高速鐵路

既有C2 車站股道不設(shè)置定位應(yīng)答器，距離停車標(biāo)最近的應(yīng)答器組為反向出站應(yīng)答器組（FCZ），距離約為460 m。按照2% 的走行誤差計(jì)算，動(dòng)車組停車精度在10 m 以內(nèi)。既有C3 車站股道設(shè)置定位應(yīng)答器，距離停車標(biāo)最近的應(yīng)答器組為股道中間定位應(yīng)答器，距離約為210 m。按照2%的走行誤差計(jì)算，動(dòng)車組停車精度在5 m 以內(nèi)。股道出站應(yīng)答器組增加[CTCS-13]停車位置信息包，原提供站臺(tái)側(cè)文本信息[ETCS-72]信息包應(yīng)保留。

3) 新建高速鐵路

車站股道兩側(cè)距離停車定位基準(zhǔn)點(diǎn)10 m、40 m及股道中間適當(dāng)位置（不影響換端作業(yè)）設(shè)置精確定位應(yīng)答器（BJD），CTCS-3 級(jí)線路股道精確定位應(yīng)答器（BJD3）可與原股道中間定位應(yīng)答器合并設(shè)置，按照2%的走行誤差計(jì)算，動(dòng)車組停車精度在1 m 以內(nèi)，如圖1 所示。

圖1 新建線路精定應(yīng)答器布置示意圖Fig.1 Schematic layout of accurate positioning balise setting of newly built line

車站進(jìn)站應(yīng)答器組、股道出站應(yīng)答器組和BJD3中發(fā)送[ETCS-5]應(yīng)答器鏈接信息包，應(yīng)答器鏈接原則如圖2 所示。

a. 進(jìn)站應(yīng)答器組（BX）有源應(yīng)答器中發(fā)送應(yīng)答器鏈接信息包，鏈接反向出站應(yīng)答器組（BS3）、BJD3 和正向出站應(yīng)答器組（BX3）。

圖2 新建線路股道精確定位應(yīng)答器相關(guān)鏈接原則Fig.2 Relevant link principle of accurate positioning balise on station track of newly built line

b. BS3 中無(wú)源應(yīng)答器發(fā)送應(yīng)答器鏈接信息包（有源應(yīng)答器中的預(yù)告報(bào)文不應(yīng)再發(fā)送鏈接信息包）。BS3 鏈接JD3 和正向出站應(yīng)答器組BX3。

c. 股道中間BJD3 無(wú)源應(yīng)答器發(fā)送應(yīng)答器鏈接信息包，正向鏈接精確定位應(yīng)答器BJD4、BJD5 和正向出站應(yīng)答器組（BX3），反向鏈接精確定位應(yīng)答器BJD1、BJD2 和反向出站應(yīng)答器組BS3。

d. 精 確 定 位 應(yīng) 答 器BJD1、BJD2、 BJD4、BJD5 中不發(fā)送應(yīng)答器鏈接包。

e. 反向應(yīng)答器鏈接原則和正向一致。

股道出站應(yīng)答器組和精確定位應(yīng)答器發(fā)送停車定位基準(zhǔn)點(diǎn)信息，如圖3 所示。

圖3 新建線路車站股道應(yīng)答器停車位置信息發(fā)送原則Fig.3 Stop location information sending principle of balise on station track of newly built line

a.BX3 和BS3 中無(wú)源應(yīng)答器發(fā)送接車方向有效的[CTCS-13]停車位置信息包。

b. 股道中間BJD3 中發(fā)送正向有效和反向有效的[CTCS-13]停車位置信息包。

c. 精 確 定 位 應(yīng) 答 器BJD1、BJD2、 BJD4、BJD5 中發(fā)送接車方向有效的[CTCS-13]停車位置信息包，其中BJD1、BJD2 為反向有效，BJD4、BJD5 為正向有效。

4) 設(shè)置站臺(tái)門的新建高速鐵路

應(yīng)答器設(shè)置與新建線路完全相同。實(shí)施車站車站自動(dòng)發(fā)車、區(qū)間按計(jì)劃自動(dòng)運(yùn)行、車站精確自動(dòng)停車、車站車門/開門防護(hù)、車門/站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)控制、車門站臺(tái)門防護(hù)等高速鐵路ATO 系統(tǒng)全部功能。

2.2 ATO地面設(shè)備呼叫應(yīng)答器組設(shè)置原則

在地面裝備ATO 系統(tǒng)的線路邊界外方車站離去區(qū)段的區(qū)間應(yīng)答器組中增加A TO 通信管理信息包[CTCS-12]，用于ATO 車載設(shè)備呼叫TSRS 并建立連接。

裝備A TO 系統(tǒng)的車站，正向進(jìn)站信號(hào)機(jī)外方相鄰接近區(qū)段的區(qū)間應(yīng)答器組和出站無(wú)源應(yīng)答器組中增加ATO 通信管理信息包[CTCS-12]，用于ATO車載設(shè)備呼叫TSRS 并建立連接。

由動(dòng)車走行線進(jìn)入始發(fā)站，該站若具有A TO 精確停車和車地站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)功能，則在車站進(jìn)站信號(hào)機(jī)外方相鄰接近區(qū)段的區(qū)間應(yīng)答器組中增加呼叫TSRS 命令信息包，用于ATO 車載設(shè)備呼叫TSRS 并建立連接。

在地面具備A TO 功能的線路區(qū)域內(nèi)TSRS 邊界處應(yīng)設(shè)置A TO 呼叫應(yīng)答器組[A H]，該應(yīng)答器組不應(yīng)與進(jìn)站信號(hào)機(jī)（含反向）應(yīng)答器組合用，應(yīng)在進(jìn)站信號(hào)機(jī)外方二個(gè)閉塞分區(qū)處的區(qū)間應(yīng)答器發(fā)送接收TSRS 的呼叫命令，如圖4 所示。

2.3 隧道通知信息應(yīng)答器組

地面設(shè)備僅提供長(zhǎng)度大于500 m 的隧道信息。相鄰隧道間距小于1 000 m 時(shí)，隧道信息應(yīng)合并描述。

通常情況下，隧道通知信息應(yīng)答器組應(yīng)與區(qū)間（含反向）或車站應(yīng)答器組共用，隧道信息采用特殊區(qū)段信息包[ETCS-68]發(fā)送隧道起點(diǎn)位置及長(zhǎng)度信息。

圖4 TSRS切換邊界ATO呼叫應(yīng)答器組位置示意圖Fig.4 Location diagram of ATO calling balise group at TSRS boundary

列車正向接近隧道時(shí)，應(yīng)通過兩組應(yīng)答器組向車載設(shè)備發(fā)送隧道信息。列車反向接近隧道時(shí)，通過最近一組描述反向線路信息的應(yīng)答器組向車載設(shè)備發(fā)送隧道信息。

若隧道通知信息應(yīng)答器組和自動(dòng)過分相應(yīng)答器組的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)同時(shí)含有隧道和分相信息時(shí)，應(yīng)無(wú)條件在特殊區(qū)段信息包[ETCS-68]內(nèi)循環(huán)描述隧道和分相信息。隧道信息和分相信息不應(yīng)相互覆蓋。

3 用戶信息包說明

新增定義ATO 通信管理信息包[CTCS-12]和停車位置信息包[CTCS-13]。

3.1 ATO通信管理信息包[CTCS-12]

ATO 通信管理信息包如表1 所示。

表1 ATO通信管理信息包Tab.1 ATO communication management information packet

1) 本信息包主要用于向車載設(shè)備發(fā)送TSRS 編號(hào)和呼叫該TSRS 的無(wú)線用戶IP 地址，用于列車呼叫TSRS 并在TSRS 中注冊(cè)。

2) NID_C 編號(hào)按照《列控系統(tǒng)設(shè)備和相關(guān)設(shè)備編號(hào)規(guī)則 V4.0》進(jìn)行編號(hào)。

3) N I D_T S R S 編號(hào)按照工程應(yīng)用順序進(jìn)行編號(hào)。

4) NID_RADIO 為所呼叫的TSRS 的IP 地址。ABCD 四個(gè)網(wǎng)段分別占用1 Byte，由高到低排序依次填寫至前32 位，空余位全部為1。舉例：172 16 20 106 0x FF 0x FF 0x FF 0x FF。

5) 如果列車從TSRS 管轄區(qū)域進(jìn)入無(wú)ATO 功能的線路時(shí)，則CTCS-12 包中的Q_TSRS 填寫為0，表示終止通信。

3.2 停車位置信息包[CTCS-13]

停車位置信息包如表2 所示。

表2 停車位置信息包Tab.2 Stop location information packet

1) Q_DIR 驗(yàn)證方向應(yīng)與列車在股道上的運(yùn)行方向一致。

2) Q_SCA LE 距離/長(zhǎng)度的分辨率統(tǒng)一填寫00（分辨率為10 cm）。

3) 站臺(tái)門位置根據(jù)《高鐵信號(hào)地面設(shè)備接口數(shù)據(jù)信息表編制規(guī)定》填寫，按照股道正向方向確定站臺(tái)門位置。股道雙側(cè)都設(shè)置站臺(tái)門時(shí)，填寫站臺(tái)門位置為雙側(cè)。

4) 站臺(tái)是否設(shè)置站臺(tái)門應(yīng)根據(jù)車站的實(shí)際情況填寫。

5) 列車停靠的股道編號(hào)為列車開門側(cè)股道的編號(hào)。

6) D_STOP 距離為本應(yīng)答器到停車定位基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離，對(duì)于正線無(wú)站臺(tái)車站和線路所車站等無(wú)停車定位基準(zhǔn)點(diǎn)信息的情況該變量值固定為32767。

4 結(jié)束語(yǔ)

高速列車實(shí)現(xiàn)A TO 既是我國(guó)高速鐵路技術(shù)發(fā)展的需要，也是確立我國(guó)高速鐵路整體技術(shù)水平在國(guó)際地位的需要。本文對(duì)高速鐵路A TO 系統(tǒng)應(yīng)答器設(shè)置、報(bào)文編制和相關(guān)信息包提出了合理方案，對(duì)高速鐵路A TO 系統(tǒng)推廣中的應(yīng)答器應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。