簡談信號系統在高速鐵路智能技術中的應用

張 霆

（中國鐵路設計集團有限公司，天津 300308）

1 概述

隨著國內高速鐵路的快速發展，鐵路網日趨完善，按照《中長期鐵路網規劃》，到2025年，我國將建成一批重點項目并投產使用，鐵路網規模擴大至17.5萬km左右，其中高速鐵路3.8萬km，網絡覆蓋進一步擴大，路網結構更加優化。到2030年，基本打造形成以沿海、京滬等“八縱”以及陸橋、沿江等“八橫”通道，實現相鄰大中城市間1～4 h交通圈。網絡覆蓋進一步擴大，路網結構更加優化，骨干作用更加顯著，更好發揮鐵路對經濟社會發展的保障作用。

中國高速鐵路經過多年的發展，從參考和借鑒歐洲列車運行控制系統的原理和技術，到自主掌握核心技術，形成中國自主研發的列車運行控制系統。高速鐵路技術日趨成熟，近些年來在一批高速鐵路項目上啟動和實施，例如京張高鐵、京雄高鐵等，搭載多項智能技術，標志著我國高速鐵路進入智能化發展的新階段。高速鐵路自動駕駛、智能調度集中等技術在支撐高速鐵路智能信號系統中發揮著關鍵作用。

2 智能調度集中系統

智能調度集中系統以現有調度集中系統為基礎，結合“智能鐵路”的發展需求，在列車運行自動調整、進路和命令安全卡控、行車信息數據平臺、行車調度綜合仿真和ATO功能應用等方面進一步優化完善，提升調度集中系統智能化水平。智能調度集中系統是對現有調度集中的補充完善，不改變現有調度集中系統架構。

2.1 列車運行自動調整

列車運行自動調整功能根據不同的場景提供不同的調整策略，調整后計劃符合相關約束條件，具有可用性和便捷性。

與常規CTC系統相比，智能調度集中系統增加了區域封鎖、區域限速、運行折返以及列車晚點等自動調整策略。

區域封鎖調整策略可以實現區間封鎖、車站股道封鎖、車站全站封鎖、列車區間故障、列車站內股道故障、接觸網故障、岔區停電、風雨雪場景以及異物侵限等情況下的列車運行計劃調整。

區域限速調整策略可以實現區間限速、車站站內限速、列車運緩、風雨雪場景以及異物侵限等情況下的列車運行計劃調整。限速取消后，系統恢復基本圖規定的區間運行時分。

列車晚點調整策略可以實現列車晚點情況下的列車運行計劃調整。

運行折返調整策略可以實現區間折返、車站終到晚點折返以及車站折返接車股道臨時調整等情況下的列車運行計劃調整。

2.2 進路和命令安全卡控

進路和命令安全卡控功能拓展現有系統自律卡控條件和自律檢查范圍，增加固定進路卡控、復雜站場進路控制、無線發車進路預告等功能，實現綜合智能卡控。

2.3 行車信息數據平臺

行車信息數據平臺在既有調度集中系統架構基礎上，通過加強與運輸信息集成平臺、客票管理系統、自然災害及異物侵限監測、DMS、PSCADA等系統的結合，在保證信息安全的基礎上，采用符合中國國家鐵路集團有限公司信息共享有關規定的統一數據通信規程，實現系統與客運、供電、工務、機務、車輛等專業信息系統的信息共享擴展。?

2.4 行車調度綜合仿真

仿真系統應采用實際調度集中系統應用軟件，支持調度集中系統所有操作，主要包括列車運行調整計劃、調度命令、調監顯示、站場控制、臨時限速、車次跟蹤、列車采點和報點。

仿真系統應按照場景仿真列車運行，自動產生符合信號規則的紅光帶移動信息，并觸發聯鎖、TCC、RBC、GSM-R等相關系統產生關聯輸出。

3 ATO功能應用

3.1 總體要求

高速鐵路ATO系統是在CTCS-3/CTCS-2級列控系統的基礎上，為實現列車的精確定位，在室外地面設置精確定位應答器，車載設置ATO單元實現自動駕駛控制。地面設備通過GPRS通信實現站間數據發送、列車運行調整計劃處理和站臺門控制，高速鐵路ATO系統主要功能包括：車站自動發車、車站自動停車、區間自動運行、車門/站臺門聯動控制、車門自動開門。

3.2 系統結構及組成

在CTCS-3/CTCS-2級列控系統的基礎上，在車載設備中增加ATO單元、GPRS電臺及相關配套設備。車站股道增加精確定位應答器，地面在TSRS、CTC、TCC等設備上增加功能，構成高速鐵路ATO系統。

在不調整ATP車載設備既有功能的基礎上，增加列車開門防護功能，并根據ATO自動駕駛的需要可適當調整。

ATO車載設備通過GPRS無線通信接收到的運行計劃、站間數據(包括線路基礎數據、臨時限速)等信息，可以實現自動開門、列車自動速度控制、車門/站臺門聯動控制等功能。

列控中心設備增加車站/站臺門聯動控制、站臺門保護、站臺門狀態采集等功能。

調度集中系統增加發送相應運行計劃、實時管理在線列車、自動調整運行計劃等功能。

臨時限速服務器增加站臺門命令/狀態轉發、站臺門門控信息管理、站間數據存儲、調用和發送、運行計劃處理和轉發等功能。

將停車定位參考點、門側、隧道信息等應答器信息添加到相關應答器組中。

3.3 基本功能要求

1）車站自動發車：車載設備處于AM模式時，出站信號開放、車門/站臺門關閉，“ATO啟動”按鈕指示燈閃爍，司機按壓“ATO啟動”按鈕確認后，動車組從車站自動發車。

2）車站自動停車：ATO車載設備通過精確定位應答器進行位置校正，并根據地面設備提供的停車定位基準點位置及列車運行狀況，自動控制列車在車站股道停車定位基準點處停車。

3）區間自動運行：在區間運行時，ATO車載設備根據地面設備提供的運行計劃或按照預選駕駛策略，控制列車加速、自動巡航、惰行、減速或停車，實現自動運行。

4）車門/站臺門聯動控制：車站設置站臺門時，ATO系統應實現車門/站臺門聯動控制功能。

5）車門自動開門（防護）：動車組進入車站，停靠在靠近站臺的股道側后：a.ATP根據接收到的站臺側信息判斷動車組正確停車、穩定，并對動車組的車門進行保護；b.ATO接收到運行計劃且該站辦理客運業務時自動開門；c.當ATO接收到運行計劃，而車站不辦理旅客業務，或未接收到運行計劃時，司機在相應的站臺側打開動車組車門，ATP提供站臺側車門的保護功能。動車組的關門仍需由司機和列車長指揮聯控后人工操縱；d.車門/站臺門聯動控制。車站設置站臺門時，ATO系統應實現車門/站臺門聯動控制功能。

3.4 應答器設置原則

為實現列車在股道上的精確定位以及ATO呼叫，增加精確定位應答器組[BJD]以及修改相應應答器報文。

3.4.1 車站股道精確定位應答器組[BJD]設置

1）鄰靠高站臺的車站股道

設置專用的精確定位應答器組，用于實現列車精確定位，同時提供站臺側和停車位置信息。在車站的股道兩側，距離停車定位基準點10 m、40 m及股道中間適當位置（不影響換端作業）設置精確定位應答器組[BJD]，具體設置如圖1所示。

2）未鄰靠高站臺的車站正線

利用既有設置的出站及股道定位無源應答器提供車站信息，無需增設應答器，具體設置如圖2所示。

3）線路所

對于線路所車站，車站正反向進站信號機中間適當位置應設置定位應答器提供車站信息，具體設置如圖3所示。

3.4.2 ATO地面設備呼叫應答器組[AC]設置

1）對于配備ATO系統的車站，在出站無源應答器組中以及正向進站信號機外方相鄰接近區段的區間應答器組中增加ATO通信管理信息包[CTCS-12]，用于ATO車載設備呼叫TSRS并建立連接。

2）將ATO通信管理信息包[CTCS-12]添加到地面裝備ATO系統線路邊界外方車站離去區段的區間應答器組，用于ATO車載設備呼叫TSRS并建立連接。

3) ATO呼叫應答器組[AC]應設置在具有ATO功能的地面線路區域的TSRS邊界。該應答器組不應與進站信號機(包括反向)應答器結合使用，接收TSRS的呼叫命令應由進站信號機外兩個閉塞分區處的區間應答器發出。

4)從動車所/場進入發車站。如果車站具有自動駕駛精確停車和站臺門聯動功能，它則在車站進口信號機外相鄰區段的應答器組（區間應答器組、進站應答器組或調車應答器組）中增加呼叫TSRS命令信息包，用于ATO車載設備呼叫TSRS并建立連接。

3.4.3 隧道通知信息應答器組

1）地面設備僅提供長度大于500 m的隧道信息。當相鄰隧道間小于1 000 m時，應合并描述隧道信息。

2）列車正向接近隧道時，宜通過兩組應答器組將隧道信息發送給車載設備。當列車反向接近隧道時，通過描述反向線路信息的最后一組應答器將隧道信息發送給車載設備，具體設置如圖4所示。

3）如果隧道通知信息應答器組和自動過分相應答器組的數據范圍內同時包含隧道和分相信息，則隧道和分相信息應在特殊區段信息包中無條件循環描述。隧道和分相信息不應相互覆蓋。

4 結束語

本文結合“智能鐵路”的發展需求，根據智能調度集中系統的功能，完善現有調度集中系統的功能，實現了列車運行自動調整、進路和命令安全卡控、行車信息數據平臺、行車調度綜合仿真和ATO功能，為后續一系列高速鐵路在智能化領域的建設提供借鑒和參考。