高速鐵路C3+ATO調(diào)度集中系統(tǒng)研究

展 鑫

(北京全路通信信號研究設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 100070)

目前，中國鐵路總公司牽頭各列控設(shè)備廠家已完成在京沈高鐵試驗線進(jìn)行的高速鐵路自動駕駛（C3+A TO）現(xiàn)場測試。實現(xiàn)了在中國既有時速350 km 列車運行控制技術(shù)（CTCS-3）基礎(chǔ)上增加列車自動駕駛功能（A TO）的行業(yè)前端技術(shù)，使中國高鐵智能化運營水平又提高一個臺階，標(biāo)志著中國高鐵即將迎來自動駕駛時代。高速鐵路C3+ATO系統(tǒng)在既有C2/C3 系統(tǒng)中增加自動控制及安全防護(hù)功能，實現(xiàn)列車區(qū)間自動運行、車站自動停車與發(fā)車、車門/站臺門防護(hù)及聯(lián)動控制等。調(diào)度集中系統(tǒng)（CTC）通過獨立的車地通信通道，與臨時限速服務(wù)器（TSRS）設(shè)備共同配合車載A TO，實現(xiàn)C3+ATO 系統(tǒng)的區(qū)間自動運行控制功能。

1 系統(tǒng)概述

高速鐵路C3+A TO 調(diào)度集中系統(tǒng)主要包含行調(diào)臺、其他調(diào)度臺、綜合維修臺，對于調(diào)度中心調(diào)度命令和計劃的下達(dá)和傳播，是通過通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器以及接口服務(wù)器來操作實現(xiàn)。對于鐵路沿線信息的實時采集，是通過外圍設(shè)備來完成，將這些信息傳達(dá)到行調(diào)臺，從而能夠在行調(diào)臺中自動繪制運行圖，保證對列車運行的監(jiān)督報警和跟蹤。系統(tǒng)在既有功能基礎(chǔ)上，增加發(fā)送對應(yīng)的運行計劃、實時管理在線列車、運行計劃自動調(diào)整等功能，列車按照該運行計劃實現(xiàn)自動駕駛。系統(tǒng)組成如圖1 所示。

圖1 CTC系統(tǒng)組成框圖Fig.1 CTC system block diagram

2 系統(tǒng)接口

高速鐵路C3+ATO 調(diào)度集中系統(tǒng)與外部設(shè)備的連接主要包括車站CTC、中心CTC 和TSRS 間的接口，如圖2 所示。

圖2 CTC外部接口示意圖Fig.2 Schematic diagram of CTC external interface

中心CTC 通過新增接口服務(wù)器與TSRS 接口，接口間采用冗余以太網(wǎng)連接，并通過網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備隔離，接口方式如圖3 所示。

圖3 CTC與TSRS接口方式示意圖Fig.3 Schematic diagram of CTC and TSRS interface

CTC 重新分配與TSRS 的ATO 功能間通信的設(shè)備編號等相關(guān)通信參數(shù)，采用RSSP-II 安全通信協(xié)議，安全通信體系結(jié)構(gòu)采用分層模型，如圖4 所示。

CTC 與TSRS 在應(yīng)用層信息傳輸中新增：1）運行計劃信息包；2）車載狀態(tài)報告信息包；3)運行計劃確認(rèn)包；4)邊界運行計劃請求信息包；5)注冊列車數(shù)量預(yù)警信息包。其中運行計劃信息包是由CTC 向TSRS 發(fā)送的，其余4 個信息包是TSRS 向CTC 非周期發(fā)送的。

3 系統(tǒng)功能及實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)功能

高速鐵路C3+A TO 調(diào)度集中系統(tǒng)的列車運行計劃調(diào)整功能，除了包含既有的《分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)（CTC）技術(shù)條件》的相關(guān)要求之外，新增的主要內(nèi)容如下。

1）通過地面列控設(shè)備向車載設(shè)備發(fā)送對應(yīng)站間的運行計劃信息，包括列車到發(fā)股道、列車到發(fā)時刻、列車通過等。

2）根據(jù)收到的列車運行車次號、運行時分、系統(tǒng)工作模式等信息，實時管理在線列車，并周期（最大間隔20 s）與ATO 系統(tǒng)接口實現(xiàn)運營計劃調(diào)整。

3）接收列車停準(zhǔn)、停穩(wěn)信息，為進(jìn)路辦理及發(fā)車做準(zhǔn)備。

4）增加站臺門狀態(tài)，區(qū)間運行時分及站停信息（ATO 反饋），列車運行狀態(tài)，與TSRS 連接狀態(tài)等信息。

3.2 C3+ATO運行場景的功能實現(xiàn)

1）場景1：區(qū)間手動或自動更新運行計劃的發(fā)送和接收

圖4 CTC與TSRS安全通信體系結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Schematic diagram of CTC and TSRS secure communication architecture

以基本圖和日班計劃為依據(jù)，CTC 可批量自動生成列車運行調(diào)整計劃，對于有特殊運行要求的列車，由調(diào)度員確認(rèn)后產(chǎn)生相應(yīng)的列車運行調(diào)整計劃，CTC 以20 s 間隔周期性向TSRS 發(fā)送全體注冊列車運行計劃信息，TSRS 接收CTC 發(fā)送的運行計劃，并將運行計劃發(fā)送給對應(yīng)編號的A TO 車載設(shè)備，TSRS 接收ATO 車載設(shè)備收到運行計劃的反饋信息后，立即向CTC 中心轉(zhuǎn)發(fā)。

京沈現(xiàn)場C3+A TO 計劃示意如圖5 所示，其中圖5（a）為京沈現(xiàn)場CTC 日計劃示意圖，C3+ATO 車載按照該運行計劃行車，其中橫縱坐標(biāo)分別描述時間及車站位置信息，隨著時間推移，調(diào)度人員能根據(jù)該計劃圖輸出顯示區(qū)分列車實際運行位置、區(qū)間運行時長和計劃運行時長。圖5（b）為ATO 車載設(shè)備收到CTC 運行計劃后，通過TSRS向CTC 中心轉(zhuǎn)發(fā)的運行計劃反饋信息示意圖，包含列車基本數(shù)據(jù)以及列車速度和位置、A TP 工作模式、ATO 工作模式、停準(zhǔn)信息、車門狀態(tài)信息、收到的下發(fā)計劃信息、反饋的計劃信息。

2）場景2：列車到發(fā)時刻的運行計劃的發(fā)送和接收

CTC 具備自動采集列車到發(fā)時刻的功能，并可據(jù)此自動生成實際運行圖，如圖5（a）藍(lán)色實線左側(cè)實際運行情況。采集列車到發(fā)時刻應(yīng)采用可靠的列車停穩(wěn)、啟動信息，當(dāng)不具備條件時，采用以下邏輯推算方法。

列車到達(dá)時刻：列車完全進(jìn)入股道后，旅客列車延后1 min，貨物列車延后2 min。

列車出發(fā)時刻：列車壓過出站信號機(jī)后，提前1 min。

列車通過時刻：列車進(jìn)入股道和列車壓過出站信號機(jī)的中間時刻。

對于特殊站形情況，延后或提前時間參數(shù)可按照具體要求配置。

圖圖55 京京沈沈現(xiàn)現(xiàn)場場CC33++AATTOO計計劃劃圖圖Fig.5 C3+ATO day plan at Beijing-Shenyang test site

因為ATO 車載設(shè)備是按照CTC 計劃下發(fā)的區(qū)間運行時長自動計算行車曲線和監(jiān)控速度的，按照CTC 到發(fā)時刻邏輯，以京沈現(xiàn)場各站場為例，列車實際出發(fā)時刻與CTC 下發(fā)的出發(fā)時刻相比要晚，而實際到達(dá)時刻與CTC 下發(fā)的到達(dá)時刻相比要早。所以CTC 下發(fā)的區(qū)間計劃時長要長于ATO 實際運行所需的計劃時長。在本次C3+ATO 京沈?qū)嶒灂r，通過根據(jù)不同站場情況對CTC 計劃圖時區(qū)間運行時長做細(xì)微調(diào)整，來提高運行效率。

3）場景3：TSRS 移交邊界運行計劃的拼接

列車運行至TSRS 移交邊界時，分別由相鄰的兩個調(diào)度臺下發(fā)運行計劃至對應(yīng)TSRS，從而完成列車運行計劃的拼接，以保證列車連續(xù)、安全、平穩(wěn)運行。在邊界前（至少提前兩個站間），調(diào)度1臺向移交TSRS 發(fā)送列車即將跨越的TSRS 邊界的線路口編號，移交TSRS 以此編號識別相鄰接收TSRS，向接收TSRS 發(fā)送邊界運行計劃請求命令，獲取邊界外方列車運行計劃信息。接收TSRS收到請求后，向調(diào)度2 臺發(fā)送邊界運行計劃請求并挑選對應(yīng)運行計劃，給移交TSRS 發(fā)送回執(zhí)。移交TSRS 收到接收TSRS 發(fā)送的運行計劃后與本調(diào)度1 臺計劃進(jìn)行拼接，將完整的跨TSRS 邊界計劃發(fā)送至列車車載ATO 設(shè)備。如圖6 所示，圖6（a）為京沈調(diào)度2 臺，圖6（b）為京沈調(diào)度1 臺，列車下行運行至朝陽站-北票站間TSRS 邊界，按上述描述完成運行計劃拼接。

圖6 CTC調(diào)度臺跨TSRS邊界計劃圖Fig.6 CTC dispatcher station over TSRS boundary plan

4 結(jié)語

高速鐵路C3+A TO 調(diào)度集中系統(tǒng)在既有C2/C3 系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過改造既有設(shè)備對A TO 功能進(jìn)行擴(kuò)展，減少了新增設(shè)備所需人力物力，為鐵路行車指揮調(diào)度中心調(diào)度人員學(xué)習(xí)和接受新功能提供了便利，為中國鐵路全面實現(xiàn)自動駕駛奠定堅實基礎(chǔ)。