曹德寧，金 銳

（1. 卡斯柯信號(hào)有限公司北京分公司，北京 100160；

2. 中國鐵路西安局集團(tuán)有限公司安全監(jiān)察大隊(duì)，西安 710054）

1 概述

廣佛肇城際鐵路在CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，添加ATO設(shè)備，兼顧高速鐵路與城市軌道交通的特點(diǎn)。CTCS-2系統(tǒng)與ATO設(shè)備的有機(jī)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)駕駛，具備站間自動(dòng)運(yùn)行、車站定點(diǎn)停車及車站通過、折返作業(yè)、列車運(yùn)行自動(dòng)調(diào)整、車門/屏蔽門防護(hù)及聯(lián)動(dòng)控制等功能[1]。CTCS2+ATO系統(tǒng)不僅提高了運(yùn)行效率，減輕司機(jī)、客運(yùn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，還能提高乘坐的舒適度[2]。

在城際鐵路中，屏蔽門安裝在站臺(tái)兩側(cè)的合適位置，可將軌道與站臺(tái)有效隔離，從而避免乘客在擁擠等情況下落入軌道。當(dāng)列車進(jìn)入車站停準(zhǔn)停穩(wěn)后，列車的車門與車站的屏蔽門自動(dòng)打開，辦理換客業(yè)務(wù)后自動(dòng)關(guān)閉車門和屏蔽門。車門/屏蔽門的聯(lián)動(dòng)控制邏輯對(duì)模塊之間信息傳遞的速率、穩(wěn)定性、一致性等方面有很高的要求[3]。

2 CTCS2+ATO車載設(shè)備邏輯架構(gòu)

CTCS2+ATO車載設(shè)備主要由ATP 控制單元、ATO控制單元、TCR單元、測速測距單元(包括速度傳感器、測速雷達(dá)等)、BTM單元、人機(jī)交互單元(DMI)、司法記錄單元(JRU)、列車接口單元和GSM-R無線通信單元等組成[4-6]，如圖1所示。

圖1 CTCS2+ATO車載設(shè)備邏輯架構(gòu)Fig.1 CTCS2+ATO onboard equipment logical architecture

2.1 ATP控制單元

ATP控制單元作為CTCS2+ATO車載設(shè)備的核心控制系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)列車的自動(dòng)防護(hù)功能，保證列車的安全行車。

2.2 ATO控制單元

ATO控制單元在ATP控制單元的監(jiān)督下運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)列車的自動(dòng)駕駛、精確停車、開關(guān)車門、立即發(fā)車、自動(dòng)折返等功能。

2.3 測速測距單元

測速測距單元由速度傳感器、測速雷達(dá)等組成。ATP控制單元根據(jù)測速測距單元的信息計(jì)算出列車的真實(shí)速度。

2.4 BTM單元

BTM單元包括BTM接收單元和BTM天線。BTM接收單元能對(duì)BTM天線的連接及功能進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，還能在列車高速運(yùn)行的情況下可靠接收、解調(diào)地面應(yīng)答器的信號(hào)，并將解調(diào)后的信息傳給ATP控制單元和ATO控制單元。

2.5 TCR單元

TCR單元包括TCR天線和軌道電路接收器TCR單元對(duì)接收的信息進(jìn)行處理，并把處理結(jié)果發(fā)給ATP控制單元。

2.6 DMI單元

DMI作為CTCS2+ATO系統(tǒng)的人機(jī)界面單元，是車載設(shè)備的顯示和輸入裝置。在一定條件下，可通過DMI向ATP控制單元輸入列車的關(guān)鍵參數(shù)，而ATP控制單元對(duì)處理后列車的實(shí)時(shí)速度、目標(biāo)距離、線路條件等信息通過DMI顯示。

2.7 司法記錄單元

司法記錄單元用于記錄車載設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及司機(jī)駕車的過程，包括車載設(shè)備的工作模式及狀態(tài)、與地面設(shè)備之間的交互信息等信息。

2.8 列車接口單元

列車接口單元作為ATP控制單元和ATO控制單元與車輛之間的接口，由繼電器進(jìn)行接口轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)列車輸入信息的采集及車載設(shè)備控制命令的輸出。

2.9 車載電臺(tái)

車載設(shè)備通過車載電臺(tái)與CCS相連，接收列車的運(yùn)營計(jì)劃，以及發(fā)送開/關(guān)屏蔽門的命令。車載設(shè)備上電自檢時(shí)，車載電臺(tái)會(huì)自動(dòng)注冊(cè)到GSM-R網(wǎng)絡(luò)。

3 CTCS2+ATO地面設(shè)備

CTCS2+ATO系統(tǒng)的地面設(shè)備由通信控制服務(wù)器(CCS)、列控中心(TCC)、臨時(shí)限速服務(wù)器(TSRS)、分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)(CTC)、軌道電路、應(yīng)答器及軌旁電子單元(LEU)、GSM-R通信接口等組成[7-8]。如圖2所示。

圖2 CTCS2+ATO地面設(shè)備架構(gòu)Fig.2 CTCS2+ATO trackside equipment architecture

3.1 CCS

CCS與CTC、TCC、車載設(shè)備進(jìn)行通信，可實(shí)現(xiàn)門控信息的管理，通過TCC實(shí)現(xiàn)屏蔽門的防護(hù)功能和控制功能。同時(shí)，對(duì)CTC的運(yùn)行計(jì)劃進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)發(fā)。

3.2 TCC

TCC根據(jù)列車的進(jìn)路狀態(tài)和軌道區(qū)段的占用狀態(tài)等信息，實(shí)現(xiàn)軌道電路編碼及發(fā)碼方向的控制、信號(hào)機(jī)的控制、有源應(yīng)答器報(bào)文信息的存儲(chǔ)和調(diào)用、臨時(shí)限速信息的發(fā)送及管理、站間安全信息的傳輸?shù)裙δ?。同時(shí)，還應(yīng)具有屏蔽門的防護(hù)、控制及緊急關(guān)閉等功能。

3.3 TSRS

TSRS用于全線線路中臨時(shí)限速的下達(dá)與取消。

3.4 軌道電路

軌道電路可實(shí)現(xiàn)列車的占用檢查和完整性檢查，并向車載設(shè)備單向傳送信息，從而實(shí)現(xiàn)列車控制信息的連續(xù)傳送、接收和提取功能。

3.5 應(yīng)答器及軌旁電子單元

應(yīng)答器由有源應(yīng)答器和無源應(yīng)答器組成，可在特定地點(diǎn)向車載設(shè)備提供可靠的地面固定信息和可變信息。其中：有源應(yīng)答器與LEU通信，發(fā)送來自LEU的報(bào)文。無源應(yīng)答器只能向車載發(fā)送預(yù)先存儲(chǔ)的固定報(bào)文信息。

4 CTCS2+ATO特點(diǎn)

與既有的CTCS2控制系統(tǒng)相比，CTCS2+ATO系統(tǒng)增添了以下功能。

1）站內(nèi)接車方向布置精確定位應(yīng)答器，為車載設(shè)備提供停車位置信息和門側(cè)信息。

2）增加CCS保證車地之間的無線通信，發(fā)送列車運(yùn)行計(jì)劃，轉(zhuǎn)發(fā)車門和屏蔽門聯(lián)動(dòng)信息。

3）增加ATO處理單元及相應(yīng)的控制接口，負(fù)責(zé)控車策略，施加制動(dòng)/牽引、開關(guān)車門等。

4）新增ATP與ATO處理單元接口，負(fù)責(zé)向ATO提供列車運(yùn)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。

5）新增車載ATP與GSM-R無線通信接口，通過CCS完成屏蔽門與車門的聯(lián)動(dòng)、CTC將運(yùn)行計(jì)劃傳至車載設(shè)備。

5 車門/屏蔽門聯(lián)動(dòng)邏輯

根據(jù)車載設(shè)備與CCS連接情況，車門/屏蔽門的聯(lián)動(dòng)邏輯對(duì)應(yīng)3種情況：車載設(shè)備與CCS連接成功時(shí)ATO設(shè)備自動(dòng)控制車門/屏蔽門；車載設(shè)備與CCS連接成功時(shí)手動(dòng)控制車門/屏蔽門；車載設(shè)備與CCS連接不成功時(shí)手動(dòng)開啟車門。

5.1 ATO設(shè)備自動(dòng)控制車門/屏蔽門邏輯

在車載設(shè)備與CCS連接正常的情況下，列車進(jìn)站停準(zhǔn)停穩(wěn)后，車載設(shè)備根據(jù)應(yīng)答器和運(yùn)營計(jì)劃等信息辦理停車辦客業(yè)務(wù)，此時(shí)ATO設(shè)備對(duì)屏蔽門/車門的控制邏輯如圖3所示。

圖3 車門/屏蔽門自動(dòng)控制邏輯Fig.3 Automatic control logic of platform door/train door

如果列車未在精確停車位置允許的范圍內(nèi)停車，ATO設(shè)備不輸出開車門命令，DMI也不顯示停準(zhǔn)停穩(wěn)圖標(biāo)。如果列車在精確停車允許的范圍內(nèi)停車，車載設(shè)備查詢門側(cè)信息是否正確。如果門側(cè)信息錯(cuò)誤，ATO設(shè)備不會(huì)輸出開車門命令；如果門側(cè)信息正確，ATO設(shè)備進(jìn)一步判斷是否為單側(cè)開門。如果運(yùn)營計(jì)劃中要求雙側(cè)開門，ATO設(shè)備通過DMI提示司機(jī)手動(dòng)開門，并顯示雙側(cè)開門圖標(biāo)；如果是單側(cè)開門，則繼續(xù)查詢運(yùn)行計(jì)劃中是否要執(zhí)行停車辦客業(yè)務(wù)。如果不需要執(zhí)行停車辦客業(yè)務(wù)，ATO不發(fā)出車門開門指令；如果執(zhí)行辦客業(yè)務(wù)，ATO設(shè)備將檢查門允許的狀態(tài)。如果ATO設(shè)備未得到門允許狀態(tài)，則不執(zhí)行開門指令；如果得到門允許狀態(tài)，ATO設(shè)備依次發(fā)出屏蔽門開門命令、車門開門命令。一定時(shí)間后，如果車載設(shè)備未收到車門/屏蔽門開門狀態(tài)的反饋，ATO設(shè)備則認(rèn)為屏蔽門/車門聯(lián)動(dòng)失敗，司機(jī)確認(rèn)開門的狀態(tài)；如果車載設(shè)備收到屏蔽門/車門開門的反饋狀態(tài)，則車門/屏蔽門均已開啟，辦理乘客上下車的業(yè)務(wù)。

在此過程中，車載設(shè)備實(shí)時(shí)查詢發(fā)車倒計(jì)時(shí)是否結(jié)束。如果發(fā)車倒計(jì)時(shí)未結(jié)束，則繼續(xù)執(zhí)行停車上客業(yè)務(wù)；如果發(fā)車倒計(jì)時(shí)已結(jié)束，ATO設(shè)備依次發(fā)出屏蔽門關(guān)門命令、車門關(guān)門指令后。一段時(shí)間內(nèi)車載設(shè)備未接收到屏蔽門/車門關(guān)門的狀態(tài)反饋，則DMI提示車門/屏蔽門聯(lián)動(dòng)失敗，司機(jī)確認(rèn)關(guān)門的狀態(tài)，如果車載設(shè)備收到屏蔽門/車門關(guān)門的狀態(tài)反饋，則向CCS發(fā)送關(guān)門狀態(tài)。

5.2 司機(jī)手動(dòng)控制車門/屏蔽門邏輯

在車載設(shè)備與CCS連接正常的情況下，列車進(jìn)站未在精確停車允許的范圍內(nèi)停穩(wěn)，此時(shí)ATO設(shè)備不發(fā)出開門指令。

如果列車在ATP停車允許的范圍內(nèi)停車，司機(jī)可根據(jù)DMI提示的門側(cè)信息，手動(dòng)控制開關(guān)車門；車載設(shè)備根據(jù)采集的開關(guān)車門命令，聯(lián)動(dòng)屏蔽門的開關(guān)。屏蔽門/車門的邏輯與圖3相同，僅是ATO開關(guān)車門替換為司機(jī)開關(guān)車門。

5.3 司機(jī)手動(dòng)控制車門邏輯

當(dāng)車載設(shè)備與CCS斷開連接時(shí)，列車進(jìn)站后只能依靠司機(jī)手動(dòng)開啟車門，此時(shí)屏蔽門的開啟/關(guān)閉只能由地面控制，其控制邏輯如圖4所示。

圖4 車門手動(dòng)控制邏輯Fig.4 Manual control logic of train door

列車進(jìn)站停車后，司機(jī)根據(jù)實(shí)際情況判斷是否為雙側(cè)開門。如果為雙側(cè)開門，則執(zhí)行雙側(cè)開門程序，否者根據(jù)實(shí)際情況執(zhí)行開左側(cè)車門或右側(cè)車門的邏輯。

當(dāng)列車需要雙側(cè)開門時(shí)，司機(jī)首先需要按壓左側(cè)和右側(cè)開門釋放鍵，接著按壓左側(cè)和右側(cè)開門鍵。當(dāng)辦理完上客業(yè)務(wù)后，司機(jī)按壓左右和右側(cè)關(guān)門鍵，車門關(guān)閉。

當(dāng)列車需要左開門時(shí)，司機(jī)首先需要按壓左側(cè)開門釋放鍵，接著按壓左側(cè)開門鍵。當(dāng)辦理完上客業(yè)務(wù)后，司機(jī)按壓左側(cè)關(guān)門鍵，左側(cè)車門關(guān)閉。

當(dāng)列車需要右側(cè)開門時(shí)，司機(jī)首先需要按壓右側(cè)開門釋放鍵，接著按壓右側(cè)開門鍵。當(dāng)辦理完上客業(yè)務(wù)后，司機(jī)按壓右側(cè)關(guān)門鍵，右側(cè)車門關(guān)閉。

6 結(jié)束語

本文介紹CTCS2+ATO系統(tǒng)中車載設(shè)備和地面設(shè)備的組成及各設(shè)備的具體功能，在此基礎(chǔ)上，分析該系統(tǒng)的工作原理及其特點(diǎn)，并詳細(xì)介紹列車在自動(dòng)模式和手動(dòng)模式車門/屏蔽門的聯(lián)動(dòng)的條件及工作邏輯。與既有的CTCS-2系統(tǒng)相比，CTCS2+ATO系統(tǒng)不僅提高系統(tǒng)的工作效率，減輕司機(jī)、客運(yùn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，還能提高乘坐的舒適度。