基于車站無線通信下的臨時限速研究

奇岳恒，杜江紅

(1.國能新朔準池鐵路(山西)有限責任公司，山西朔州 036002;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

在列車運行控制系統中，臨時限速是實現列車在風、雨、雪、施工、突發災害、惡劣條件等條件下安全運行的至關重要功能。在CTCS-3級列控系統中，CTC將臨時限速信息下發給臨時限速服務器（Temporary Speed Restriction Server，TSRS）設備，由TSRS將臨時限速信息發送給無線閉塞中心（Radio Block Center，RBC）。RBC根據列車位置信息、進路信息、計算行車許可，并將行車許可范圍內的臨時限速信息通過GSM-R網絡發送給列車超速防護系統（Automatic Train Protection，ATP）。由ATP根據行車許可、臨時限速信息，計算目標-距離制動曲線，防護列車安全運行。在CTCS-2級列控系統中，CTC將臨時限速信息下發給TSRS設備，由TSRS將臨時限速信息發送給列控中心（Train Control Center，TCC）。TCC根據計算機聯鎖（Computer Based Interlocking，CBI）發送的進路信息，將臨時限速信息發送至有源應答器。列車經過有源應答器時，ATP接收有源應答器中的臨時限速信息，并根據軌道電路發碼，計算目標-距離制動曲線，防護列車安全運行。在CBTC系統中，列車自動監控系統（Automatic Train Supervision，ATS）將臨時限速信息發送至區域控制中心（Zone Control Center，ZC）。ZC根據列車匯報的位置信息，及聯鎖辦理的進路信息計算行車許可，并將行車許可范圍的臨時限速信息通過長期演進技術（Long Term Evolution，LTE）網絡發送至ATP，由ATP根據行車許可、臨時限速信息，計算目標-距離制動曲線，防護列車安全運行。

上述3種既有列控系統的臨時限速處理方式無法滿足僅車站內覆蓋無線通信條件下的列控系統對臨時限速信息的處理需求。本文研究僅在車站覆蓋無線網絡條件下，通過在車站劃分正線臨時限速區、側線臨時限速區，區間劃分未覆蓋無線通信區，結合列車在站內通過無線通信匯報的位置，計算出列車走行路徑范圍的臨時限速信息，將站內及區間列車走行路徑范圍內的臨時限速信息發送至ATP，保障列車安全運行。

2 設備組成

在車站覆蓋無線網絡情況下，設置以下設備，組成滿足運行需求的新型列控系統。該系統由CTC、聯鎖、TSRS、車站控制設備、ATP系統以及車站無線網絡系統組成。在該系統中，CTC將臨時限速信息發送給TSRS，TSRS將臨時限速信息轉發給車站控制設備，車站控制設備存儲TSRS下發的管轄范圍內的臨時限速信息。聯鎖將車站內的進路信息、區段占用信息、道岔位置、信號機開放狀態發送給車站控制設備。ATP將列車位置信息、控制模式、速度等信息發送給車站控制設備。車站控制設備根據列車匯報的位置信息、進路信息、區段占用信息、道岔位置信息、信號機開放狀態等信息，計算列車走行路徑，將路徑范圍內的臨時限速信息發送給ATP。ATP根據臨時限速信息、軌道電路發碼信息計算目標-距離制動曲線，防護列車安全運行，如圖1所示。

圖1 新型列控系統組成結構示意Fig.1 Structure diagram of the new train control system

3 臨時限速處理

新型列控系統中，車站控制設備實現對臨時限速拆分、臨時限速的存儲、列車走行路徑搜索、臨時限速信息發送等功能。

3.1 臨時限速范圍設計

1）車站覆蓋無線網絡設計

在車站無線網絡覆蓋范圍內，列車接收到車站控制設備發送的列車運行前方臨時限速信息和線路信息后，以不引起列車制動為最小原則，同時考慮列車與車站控制設備通信容忍安全余量。對于進站列車，以進站信號機為目標點，以列車最大線路允許速度為初始速度V0，考慮列車線性減速度計算的制動距離S線性，列車減速度非線性變化計算的制動距離S非線性，線路最大12‰下坡，列車與車站控制設備建立通信的鏈接時間T建鏈，計算出車站無線覆蓋范圍L無線覆蓋，如公式（1）～（3）所示。

根據公式（1）～（3），得出的L無線覆蓋范圍作為車站覆蓋無線網絡的最小范圍值，如圖2所示。

圖2 車站無線網絡覆蓋區示意Fig.2 Schematic diagram of station wireless network coverage area

2）車站臨時限速管轄范圍設計

設計車站臨時限速管轄范圍時，當列車出站后，接收到車站控制設備發送的臨時限速信息，以該臨時限速范圍至列車與下一個相鄰車站的車站控制設備建立連接時，以列車前方臨時限速信息不引起列車制動為基本原則?？紤]車站控制設備設計為管轄單個車站，以上一相鄰站反向進站信號機作為臨時限速管轄左邊界，以下一相鄰正向進站信號機作為臨時限速管轄右邊界，作為車站控制設備的臨時限速管轄范圍，如圖3所示。

圖3 臨時限速區管轄范圍示意Fig.3 Schematic diagram of jurisdiction of temporary speed restriction zone

3.2 臨時限速存儲

TSRS向車站控制設備發送臨時限速信息時，分為兩類限速命令：正線臨時限速和側線臨時限速。

1）正線臨時限速范圍

正線臨時限速內容：限速編號、限速值、站號、正線線路號、起點里程標和終點里程標。

正線臨時限速信息存儲結構如下：

臨時限速范圍在區間未覆蓋無線網絡區域，臨時限速信息存儲方式：限速編號、限速值、正線線路號、起點里程標和終點里程標；

臨時限速范圍在車站覆蓋無線網絡區段，臨時限速存儲方式：限速編號、限速值、限速起點區段編號、限速起點區段偏移、限速終點區段編號和限速終點區段偏移。

2）測試臨時限速范圍

側線限速區按照車站側線范圍劃分為3區、4區，如圖4所示。

圖4 車站側線限速區管轄范圍示意Fig.4 Schematic diagram of jurisdiction of speed restriction area of the sidings of the station

側線臨時限速內容：限速編號、限速值、站號和側線區號。

側線臨時限速信息存儲結構如下：將側線區臨時限速信息對應到側線區區段中，按照區段限速左偏移、限速右偏移、限速值進行存儲。

3.3 臨時限速分發

1）無線覆蓋范圍內臨時限速分發

列車駛入車站無線覆蓋區范圍內后，與車站控制設備建立通信，將列車位置信息、控制模式等信息發送給車站控制設備。車站控制設備根據列車位置、進路信息、道岔新型進行列車走行路徑判斷。將列車走行路徑范圍內的臨時限速信息發送給ATP。ATP根據限速信息計算目標-距離制動曲線，防護列車安全運行，如圖5所示。

圖5 車站范圍內臨時限速處理Fig.5 Temporary speed restriction within the station

列車在站內時，列車走行路徑終點為X1信號機處，且X→X1信號機范圍內，有臨時限速信息，則車站控制設備從列車車尾為起點，按照“點+線”拓撲關系，搜索列車前方走行路徑，以禁止信號機X1作為搜索路徑終止點，將路徑范圍內的臨時限速信息按照以下原則通過無線通信網絡發送至列車。

站內臨時限速內容：區段限速左偏移、區段限速右偏移和限速值。

臨時限速發送內容：車頭位置至限速起點（D），限速長度（L）和限速值（V）。

其中，D＝限速起點位置?車頭位置；

L＝走行路徑范圍內臨時限速長度；

V＝臨時限速值。

2）無線通信未覆蓋范圍內的臨時限速分發

列車出站前，當無線網絡未覆蓋的區間有臨時限速，則車站控制設備從列車車尾位置為起點，按照點+線拓撲關系，搜索列車前方走行路徑，最遠至臨時限速管轄邊界（B站X信號機處），并將無線網絡未覆蓋的區間中的臨時限速信息按如下原則進行轉換并發送。如圖6所示。

圖6 未覆蓋無線網絡區間臨時限速處理Fig.6 Temporary speed restriction in sections without wireless network coverage

未覆蓋無線網絡區間臨時限速內容：限速編號、限速值、正線線路號、起點里程標和終點里程標。

臨時限速發送內容：D＝車頭位置至限速起點，L＝限速長度，V＝限速值。

D＝無線網絡覆蓋邊界位置?車頭位置＋（區間限速起點里程標?無線網絡覆蓋邊界里程標）

L＝無線網絡覆蓋區間中的臨時限速長度

V＝無線網絡覆蓋區間中的臨時限速值

4 限制及約束

對于適用于在車站覆蓋無線通信網絡，區間未覆蓋無線通信網絡的新型列控系統，在處理臨時限速功能時，臨時限速處理應制定如下約束條件。

1）要求調度員在下達區間臨時限速時，確保該區間內無列車運行。

2）應確保列車在出站前，接收到車站控制設備發送的區間臨時限速后，方可辦理列車出站。

3）當列車進入未覆蓋無線通信網絡的區間發生故障且故障恢復后，列車應使用發車車站的車站控制設備發送的臨時限速信息計算目標-距離速度曲線，并防護列車安全運行。

4）應確保列車在獲取車站控制設備最新臨時限速信息前，在進站信號機前停車，禁止駛入站內。

5 結束語

研究適用于站內覆蓋無線通信網絡，區間未覆蓋無線通信網絡的新型列控系統的臨時限速處理方式。針對不具備全線覆蓋無線網絡條件的線路，有效實施提高列車行車安全的臨時限速功能。為降低對區間無線通信的依賴，縮小線路改造范圍，提供一種可行的解決方案。