岳春華 葉建斌

（廣州鐵路集團(tuán)公司電務(wù)處，廣州 510088）

珠三角城際鐵路CTCS2+ATO系統(tǒng)運營探索與問題研究

岳春華 葉建斌

（廣州鐵路集團(tuán)公司電務(wù)處，廣州 510088）

為滿足珠三角城際鐵路高密度、高速度和跨線運營的需求，列車運行控制系統(tǒng)創(chuàng)造性地采用在CTCS2級列控系統(tǒng)基礎(chǔ)上疊加ATO的方案（以下簡稱C2+ATO）?；谳富?、佛肇鐵路在調(diào)試和運營初期暴露出的ATO系統(tǒng)問題，分析現(xiàn)場問題的原因，并介紹目前工程解決方案和常見故障應(yīng)急處置措施，最后，對C2+ATO系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范的制定及下一步應(yīng)用提出建議。

城際鐵路；CTCS2；ATO；研究

1 概述

為加強(qiáng)珠三角區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化，進(jìn)一步促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長，規(guī)劃建設(shè)連接廣州、深圳、惠州、東莞、珠海等城市共計1 900 km的軌道交通網(wǎng)絡(luò)。其中莞惠、佛肇線路已于2016年3月開通運營。

珠三角城際鐵路是綜合了城市軌道交通與高速鐵路特點的新式軌道交通。一方面，為了形成高效大客流運輸網(wǎng)絡(luò)，城際鐵路站間距短、行車密度高、運營組織靈活；另一方面，為了提供更加便捷、高效的旅客運輸服務(wù)，要求運行速度達(dá)到200 km/h，并連接配備C2級列控設(shè)備的高速鐵路，實現(xiàn)跨線運營。為此，創(chuàng)造性地提出在C2級列控設(shè)備的基礎(chǔ)上疊加ATO功能的列控系統(tǒng)，實現(xiàn)列車自動駕駛、精確停車、車門與站臺門聯(lián)動并自動開關(guān)等功能，為確保司機(jī)精確對標(biāo)停車、正確開門提供有力的技術(shù)保障，也有效減輕司機(jī)、站臺客運人員的勞動強(qiáng)度。與C2、C3列控系統(tǒng)相比，C2+ATO系統(tǒng)是鐵路向綜合自動化、智能化發(fā)展的進(jìn)一步嘗試。

結(jié)合ATO技術(shù)首次在莞惠、佛肇鐵路的應(yīng)用，著重分析調(diào)試、運營初期頻繁發(fā)生的系統(tǒng)故障及應(yīng)對措施，并為該類系統(tǒng)的進(jìn)一步推廣運用提出建議。

2 C2+ATO系統(tǒng)和功能介紹

如圖1所示C2+ATO系統(tǒng)以C2設(shè)備為基礎(chǔ)進(jìn)行擴(kuò)展，新增地面精確定位應(yīng)答器和通信控制服務(wù)器（CCS）、車載安全計算機(jī)ATO單元和車輛牽引制動接口。

C2+ATO系統(tǒng)與C2系統(tǒng)相比，新增設(shè)備及實現(xiàn)功能包括：1）在車站到發(fā)線每個接車方向上布置精確定位應(yīng)答器，為列控車載設(shè)備提供停車位置信息和門側(cè)信息；2）每條線增加一套通信控制服務(wù)器，控制車-地?zé)o線通信，轉(zhuǎn)發(fā)車門和站臺門聯(lián)動信息，及將行車計劃發(fā)送給列車；3）車載新增ATO處理單元，負(fù)責(zé)制定控車策略，實現(xiàn)自動駕駛；4）新增ATO處理單元與車輛控制接口，包括實施常用制動、施加牽引、開關(guān)動車車門等；5）新增ATP與ATO處理單元接口，負(fù)責(zé)向ATO提供列車運行狀態(tài)、ATP監(jiān)控曲線、司機(jī)駕駛狀態(tài)、開門允許等信息；6）新增ATP處理單元與車輛車門狀態(tài)接口；7）車載ATP、ATO與綜合無線通信接口，用于完成站臺門與車門的聯(lián)動、CTC運行計劃傳至車載ATO。

總之，C2+ATO系統(tǒng)實現(xiàn)了列車自動駕駛、按圖行車、精確停車等控制功能。與之配合，ATP系統(tǒng)增加車門監(jiān)控功能，禁止列車在未停穩(wěn)狀態(tài)或超出停車窗精度時打開車門。同時，新增站臺門控制功能，ATO控制站臺門開關(guān)，站臺門將狀態(tài)信息反饋至信號系統(tǒng)，防護(hù)站臺旅客安全。

圖1　C2+ATO新培設(shè)備和接口信息

3 存在的主要問題和解決措施

圖2　ATO常見故障分布情況

根據(jù)現(xiàn)場運營實踐，以故障發(fā)生頻繁程度和造成列車的延誤情況來看，對運營影響最大的C2+ ATO系統(tǒng)故障包括站臺門相關(guān)故障、車地通信故障、未對標(biāo)精確停車、設(shè)備故障或外界影響導(dǎo)致ATO控車越標(biāo)停車等，如圖2所示。以下對這些故障進(jìn)行詳細(xì)描述和分析，并介紹目前莞惠、佛肇線采取的針對性技術(shù)措施。

1）站臺門故障，造成聯(lián)動失敗和信號恢復(fù)等問題。

信號系統(tǒng)與站臺門通過設(shè)置開門繼電器（KMJ）、關(guān)門繼電器（GMJ）、門鎖閉繼電器（MSBJ）、門報警繼電器（MBJ）、門旁路繼電器（MPLJ），實現(xiàn)ATO對車門和站臺門聯(lián)動開關(guān)，及站臺門將鎖閉、報警和旁路狀態(tài)傳遞至信號系統(tǒng)，作為聯(lián)鎖、列控設(shè)備信號開放和發(fā)碼條件，實現(xiàn)對站臺門的安全防護(hù)。正常運營流程：運行計劃辦理營業(yè)車站，

列車進(jìn)站停穩(wěn)停準(zhǔn)后，ATO自動打開車門和站臺門；辦完客運業(yè)務(wù)ATO自動關(guān)閉車門和站臺門，CTC自動觸發(fā)進(jìn)路開放出站信號，列車駛出車站；運行計劃通過或不辦理營業(yè)車站，在該站不打開站臺門。

如果列車進(jìn)入股道停穩(wěn)后，由于ATO因故未下達(dá)開門命令，車地通信故障，站臺門故障等因素，造成站臺門未自動打開，而列車停穩(wěn)或進(jìn)入股道延時后，CTC自動觸發(fā)進(jìn)路開放出站信號。若此時人工打開站臺門，出站信號會恢復(fù)為關(guān)閉狀態(tài)。對于辦理通過信號的車站，列車運行至接近區(qū)段，站臺門的狀態(tài)受乘客觸碰、列車震動、機(jī)械狀態(tài)不穩(wěn)定影響，導(dǎo)致MSBJ或MBJ錯誤落下，造成已開放的信號突然關(guān)閉，導(dǎo)致高速運行的動車組緊急制動，冒進(jìn)信號停車，構(gòu)成行車險性事件。

針對這些問題，采取一系列技術(shù)措施，取得較好效果。一是CTC進(jìn)路自動觸發(fā)時間由停準(zhǔn)停穩(wěn)后25 s延長至60 s，適當(dāng)增加站臺門聯(lián)動異常時應(yīng)急處置時間，減少信號恢復(fù)問題；二是由設(shè)計單位修改設(shè)計方案，將站臺門旁路開關(guān)改為非自復(fù)式，便于客運員在站臺門故障時應(yīng)急操作；三是在信號側(cè)將與站臺門狀態(tài)接口的繼電器改為緩放型，減少站臺門電氣接點瞬間接觸不良造成信號恢復(fù)故障；四是加強(qiáng)站臺門的精調(diào)和整治，使站臺門運用狀態(tài)良好。

2）車地通信中斷故障，影響ATO功能。

C2+ATO系統(tǒng)車載設(shè)備通過GSM-R網(wǎng)絡(luò)，采用C3列控系統(tǒng)車地通信協(xié)議與地面新增CCS設(shè)備進(jìn)行車地?zé)o線通信，實現(xiàn)列車與地面通信鏈路的建立和撤銷、車門站臺門同步控制信息的轉(zhuǎn)發(fā)（列車與TCC之間的聯(lián)系）和行車計劃的轉(zhuǎn)發(fā)（列車與CTC之間的聯(lián)系）。由于車站電磁環(huán)境相對復(fù)雜，通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點較多（CCS→有線通信接口→無線通信接口→MT→RTU→通信擴(kuò)展單元→ATP）。另外，有些研制單位經(jīng)驗不足，造成車地通信故障頻發(fā)。根據(jù)C2+ATO系統(tǒng)設(shè)計，列車進(jìn)入車站后需要與地面進(jìn)行頻繁交互，完成運行計劃下載、車門站臺門同步打開和關(guān)閉等作業(yè)。在這些作業(yè)過程中，車地通信故障將導(dǎo)致ATO無法自動開門，車門站臺門無法聯(lián)動等問題，嚴(yán)重擾亂行車秩序。

通過多次優(yōu)化升級車載軟件通信機(jī)制，基本解決了該問題。另外，C2+ATO系統(tǒng)對于信息的實時性、完整性、可靠性要求高，對通信系統(tǒng)的丟包率、通信延遲、建鏈成功率等服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)給出嚴(yán)格的規(guī)定。然而，C2+ATO線路與C3線路的無線通信相比，GSM-R網(wǎng)絡(luò)未按交織冗余標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，需核準(zhǔn)建鏈成功率和優(yōu)化清理無線電電磁環(huán)境干擾等通信指標(biāo)。

3）ATO的車輛制動參數(shù)變化，導(dǎo)致停車精度下降。

ATO系統(tǒng)需要預(yù)先配置準(zhǔn)確的車輛制動參數(shù)，才能據(jù)此自動施加制動并停車。但車輛制動參數(shù)在列車運行過程中不斷變化，從而造成ATO的制動參數(shù)與實際參數(shù)不匹配，降低停車精度。

這個問題反映出信號與車輛兩個專業(yè)的相互滲透，隨著列控系統(tǒng)智能化的提高，越來越多地掌握車輛的控制權(quán)，其與車輛的接口也越來越復(fù)雜。在鐵路系統(tǒng)中，相對應(yīng)的信號和車輛專業(yè)也應(yīng)該打破壁壘，建立合作機(jī)制。首先應(yīng)建立車輛設(shè)備與ATO設(shè)備同步進(jìn)行參數(shù)調(diào)整的項目和范圍，規(guī)定工作流程以及同步進(jìn)行精調(diào)的長效工作機(jī)制；其次定期對行車數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其中規(guī)律和趨勢，及時做好ATO參數(shù)調(diào)整；再次根據(jù)車門和站臺門實際寬度，可以適當(dāng)調(diào)整ATO精確停車窗和ATP安全停車窗，提高系統(tǒng)可用性。

4）設(shè)備故障或外界影響，導(dǎo)致ATO控車越標(biāo)停車。

ATO未收到行車計劃等故障情況下，ATO控車停車策略發(fā)生變化，或ATO控車在外部環(huán)境發(fā)生變化，如暴雨天車輛制動性能變化造成車輛滑行且進(jìn)站速度偏高等場景，可能影響ATO停車策略不對標(biāo)停車或?qū)?biāo)停車控制不到位，司機(jī)采取緊急措施后，列車仍越標(biāo)停車。此類故障共發(fā)生2次，最大一次越過停車標(biāo)10 m，具有較大安全風(fēng)險。

為避免上述險性，首先，結(jié)合車輛制動參數(shù)，完善ATO控車軟件，控制進(jìn)站速度；其次，優(yōu)化ATO控車策略，站內(nèi)停車原則上只要收到精確定位應(yīng)答器C11包，則按對標(biāo)精確停車處理；再次，行車制度上規(guī)定，暴雨天等不利條件下，司機(jī)干預(yù)，采用ATP人工控車進(jìn)站停車方式行車。

4 常見故障的應(yīng)急處置措施

按照ATO整體設(shè)計思路，在設(shè)備正常情況下，基本不需要人工介入，ATO自動實現(xiàn)按圖行車和車站營業(yè)開關(guān)門，但在運用過程難免會出現(xiàn)異常情況。因此，應(yīng)急處置尤為重要，根據(jù)現(xiàn)場運營實踐梳理細(xì)化常見的故障應(yīng)急場景和措施，作為保證ATO行車安全和運輸秩序的必要手段。

1）不能投入ATO運行，但可使用ATP控車。當(dāng)ATO故障或ATO與車輛網(wǎng)絡(luò)通信故障時，司機(jī)向列車調(diào)度員報告，改用ATP控車（至DMI顯示ATO可用，或是在換端折返時重啟C2+ATO系統(tǒng)），列車調(diào)度員將列車前方各車站的進(jìn)路辦理方式改為非自觸，人工掌握進(jìn)路辦理時機(jī)。

2）無法自動實現(xiàn)車門和站臺門聯(lián)動。當(dāng)ATO控車但開門模式為MM，ATO未收到行車計劃，但車地通信正常或ATP控車對標(biāo)精確停車時，列車在營業(yè)車站停穩(wěn)停準(zhǔn)后，司機(jī)立即人工按壓開門按鈕，人工開門，開車前人工關(guān)閉車門。

3）車門和站臺門無法聯(lián)動，需人工操作。按下面場景分別處理：a.當(dāng)車地通信中斷時，列車進(jìn)站前司機(jī)聯(lián)系列車長，由列車長即時聯(lián)系車站客運員，當(dāng)列車停穩(wěn)后，車站客運員立即按規(guī)定開關(guān)站臺門；b.司機(jī)發(fā)現(xiàn)DMI未給出停準(zhǔn)停穩(wěn)標(biāo)識時，司機(jī)立即與調(diào)度員聯(lián)系將本站本次列車進(jìn)路觸發(fā)方式改為非自觸，然后移動列車對標(biāo)停車。對標(biāo)停車后，由司機(jī)和客運員分別打開車門、站臺門，站臺門打開后，調(diào)度員將本站本次列車進(jìn)路改為自動觸發(fā)；c.站臺門故障時，車站客運員發(fā)現(xiàn)車門打開、站臺門未開，或車門關(guān)閉、站臺門未關(guān)時，立即人工打開或關(guān)閉站臺門；d.車門故障時，司機(jī)發(fā)現(xiàn)DMI顯示停穩(wěn)停準(zhǔn)標(biāo)識，車門未開、站臺門打開，將開門方式改為人工允許開門后，及時打開車門。

5 有關(guān)建議

C2+ATO暫行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)按現(xiàn)場實際運用情況進(jìn)一步優(yōu)化和完善，更好滿足運營的需求。

信號系統(tǒng)與站臺門設(shè)備接口關(guān)系，目前是信號系統(tǒng)實現(xiàn)站臺門開關(guān)控制，站臺門狀態(tài)作為聯(lián)鎖信號開放和列控發(fā)碼的條件，建議按如下原則優(yōu)化：1）聯(lián)鎖信號開放與站臺門狀態(tài)不關(guān)聯(lián)，由TCC根據(jù)門狀態(tài)控制發(fā)碼的方式進(jìn)行站臺門的安全防護(hù)；2）參照地鐵聯(lián)鎖處理邏輯，因站臺門導(dǎo)致信號恢復(fù)，CTC（或聯(lián)鎖）具備自動重開信號功能；3）完善CTC進(jìn)路辦理時機(jī)，在營業(yè)站開關(guān)門一次，作為辦理發(fā)車進(jìn)路必要條件，滿足營業(yè)需求。

站臺門設(shè)備建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，設(shè)計不合理，且無明確技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)要求，導(dǎo)致存在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性不足，難以整治，應(yīng)按行車設(shè)備要求，規(guī)定詳細(xì)技術(shù)指標(biāo)。

隨著珠三角城際鐵路C2+ATO系統(tǒng)運營探索，進(jìn)一步完善ATO的技術(shù)規(guī)范和工程標(biāo)準(zhǔn)，全面總結(jié)現(xiàn)場運營經(jīng)驗，不斷完善規(guī)章制度，ATO系統(tǒng)必將在我國高速鐵路ATP實現(xiàn)列車駕駛超速安全防護(hù)的基礎(chǔ)上，得到推廣使用，是高速鐵路走向自動駕駛的一次飛躍，實現(xiàn)綜合自動化、智能化。

［1］鐵總科技［2013］79號 關(guān)于印發(fā)《城際鐵路CTCS2+ATO列控系統(tǒng)暫行總體技術(shù)方案》的通知［S］.

［2］科技運函［2014］101號 科技管理部關(guān)于印發(fā)《城際鐵路CTCS2+ATO列控系統(tǒng)測試大綱專家評審意見》的通知［S］.

In order to meet the demands for high density， high speed and line-crossing operation of intercity railways in the Zhujiang Delta region， the train control system creatively uses the CTCS2 system overlapping ATO system （C2+ATO system for short later）. This paper summarizes the problems of ATO systems for Guanhui and Fozhao railways found in commissioning and initial operation stages， analyzes the causes of the problems， and introduces the solutions and common fault emergency handling measures in projects. Finally， it puts forward the suggestion to defi ne C2+ATO system technical specifi cations and apply it in future.

intercity railway； CTCS level 2 system； ATO system； research

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.04.002

2016-03-28）