CTCS2+ATO城際列控系統(tǒng)與高速鐵路ATO系統(tǒng)差異性及應(yīng)用趨勢(shì)探討

徐軼劼

(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)

1 系統(tǒng)現(xiàn)狀

我國高速鐵路自動(dòng)駕駛（ATO）系統(tǒng)根據(jù)速度等級(jí)不同，可分為CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)和高速鐵路ATO 系統(tǒng)。

CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)是在CTCS-2 級(jí)列控系統(tǒng)增加ATO 相關(guān)功能，適用于250 km/h 以下的城際鐵路。經(jīng)過辛苦的研究與探索，國內(nèi)珠三角莞惠城際鐵科首次在鐵路領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了自動(dòng)駕駛，成為世界上首個(gè)速度200 km/h 動(dòng)車組應(yīng)用自動(dòng)駕駛的運(yùn)營典范。截止2019 年，珠三角地區(qū)又成功在佛肇、穗莞深兩條城際鐵路實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)駕駛。

高速鐵路ATO 系統(tǒng)是在CTCS-2/CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加ATO 相關(guān)功能，不僅適用于250 km/h 以下城際鐵路，也同樣適用300 km/h以上高速鐵路。2018 年京沈高鐵350 km/h 高速鐵路自動(dòng)駕駛試驗(yàn)的成功，標(biāo)志著我國智能高鐵自動(dòng)駕駛關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)取得重要的成果，2019 年世界首個(gè)時(shí)速300 km 以上動(dòng)車組在京張智能高鐵成功應(yīng)用自動(dòng)駕駛。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 CTCS2+ATO城際列控系統(tǒng)的構(gòu)成

CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)的地面設(shè)備由臨時(shí)限速服務(wù)器（TSRS）、通信控制服務(wù)器（CCS）、列控中心（TCC）、應(yīng)答器及LEU、軌道電路、GSM-R 通信接口設(shè)備等構(gòu)成，如圖1 所示。

圖1 CTCS2+ATO城際列控系統(tǒng)的地面設(shè)備Fig.1 Ground equipment of CTCS2+ATO intercity train control system

TSRS 具有設(shè)備初始化功能及臨時(shí)限速的設(shè)置、取消和管理功能。

新增的CCS 設(shè)備與CTC 和車載設(shè)備進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)CTC 運(yùn)行計(jì)劃的處理和轉(zhuǎn)發(fā)功能，并對(duì)門控信息的管理。與此同時(shí)，CCS 通過TCC 進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)站臺(tái)門的控制和防護(hù)功能。

TCC 新增站臺(tái)門控制和防護(hù)以及站臺(tái)緊急關(guān)閉等功能，TCC 可采集站臺(tái)門防護(hù)繼電器且能驅(qū)動(dòng)站臺(tái)門控制相關(guān)繼電器。

CTC 新增加與CCS 通信的接口，可對(duì)CCS 發(fā)送運(yùn)行計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)對(duì)站站停車和大站停車分別管理，可根據(jù)運(yùn)行計(jì)劃自動(dòng)觸發(fā)折返進(jìn)路，并且完成車次號(hào)的自動(dòng)變更。顯示界面增加區(qū)間運(yùn)行時(shí)分、站臺(tái)門狀態(tài)、緊急關(guān)閉狀態(tài)、站停時(shí)分、防淹門靜態(tài)位置顯示、車載狀態(tài)報(bào)告、人防隔斷門靜態(tài)位置顯示、司乘信息、與CCS 連接狀態(tài)、運(yùn)行計(jì)劃設(shè)置、故障報(bào)警等相關(guān)內(nèi)容。

應(yīng)答器為了滿足自動(dòng)運(yùn)行以及精確停車等新增相關(guān)功能，向車載設(shè)備提供運(yùn)營停車點(diǎn)信息、門側(cè)信息等。

CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)的車載設(shè)備由ATP和ATO 構(gòu)成，如圖2 所示。

ATP 根據(jù)應(yīng)答器報(bào)文提供線路參數(shù)、臨時(shí)限速等信息和列車參數(shù)，按照目標(biāo)距離、連續(xù)速度控制模式生成動(dòng)態(tài)速度曲線，監(jiān)控列車的安全運(yùn)行。新增門允許顯示、停準(zhǔn)顯示、車門站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)控制等功能，與CCS 進(jìn)行通信并接收運(yùn)行計(jì)劃。

ATO 在ATP 的行車許可下根據(jù)線路參數(shù)、運(yùn)行計(jì)劃等信息實(shí)現(xiàn)列車區(qū)間自動(dòng)運(yùn)行、區(qū)間自動(dòng)計(jì)時(shí)及車門自動(dòng)控制等相關(guān)功能。

圖2 CTCS2+ATO城際列控系統(tǒng)的車載設(shè)備Fig.2 Onboard equipment of CTCS2+ATO intercity train control system

2.2 高速鐵路ATO系統(tǒng)的構(gòu)成

高速鐵路ATO 系統(tǒng)在CTCS-2/CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，地面設(shè)備在TSRS、CTC、TCC、GSM-R 等設(shè)備上增加功能；車站股道增加精確定位應(yīng)答器，如圖3 所示。

圖3 高速鐵路ATO系統(tǒng)的地面設(shè)備Fig.3 Ground equipment of high-speed railway ATO system

TSRS 增加通信接口服務(wù)器單元，新增加一路與CTC 的通信接口，在既有功能的基礎(chǔ)上，增加運(yùn)行計(jì)劃處理和轉(zhuǎn)發(fā)，站間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、調(diào)用、發(fā)送，站臺(tái)門門控信息管理，站臺(tái)門命令/狀態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)等功能。

CTC 增加發(fā)送對(duì)應(yīng)的運(yùn)行計(jì)劃、運(yùn)行計(jì)劃自動(dòng)調(diào)整、實(shí)時(shí)管理在線列車等功能并能顯示站臺(tái)門相關(guān)狀態(tài)。

TCC 增加站臺(tái)門防護(hù)功能、車門/站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)控制和站臺(tái)門狀態(tài)采集功能。

應(yīng)答器報(bào)文中新增加隧道信息、TSRS 呼叫信息、運(yùn)營停車點(diǎn)、門側(cè)等信息。

高速鐵路ATO 系統(tǒng)車載設(shè)備增加ATO 單元、GPRS 電臺(tái)及相關(guān)配套設(shè)備，如圖4 所示。

圖4 高速鐵路ATO系統(tǒng)的車載設(shè)備Fig.4 Onboard equipment of high-speed railway ATO system

ATP 車載設(shè)備增加列車開門防護(hù)及折返功能，并根據(jù)ATO 自動(dòng)駕駛增加門允許、停準(zhǔn)、GPRS 電臺(tái)等顯示功能。

3 系統(tǒng)差異性

高速鐵路ATO 系統(tǒng)與CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)的差異性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成差異

在既有的CTCS 列控基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)車地?cái)?shù)據(jù)交互及站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)功能時(shí)，CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)中在CTCS-2 級(jí)列控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上新增加單獨(dú)的CCS設(shè)備；高速鐵路ATO 系統(tǒng)無需新增加設(shè)備，通過既有TSRS 設(shè)備上增加通信接口及相關(guān)功能實(shí)現(xiàn)。

CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)使用原有的GSM-R網(wǎng)絡(luò)電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，高速鐵路ATO 系統(tǒng)需在GSM-R 系統(tǒng)上增加GGSN 設(shè)備及SGSN 設(shè)備。

CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)車載設(shè)備是在CTCS-2 級(jí)列控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增設(shè)ATO 設(shè)備和車地?zé)o線通信設(shè)備。高速鐵路ATO 系統(tǒng)車載設(shè)備分為分體設(shè)計(jì)與一體化設(shè)計(jì)，分體設(shè)計(jì)是在CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)國產(chǎn)化車載基礎(chǔ)上增加ATO 設(shè)備和車地?zé)o線通信設(shè)備，另外單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)柜，一體化設(shè)計(jì)是在CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)自主化車載基礎(chǔ)上增加ATO 設(shè)備和車地?zé)o線通信設(shè)備，最后和ATP 車載設(shè)備共同設(shè)計(jì)為一個(gè)機(jī)柜。

CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)車載設(shè)備中的車地?zé)o線通信設(shè)備采用GSM-R 電臺(tái)與ATP 接口，高速鐵路ATO 系統(tǒng)車載設(shè)備中的車地?zé)o線通信設(shè)備采用GPRS 電臺(tái)與ATO 接口。

CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)中的車載設(shè)備ATO 通過RS-485 實(shí)現(xiàn)與車輛通信。高速鐵路ATO 系統(tǒng)中的車載設(shè)備由ATO 通過MVB 總線實(shí)現(xiàn)與車輛通信。

3.2 系統(tǒng)功能差異

CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)中的TSRS 僅具有臨時(shí)限速設(shè)置、取消和管理功能，高速鐵路ATO 系統(tǒng)中的TSRS 不僅具有臨時(shí)限速設(shè)置、取消和管理功能，同時(shí)還有CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)中CCS的所有功能，如增加站臺(tái)門命令/狀態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)，站臺(tái)門門控信息管理，運(yùn)行計(jì)劃處理和轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)增加CCS 不具備的運(yùn)行計(jì)劃的拼接，站間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、調(diào)用、發(fā)送等功能。

教以生為本，學(xué)以悟?yàn)楦Ｔ谡Z文教材中，很多篇章，或真實(shí)生動(dòng)地展現(xiàn)我們民族的優(yōu)良傳統(tǒng)，或熱情謳歌我們民族的精神，或精彩地描繪美麗多嬌的祖國山河，或深刻闡述生命的意義等。我們教師要用中華優(yōu)秀文化的精髓來啟發(fā)自己的學(xué)生，使他們懂得生命的意義和價(jià)值，將古詩文的優(yōu)秀文化內(nèi)涵在不知不覺中潛移默化地滲透到高中語文課堂教學(xué)中來。

高速鐵路ATO 系統(tǒng)的TCC 相比CTCS2+ATO城際列控系統(tǒng)的，減少了TCC 站臺(tái)緊急關(guān)閉的功能。

CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)中應(yīng)答器增加[CTCS-11]（股道信息包），且無需在正線無站臺(tái)股道設(shè)置，但ATO 所需的線路數(shù)據(jù)需由應(yīng)答器提供。高速鐵路ATO 系統(tǒng)中增加[CTCS-13]（停車位置信息包），[CTCS-12]（ATO 通信管理信息包）且需要在[ETCS-68]包中增加隧道信息。

CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)車地通信使用GSM-R 電路域業(yè)務(wù)；CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)車地通信使用GPRS 分組域業(yè)務(wù)。

CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)中的車載設(shè)備由ATP 通過GSM-R 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)車地通信；而高速鐵路ATO 系統(tǒng)中的車載設(shè)備是由ATO 通過GPRS 網(wǎng)絡(luò)采用動(dòng)態(tài)分配的IP 地址方式實(shí)現(xiàn)車地通信。

相對(duì)CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)中車載設(shè)備的門控功能，高速鐵路ATO 系統(tǒng)車載設(shè)備取消了自動(dòng)關(guān)門功能。

CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)中的車載設(shè)備由ATP 實(shí)現(xiàn)車門/站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)控制；高速鐵路ATO 系統(tǒng)中的車載設(shè)備由ATO 實(shí)現(xiàn)車門/站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)控制。

CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)中的車載設(shè)備由ATP 轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)答器中的線路數(shù)據(jù)和臨時(shí)限速給ATO；高速鐵路ATO 系統(tǒng)中的車載設(shè)備由ATO 通過車地?zé)o線通信直接從TSRS 中獲取線路數(shù)據(jù)和臨時(shí)限速。

CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)中的ATO 在無運(yùn)行計(jì)劃時(shí)按照頂棚曲線追蹤控車策略；高速鐵路ATO系統(tǒng)中的ATO 在無運(yùn)行計(jì)劃時(shí)有快行（低于允許速度2 km/h）、慢行（低于允許速度8 km/h）、正常（低于允許速度5 km/h）3 種控車策略。

CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)中的車載設(shè)備具備站后端有人自動(dòng)折返和原地折返兩種功能；高速鐵路ATO 系統(tǒng)中的車載設(shè)備僅支持原地折返。

由于CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)的應(yīng)答器設(shè)置，ATO 支持通過未設(shè)置[CTCS-11]包的車站時(shí)運(yùn)行計(jì)劃有效；高速鐵路ATO 系統(tǒng)中的ATO，如經(jīng)過未設(shè)置[CTCS-13]包的車站，會(huì)判斷運(yùn)行計(jì)劃無效。

3.3 DMI顯示差異

根據(jù)CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)的車載設(shè)備的使用情況，高速鐵路ATO 系統(tǒng)的車載設(shè)備DMI 顯示作了一些調(diào)整，如表1 所示。

表1 CTCS2+ATO城際列控系統(tǒng)與高速鐵路ATO系統(tǒng)DMI顯示差異Tab.1 Differences in DMI display between CTCS2+ATO intercity train control system and high-speed railway ATO system

4 應(yīng)用趨勢(shì)

通過對(duì)CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)和高速鐵路ATO 系統(tǒng)的差異性描述，從以下幾點(diǎn)總結(jié)高速鐵路ATO 系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)所在。

從硬件設(shè)備構(gòu)成角度分析，高速鐵路ATO 系統(tǒng)地面無需單獨(dú)增加設(shè)備，僅對(duì)既有設(shè)備進(jìn)行改造，降低了系統(tǒng)復(fù)雜性，減少了建設(shè)成本，同時(shí)也降低了運(yùn)營維護(hù)的成本，使用高速鐵路ATO 系統(tǒng)方案會(huì)使今后既有高鐵線路改造相對(duì)簡單，車載設(shè)備ATO與車輛接口也由RS-485 更換為MVB，減少了硬線接口。將來更有可能改為傳輸數(shù)據(jù)量更大，速度更快，價(jià)格更加低廉的TRDP。

從無線網(wǎng)絡(luò)分配角度分析，高速鐵路ATO 系統(tǒng)通過GPRS 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)線路數(shù)據(jù)、運(yùn)行計(jì)劃、車門/站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)等功能，改造升級(jí)既有線路時(shí)可不影響既有的GSM-R 網(wǎng)路通道。今后無線網(wǎng)絡(luò)更有可能都升級(jí)為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化、延時(shí)更低的LTE 網(wǎng)絡(luò)。

從功能差異性角度分析，CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)ATO 通過從應(yīng)答器獲取的線路數(shù)據(jù)由于應(yīng)答器容量有限，數(shù)據(jù)范圍同樣有限，對(duì)于無運(yùn)行計(jì)劃行車只有一種策略選擇，且因?yàn)榫_定位應(yīng)答器的設(shè)置方式，對(duì)一些錯(cuò)誤運(yùn)行計(jì)劃的發(fā)送情況ATO不會(huì)進(jìn)行防護(hù)。高速鐵路ATO 通過GPRS 網(wǎng)絡(luò)從TSRS 獲取線路數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)范圍更長。所以高速鐵路ATO 系統(tǒng)不僅可適用區(qū)間較短的城際鐵路，也同樣適用區(qū)間較長的高鐵線路。高速鐵路ATO 系統(tǒng)中的ATO 在無運(yùn)行計(jì)劃行車時(shí)有3 種策略可以選擇，更加靈活。處于對(duì)乘客安全考慮，高速鐵路ATO系統(tǒng)取消了自動(dòng)關(guān)門功能。最后高速鐵路ATO 系統(tǒng)完善了應(yīng)答器的設(shè)置方式，并且對(duì)一些錯(cuò)誤運(yùn)行計(jì)劃發(fā)送的情況ATO 進(jìn)行了防護(hù)。今后線路數(shù)據(jù)等內(nèi)容預(yù)計(jì)會(huì)以電子地圖的方式通過無線傳輸至車載，輔以少量的地面應(yīng)答器區(qū)分車站股道，減少對(duì)地面設(shè)備的依賴。

從司機(jī)的操作角度分析，高速鐵路ATO 系統(tǒng)取消了CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)的與車輛顯示界面重復(fù)的ATO 與車輛顯示圖標(biāo)，取消運(yùn)行計(jì)劃的顯示，用ATO 狀態(tài)圖標(biāo)的顏色區(qū)分有無運(yùn)行計(jì)劃，取消復(fù)雜的前方站通過圖標(biāo)用文字來代替，這些變化都大大簡化了司機(jī)的操作。開門允許圖標(biāo)和停穩(wěn)停準(zhǔn)圖標(biāo)顯示條件一致，未來可能根據(jù)司機(jī)的使用會(huì)進(jìn)一步優(yōu)化DMI 顯示內(nèi)容。

5 結(jié)束語

高速鐵路ATO 系統(tǒng)無論從費(fèi)用成本還是從功能的完整性上來講，都相對(duì)于CTCS2+ATO 城際列控系統(tǒng)更加完善，對(duì)于既有線路升級(jí)改造也相對(duì)簡單。通過京沈的成功試驗(yàn)以及京張智能高鐵示范工程的應(yīng)用，將進(jìn)一步推廣高速鐵路ATO 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)我國高速鐵路的智能化。