張新明 禹志陽 袁煥靖

*中國鐵道科學研究院通信信號研究所 副研究員,100081北京

**北京維修基地 高級工程師 (鐵道部C3技術攻關組成員)100860 北京

CTCS-3級列控系統(tǒng)由車載設備,GSM-R無線通信網(wǎng)絡,以及無線閉塞中心 RBC、臨時限速服務器、列控中心 TCC、軌道電路、應答器等地面設備構成。RBC與聯(lián)鎖、CTC等設備通信,獲取車站進路信息、列車運行信息和限速調(diào)度命令信息,通過 GSM-R無線網(wǎng)絡為控制區(qū)域內(nèi)各列車提供行車許可、線路參數(shù)和臨時限速等信息。車載設備通過 GSM-R無線網(wǎng)絡向 RBC發(fā)送位置信息和列車數(shù)據(jù),并根據(jù) RBC提供的控車信息生成目標-距離模式曲線,監(jiān)控列車安全運行。

CTCS-3級列控系統(tǒng)規(guī)范對運營場景進行了詳細描述,運營場景包括列車注冊與注銷、等級轉(zhuǎn)換、行車許可、調(diào)車、緊急情況處理、臨時限速、RBC切換等。

1 列車注冊與注銷

1.1 列車啟動

車載設備上電、自檢完成后進入待機模式。當非本務端車載設備處于休眠模式時 (駕駛臺未開啟),來自本務端的激活信號使其保持該模式。當關閉本務端駕駛臺,該激活信號失效,原先處于休眠模式的車載設備轉(zhuǎn)為待機模式。司機開啟本務端駕駛臺,其車載設備首先要求司機輸入或確認駕駛員識別號,同時輸出激活信號使駕駛臺關閉的非本務端由待機模式轉(zhuǎn)為休眠模式。如果車載設備處于調(diào)車模式,則司機選擇退出調(diào)車后,車載設備轉(zhuǎn)為待機模式。

1.2 列車注冊

車載設備用已經(jīng)存儲的電話號碼呼叫無線閉塞中心 RBC,呼叫成功后,觸發(fā)通信會話初始化過程。車-地之間的通信會話建立后,車載設備向RBC發(fā)送 “SOM位置報告”;RBC對車載設備的識別信息進行注冊,并向車載設備發(fā)送行車許可申請參數(shù)和位置報告參數(shù)。RBC收到 “SOM位置報告”后,檢查位置報告的有效性。

1.3 列車發(fā)車準備

司機可以選擇調(diào)車模式或列車數(shù)據(jù)輸入。如果選擇了列車數(shù)據(jù)輸入,則輸入包括車次號在內(nèi)的列車數(shù)據(jù),車載設備向 RBC發(fā)送“驗證的列車數(shù)據(jù)”。RBC收到有效的列車數(shù)據(jù)后,對該列車數(shù)據(jù)進行注冊,之后向車載設備發(fā)送“列車數(shù)據(jù)的確認”。

1.4 列車發(fā)車

司機按壓 “啟動”按鈕后,車載設備向 RBC周期性發(fā)送 “行車許可申請”。

1.如果調(diào)度員無法為列車排列進路,RBC不能向車載設備發(fā)送行車許可,則司機可以有以下選擇:

1)選擇 “越行”,之后車載設備轉(zhuǎn)換到目視模式。

2)若RBC判斷出列車在站內(nèi)且調(diào)車信號開放,可以申請調(diào)車。

2.如果調(diào)度員可以為列車排列進路,則分為以下幾種情況:

1)假設車載設備給RBC的位置報告是無效的、未知的或不確切的 (位置確切是指RBC能確定列車所處進路),RBC不能向車載設備發(fā)送行車許可,則司機選擇 “越行”,車載設備轉(zhuǎn)換到目視模式。

2)假設車載設備給RBC的位置報告是有效的、確切的,進路中的軌道故障占用,聯(lián)鎖辦理引導接、發(fā)車,則RBC向車載設備發(fā)送帶引導的行車許可。車載設備收到新的行車許可后,要求司機確認引導模式轉(zhuǎn)換,司機確認后車載設備轉(zhuǎn)到引導模式。

3)假設車載設備給RBC的位置報告是有效的、確切的,進路中的軌道空閑,車載設備在停車之前的模式是非完全監(jiān)控模式,則RBC發(fā)送車頭到前方防護信號之間為引導模式,其余區(qū)段為完全監(jiān)控模式的行車許可。

4)假設車載設備給RBC的位置報告是有效的、確切的,進路中的軌道空閑,車載設備在停車之前的模式是完全監(jiān)控模式,列車發(fā)車方向與停車前的運行方向一致,則RBC向車載設備發(fā)送完全監(jiān)控模式的行車許可。

5)假設車載設備給RBC的位置報告是有效的、確切的,進路中的軌道空閑,列車發(fā)車方向與停車前的運行方向相反,則RBC發(fā)送車頭到前方防護信號之間為引導模式,其余區(qū)段為完全監(jiān)控模式的行車許可。

1.5 列車運行

列車在目視模式下行駛時,讀到一個含方向信息的應答器組后,車載設備向RBC發(fā)送有效的位置報告。如果先前收到的SOM位置報告是無效或未知的,則RBC向車載設備發(fā)送配置參數(shù)信息。RBC收到有效的位置報告后,若無法確定列車所處進路,則不發(fā)行車許可,或者能夠給出帶引導模式的行車許可,或者能夠給出完全監(jiān)控模式的行車許可。

1.6 列車注銷

列車停止,司機關閉駕駛臺,車載設備進入待機模式,并向RBC發(fā)送 “任務結束”。RBC命令車載設備關閉通信會話,車載設備觸發(fā)通信會話結束流程。通信會話結束后,RBC刪除對車載設備的注冊信息。

在未執(zhí)行正常的通信會話結束流程的情況下,若RBC在 5 min內(nèi)未收到來自車載設備的信息,即認為與車載設備的通信會話結束。

1.7 關閉列車電源

車載設備斷電后,除最后使用的工作等級、連接RBC所需要的信息外,其他列控信息均為無效。

2 等級轉(zhuǎn)換

2.1 CTCS-2級向CTCS-3級轉(zhuǎn)換

列車經(jīng)過無線通信鏈接點時,車載設備觸發(fā)通信會話初始化流程。

通信會話建立后,車載設備發(fā)送“驗證后的列車數(shù)據(jù)”。RBC對列車數(shù)據(jù)和有效位置進行注冊,并向車載設備發(fā)送行車許可請求參數(shù)和位置報告參數(shù),然后發(fā)送“列車數(shù)據(jù)確認”和“配置參數(shù)”。

車載設備收到 “列車數(shù)據(jù)確認”后,向RBC發(fā)送 “位置報告” “行車許可申請”或 “結束任務”等信息,并接收來自于RBC的控車信息。

RBC收到配置參數(shù)的確認后,開始向車載設備發(fā)送行車許可。車載設備保存行車許可以便在轉(zhuǎn)換到 CTCS-3級后使用。

當列車接收到等級轉(zhuǎn)換預告信息后,進入轉(zhuǎn)換確認區(qū),如果滿足等級轉(zhuǎn)換的條件 (車-地之間的通信會話已經(jīng)建立,車載收到等級轉(zhuǎn)換命令和越過轉(zhuǎn)換執(zhí)行點的 CTCS-3級完全監(jiān)控行車許可),則車載設備要求司機確認等級轉(zhuǎn)換。列車經(jīng)過轉(zhuǎn)換執(zhí)行點,如果滿足等級轉(zhuǎn)換的條件,則轉(zhuǎn)換到 CTCS-3級;否則繼續(xù)在 CTCS-2級下運行。

2.2 CTCS-3級向 CTCS-2級轉(zhuǎn)換

當列車經(jīng)過轉(zhuǎn)換預告點后,接收到應答器中的“等級轉(zhuǎn)換”信息。列車經(jīng)過轉(zhuǎn)換執(zhí)行點后,完成CTCS-3級到 CTCS-2級的轉(zhuǎn)換。列車最小安全末端越過等級轉(zhuǎn)換邊界后 (根據(jù)來自于車載的位置報告信息或來自于聯(lián)鎖的占用信息),RBC命令車載設備與自己中斷通信會話。車載設備收到該命令后,觸發(fā)通信會話結束流程。

2.3 無線通信中斷引發(fā) CTCS-3級向 CTCS-2級轉(zhuǎn)換

車載設備和RBC之間的安全通信會話建立后,如果在 20 s內(nèi)車載設備未收到RBC的信息,即認為通信超時且立即實施最大常用制動。當列車速度降低到 CTCS-2級允許速度后,經(jīng)司機確認可以切換到 CTCS-2級工作。如果司機不確認等級轉(zhuǎn)換或CTCS-2級設備不能正常工作,則車載設備在CTCS-3級下繼續(xù)實施最大常用制動到停車。停車后車載設備自動將行車許可縮短到當前車頭位置。

3 行車許可

3.1 CTC、聯(lián)鎖、列控中心、軌道電路、RBC之間的關系

聯(lián)鎖根據(jù) CTC的辦理進路申請以及自身的邏輯 (聯(lián)鎖依據(jù)的站內(nèi)、接近區(qū)段、離去區(qū)段的軌道占用信息來自于軌道繼電器或列控中心),控制車站進路的鎖閉/解鎖與信號的開放/關閉。

列控中心將區(qū)間進路信息 (區(qū)間進路就是閉塞分區(qū),其信息包括:占用/空閑、閉塞分區(qū)編號等)傳送給聯(lián)鎖。聯(lián)鎖將站內(nèi)進路信息 (包括:站內(nèi)進路的鎖閉 /解鎖、占用/空閑、信號開放/關閉、進路類型、進路編號、信號降級狀態(tài)等)、區(qū)間進路信息以及進路授權信息 (進路授權、進路使用、無進路)傳送給RBC。RBC利用來自于聯(lián)鎖的進路授權信息確定向車載設備發(fā)送的行車許可范圍。

在RBC中,可以將所有進路歸結為 3種狀態(tài):有車占用、空閑但有行車許可涉及該閉塞分區(qū)和空閑且無行車許可涉及該閉塞分區(qū)。

3.2 聯(lián)鎖的解鎖過程

聯(lián)鎖采用逐段解鎖的方式且其解鎖不受RBC控制。

3.2.1 正常解鎖

1.聯(lián)鎖辦理接車進路,聯(lián)鎖向RBC發(fā)送 “接車進路授權”,列車依次占用進路中的各區(qū)段,聯(lián)鎖發(fā)送 “接車進路使用”,當列車完全進入股道后,股道之前的區(qū)段已經(jīng)逐段解鎖完畢。之后的場景分以下 2種情況:①如果聯(lián)鎖未辦理對應的發(fā)車進路 (單接車),則股道列車停穩(wěn)計時 40 s后,股道解鎖,聯(lián)鎖發(fā)送 “接車進路無進路”;②如果聯(lián)鎖已經(jīng)辦理對應的發(fā)車進路 (先接車后發(fā)車),則參考以下 2.的流程。

2.當列車在股道停車后,聯(lián)鎖辦理單發(fā)車進路,聯(lián)鎖向RBC發(fā)送 “股道 +發(fā)車進路授權”,或列車在接車股道未解鎖時,聯(lián)鎖辦理發(fā)車進路,聯(lián)鎖向RBC發(fā)送 “發(fā)車進路授權”,列車依次占用發(fā)車進路中的各區(qū)段,聯(lián)鎖發(fā)送 “發(fā)車進路使用”,并出清股道 (在單發(fā)車時,聯(lián)鎖發(fā)送 “股道無進路”;在先接車后發(fā)車時,聯(lián)鎖發(fā)送 “接車進路無進路”),當列車完全越過離去區(qū)段后,發(fā)車進路中的各區(qū)段逐段解鎖完畢,聯(lián)鎖發(fā)送 “發(fā)車進路無進路”。

3.2.2 人工解鎖

定義進站信號機外方的接近區(qū)段滿足列車由CTCS-3級最高速度常用制動到停車所需要的制動距離,同時考慮相關的最不利通信時延。當列車尚未進入接近區(qū)段時,采用進路取消方式解鎖接車進路;當列車已經(jīng)進入接近區(qū)段時,采用人工 3 min延時解鎖接車進路。

3.3 行車許可延伸

當列車到達模式曲線指示限之前的一定距離時,車載設備開始周期性向RBC發(fā)送 “行車許可申請”。RBC判斷前方區(qū)間軌道區(qū)段空閑或站內(nèi)信號開放,則向車載設備發(fā)送延伸后的行車許可。

3.4 停車后列車數(shù)據(jù)更改

司機更改列車數(shù)據(jù) (例如列車完成重聯(lián)、摘解作業(yè),或者更改司機號、車次號)后,車載設備自動將行車許可和線路參數(shù)描述縮短到當前車頭,并向RBC發(fā)送除司機號以外的其他列車數(shù)據(jù)。RBC對收到的新 “列車數(shù)據(jù)”進行注冊,并給車載設備發(fā)送 “列車數(shù)據(jù)的確認”。車載設備在收到“列車數(shù)據(jù)的確認”之后,向RBC發(fā)送行車許可申請。

3.5 列車自動過分相區(qū)

在行車許可中描述其范圍內(nèi)的分相區(qū)。當列車前端距分相區(qū)有 10 s的走行距離時,車載設備向司機輸出提示信息;當列車前端受電弓距分相區(qū)有3s的走行距離時,觸發(fā)動車組過分相操作 (落下受電弓、關閉主電源);當列車前端受電弓越過分相區(qū)后,取消過分相操作。如果動車組采用其他受電弓,則動車組應具備調(diào)整觸發(fā)時機的功能。

4 調(diào)車

RBC工程數(shù)據(jù)中,在車站內(nèi)劃分出允許調(diào)車的區(qū)域。允許調(diào)車的區(qū)域的邊界設置含 “調(diào)車危險”信息的應答器。

4.1 調(diào)車作業(yè)

司機根據(jù)調(diào)度員指示選擇調(diào)車模式,車載設備向RBC發(fā)送 “申請調(diào)車”。RBC根據(jù) “申請調(diào)車”中的 “位置報告”判斷列車是否在允許調(diào)車的區(qū)域內(nèi):①如果列車不在允許調(diào)車的區(qū)域內(nèi),則RBC向車載設備發(fā)送 “拒絕車載的調(diào)車請求”;②如果列車在允許調(diào)車的區(qū)域內(nèi),則RBC將該列車注冊為調(diào)車單元,之后向車載設備發(fā)送 “同意車載的調(diào)車請求”。

車載設備收到 “同意車載設備的調(diào)車請求”后,進入調(diào)車模式,刪除車次號以外的其他列車信息,并向RBC發(fā)送 “任務結束”。RBC收到 “任務結束”后,命令調(diào)車單元關閉通信會話。之后車載設備發(fā)起結束通信會話的流程,司機根據(jù)地面調(diào)車信號進行調(diào)車作業(yè)。調(diào)車作業(yè)結束后,司機選擇退出調(diào)車模式,車載設備轉(zhuǎn)入待機模式,重新進行啟動、注冊等過程。

4.2 調(diào)車模式下列車冒進

當列車在調(diào)車模式下收到應答器中的 “調(diào)車危險”時,車載設備進入冒進模式。進入冒進模式后,經(jīng)司機確認,車載設備進入冒后模式,這時司機可以選擇調(diào)車模式或列車數(shù)據(jù)輸入。

5 緊急情況處理

5.1 列車所在閉塞分區(qū)出現(xiàn)緊急情況

列車已經(jīng)獲得了涉及前方進路的行車許可,而列車所在的閉塞分區(qū)出現(xiàn)軌道故障占用或道岔失去表示,RBC對此情況不做反應。

5.2 列車前方閉塞分區(qū)出現(xiàn)緊急情況

列車已經(jīng)獲得了涉及前方某進路的行車許可,該進路出現(xiàn)軌道占用或道岔失去表示時,對于處于引導或完全監(jiān)控模式下的列車,RBC發(fā)送 CEM(控車監(jiān)督點為該進路的防護信號);對于處于目視模式的列車,RBC不做反應。

如果是本列車占用,則車載設備忽略 CEM;如果是其他情況,則車載設備按緊急停車點控車。車載設備收到 CEM后,向RBC發(fā)送 “緊急停車命令的確認”。如果前方的緊急狀態(tài)取消,則RBC向車載設備發(fā)送 “撤消緊急停車”,之后若車載設備未發(fā)生冒進,則可以接受新行車許可。

5.3 人工解鎖接、發(fā)車進路

列車運行前方的接車或發(fā)車進路開放,當前行車許可已經(jīng)涉及該進路,防護信號因進路取消或人工解鎖操作而關閉,則RBC向車載設備發(fā)送強制縮短行車許可 (控車監(jiān)督點為該關閉的防護信號)。

5.4 區(qū)間停車后的越行與目視行車進出站

列車停在發(fā)生軌道故障占用的區(qū)間閉塞分區(qū)防護信號的外方,或者站內(nèi)發(fā)生道岔失去表示,司機按壓 “越行”按鈕,車載設備進入目視模式。

RBC根據(jù)來自于車載設備的位置報告判斷出最小安全前端已經(jīng)越過發(fā)生故障的閉塞分區(qū),根據(jù)來自于聯(lián)鎖的信息判斷出發(fā)生軌道故障占用的閉塞分區(qū)之后的軌道被占用,而且RBC獲得這 2種信息的時間差在 6 s以內(nèi),則RBC根據(jù)前方進路情況,可以向車載設備發(fā)送完全監(jiān)控行車許可。

5.5 在進站信號機外方或股道停車后的引導接發(fā)車

站內(nèi)發(fā)生軌道故障占用,調(diào)度員辦理引導接、發(fā)車進路,RBC向車載設備發(fā)送接、發(fā)車進路為引導模式,其他區(qū)段為完全監(jiān)控模式的行車許可。

5.6 無條件緊急停車 (UEM)

RBC根據(jù)調(diào)度員命令或來自于報警傳感器的信息,向車載設備發(fā)送 UEM。車載設備收到 UEM后,把當前行車許可和相關線路參數(shù)描述縮短到車頭位置,并立刻進入冒進模式且緊急制動。UEM適用于處于目視、引導或完全監(jiān)控模式下的列車。

5.7 列車最小安全前端越過 EOA后引發(fā)的冒進

列車最小安全前端越過 EOA后,車載設備進入冒進模式,刪除當前行車許可和線路參數(shù)描述。列車停穩(wěn)后,司機確認冒進,車載設備緩解緊急制動,轉(zhuǎn)到冒后模式。RBC收到車載設備轉(zhuǎn)入冒后模式的位置報告后,向車載設備發(fā)送 “確認退出冒進模式”。如果不是由緊急停車命令引發(fā)的冒進,則車載設備收到 “確認退出冒進模式”后,允許司機選擇啟動或調(diào)車。如果是由緊急停車命令引發(fā)的冒進,則車載設備收到 “確認退出冒進模式”和 “撤消緊急停車”后,允許司機選擇啟動或調(diào)車。

6 臨時限速

6.1 臨時限速的設置

在列車當前行車許可范圍以外存在臨時限速區(qū)時,則RBC在向車載設備發(fā)送新的行車許可中包含 “臨時限速設置”。

列車運行前方的臨時限速已經(jīng)設置成功 (RBC已經(jīng)在給車載設備發(fā)送的行車許可中對該臨時限速進行了描述,并且收到對應的確認信息),如果行車許可發(fā)生延伸或縮短,而且延伸或縮短后的行車許可范圍仍然涉及該臨時限速區(qū),則延伸或縮短后的行車許可中仍然包含該 “臨時限速設置”。

6.2 臨時限速的取消

在列車當前行車許可范圍以內(nèi)存在臨時限速區(qū),當取消臨時限速的調(diào)度命令通過限速服務器下達到RBC時,則RBC向車載設備發(fā)送含 “取消臨時限速”的通用信息。RBC需要縮短行車許可(強制縮短行車許可、有條件緊急停車且被車載接受、無條件緊急停車),且縮短后的行車許可不再涉及臨時限速,則RBC在向車載設備發(fā)送縮短行車許可的信息后,又向車載設備發(fā)送含 “取消臨時限速”的通用信息。列車改變運行方向后,先前收到的原運行方向上的臨時限速信息自動失效。

7 RBC切換

“移交RBC”和 “接收RBC”的管轄范圍有重疊,2個RBC能夠各自獨立獲得重疊區(qū)的鏈接、進路、線路參數(shù)、臨時限速、等級轉(zhuǎn)換和緊急停車命令等信息。

7.1 車載雙電臺工作時的RBC切換

列車越過切換預告點后,向 “移交RBC”發(fā)送位置報告?！耙平籖BC”據(jù)此向車載設備發(fā)送切換命令。車載設備收到切換命令后,開始嘗試與“接收RBC”建立通信會話。

車載設備與 “接收RBC”建立通信會話后,向RBC發(fā)送 “驗證后的列車數(shù)據(jù)”。 “接收RBC”對列車數(shù)據(jù)和有效位置進行注冊,并向車載設備發(fā)送行車許可請求參數(shù)和位置報告參數(shù),然后發(fā)送“列車數(shù)據(jù)確認”和 “配置參數(shù)”。

車載設備收到來自于 “接收RBC”的 “列車數(shù)據(jù)確認”后,開始向 “接收RBC”發(fā)送 “行車許可申請”,直到獲得行車許可并將其保存。之后車載設備向 2個RBC發(fā)送位置報告、行車許可申請等信息,并接收來自于 2個RBC的控車信息。

當列車最大安全前端越過切換邊界點時,車載設備采用 “接收RBC”的信息控車。當 “移交RBC”判斷列車最小安全末端已經(jīng)越過切換邊界點時,命令車載設備與本 “移交RBC”結束通信會話。

在列車最大安全前端越過切換邊界點之前,如果 2個RBC因緊急情況各自發(fā)送 SMA、CEM和UEM信息使行車許可縮短到切換邊界點之前,或者收到來自于車載設備的結束任務信息,表明切換過程將被中途取消,“接收RBC”命令車載設備與本RBC結束通信會話。待啟動切換過程的條件重新具備后,“移交RBC”再次向車載設備發(fā)送切換命令。

在列車最大安全前端越過切換邊界點之后,不允許取消切換過程。

7.2 車載單電臺工作時的RBC切換

車載設備收到來自于 “移交RBC”的切換命令后,當 “移交RBC”判斷列車最小安全末端已經(jīng)越過切換邊界點時,命令車載與本RBC結束通信會話,之后車載設備嘗試與 “接收RBC”建立通信會話。

若 40 s內(nèi)車載設備未與 “接收RBC”建立起通信會話,按無線通信超時處理。與 “接收RBC”的通信會話建立后,車載設備與RBC之間的信息交換與前面雙電臺的情況類似。

8 結束語

本文對適合中國鐵路運輸特點的 CTCS-3級列控系統(tǒng)功能需求中的一些特點進行了介紹,希望對CTCS-3級列控系統(tǒng)的研究、運用和維護提供一定的幫助與參考。

[1］ 鐵道部科技司.CTC S技術規(guī)范總則(暫行).北京:中國鐵道出版社,2004.

[2］ 鐵道部科技司運輸局.CTCS-3級列控系統(tǒng)功能需求規(guī)范(F R S)(V 0.1).2008,8.

[3］ 鐵道部科技司運輸局.CTCS-3級列控系統(tǒng)總體技術方案(V 0.1).2008,3.