列控系統(tǒng)應答器應用分析及優(yōu)化建議

譚坤輪

(北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070)

列控系統(tǒng)是客運專線的3大核心技術之一，是保證列車高速運行過程的安全、有序、高效的關鍵。本系統(tǒng)主要包括地面設備和車載設備，通過地面設備能夠提供線路信息、目標距離和進路狀態(tài)；通過車載設備能夠生成目標距離連續(xù)速度控制模式曲線。

1 列控系統(tǒng)應答器介紹

1）原理介紹

在國內的列車運行控制技術中，CTCS系列級別均配置有應答器設備，通過磁感應技術將應答器所采集的固定信息和可變信息提供給列車車載系統(tǒng)[1]。應答器可以簡單地理解為一個數(shù)據儲存器和發(fā)送器，通過車載天線激活該應答器，則其就將本身的應答器報文或者是地面的電子單元傳輸?shù)膽鹌鲌笪陌l(fā)送至列車控制系統(tǒng)。報文內容主要包括應答器的標識、TDB的數(shù)據以及該應答器中心點的地理位置。

不論是有源應答器還是無源應答器，其工作原理的本質都是相同的，都是在列車經過應答器的上方時，應答器通過列車的車載設備點式信息接收天線發(fā)送的電磁能量并將其轉化為工作電源，從而啟動電子電路進行工作，將預先儲存好的報文循環(huán)發(fā)送出去，直至能量消失（即應答器感應不到車載設備）。

應答器的傳輸鏈路分為上下兩條，上行鏈路指的是從地面應答器將固定信息和可變信息向車載系統(tǒng)傳送，而下行鏈路指的是車載系統(tǒng)將行車信息發(fā)送至地面應答器。在目前的車地傳輸系統(tǒng)中，以上行鏈路的傳輸數(shù)據為主，而上行鏈路傳送的數(shù)據主要包括：軌道區(qū)段信息、坡度信息、速度信息、車站相關信息、定位信息等[2]。

2）應答器應用問題

隨著城市化進程不斷加快，人口流動數(shù)量日趨增多，近年來國內高速鐵路發(fā)展迅速，出現(xiàn)了許許多多大型的樞紐車站，大型車站需求龐大，不僅要建設許多滿足不同作用的線路，諸如各種不同的交通點相互之間的場連線、與動車所關聯(lián)的動走線、為疏解交通而設立的立交交叉疏解線等；而且需要建設兩個以上的出站口，大型車站的出現(xiàn)使得車站及其線路的復雜程度大大增加。根據近年來關于信號系統(tǒng)聯(lián)調試驗數(shù)據發(fā)現(xiàn)，在這種交通情況復雜信息多元化的區(qū)段，固定應答器和可變應答器的位置配置上不合理，造成信息發(fā)送的數(shù)據不夠全面，線路復雜程度的提高要求應答器的容量相應增大，應答器的分配也應重新合理配置。如果不能根據各 個地點的實際情況對應答器的配置及分布進行合理 的選擇，僅僅是按照現(xiàn)有的模式生搬硬套，勢必會 造成應答器資源不合理分配現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2 應答器應用

1）數(shù)據應用分析

列控系統(tǒng)應答器應用原則中提到，車載設備的運行方向應由應答器組提供。無源應答器中應設置固定信息，因無源應答器的主要作用是將直向方向的線路坡度、線路速度以及應答器鏈接和軌道區(qū)段信息作為報文發(fā)送，有源應答器的數(shù)據則應按情況合理分配。正反向進站信號機、中繼站（ZJ2）、有始發(fā)列車作業(yè)的車站出站信號機無源應答器中應發(fā)送里程信息。當發(fā)車信號開放后，有源應答器發(fā)送對發(fā)車方向有效的應答器鏈接信息、速度數(shù)據、坡度數(shù)據、里程信息、軌道區(qū)段、臨時限速及特殊區(qū)段等信息[3]。下面分別對坡度、里程系方面的信息進行討論。

2）坡度

列車從正線運行至側線，列車會繼續(xù)應用正線的坡度信息，而沒有接收到側線的坡度信息。會導致列車在實際運行中收到不對等信息，進而引發(fā)一系列的問題。

這是因為該車站的所在位置的正線坡度與側線坡度差距過于懸殊，而無源應答器的單一性決定了只能記錄單一方向的信息，列車在正線行駛時只能記錄正線坡度信息，反之只能記錄側線坡度。而當列車從正線轉向側線時，列車一部分在正線，一部分在側線，列車接收到的是正線坡度的數(shù)據。直到列車收到第一組側線應答器信息時，列車接收到的數(shù)據才能更新為側線坡度數(shù)據。坡度信息在列車行車的過程中起著極其重要的作用，車載邏輯運算需要坡度信息作為支撐，由此能夠保障列車的穩(wěn)定安全運行，同時坡度信息也是列車員作為參考的數(shù)據之一。

在正線側線坡度相差不大的情況下，應答器的反饋信息對列車影響不大；若是地形復雜的地段，特別是立體交叉類線路中，坡度在這種情況下，坡度信息顯得尤為重要。準確的坡度信息是列車在復雜條件下穩(wěn)定運行的保障。

3）里程系

類似于坡度方面，樞紐車站的進路與出路條件十分復雜，每條線路都有單獨的里程系。同樣是由于無源應答器的單一性，無源應答器正線應答器只能記錄正線信息，而相應的，側線應答器只能對側線里程系數(shù)據進行記錄。在沒有接觸到第一組側線信息應答器之前，列車會一直沿用正線應答器的數(shù)據，直到第一組側線應答器感應到列車。信息才會更正為側線應答器發(fā)送的數(shù)據。這就會造成在某一區(qū)段里程數(shù)據的記錄信息與實際的里程數(shù)據不相符合。特別是在情況復雜的條件下，在確定列車地理位置、行進路程方面，其作用更是不可忽視。

3 優(yōu)化建議

列控車載設備地面信息主要來源于應答器，則應答器應全面真實準確地反映地面的實際情況，保證信息的真實性和全面性。在數(shù)據信息方面為列車的安全運行提供保障。

1）應答器中的有源和無源數(shù)據應合理配置

在兩種應答器的配置安排中應合理控制兩者的分布和數(shù)量。在CTCS列控系統(tǒng)中,一組內的應答器數(shù)量不宜超過3個，而一組中最多只能有1個有源應答器。但是在實際的工程中，應根據地面條件的復雜程度，充分考慮線路的實際情況對固定信息和可變信息做出合理的分配調整。上下行線各設置兩組由1個有源應答器和無源應答器組成的應答器組，主要用于提供CTCS-2臨時限速信息[4]。

2）無源應答器數(shù)目應增加或提高其容量

同一組內可以增設無源應答器，可以在整體上增加信息記錄容量。也可單獨增設應答器。這都要根據列車運行以及車站的實際情況進行相應的調試，以論證增設方法是否可行。例如在關鍵的信號點增設，縮小區(qū)間內應答器所記錄范圍。由于受地理條件影響，新建的許多線路往往是坡度比較大。有時會達到30‰[5]。為保證列車運行安全，則對動車組運行時速進行限制，在列車的加速變化點進行相應的判斷與準備，這會導致無源應答器要求記錄的內容增多，其容量也要相應的擴大[6]。

大容量無源應答器目前試驗已經成功。應答器上行鏈路采用雙通道結構，這樣能夠進行并行數(shù)據傳輸，從而達到提高數(shù)據傳輸效率的目的。上行鏈路有兩條通道，這兩條通道是并行關系。通道一采用FSK調制方式，通道二采用PSK調制方式，這樣既可同時傳輸，也可單獨使用[7]。大容量應答器的傳輸數(shù)據量是現(xiàn)階段應用應答器的兩倍，在不增設無源應答器數(shù)量的情況下，能夠解決目前地理條件復雜，對應答器容量提出要求的問題。

4 應答器研發(fā)方向

通過增設應答器、合并線路參數(shù)或者研發(fā)大容量無源應答器，都是為了解決應答器容量不足的問題。有源應答器和列控中心系統(tǒng)的關系更為緊密，相較于大容量無源應答器來說，有源應答器的研發(fā)更為復雜，目前尚在探索期。目前來說只有解決了有源應答器的問題，才能夠在應答器的應用方面做出更大的突破，才能為列車運行提供更加準確合理可靠的數(shù)據信息。提高記錄數(shù)據與實際情況的一致性，最終達到列車安全平穩(wěn)運行的目標[8]。

5 結束語

車地信息通信的主要單元是應答器。應答器所承載的數(shù)據對車載設備的運算十分重要。因此在最大的限度內保證車載設備接收到的數(shù)據與列控工程數(shù)據相對一致。在路況復雜的行車過程中，有源應答器應充分考慮實際的路況進行相應的布置，與實際情況相結合才能充分發(fā)揮有源應答器的作用。在合理配置有源和無源應答器信息數(shù)據條件下，為充分描述其他信息留有足夠的空間。現(xiàn)階段可以通過增設無源應答器和使用大容量無源應答器的方式來解決無源應答器的容量問題。現(xiàn)階段應答器的研發(fā)工作主要致力于有源應答器的容量問題，應加大研發(fā)投入力量，早日解決應答器容量不足問題。