朔黃鐵路重載無線閉塞中心系統研究

何占元，張艷輝

(1．朔黃鐵路發展有限責任公司，河北肅寧 062350;2．北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070；3．北京市高速鐵路運行控制系統工程技術研究中心，北京 100070)

1 概述

重載移動閉塞列控系統適用于重載鐵路，用于控制重載列車行車安全的列控系統，主要由重載無線閉塞中心（Radio Block Center，RBC）、車載設備、聯鎖設備、臨時限速服務器、調度集中設備等組成。重載移動閉塞列控系統具有站內連續發車、區間移動閉塞、列車自動駕駛、北斗定位、兼容固定閉塞等功能。

重載RBC是重載移動閉塞列控系統核心設備之一，根據聯鎖、車載設備、相鄰重載RBC設備、臨時限速設備、調度集中設備等提供的信息，為列車計算行車許可，通過無線通信方式發送給車載設備，控制列車安全運行。

2 組成結構

重載RBC作為重載移動閉塞列控系統的核心設備，采用二乘二取二的安全計算機，保證系統安全、可靠、不間斷運行。重載RBC采用以太網方式與聯鎖、相鄰RBC、臨時限速服務器、調度集中設備進行通信；通過無線LTE網絡與車載設備進行通信；通過維護接口，將重載RBC維護信息發送給維護單元，如圖1所示。

圖1 重載RBC系統組成結構Fig.1 Schematic diagram of the composition of heavy-haul RBC system

3 主要功能

重載RBC作為重載移動閉塞列控系統的核心子系統，主要有列車輔助定位、列車篩選、計算行車許可、重載RBC間移交切換、固定閉塞與移動閉塞間切換、輔助聯鎖功能以及其他功能等。

3.1 列車輔助定位

重載列車具有列車長度長、載重大特點，對于重載移動閉塞列控系統，車載設備需要精確獲取列車位置包絡信息后，方可向重載RBC發送“行車許可申請”。由于列車長度較長，對于車站股道無法存放整列列車時，車身可能占壓咽喉區，如圖2所示，列車在無法獲取車身范圍內道岔位置時，則無法精確獲取列車位置包絡，影響車載設備發送“行車許可申請”時機，進而影響移動閉塞下發車效率。

圖2 重載列車站內發車示意Fig.2 Schematic diagram of the departure of a heavy-haul train from a station

以朔黃鐵路中使用的機車為例，機車類型、牽引重量、換長等信息如表1所示。

表1 機車類型、牽引重量、列車換長Tab.1 Locomotive types, traction weight and converted train length

對于列車車長較長，占壓咽喉區場景，車載設備向重載RBC申請輔助定位，重載RBC將聯鎖發送的道岔狀態，通過無線方式發送給車載設備，車載根據道岔狀態可精確列車位置包絡。

3.2 列車篩選

移動閉塞系統以車身包絡為閉塞計算列車追蹤，對于列車降級模式下，通過軌道電路或計軸檢測列車占用以固定閉塞制式行車的線路中，移動閉塞系統要求重載RBC在完成列車篩選條件下，方可以移動閉塞方式進行追蹤。列車篩選分為列車前端篩選、列車尾端篩選、人工前篩。

列車前端篩選：重載RBC判斷列車前方至所在區段邊界處無非通信車，可判斷列車有前端篩選。

列車尾端篩選：重載RBC判斷列車尾端至所在區段邊界處無非通信車，可判斷列車有尾端篩選。

人工前篩：移動閉塞系統下，為快速完成列車前端篩選，可通過人工確認列車前方無非通信車方式，完成列車篩選。

重載RBC判斷列車前方相鄰區段為空閑，向車載設備請求人工前端篩選，司機觀察列車前方情況，確認列車車頭至信號機處無非通信車，通過按壓DMI人工前篩確認按鈕，完成列車前端篩選，如圖3所示。

圖3 重載RBC完成前后端篩選示意Fig.3 Schematic diagram of the screening of the front-end and rear-end of a train by heavy-haul RBC

3.3 計算行車許可

重載移動閉塞列控系統在有軌道電路檢測列車占用條件下，支持移動閉塞制式和固定閉塞制式的列車混跑，重載RBC在計算列車行車許可時，存在追蹤移動閉塞列車，追蹤固定閉塞列車，追蹤降級列車場景。

1）計算追蹤移動閉塞列車的行車許可

追蹤移動閉塞列車是指追蹤前車為完成尾端篩選的通信車，且兩列車間無其他非通信車或通信車，則重載RBC按照追蹤移動閉塞列車方式，為該列車計算行車許可，并按照移動閉塞方式延伸列車行車許可終點。

2）計算追蹤固定閉塞列車的行車許可

追蹤固定閉塞列車是指追蹤前車為非通信車（包括LKJ設備控制的列車或ATP控制的降級列車），重載RBC按照閉塞分區為單元，通過檢查閉塞分區空閑，延伸行車許可終點追蹤固定閉塞列車。

3）計算追蹤降級列車的行車許可

追蹤前車為通信車，當前車由通信車降級為非通信車時，考慮重載列車車身較長，制動性能差，制動距離長，閉塞分區長度長等因素，若重載RBC按照追蹤固定閉塞列車方式回縮行車許可終點，可能會發生列車闖行車許可終點，在列車高速運行下，觸發緊急制動，對重載列車產生不可逆轉的損害。

對于該場景，重載移動閉塞列控系統要求重載RBC為后車保持行車許可終點，使列車在保障安全條件下進行制動，當行車許可終點所在閉塞分區空閑時，可按照固定閉塞方式追蹤列車，如圖4所示。

圖4 重載RBC計算列車追蹤降級列車行車許可示意Fig.4 Schematic diagram of movement authority of degraded tracking train as calculated by the heavy-haul RBC

3.4 重載RBC間移交切換

重載RBC最大支持管轄5個標準站聯鎖，線路較長，需要多個重載RBC管轄時，重載RBC間需要完成列車控制權的移交切換。重載RBC間控制權移交切換共分為3個過程：發起移交，控制權轉換，完成移交，如圖5所示。

圖5 重載RBC切換示意Fig.5 Schematic diagram of heavy-haul RBC handover

1）發起移交

移交RBC判斷列車完全進入移交區，且列車行車許可終點延伸至移交分界點，則移交RBC向接管RBC發起移交申請。接管RBC接收到移交RBC的移交申請時，延伸該列車行車許可終點至接管RBC管轄區，并將計算的接管行車許可信息發送給移交RBC，移交RBC將本RBC計算的行車許可及接管RBC計算的行車許可拼接后發送給列車。列車判斷車頭在移交RBC管轄區，采信移交RBC發送行車許可進行控車。

2）控制權轉換

列車在移交區，列車與移交RBC、接管RBC保持通信，移交RBC和接管RBC向列車均發送拼接后的行車許可，列車判斷車頭越過移交分界點，采信接管RBC發送的行車許可信息，完成控制權切換。

3）完成移交

移交列車車尾越過移交分界點，完全進入接管RBC管轄區，采信接管RBC發送的行車許可，并向移交RBC發起注銷，移交RBC接收到列車發送的注銷信息，則與列車斷開連接，即完成RBC間的列車移交切換流程。

3.5 固定閉塞與移動閉塞間切換

重載移動閉塞列控系統支持列車在固定閉塞制式與移動閉塞制式間切換，列車在固定閉塞制式下，由LKJ系統監控列車運行，司機憑地面允許信號行車。列車在移動閉塞制式下，由ATP控制列車安全運行，司機憑控車曲線行車。

1）固定閉塞→移動閉塞切換

列車由固定閉塞區駛入移動閉塞區時，當前列車由LKJ監控列車運行，列車經過切換應答器，激活ATP系統，ATP向重載RBC發起注冊，重載RBC判斷列車完成前端篩選，且滿足移動閉塞控車條件，向ATP發送行車許可，ATP接收到行車許可后，向LKJ申請控制權，LKJ釋放控制權后，列車完成固定閉塞到移動閉塞的切換，如圖6所示。

圖6 列車由固定閉塞區向移動閉塞區切換示意Fig.6 Schematic diagram of a train switching from fixed block to moving block

2）移動閉塞→固定閉塞切換

列車由移動閉塞區駛入固定閉塞區時，當前列車由ATP防護列車運行，由于移動閉塞制式下，重載RBC計算行車許可終點延伸至前車車尾，而LKJ系統是以軌道電路碼序監控列車運行，當ATP控車時允許列車最高速度高于切換至LKJ監控列車時允許列車最高速度，則會引起LKJ系統輸出制動，為防止該場景發生，列車在移動閉塞區向固定閉塞區切換時，重載RBC按照閉塞分區為單元延伸行車許可終點，確保ATP切換至LKJ控車時，LKJ系統不會輸出制動，如圖7所示。

圖7 列車由移動閉塞區向固定閉塞區切換示意Fig.7 Schematic diagram of a train switching from moving block to fixed block

3.6 輔助聯鎖功能

1）信號機接近

重載移動閉塞列控系統中，允許多列通信車駛入同一閉塞分區，對于地面有信號機設備，RBC根據列車屬性向聯鎖發送信號機接近的列車屬性，聯鎖根據該信息，控制室外信號機滅燈或是亮燈。

RBC向聯鎖發送信號機有通信車接近，則聯鎖控制該信號機滅燈；

RBC向聯鎖發送信號機無通信車接近，則聯鎖控制信號機亮燈；

RBC與聯鎖通信中斷情況下，聯鎖控制信號機亮燈。

2）信號機跨壓

重載移動閉塞列控系統中，站內允許通信車連續發車，聯鎖無法通過邏輯區段三點檢查占用邏輯判斷列車是否進入進路，無法滿足進路信號機一次開放有效原則，需要重載RBC根據列車實際包絡計算通信車跨壓信號機情況，并將列車跨壓信號機狀態發送至聯鎖，聯鎖用于判斷關閉信號機條件。

3）邏輯區段占用狀態

重載RBC以邏輯區段為單元，計算通信車包絡及非通信車占壓邏輯區段狀態，并將該邏輯區段占壓狀態發送至聯鎖，聯鎖用于判斷關閉信號、解鎖進路等條件。

邏輯區段占用狀態包含通信車占用、非通信車占用、無占用。

3.7 其他功能

1）臨時限速處理

重載RBC通過以太網與臨時限速服務器通信，獲取臨時限速信息，并將臨時限速信息隨行車許可發送至車載設備，車載設備根據限速信息計算控車曲線。

重載RBC上電啟動時，與TSRS設備完成上電初始化前，按照管轄范圍所有區段最低限速處理；與TSRS設備完成上電初始化后，根據TSRS設備下發的臨時限速信息更新區段限速；與TSRS設備通信中斷后，保持最近有效的臨時限速信息，直到與TSRS設備正常通信。

2）發送監測信息

重載RBC通過以太網與CTC通信，向CTC發送列車信息、線路信息以及設備工作狀態信息等，用于CTC設備監控列車運行、站場信息以及設備工作狀態。

3）發送前后車信息

重載RBC向列車發送距離該列車最近的前后車信息，該信息在列車DMI上顯示，用于輔助司機操控列車。

4 重載移動閉塞列控系統在朔黃鐵路應用

2014年國家能源集團在國內率先開展重載鐵路移動閉塞系統研究，提出并驗證了重載鐵路移動閉塞系統技術方案。

2019年6月，重載RBC作為重載移動閉塞列控系統核心設備之一，開始針對朔黃鐵路復雜場景做工程應用化研究，并于2020年11月～2020年12月，在朔黃鐵路定州西至安國5站4區間，開展試驗工作。

5 結束語

重載無線閉塞中心作為重載移動閉塞列控系統核心設備之一，通過工程化應用研究，兼容移動閉塞和固定閉塞功能，滿足重載鐵路復雜應用場景需求。能夠顯著提高朔黃鐵路運輸能力，降低線路改造難度，降低運營維護成本，為將來朔黃智慧鐵路建設奠定基礎。