徐效寧,汪 洋,宋志丹,王文濤

(1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司通信信號(hào)研究所,北京 100081； 2.國(guó)家鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心,北京 100081； 3.北京華鐵信息技術(shù)有限公司,北京 100081)

列控系統(tǒng)中大號(hào)碼道岔是指?jìng)?cè)向通過(guò)速度大于80 km/h的道岔,通常用于聯(lián)絡(luò)線,實(shí)現(xiàn)不同線路間的列車(chē)跨線運(yùn)行[1]。隨著我國(guó)路網(wǎng)的不斷發(fā)展,新建線路需要經(jīng)過(guò)聯(lián)絡(luò)線與既有線路接駁,有的大號(hào)碼道岔設(shè)置較為復(fù)雜。

近年來(lái)很多學(xué)者從地面的角度對(duì)大號(hào)碼道岔的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了探討[2-5],從車(chē)載設(shè)備角度分析的較少。車(chē)載設(shè)備關(guān)于大號(hào)碼道岔的相關(guān)規(guī)范也較為簡(jiǎn)略,各車(chē)載設(shè)備在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)各不相同。首先介紹了地面和車(chē)載設(shè)備關(guān)于大號(hào)碼道岔的相關(guān)規(guī)范,并通過(guò)分析不同車(chē)載設(shè)備在一例特殊地面設(shè)計(jì)的邏輯,提出對(duì)車(chē)載設(shè)備規(guī)范的修改建議,為CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一定的參考。

1 列控系統(tǒng)相關(guān)規(guī)范

1.1 地面規(guī)范描述

CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)以應(yīng)答器的[CTCS-4]包描述大號(hào)碼道岔信息,涉及到列控中心技術(shù)條件和應(yīng)答器應(yīng)用原則。

TB/T 3439-2016《列控中心技術(shù)條件》第6.10.8條規(guī)定[6],對(duì)于具備大號(hào)碼道岔的側(cè)向進(jìn)路,當(dāng)側(cè)向接車(chē)信號(hào)開(kāi)放UUS信號(hào)后,且同時(shí)滿(mǎn)足以下條件時(shí),TCC發(fā)送大號(hào)碼道岔數(shù)據(jù)包。

(1)進(jìn)路行車(chē)許可長(zhǎng)度超過(guò)制動(dòng)距離檢查范圍,見(jiàn)圖1。

圖1 大號(hào)碼道岔報(bào)文發(fā)送檢查條件(行車(chē)許可)

(2)側(cè)向進(jìn)路范圍內(nèi)以及離去區(qū)段制動(dòng)距離內(nèi)無(wú)低于大號(hào)碼道岔側(cè)向允許速度的臨時(shí)限速,見(jiàn)圖2。

圖2 大號(hào)碼道岔報(bào)文發(fā)送檢查條件(臨時(shí)限速)

《CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則(V2.0)》(科技運(yùn)[2010]136號(hào))規(guī)定[7],變量D_TURNOUT應(yīng)描述大號(hào)碼道岔應(yīng)答器至防護(hù)大號(hào)碼道岔信號(hào)機(jī)的距離。道岔側(cè)向最高允許速度除道岔側(cè)向允許速度外,還應(yīng)考慮以下條件。

①根據(jù)列車(chē)按照道岔區(qū)段線路允許最高碼序至目標(biāo)點(diǎn)列車(chē)按照常用制動(dòng)能夠可靠停車(chē)的速度限制。

②根據(jù)道岔后方線路允許速度。

2017年9月,國(guó)家鐵路局發(fā)布的TB 3484—2017《列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則》第7.2.18.4條規(guī)定[8],道岔側(cè)向最高允許速度應(yīng)考慮道岔前、后方線路允許速度。該規(guī)范2018年4月實(shí)施,但科技運(yùn)[2010]136號(hào)文也沒(méi)有明確被廢止。

1.2 車(chē)載規(guī)范描述

車(chē)載設(shè)備規(guī)范關(guān)于大號(hào)碼道岔的處理較為簡(jiǎn)略,《CTCS-2級(jí)列控車(chē)載設(shè)備暫行技術(shù)規(guī)范》(鐵總運(yùn)[2014]29號(hào))僅有6.4.3.7條[9], “在當(dāng)車(chē)載設(shè)備接收到大號(hào)碼道岔信息包[CTCS-4]后,車(chē)載設(shè)備應(yīng)根據(jù)[CTCS-4]包的信息生成制動(dòng)模式曲線,控制列車(chē)在到達(dá)指定道岔前將速度降到[CTCS-4]包描述的允許通過(guò)速度以?xún)?nèi)。[CTCS-4]包只在接收到U2S、UUS信號(hào)的情況下有效?！?/p>

CTCS-3級(jí)車(chē)載設(shè)備相關(guān)技術(shù)規(guī)范[10-11]在CTCS-2級(jí)控車(chē)模式的相關(guān)條文中,則未規(guī)定大號(hào)碼道岔信息包的處理邏輯,在設(shè)備實(shí)際設(shè)計(jì)和測(cè)試時(shí),參照了鐵總運(yùn)[2014]29號(hào)文的相關(guān)條款。

另外,車(chē)載設(shè)備在CTCS-2等級(jí)根據(jù)機(jī)車(chē)信號(hào)獲取前面閉塞分區(qū)的空閑情況,結(jié)合應(yīng)答器數(shù)據(jù)計(jì)算行車(chē)許可終點(diǎn)(EOA)。鐵總運(yùn)[2014]29號(hào)文第6.4.3.2規(guī)定,“軌道電路信息的處理符合TB/T 3060 《機(jī)車(chē)信號(hào)信息定義及分配》和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)條件的要求”。

雖然,該規(guī)范在引用文件時(shí)注明TB/T 3060—2002版本,但也同時(shí)說(shuō)明： “所有標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范都會(huì)被修訂,使用本技術(shù)規(guī)范的各方應(yīng)探討使用以下標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范最新版本”。《機(jī)車(chē)信號(hào)信息定義與分配》的最新版本是TB/T 3060—2016[12],它根據(jù)2014版《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》進(jìn)行了修訂[13],在接近大號(hào)碼道岔時(shí)機(jī)車(chē)信號(hào)為UUS,在此引入TB/T 3060—2016號(hào)文對(duì)UUS碼的定義：

“準(zhǔn)許列車(chē)按規(guī)定的速度越過(guò)接近的地面信號(hào)機(jī),列控車(chē)載設(shè)備DMI顯示一個(gè)雙半黃色閃光。高速鐵路及僅運(yùn)行動(dòng)車(chē)組的區(qū)段,表示列車(chē)接近的地面信號(hào)機(jī)開(kāi)通經(jīng)18號(hào)及以上道岔側(cè)向位置進(jìn)路,且進(jìn)路允許速度不低于80 km/h。普速鐵路區(qū)段,表示列車(chē)接近的地面信號(hào)機(jī)開(kāi)放經(jīng)18號(hào)及以上道岔側(cè)向位置進(jìn)路,且次一架信號(hào)機(jī)開(kāi)通直向進(jìn)路或開(kāi)放經(jīng)18號(hào)及以上道岔側(cè)向位置進(jìn)路；或表示列車(chē)接近的地面信號(hào)機(jī)開(kāi)放經(jīng)18號(hào)及以上道岔側(cè)向位置進(jìn)路,并開(kāi)往站間無(wú)顯示聯(lián)系的區(qū)間?！?/p>

從上述定義可以得到,在高速鐵路及僅運(yùn)行動(dòng)車(chē)組的區(qū)段,UUS并不意味著次一架信號(hào)機(jī)一定開(kāi)放,車(chē)載設(shè)備也無(wú)法判斷當(dāng)前是在高速鐵路或僅運(yùn)行動(dòng)車(chē)組的區(qū)段還是在普速鐵路。

2 大號(hào)碼道岔線路舉例

2.1 地面設(shè)計(jì)及各車(chē)載設(shè)備反應(yīng)

某車(chē)站站場(chǎng)布置如圖3所示,聯(lián)絡(luò)線上1號(hào)、29號(hào)、31號(hào)均為大號(hào)碼道岔。為了實(shí)現(xiàn)CTC自動(dòng)排路,聯(lián)絡(luò)線增設(shè)了XL1、SZ2進(jìn)路信號(hào)機(jī)。當(dāng)車(chē)站辦理X-IG-SAN的通過(guò)進(jìn)路時(shí),區(qū)間DD應(yīng)答器組發(fā)送[CTCS-4]包,信息包大號(hào)碼道岔D_TURNOUT對(duì)應(yīng)XL1信號(hào)機(jī)處,允許速度V_TURNOUT為160 km/h。X信號(hào)機(jī)的接近區(qū)段、X-XL1區(qū)段均發(fā)送UUS,XL1后方的軌道區(qū)段發(fā)送L5碼。

圖3 某車(chē)站站場(chǎng)示意

由于XL1信號(hào)機(jī)的存在,地面在描述大號(hào)碼道岔信息時(shí)進(jìn)行了權(quán)衡。因?yàn)閇CTCS-4]包的格式只能定義一組大號(hào)碼道岔信息,不能嵌套,車(chē)載設(shè)備也按一組大號(hào)碼道岔信息處理。地面方案有3種選擇：(1)區(qū)間DD應(yīng)答器組D_TURNOUT對(duì)應(yīng)X,BX應(yīng)答器D_TURNOUT對(duì)應(yīng)XL1；(2)區(qū)間DD應(yīng)答器組D_TURNOUT對(duì)應(yīng)X；(3)區(qū)間DD應(yīng)答器組D_TURNOUT對(duì)應(yīng)XL1。

若采用方案(1),那么車(chē)載設(shè)備在收到區(qū)間DD應(yīng)答器組后,在X信號(hào)機(jī)處設(shè)置160 km/h的目標(biāo)速度；當(dāng)收到BX應(yīng)答器時(shí),車(chē)載設(shè)備會(huì)用新的[CTCS-4]包替換掉舊信息包,由于新的[CTCS-4]包描述的大號(hào)碼道岔位置在XL1處,所以有的車(chē)載設(shè)備就會(huì)在X信號(hào)機(jī)處限速設(shè)為80 km/h,造成限速突降。

若采用方案(2),在收到區(qū)間DD應(yīng)答器組后,在X信號(hào)機(jī)處設(shè)置160 km/h目標(biāo)；在經(jīng)過(guò)X信號(hào)機(jī)后,由于XL1沒(méi)有對(duì)應(yīng)的大號(hào)碼道岔信息包,車(chē)載設(shè)備將在XL1處設(shè)置80 km/h的目標(biāo)速度,也會(huì)造成突降。

所以,地面設(shè)計(jì)初步選定方案(3),區(qū)段DD應(yīng)答器組描述的大號(hào)碼道岔位置對(duì)應(yīng)為XL1。然而,經(jīng)實(shí)驗(yàn)室仿真,不同車(chē)載設(shè)備在經(jīng)過(guò)該聯(lián)絡(luò)線時(shí),反應(yīng)卻各不相同。

(1)車(chē)載設(shè)備A在接近區(qū)段收到UUS后,X信號(hào)機(jī)處的目標(biāo)速度為160 km/h,并按次一架信號(hào)機(jī)關(guān)閉計(jì)算EOA,兩者綜合計(jì)算限速曲線；經(jīng)過(guò)BX應(yīng)答器后,該應(yīng)答器給出了側(cè)線數(shù)據(jù),由于XL1信號(hào)機(jī)的存在,使得閉塞分區(qū)長(zhǎng)度較短,車(chē)載根據(jù)下一架信號(hào)關(guān)閉計(jì)算得出的限速突降為135 km/h；經(jīng)過(guò)X信號(hào)機(jī)后,XL1信號(hào)機(jī)的目標(biāo)速度又設(shè)為160 km/h。

(2)車(chē)載設(shè)備B在接近區(qū)段收到UUS后,X信號(hào)機(jī)處的目標(biāo)速度為160 km/h；經(jīng)過(guò)X信號(hào)機(jī)后,XL1信號(hào)機(jī)的目標(biāo)速度又設(shè)為160 km/h。

(3)車(chē)載設(shè)備C在接近區(qū)段收到UUS后,X信號(hào)機(jī)處的目標(biāo)速度為80 km/h；經(jīng)過(guò)X信號(hào)機(jī)后,XL1信號(hào)機(jī)處的目標(biāo)速度為160 km/h。

(4)車(chē)載設(shè)備D在接近區(qū)段收到UUS后,X信號(hào)處不設(shè)目標(biāo)速度,XL1信號(hào)機(jī)處的目標(biāo)速度為160 km/h；當(dāng)列車(chē)經(jīng)過(guò)BX應(yīng)答器時(shí),限速由170 km/h突降為160 km/h。

2.2 各車(chē)載設(shè)備邏輯分析

分析各車(chē)載設(shè)備的反應(yīng),問(wèn)題集中在兩個(gè)方面：大號(hào)碼道岔信息包有效時(shí)EOA計(jì)算和大號(hào)碼道岔以前的信號(hào)機(jī)目標(biāo)速度值。

(1)大號(hào)碼道岔信息包有效時(shí)EOA計(jì)算

車(chē)載設(shè)備A根據(jù)UUS,按照次一架信號(hào)機(jī)關(guān)閉計(jì)算EOA,由于閉塞分區(qū)長(zhǎng)度較短,不滿(mǎn)足160 km/h到0 km/h的制動(dòng)距離,造成限速突降。而其他車(chē)載設(shè)備在大號(hào)碼道岔有效時(shí),EOA使用應(yīng)答器給出的軌道區(qū)段信息[CTCS-1]包數(shù)據(jù)終點(diǎn),不會(huì)因行車(chē)許可的長(zhǎng)度造成限速突降。

根據(jù)本文1.1節(jié)分析,因?yàn)榱锌刂行陌l(fā)送大號(hào)碼道岔信息包的檢查條件,所以其他車(chē)載設(shè)備的EOA計(jì)算沒(méi)有任何安全問(wèn)題。但是,鐵總運(yùn)[2014]29號(hào)文6.4.3.1條和6.4.3.2條規(guī)定車(chē)載設(shè)備應(yīng)根據(jù)軌道電路和應(yīng)答器信息確定目標(biāo)點(diǎn),并沒(méi)有指明在大號(hào)碼道岔有效時(shí)UUS的EOA應(yīng)特殊處理。雖然6.4.3.7條規(guī)定車(chē)載設(shè)備根據(jù)[CTCS-4]包的信息生成制動(dòng)模式曲線,但車(chē)載設(shè)備的限速是綜合各種速度曲線限制的最限制速度曲線(MRSP),各車(chē)載設(shè)備在使用[CTCS-4]包時(shí)均考慮線路坡度[ETCS-21]包、線路限速[ETCS-27]包其他線路條件,所以這條規(guī)范不能作為EOA延長(zhǎng)的依據(jù)。但正如車(chē)載設(shè)備A的表現(xiàn),若EOA按次一架信號(hào)關(guān)閉處理,明顯地影響運(yùn)輸效率。

(2)大號(hào)碼道岔以前的信號(hào)機(jī)目標(biāo)速度值

CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)的區(qū)間應(yīng)答器描述的都是直向數(shù)據(jù),車(chē)載設(shè)備在進(jìn)站應(yīng)答器前無(wú)法獲知側(cè)向進(jìn)路情況,所以要依靠UU/UUS碼進(jìn)行防護(hù)[14-15]。圖3中BX應(yīng)答器開(kāi)始描述側(cè)向進(jìn)路的數(shù)據(jù),線路限速[ETCS-27]包才描述1號(hào)道岔岔尖處的限速160 km/h。若1號(hào)岔尖距BX應(yīng)答器較近,XL1距BX應(yīng)答器較遠(yuǎn),那么車(chē)載D在X信號(hào)機(jī)處不設(shè)限速的處理就有瑕疵。

車(chē)載設(shè)備A/B在X信號(hào)處設(shè)置大號(hào)碼道岔限速160 km/h,車(chē)載設(shè)備D因應(yīng)答器描述的大號(hào)碼道岔位置在XL1處,所以在X信號(hào)機(jī)處按80 km/h控速。因線路實(shí)際限速160 km/h,車(chē)載設(shè)備A/B更符合地面的預(yù)期設(shè)計(jì)。當(dāng)X-XL1區(qū)段存在低于160 km/h的限速時(shí),若列控中心根據(jù)TB/T 3439-2016和科技運(yùn)[2010]136號(hào)文不檢查大號(hào)碼道岔以前的線路限速仍發(fā)送[CTCS-4]包,那么車(chē)載A/B的處理就會(huì)有瑕疵；在TB 3484-2017文增加道岔以前的線路限速檢查條件后,車(chē)載A/B較車(chē)載D更有效率。

需要指出的是,以上只是理論分析,在信號(hào)設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室仿真測(cè)試、聯(lián)調(diào)聯(lián)試,確定最終實(shí)施方案。上述特殊線路的實(shí)施方案是在2.1節(jié)方案(3)的基礎(chǔ)上,將大號(hào)碼道岔信息[CTCS-4]包的側(cè)向允許速度改為120 km/h,保證了與不同型號(hào)車(chē)載設(shè)備的兼容性,后期則研究取消SZ2、XL1信號(hào)機(jī)。

3 車(chē)載設(shè)備規(guī)范修改建議

CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)由地面和車(chē)載設(shè)備組成,安全防護(hù)需要車(chē)載和地面共同完成[16-17]。由于CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)規(guī)范起初主要是為滿(mǎn)足提速需求而制訂,重點(diǎn)偏向于設(shè)備功能,地面和車(chē)載設(shè)備的互聯(lián)互通性考慮較少[18-19]。從大號(hào)碼道岔的例子可以看到,很多安全防護(hù)條件蘊(yùn)含在地面設(shè)備的技術(shù)規(guī)范中,車(chē)載設(shè)備在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)采信的地面防護(hù)條件程度各不相同。

在列控中心和應(yīng)答器規(guī)范中,臨時(shí)限速的發(fā)送邏輯和范圍也較為復(fù)雜,但各車(chē)載設(shè)備的處理卻少有歧義。車(chē)載設(shè)備在線路數(shù)據(jù)(線路固定限速、線路坡度)描述的終點(diǎn)控速在45 km/h以下,但臨時(shí)限速是在數(shù)據(jù)耗盡后才開(kāi)始降速。因?yàn)榱锌刂行臅?huì)檢查制動(dòng)距離范圍內(nèi)的臨時(shí)限速,地面設(shè)備已對(duì)此進(jìn)行防護(hù)。但更重要的是,車(chē)載設(shè)備規(guī)范(2014[29]號(hào)文6.4.4.1條)對(duì)這種情況下的臨時(shí)限速處理進(jìn)行了明確規(guī)定,車(chē)載設(shè)備實(shí)現(xiàn)時(shí)有了直接的依據(jù)。

筆者認(rèn)為,車(chē)載設(shè)備規(guī)范最終要達(dá)到這樣的目標(biāo)：在車(chē)載設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品研發(fā)、工程設(shè)計(jì)、檢測(cè)檢驗(yàn)、運(yùn)用及維護(hù)時(shí),只需查閱車(chē)載設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及引用文件即可,而不需再去研判地面的相關(guān)規(guī)范。地面設(shè)備的規(guī)范制定也是如此,例如目前大號(hào)碼道岔的部分檢查條件定義在應(yīng)答器應(yīng)用原則中,而列控中心的技術(shù)條件又未將應(yīng)答器應(yīng)用原則列入引用文件,這也是需要完善的地方。車(chē)載和地面的責(zé)任劃分問(wèn)題,應(yīng)在系統(tǒng)需求規(guī)范中明確。

在車(chē)地安全防護(hù)責(zé)任劃分時(shí),不能簡(jiǎn)單地將責(zé)任完全推給地面。近年來(lái)發(fā)現(xiàn),信息融合、雙校驗(yàn)機(jī)制可以進(jìn)一步提高列控系統(tǒng)的安全性,預(yù)防未知風(fēng)險(xiǎn)[20-23]。例如目前已經(jīng)確定為技術(shù)條件并實(shí)施的,CTCS-3級(jí)ATP設(shè)備融合軌道電路信息確定CTCS-3級(jí)行車(chē)許可終點(diǎn)；無(wú)線閉塞中心在使用聯(lián)鎖設(shè)備的進(jìn)路信息時(shí),增加對(duì)信號(hào)狀態(tài)、道岔狀態(tài)和軌道區(qū)段占用狀態(tài)的雙校驗(yàn)機(jī)制。

針對(duì)大號(hào)碼道岔問(wèn)題,建議車(chē)載設(shè)備規(guī)范進(jìn)行以下修改：

(1)當(dāng)大號(hào)碼道岔信息包有效時(shí),車(chē)載設(shè)備在收到UUS時(shí),行車(chē)許可終點(diǎn)應(yīng)為應(yīng)答器給出的進(jìn)路數(shù)據(jù)終點(diǎn)；

(2)當(dāng)不能確認(rèn)大號(hào)碼道岔信息包的發(fā)送檢查條件包括道岔前方線路允許速度時(shí),車(chē)載設(shè)備應(yīng)判斷信號(hào)機(jī)與大號(hào)碼道岔位置的一致性。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合地面設(shè)備的規(guī)范條文,對(duì)大號(hào)碼道岔的防護(hù)責(zé)任進(jìn)行了分析,明確了當(dāng)前車(chē)載設(shè)備的職責(zé),對(duì)車(chē)載設(shè)備規(guī)范提出了修改建議。隨著我國(guó)路網(wǎng)的不斷建設(shè),與既有線路連接的情況會(huì)不斷出現(xiàn),大號(hào)碼道岔運(yùn)用的情況也會(huì)增多。因此,對(duì)車(chē)載設(shè)備大號(hào)碼道岔相關(guān)規(guī)范的完善有重要的意義。