高速鐵路C3+ATO調度集中系統研究

展 鑫

(北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070)

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

1 系統概述

高速鐵路C3+A TO 調度集中系統主要包含行調臺、其他調度臺、綜合維修臺，對于調度中心調度命令和計劃的下達和傳播，是通過通信服務器、數據服務器、應用服務器以及接口服務器來操作實現。對于鐵路沿線信息的實時采集，是通過外圍設備來完成，將這些信息傳達到行調臺，從而能夠在行調臺中自動繪制運行圖，保證對列車運行的監督報警和跟蹤。系統在既有功能基礎上，增加發送對應的運行計劃、實時管理在線列車、運行計劃自動調整等功能，列車按照該運行計劃實現自動駕駛。系統組成如圖1 所示。

圖1 CTC系統組成框圖Fig.1 CTC system block diagram

2 系統接口

高速鐵路C3+ATO 調度集中系統與外部設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 通過新增接口服務器與TSRS 接口，接口間采用冗余以太網連接，并通過網絡安全設備隔離，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 功能間通信的設備編號等相關通信參數，采用RSSP-II 安全通信協議，安全通信體系結構采用分層模型，如圖4 所示。

CTC 與TSRS 在應用層信息傳輸中新增：1）運行計劃信息包；2）車載狀態報告信息包；3)運行計劃確認包；4)邊界運行計劃請求信息包；5)注冊列車數量預警信息包。其中運行計劃信息包是由CTC 向TSRS 發送的，其余4 個信息包是TSRS 向CTC 非周期發送的。

3 系統功能及實現

3.1 系統功能

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

1）通過地面列控設備向車載設備發送對應站間的運行計劃信息，包括列車到發股道、列車到發時刻、列車通過等。

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

3）接收列車停準、停穩信息，為進路辦理及發車做準備。

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

3.2 C3+ATO運行場景的功能實現

1）場景1：區間手動或自動更新運行計劃的發送和接收

圖4 CTC與TSRS安全通信體系結構示意圖Fig.4 Schematic diagram of CTC and TSRS secure communication architecture

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

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

2）場景2：列車到發時刻的運行計劃的發送和接收

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

列車到達時刻：列車完全進入股道后，旅客列車延后1 min，貨物列車延后2 min。

列車出發時刻：列車壓過出站信號機后，提前1 min。

列車通過時刻：列車進入股道和列車壓過出站信號機的中間時刻。

對于特殊站形情況，延后或提前時間參數可按照具體要求配置。

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

因為ATO 車載設備是按照CTC 計劃下發的區間運行時長自動計算行車曲線和監控速度的，按照CTC 到發時刻邏輯，以京沈現場各站場為例，列車實際出發時刻與CTC 下發的出發時刻相比要晚，而實際到達時刻與CTC 下發的到達時刻相比要早。所以CTC 下發的區間計劃時長要長于ATO 實際運行所需的計劃時長。在本次C3+ATO 京沈實驗時，通過根據不同站場情況對CTC 計劃圖時區間運行時長做細微調整，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度臺下發運行計劃至對應TSRS，從而完成列車運行計劃的拼接，以保證列車連續、安全、平穩運行。在邊界前（至少提前兩個站間），調度1臺向移交TSRS 發送列車即將跨越的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，向調度2 臺發送邊界運行計劃請求并挑選對應運行計劃，給移交TSRS 發送回執。移交TSRS 收到接收TSRS 發送的運行計劃后與本調度1 臺計劃進行拼接，將完整的跨TSRS 邊界計劃發送至列車車載ATO 設備。如圖6 所示，圖6（a）為京沈調度2 臺，圖6（b）為京沈調度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調度臺跨TSRS邊界計劃圖Fig.6 CTC dispatcher station over TSRS boundary plan

4 結語

高速鐵路C3+A TO 調度集中系統在既有C2/C3 系統基礎上，通過改造既有設備對A TO 功能進行擴展，減少了新增設備所需人力物力，為鐵路行車指揮調度中心調度人員學習和接受新功能提供了便利，為中國鐵路全面實現自動駕駛奠定堅實基礎。