■ 王力

CTCS-2+ATO列控系統(tǒng)將在珠江三角洲城際客運(yùn)專線首次應(yīng)用，列車自動(dòng)運(yùn)行（ATO）功能的應(yīng)用將大大提高列控系統(tǒng)技術(shù)水平。分析和研究影響CTCS-2+ATO列控系統(tǒng)研發(fā)及功能應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題，有助于在前期建設(shè)階段理清其運(yùn)營(yíng)需求與建設(shè)關(guān)系，并為總體原則的確定提供借鑒，為后續(xù)工作打好基礎(chǔ)。

1 ATO運(yùn)用模式分析

城際客運(yùn)專線將在既有國(guó)鐵CTCS列控系統(tǒng)基礎(chǔ)上擴(kuò)展ATO功能，通過(guò)站臺(tái)精確停車、站間自動(dòng)駕駛、車門與屏蔽門/安全門聯(lián)動(dòng)控制、自動(dòng)折返等ATO功能的運(yùn)用，提高信號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)化程度，提升運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平。

ATO在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用。在城際客運(yùn)專線CTCS-2+ATO列控系統(tǒng)建設(shè)中，可結(jié)合城際客運(yùn)專線運(yùn)營(yíng)需求、城市軌道交通ATO技術(shù)運(yùn)用情況及CTCS列控系統(tǒng)應(yīng)用特點(diǎn)，確定其在城際客運(yùn)專線的運(yùn)用模式。

ATO為非故障-安全系統(tǒng)，在城市軌道交通實(shí)際應(yīng)用中的主要作用是實(shí)現(xiàn)正常情況下高質(zhì)量的自動(dòng)駕駛，以減少司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度，提高列車運(yùn)行效率，達(dá)到提高列車運(yùn)行舒適度和節(jié)能效果。ATO子系統(tǒng)相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)是以列車自動(dòng)保護(hù)裝置（ATP）為基礎(chǔ)，從ATP獲得相關(guān)基礎(chǔ)信息，在ATP的保護(hù)下實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)運(yùn)行功能。在城際客運(yùn)專線應(yīng)用中，ATO必須在ATP保護(hù)下運(yùn)用。在具體工程應(yīng)用中，既有CTCS列控系統(tǒng)可增加ATO自動(dòng)駕駛模式。在該工作模式下，列控系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)行計(jì)劃選擇相應(yīng)的自動(dòng)運(yùn)行控制曲線（如正常運(yùn)行曲線、加速運(yùn)行曲線、減速運(yùn)行曲線等）。為保證ATO可靠運(yùn)行，CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)在完全監(jiān)控模式下，允許司機(jī)在列控系統(tǒng)設(shè)備正常工作時(shí)切換至ATO駕駛模式。ATO功能無(wú)法正常使用時(shí)，在ATP設(shè)備正常情況下可降級(jí)為完全監(jiān)控模式。

在單方向線路故障和故障列車運(yùn)行等特殊情況下組織反向運(yùn)行作業(yè)，ATO反向運(yùn)行模式確定可根據(jù)不同情況區(qū)別對(duì)待。如一般情況下的反向運(yùn)行可不應(yīng)用ATO駕駛模式，根據(jù)CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)配置采用自動(dòng)站間閉塞方式或追蹤運(yùn)行模式，到站開關(guān)車門的安全監(jiān)督和控制由司機(jī)負(fù)責(zé)。為保證作業(yè)效率，對(duì)自動(dòng)折返作業(yè)及動(dòng)車走行線反向運(yùn)行等相對(duì)固定的運(yùn)營(yíng)組織作業(yè)，可允許在反向運(yùn)行時(shí)采用ATO駕駛模式。

2 屏蔽門/安全門系統(tǒng)接口方案建議

珠江三角洲城際客運(yùn)專線各車站均設(shè)有屏蔽門/安全門，通過(guò)列控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)車門與屏蔽門/安全門聯(lián)控功能。信號(hào)系統(tǒng)與屏蔽門/安全門接口控制方案在參照城市軌道交通應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，還應(yīng)充分考慮珠江三角洲城際客運(yùn)線的實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況。

城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)與屏蔽門/安全門系統(tǒng)接口形式一般采用硬線安全回路方式實(shí)現(xiàn)，信號(hào)系統(tǒng)需向屏蔽門系統(tǒng)提供“開門”、“關(guān)門”命令，屏蔽門系統(tǒng)向信號(hào)系統(tǒng)發(fā)出“屏蔽門關(guān)閉且鎖定”、“屏蔽門互鎖解除”命令。屏蔽門系統(tǒng)一般為每側(cè)站臺(tái)提供1組與信號(hào)系統(tǒng)連接的接口，在實(shí)際工程應(yīng)用中典型的雙線島式車站及四線側(cè)式站臺(tái)均需要2組接口。因城市軌道交通有越行作業(yè)的運(yùn)營(yíng)線路相對(duì)較少，且混跑線路車輛類型基本一致，一般很少出現(xiàn)對(duì)應(yīng)不同車輛開門數(shù)量不一致的情況。

根據(jù)珠江三角洲城際客運(yùn)專線確定的運(yùn)營(yíng)模式，線路開通后將同時(shí)運(yùn)營(yíng)最高速度200 km/h的大站停列車與最高速度160 km/h的站站停列車，在設(shè)有越行線的車站，大站停列車可越行站站停列車。2種列車平面布置參數(shù)存在一定差別，大站停列車每節(jié)編組設(shè)有2個(gè)車門，站站停列車每節(jié)編組設(shè)有3個(gè)車門。雖然2種列車對(duì)應(yīng)車門開門位置相同，但車門數(shù)量不同，將對(duì)信號(hào)系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)接口產(chǎn)生較大影響。

以莞惠城際客運(yùn)專線為例。一般車站正線屏蔽門/安全門距站臺(tái)端部1.2 m，而側(cè)線屏蔽門/安全門距站臺(tái)端部0.2 m。根據(jù)運(yùn)營(yíng)組織需要，在2種列車共同交路折返站（如客運(yùn)北站）均需進(jìn)入側(cè)線停車進(jìn)行乘降。因屏蔽門/安全門距離站臺(tái)較近，2種列車停站后屏蔽門開門控制不區(qū)分，可能在客流高峰時(shí)段危及旅客乘車安全。為保證ATO功能可用性及解決此問(wèn)題，可在每側(cè)站臺(tái)增加1組屏蔽門系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)接口，使屏蔽門系統(tǒng)對(duì)應(yīng)不同列車，實(shí)現(xiàn)控制不同的開關(guān)門。車輛類型信息可通過(guò)GSM-R無(wú)線通信傳輸?shù)能嚧翁?hào)信息獲得，如果車次信息無(wú)法區(qū)分，可在司機(jī)登錄注冊(cè)機(jī)車信息時(shí)輸入，車站停車時(shí)通過(guò)ATO車-地信息傳輸給相應(yīng)接口，保證屏蔽門系統(tǒng)根據(jù)列車類型實(shí)現(xiàn)不同開關(guān)門動(dòng)作。信號(hào)系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)接口信息見(jiàn)圖1。對(duì)正線2種列車同時(shí)?？坑信渚€車站及無(wú)配線車站，信號(hào)系統(tǒng)可采用這種與屏蔽門系統(tǒng)接口方案。

3 站臺(tái)緊急停車功能應(yīng)用探討

在城市軌道交通運(yùn)營(yíng)線路上，站臺(tái)緊急停車功能最初主要是在未加裝屏蔽門／安全門車站提供緊急防護(hù)，在乘客意外跌入軌道區(qū)域等突發(fā)情況下，保證按壓緊急停車按鈕使列車緊急制動(dòng)。目前，城市軌道交通設(shè)有屏蔽門/安全門的運(yùn)營(yíng)線路提供了站臺(tái)緊急停車功能。

城市軌道交通一般在每個(gè)車站的車控室、站臺(tái)上設(shè)緊急停車按鈕。按下緊急停車按鈕即向?qū)?yīng)站臺(tái)區(qū)域和列車離去區(qū)段發(fā)送緊急停車命令，必須經(jīng)人工確認(rèn)后才能恢復(fù)，如有地面信號(hào)機(jī)，還需切斷信號(hào)開放電路。車控室的緊急停車按鈕設(shè)在綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置的綜合后備控制盤（IBP盤）上，車站每側(cè)站臺(tái)端部的1/4和3/4位置設(shè)置緊急停車按鈕箱。在特殊要求或緊急情況下，車站值班員可操縱車控室或站臺(tái)上的緊急停車按鈕，禁止列車進(jìn)入車站，實(shí)現(xiàn)車站封鎖，或禁止停站列車進(jìn)入?yún)^(qū)間，實(shí)現(xiàn)區(qū)間封鎖，對(duì)已啟動(dòng)而尚未完全離開車站的列車實(shí)施緊急制動(dòng)停車。當(dāng)故障排除，允許解除列車緊急制動(dòng)時(shí)，車站值班員操作綜合后備控制盤上的緊急停車恢復(fù)按鈕恢復(fù)列車正常通行。為實(shí)現(xiàn)與信號(hào)系統(tǒng)接口，車站信號(hào)系統(tǒng)通過(guò)硬線電纜與車控室IBP盤接線端子連接。

圖1 信號(hào)系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)接口信息示意圖

以城市軌道交通CBTC系統(tǒng)為例。為實(shí)現(xiàn)緊急停車功能，信號(hào)系統(tǒng)一般通過(guò)聯(lián)鎖子系統(tǒng)采集“緊急停車”按鈕信息，傳給區(qū)域控制器ZC，通過(guò)車-地?zé)o線通信傳給車載計(jì)算機(jī)處理并執(zhí)行。國(guó)鐵客運(yùn)專線CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)中，針對(duì)防災(zāi)系統(tǒng)需求預(yù)留了緊急停車功能，緊急情況下RBC可命令其管轄范圍內(nèi)的特定列車停車。對(duì)城際客運(yùn)專線CTCS-2+ATO列控系統(tǒng)，可通過(guò)列控中心采集相應(yīng)“站臺(tái)緊急停車”按鈕信息，列控中心控制對(duì)應(yīng)的接車進(jìn)路、發(fā)車進(jìn)路發(fā)“H”碼，閉塞區(qū)段按追蹤碼序進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)緊急防護(hù)功能。因城際客運(yùn)專線動(dòng)車組相對(duì)運(yùn)行速度較高，其緊急制動(dòng)距離相對(duì)較長(zhǎng)。以莞惠城際客運(yùn)專線最高運(yùn)行速度160 km/h的CRH6型動(dòng)車組為例。其平坡緊急制動(dòng)距離約820 m，因此設(shè)置站臺(tái)緊急停車功能的必要性有待探討。從運(yùn)輸組織角度分析，城市軌道交通一般線路均不存在越行作業(yè)，運(yùn)營(yíng)組織方式相對(duì)單一且基本不存在跨線運(yùn)行，站臺(tái)緊急停車功能對(duì)運(yùn)營(yíng)組織影響相對(duì)較小。城際客運(yùn)專線有配線車站設(shè)有越行線和越行作業(yè)，不同線路間存在跨線長(zhǎng)交路運(yùn)行作業(yè)，站臺(tái)緊急停車功能對(duì)行車組織影響相對(duì)較大。從技術(shù)層面分析，車站具備站臺(tái)緊急停車功能實(shí)施條件，是直接應(yīng)用還是預(yù)留相應(yīng)功能，應(yīng)結(jié)合運(yùn)營(yíng)管理模式最終確定。

4 扣車與跳停運(yùn)營(yíng)模式應(yīng)用分析

CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)擴(kuò)展ATO應(yīng)用功能后，行車調(diào)度指揮系統(tǒng)相應(yīng)也會(huì)在既有CTC系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加運(yùn)行調(diào)整功能，以適應(yīng)ATO運(yùn)用需求?？圮嚺c跳停功能是城市軌道交通列車自動(dòng)監(jiān)控（ATS）系統(tǒng)進(jìn)行列車運(yùn)行調(diào)整的重要方式，城際客運(yùn)專線是否采用扣車與跳停功能同樣值得思考。

在城市軌道交通ATS中，跳停是指將在該站停車的列車設(shè)為通過(guò)，主要是為了調(diào)整列車運(yùn)行秩序，特別是指在客流大或空車回段等情況。跳停也可通過(guò)調(diào)整運(yùn)行圖和按自動(dòng)進(jìn)路控制方式實(shí)現(xiàn)。取消跳停是指將設(shè)置為跳停的列車恢復(fù)為原先狀態(tài)?？圮囀侵复蠓仍黾恿熊囋谠撜镜耐＼嚂r(shí)分，直到該列車接到出發(fā)命令時(shí)為止?？圮囈部赏ㄟ^(guò)調(diào)整運(yùn)行圖和按自動(dòng)進(jìn)路控制方式實(shí)現(xiàn)。取消扣車是指將設(shè)置為扣車的列車恢復(fù)為原先狀態(tài)。跳停與扣車操作可由中央或車站調(diào)度員人工辦理?！翱圮?取消扣車”同時(shí)在車站IBP盤上設(shè)置。

對(duì)城際客運(yùn)專線而言，可結(jié)合ATO功能實(shí)現(xiàn)跳停與扣車功能。車站未設(shè)置發(fā)車指示器，可通過(guò)車載發(fā)車提示以通知司機(jī)扣車。通過(guò)ATO車-地通信設(shè)備將涉及CTC運(yùn)行調(diào)整指令的跳停與扣車命令向車載ATO發(fā)送，其中跳停指令由ATO直接執(zhí)行，即在車站上的跳停列車發(fā)車前將指令發(fā)送給ATO，同時(shí)可通過(guò)無(wú)線調(diào)度通信等其他方式通知司機(jī)?？圮嚸钔瑯佑蒀TC系統(tǒng)通過(guò)ATO車-地通信設(shè)備向車載ATO發(fā)送，可根據(jù)車載ATO的設(shè)計(jì)提前預(yù)發(fā)送或到站停車后發(fā)送，同時(shí)也可通過(guò)車載發(fā)車提示形式通知司機(jī)。跳停功能可結(jié)合調(diào)度員的運(yùn)行圖調(diào)整指令實(shí)現(xiàn)，扣車功能可在中心調(diào)度員和車站雙重實(shí)現(xiàn)，以增加安全性和可靠性。

從技術(shù)角度分析，城際客運(yùn)專線應(yīng)用跳停與扣車功能完全可行，實(shí)際工程是否應(yīng)用需結(jié)合運(yùn)營(yíng)管理模式確定。當(dāng)然，CTC運(yùn)行調(diào)整功能的實(shí)現(xiàn)除扣車與跳停方式外，還可采用“改變始發(fā)站及始發(fā)時(shí)刻”、“改變停站時(shí)分”和“區(qū)間封鎖”等多種方式。跳停與扣車操作在城市軌道交通運(yùn)營(yíng)中使用次數(shù)有限，除運(yùn)營(yíng)特殊情況（如前方車站臨時(shí)故障等）外，調(diào)度員一般較少使用。需要說(shuō)明的是，因地下線路較多，城市軌道交通為提高緊急情況下應(yīng)急管理能力，各車站均設(shè)置了IBP盤，在區(qū)間及車站發(fā)生火災(zāi)、阻塞等情況下，以配合應(yīng)急管理、救援和疏散工作需要。作為應(yīng)急處理的重要措施，“扣車/取消扣車”必須同時(shí)在車站IBP盤上設(shè)置。珠江三角洲城際客運(yùn)專線部分線路地下區(qū)段較長(zhǎng)，根據(jù)地下線路應(yīng)急管理需要設(shè)置了IBP盤。運(yùn)營(yíng)管理模式確定CTC運(yùn)行調(diào)整不需要跳停與扣車操作，建議在車站IBP盤保留扣車功能，以增加緊急情況下的應(yīng)急操作手段。

5 站臺(tái)車-地通信應(yīng)用方案優(yōu)化

莞惠城際客運(yùn)專線等先期開通項(xiàng)目的CTCS-2+ATO列控系統(tǒng)的車-地通信批復(fù)方案是采用應(yīng)答器與環(huán)線結(jié)合方式。即車站精確定位、CTC運(yùn)行調(diào)整和自動(dòng)折返功能采用應(yīng)答器方式進(jìn)行車-地通信，實(shí)現(xiàn)車門與屏蔽門/安全門聯(lián)控功能采用環(huán)線方式作為車-地通信手段。具體工程應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合確定的總體原則進(jìn)行優(yōu)化。

作為CTCS-2+ATO列控系統(tǒng)重要應(yīng)用功能之一的站臺(tái)精確停車，將大大提高列車運(yùn)行服務(wù)水平，方便旅客乘降。增加站臺(tái)精確停車意味著ATP車載設(shè)備同時(shí)需要具備“停車窗”功能，即保證列車停穩(wěn)且停在規(guī)定的“停車窗”范圍內(nèi)，才能進(jìn)行車門與屏蔽門/安全門的聯(lián)控操作。

“停車窗”功能的實(shí)現(xiàn)在實(shí)際工程應(yīng)用中一般可采用2種方式。方式1是在停車點(diǎn)設(shè)置車-地通信地面設(shè)備，當(dāng)列車未停在“停車窗”內(nèi)時(shí)，接收不到地面信息，實(shí)現(xiàn)停準(zhǔn)判定。方式2是通過(guò)站內(nèi)應(yīng)答器的不斷定位，通過(guò)車載測(cè)速、測(cè)距計(jì)算列車是否停在“停車窗”內(nèi)。方式1在城市軌道交通中是通過(guò)接近盤實(shí)現(xiàn)停準(zhǔn)判定，即地面設(shè)有一段長(zhǎng)金屬板，列車上設(shè)有接收裝置，停車時(shí)通過(guò)電磁感應(yīng)獲知列車是否停在指定“停車窗”區(qū)域。方式2在城市軌道交通CBTC系統(tǒng)應(yīng)用中相對(duì)較多，因CBTC系統(tǒng)采用獨(dú)立于軌道的車-地雙向無(wú)線通信方式，控制精度較高，為停準(zhǔn)判定提供了保證。鑒于應(yīng)答器易受安裝、振動(dòng)和車輛質(zhì)量影響，CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)不具備城市軌道交通CBTC系統(tǒng)的實(shí)時(shí)定位功能，建議車站設(shè)置的感應(yīng)環(huán)線除在站臺(tái)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)屏蔽門聯(lián)控功能的車-地通信外，通過(guò)車載天線位置與停車精度要求合理布置，同時(shí)實(shí)現(xiàn)“停車窗”功能。環(huán)線布置實(shí)現(xiàn)“停車窗”功能見(jiàn)圖2。

圖2 環(huán)線布置實(shí)現(xiàn)“停車窗”功能示意圖

為保證地-車運(yùn)營(yíng)計(jì)劃傳輸?shù)目煽啃?，可通過(guò)CTC向列控中心傳遞ATO模式控車所需的運(yùn)營(yíng)計(jì)劃，通過(guò)環(huán)線向車載設(shè)備發(fā)送運(yùn)營(yíng)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)計(jì)劃信息冗余傳遞。

綜上所述，如果ATO車-地通信采用環(huán)線與應(yīng)答器結(jié)合方式，通過(guò)環(huán)線布置方式及優(yōu)化車-地通信信息傳輸內(nèi)容，同樣有助于提高CTCS-2+ATO列控系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)水平。

6 結(jié)束語(yǔ)

CTCS-2+ATO列控系統(tǒng)在珠江三角洲城際客運(yùn)專線的應(yīng)用將大大提高信號(hào)列控系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)水平，在帶來(lái)技術(shù)飛躍的同時(shí)，其應(yīng)用也面臨新的問(wèn)題和新的挑戰(zhàn)。初步探討新技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中的相關(guān)問(wèn)題，具體的解決方案需要考慮信號(hào)系統(tǒng)本身應(yīng)用技術(shù)可行性，還要結(jié)合珠江三角洲城際客運(yùn)專線運(yùn)營(yíng)模式及運(yùn)營(yíng)實(shí)際需求進(jìn)行分析。隨著工程的逐步推進(jìn)，珠江三角洲城際客運(yùn)專線CTCS-2+ATO列控系統(tǒng)方案將不斷完善，并可為其他區(qū)域城際客運(yùn)專線提供借鑒。

[1] 中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司. 莞惠城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)CTCS-2＋ATO車-地通信專題研究，2010

[2] GB 50157—2003 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2003

[3] 周志輝. 城際客運(yùn)專線站臺(tái)門車地聯(lián)控可行性探討[J]. 鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)， 2010(5)