簡析高速鐵路ATO系統與城際鐵路CTCS2+ATO系統的區別

劉鴻飛

(北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070)

1 概述

運輸安全與效率是各種速度等級鐵路發展所面臨的核心問題，現階段在我國2 萬多km 的高速/客專以及部分城際鐵路線路上的動車組普遍采用人工駕駛的方式運行，在實際的運營過程中，存在列車平均運行速度低、車站人工停車時間長、對標停車不準、司機個體控制水平存在差異等情況。同時，長交路運行導致人工駕駛司機的勞動強度較高，在駕駛效率和舒適性上也不能達到最優化的控制效果。因此研究適用于我國高速鐵路和城際鐵路的自動駕駛（ATO）系統（適用于200 km 時速要求和300 km 以上時速要求），可以滿足我國高速城際鐵路長交路、跨速度等級運行的運輸需求。同時可以降低列車運行對司機駕駛熟練程度的依賴，降低司機的工作強度，提高或改善高速城際鐵路列車運行準點率、停車準確性和旅客舒適度等多項指標。

ATO 系統在干線高速鐵路處于起步階段，國內珠三角城際鐵路中莞穗、佛肇段開通CTCS2+ATO功能運行狀況良好。高速鐵路ATO 系統繼承CTCS-2 級和CTCS-3 級列控系統成熟的技術，盡量減少對核心安全設備的改動。借鑒CTCS2+ATO的應用經驗，根據高速列車的應用特點進行ATO功能定制化開發和既有產品適應性修改。

本文將分析高速鐵路ATO 系統與城際鐵路C2+ATO 系統的區別，并提出高速鐵路ATO 系統的特點與優勢。

2 城際鐵路C2+ATO系統簡述

城際鐵路CTCS2+ATO 列控系統是在CTCS-2級列控系統基礎上，車地間利用CTCS-3 級列控系統中GSM-R 的網絡電路CSD 通信模式實現運行計劃和車門站臺門聯控的數據傳輸。

車載設備增加ATO 單元，該設備通過無線通信接收運行計劃和車門站臺門聯控數據，通過應答器獲取站間線路數據，通過與ATP 和車輛新增接口傳輸開門允許、開關門命令、牽引制動等信息，以實現在完全監控模式條件下增加自動駕駛（AM）模式的功能。

地面設備車站股道增設精確定位應答器組實現列車精確停車。通過增設通信控制服務器（CCS）實現車門站臺門聯動控制和車載運行計劃的信息傳輸。通過TCC 增加與站臺門接口實現對站臺門的聯動控制。聯鎖設備采集站臺門鎖閉條件，用關閉信號實現對站臺門的安全防護。

城際鐵路C2+ATO 系統如圖1 所示。

圖1 城際鐵路C2+ATO系統示意圖Fig.1 Schematic diagram of C2+ATO system of intercity railway

3 城際鐵路C2+ATO系統存在的問題

1) 互聯互通問題

城際鐵路CTCS2+ATO 系統的車地通信方式采用GSM-R/CSD 通信方式與CTCS-3 級列控系統的車地通信方式相同，而在該種通信方式下車地間僅能完成唯一的數據通信連接。具備城際鐵路CTCS2+ATO 系統功能的車載設備以C3 完全監控模式運行時，在接收RBC 傳輸數據的同時無法再與CCS 進行通信連接。因此CTCS2+ATO 系統無法與CTCS-3 級等級線路互聯互通。

2) 站間數據傳輸方式

城際鐵路CTCS2+ATO 系統站間距較短，提供ATO 計算曲線的區間線路數據來自于地面應答器組。而高速鐵路站間距很長，最大間距達100 多km，受到應答器位數限制，應答器提供的數據范圍無法滿足高速鐵路長大站間距。

3) 站臺門鎖閉條件對聯鎖信號開放的影響

城際鐵路CTCS2+ATO 系統是通過聯鎖設備采集站臺門鎖閉條件，在未滿足條件時關閉信號來保證站臺門的安全防護。當站臺門鎖閉頻繁出現故障時，車站信號會頻繁自動關閉，需人工重新排列進路，在高密度的列車運營中會造成較大影響。

4) 無簡化自動駕駛模式

城際鐵路CTCS2+ATO 系統在通信故障或運行至不具備通信條件的C2 線路時，車載設備只能以C2 完全監控模式運行，不具備進入簡化AM 模式的功能。在高速鐵路中運行交路多、跨度大，因此司機工作時間長、勞動強度大的問題在該系統下無法解決。

4 高速鐵路ATO系統簡述

高速鐵路ATO 系統是在CTCS-2/CTCS-3 級列控系統的基礎上，車地間利用GSM-R 的分組數據業務GPRS 通信模式實現運行計劃、區間線路數據和車門站臺門聯控的數據傳輸。

車載設備增加ATO 單元和獨立GPRS 電臺，通過無線通信完成對運行計劃、區間線路數據和車門站臺門聯控數據的完全接收，與ATP 和車輛新增接口傳輸開門允許、開關門命令、牽引制動等信息，以實現在完全監控模式條件下增加AM 模式的功能。

地面車站股道增設精確定位應答器組實現列車精確停車。地面設備利用既有CTC、TSRS 和TCC增加ATO 功能，通過GPRS 通信實現站臺門（安全門或屏蔽門，以下簡稱站臺門）控制、站間數據發送和運行計劃處理。TCC 設備采集站臺門鎖閉條件，用地面軌道電路發H 碼實現對站臺門的安全防護。

高速鐵路ATO 系統如圖2 所示。

5 高速鐵路ATO系統相對城際鐵路CTCS2+ ATO系統技術的優勢

1) 可與CTCS-3 級線路互聯互通

高速鐵路ATO 系統由于采用GSM-R/GPRS 通信方式與CTCS-3 級線路通信方式相對獨立，因此在CTCS-2 級和CTCS-3 級客運專線均可使用高速鐵路ATO 系統的AM 模式，且列車在C3 完全監控和C2 完全監控相互轉換時也仍可保持AM 模式繼續運行。

2) 車地通信模式修改

高速鐵路ATO 系統采用GSM-R/GPRS 通信方式相比CTCS2+ATO 系統的GSM-R/CSD 通信方式傳輸速度快、傳輸數據量多、帶寬大且更節省信道資源。高速鐵路ATO 系統由TSRS 通過GSM-R/GPRS 車地通信方式傳輸站間數據，通信傳輸數據量大,滿足高速鐵路長大站間距數據范圍要求。

3) 地面設備簡化

高速鐵路ATO 系統地面設備不再增加新設備，通過TSRS 設備在既有功能的基礎上，增加站臺門門控信息管理，站臺門命令/狀態轉發，運行計劃處理和轉發，站間數據存儲、調用、發送等ATO 功能。對于改造線路采用高速鐵路ATO 系統時，改造影響范圍小便于實施。

圖2 高速鐵路ATO系統示意圖Fig.2 Schematic diagram of ATO system of high-speed railway

4) ATO 功能不影響安全設備

高速鐵路ATO 系統由TCC 設備采集站臺門鎖閉條件，用地面軌道電路發H 碼實現對站臺門的安全防護。該功能在保證安全的前提下，用地面碼序防護取代地面關閉信號對站臺門安全的防護，取消站臺門對聯鎖設備的影響，在實際應用中提高可用性。對于改造線路也減少了對安全設備的影響。

5) 具備簡化ATO 功能

高速鐵路ATO 系統車載設備的AM 模式增加預選駕駛策略的功能。在無車地通信條件的線路或車地通信故障的情況下，司機可在AM 模式下選擇預選駕駛策略行車，并根據需要隨時人工調整預選駕駛策略。高速鐵路ATO 系統預選駕駛策略運行模式如圖3 所示。該功能提高高速鐵路ATO 系統的可用性，同時也對線路改造地面設備修改提供多種選擇。

圖3 高速鐵路ATO系統預選駕駛策略行車曲線示意圖Fig.3 Schematic diagram for running curve of preselected driving strategy of ATO system of high-speed railway

6) 實現自動過隧道功能

目前國內高速鐵路列控系統過隧道模式是當司機接近隧道時，司機手動操控臺上的“隧道模式”按鈕過隧道。高速鐵路ATO 系統增加了自動過隧道功能，通過應答器進行隧道位置和長度的信息傳輸，具備ATO 功能的車載設備處于自動駕駛模式時可自動過隧道。

6 結束語

高速列車實現自動駕駛既是我國高速鐵路技術發展的需要，也是確立我國高速鐵路整體技術水平在國際地位的需要。高速鐵路ATO 系統可有效的提高鐵路運輸能力、提高列車運行效率、降低牽引能耗、減輕司機勞動強度、改善旅客乘車體驗。對于提高列車運行安全保障能力和智能化水平，保持我國高速鐵路列控技術在國際上的先進性具有重要的意義。