王 勇

(1.北京全路通信信號研究設(shè)計院集團有限公司，北京 100070；2.北京市高速鐵路運行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100070)

1 項目概述

1.1 工程概況

莞惠城際鐵路自道滘站至小金口站，正線全長99.841 km。共設(shè)置道滘站、西平西站、東城南站、寮步站、松山湖北站、大朗鎮(zhèn)站、常平南站、常平東站、樟木頭東站、銀屏站、瀝林北站、仲愷站、惠環(huán)站、龍豐站、西湖東站、云山站、小金口站等17 座車站，其中地下站10 座、地面站1 座、高架站6 座；設(shè)置惠州北動車運用所1 座；以上車站共有7 個有岔站，11 個無配線站，其中2 個無配線站兼信號中繼站。小金口站設(shè)置綜合維修車間1 處，瀝林北站設(shè)置綜合維修工區(qū)1 處，各有岔站設(shè)置值班工區(qū)。

在下穿東江水域的西湖東站大里程端及西湖東站至云山站間區(qū)間各設(shè)置防淹門1 處。地下站采用屏蔽門，地面站和高架站采用安全門。設(shè)到發(fā)線車站滿足8 輛和諧號動車組編組停站條件，到發(fā)線有效長400 m；各車站站臺長度均為210 m。

1.2 系統(tǒng)集成

北京全路通信信號研究設(shè)計院集團有限公司作為本項目科研開發(fā)和集成實施的主承擔(dān)單位，牽頭完成城際鐵路 CTCS2+ATO 列控系統(tǒng)總體方案編制、產(chǎn)品和接口規(guī)范制定、地面設(shè)備CCS 和車載車載自動駕駛設(shè)備（ATO） 設(shè)備研發(fā)（含安全認(rèn)證）、實驗室仿真測試、互聯(lián)互通測試、室內(nèi)專家組測試、試驗段現(xiàn)場實車試驗、組織第三方驗證測試、集成實施等全過程（“前期需求—科研開發(fā)—現(xiàn)場試驗—系統(tǒng)集成實施”）的工作，如表1 所示。

表1 系統(tǒng)集成全過程工作Tab.1 The whole process of system integration

2 技術(shù)方案

莞惠城際鐵路信號系統(tǒng)由行車調(diào)度指揮系統(tǒng)、列控系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)、信號集中監(jiān)測系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成，其中列控系統(tǒng)采用CTCS2+ATO列控技術(shù)，滿足200 km/h 動車組和跨線動車組在本線雙線雙方向運行的需求，具備列車超速防護、列車自動運行調(diào)整、列車自動駕駛、站臺精確定位停車、車門/站臺門防護及聯(lián)動控制、折返作業(yè)、防淹門、站臺緊急關(guān)閉防護、列車運行節(jié)能控制等功能。

2.1 行車調(diào)度指揮系統(tǒng)

莞惠城際鐵路采用調(diào)度集中系統(tǒng)（CTC），全線各車站和區(qū)間納入在中國鐵路廣州局集團公司調(diào)度中心設(shè)置的珠三角城際鐵路調(diào)度指揮中心管轄，本工程僅設(shè)置莞惠城際調(diào)度臺。

在各個有岔站設(shè)置CTC 車站站機，在無配線車站綜合監(jiān)控室設(shè)置CTC 車務(wù)終端。

CTC 系統(tǒng)滿足《分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)（CTC）技術(shù)條件》相關(guān)要求外，還應(yīng)具備運行時刻自動調(diào)整、對大站停列車和站站停列車分別管理、運行計劃自動觸發(fā)折返進路、調(diào)度臺界面增加ATO功能顯示信息（站臺門狀態(tài)、區(qū)間運行時分、站停時分、緊急關(guān)閉狀態(tài)、運行計劃設(shè)置、防淹門和人防門靜態(tài)位置等相關(guān)信息）。

2.2 列車運行控制系統(tǒng)

莞惠城際鐵路采用CTCS2+ATO 列控系統(tǒng)，地面設(shè)備配置兼容CTCS-2 級列控系統(tǒng)，與CTCS-2級列控系統(tǒng)相關(guān)的地面設(shè)備設(shè)置方式維持不變。在此基礎(chǔ)上，設(shè)置車載ATO 設(shè)備實現(xiàn)列車自動駕駛，在車載設(shè)備處于完全監(jiān)控模式（FS）時才允許轉(zhuǎn)入自動駕駛模式（AM）；列控中心（TCC）接收通信控制服務(wù)器（CCS）控制命令，輸出站臺門的控制動作，并具備對防淹門、站臺門、緊急關(guān)閉相關(guān)的采集接口，實現(xiàn)緊急情況下的應(yīng)急處理等功能；地面設(shè)置精確定位應(yīng)答器（JD）實現(xiàn)列車精確定位；設(shè)置CCS 實現(xiàn)站臺門控制和運行計劃處理，并接安全數(shù)據(jù)網(wǎng)中實現(xiàn)與TCC 數(shù)據(jù)交互。列控系統(tǒng)采用GSM-R 網(wǎng)絡(luò)電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)實現(xiàn)ATO 車地雙向通信。車載設(shè)備不具備ATO 功能使用條件時，列車可在ATP 車載設(shè)備安全監(jiān)控下運行。

在有岔站和無配線車站（兼中繼站）分別新設(shè)TCC，其余無配線車站不設(shè)置；對應(yīng)莞惠調(diào)度臺設(shè)置1 套臨時限速服務(wù)器（TSRS）和CCS，并在調(diào)度中心設(shè)置CTC-TSRS 接口服務(wù)器和CTC-CCS 接口服務(wù)器；各車站設(shè)置安全數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備，接入設(shè)備包括：TCC、CBI、TSRS、CCS，并設(shè)置EMS 網(wǎng)管服務(wù)器；在維持CTCS-2 列控系統(tǒng)應(yīng)答器布置原則的基礎(chǔ)上，在車站到發(fā)線股道上設(shè)置5 組精確定位應(yīng)答器，定位應(yīng)答器組均由單應(yīng)答器組成，新增的應(yīng)答器在滿足ATO 系統(tǒng)要求的前提下不影響CTCS-2 級列控系統(tǒng)的運行。

2.3 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)

在有岔站設(shè)置二乘二取二型計算機聯(lián)鎖設(shè)備；無配線站不設(shè)計算機聯(lián)鎖設(shè)備，其信號聯(lián)鎖邏輯關(guān)系，由鄰近的有岔站的聯(lián)鎖設(shè)備完成。無配線車站的進站信號機和出站信號機并置。

計算機聯(lián)鎖除滿足《計算機聯(lián)鎖技術(shù)條件》系統(tǒng)功能外，還應(yīng)具備對防淹門、站臺門、緊急關(guān)閉相關(guān)的采集接口。站臺門未鎖閉時，聯(lián)鎖不允許對應(yīng)進站、出站信號開放；緊急關(guān)閉按鈕按下時，聯(lián)鎖應(yīng)立即關(guān)閉對應(yīng)的進站、出站信號；防淹門關(guān)閉時，防淹門相鄰車站的聯(lián)鎖應(yīng)禁止開放相應(yīng)的出站信號。

2.4 其他信號系統(tǒng)

在惠州北運用所區(qū)域監(jiān)測中心新設(shè)監(jiān)測系統(tǒng)總機設(shè)備，滿足珠三角地區(qū)城際鐵路規(guī)劃整體布局和運維、容量的要求，各有岔站和無配線車站（兼中繼站）分別新設(shè)信號集中監(jiān)測站機，各有岔站工區(qū)、維修工區(qū)和維修車間設(shè)置監(jiān)測終端設(shè)備。信號集中監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)增加對CCS、防淹門、站臺門、緊急關(guān)閉等相關(guān)信息的監(jiān)測。

各有岔站和無配線車站（兼做中繼站）分別新設(shè)智能電源屏，配置雙套大容量UPS；其余無配線車站CTC 車務(wù)終端電源采用綜合監(jiān)控室墻面插座電源，并配置單套UPS。供給計算機聯(lián)鎖、列控中心（含安全數(shù)據(jù)網(wǎng)）、CTC 站機等的電源屏模塊冗余設(shè)置。

3 創(chuàng)新成果

1）通過高速鐵路CTCS 技術(shù)與城市軌道交通CBTC 技術(shù)的融合，形成城際鐵路列控系統(tǒng)高安全性、高智能化和綜合自動化的集成創(chuàng)新

CTCS2+ATO 列控系統(tǒng)是以我國高速鐵路CTCS-2 級列控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過借鑒CTCS-3 級列控系統(tǒng)車地?zé)o線安全通信技術(shù)并融合城市軌道交通CBTC 系統(tǒng)自動駕駛相關(guān)技術(shù)進行集成創(chuàng)新的城際鐵路列控系統(tǒng)。

在CTCS-2 級列控系統(tǒng)基礎(chǔ)上通過對既有設(shè)備的適配修改，并新增地面CCS 和ATO 實現(xiàn)列車自動駕駛、車門自動控制、車門與站臺門聯(lián)動控制、運行計劃管理等相關(guān)功能，是具有高安全性、高可靠性、高智能化和綜合自動化的適用于速度200 km/h 及以下城際鐵路并滿足高速鐵路與城際鐵路混合運輸模式的列車運行控制系統(tǒng)。

2）首次完整確立了運營速度200 km/h 的高鐵CTCS 列控系統(tǒng)增加ATO 功能的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)體系，形成CTCS 列控系統(tǒng)的制式創(chuàng)新

CTCS2+ATO 列控系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用實現(xiàn)了CTCS-2 級列控系統(tǒng)增加ATO 功能，形成了配套的總體規(guī)范、設(shè)備及接口規(guī)范、測試規(guī)范和實施方案等體系文件，在國際上首次完整確立了適用于運行速度200 km/h 的列控系統(tǒng)增加ATO 功能的技術(shù)體系和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并為后續(xù)速度300 km/h 的CTCS-3 級列控系統(tǒng)增加ATO 功能奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)，如表2 所示。

3）首次基于GSM-R 車地通信技術(shù)及信號安全數(shù)據(jù)網(wǎng)，實現(xiàn)站臺門集中安全管理及車地門聯(lián)動的安全控制

CTCS2+ATO 列控系統(tǒng)中的CCS，是基于GSM-R 進行車地安全通信，并通過信號安全數(shù)據(jù)網(wǎng)實現(xiàn)對站臺門的集中安全控制和車地門聯(lián)動的安全控制。

表2 CTCS2+ATO列控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系文件Tab.2 Standard system documents of CTCS2+ATO system

通信控制服務(wù)器設(shè)備采用二乘二取二安全冗余結(jié)構(gòu)，安全完整度等級達到SIL4 級，采用了具有獨立一致性校驗和拒絕機制的二取二安全冗余技術(shù)，系內(nèi)二取二比較由主、從兩個CPU 進行，相互獨立的兩個 CPU 采用不對稱的方式在任務(wù)級的協(xié)調(diào)機制下同步運行，各自分別對運算結(jié)果的一致性進行比較及安全性處理。

通信控制服務(wù)器設(shè)備采用標(biāo)準(zhǔn)的RSSP-II 安全通信協(xié)議，與CTC、TCC、ATP 等其他信號核心安全系統(tǒng)實現(xiàn)安全數(shù)據(jù)傳輸；在系統(tǒng)內(nèi)部各層次的通信中普遍采用了傳輸數(shù)據(jù)安全側(cè)編碼、時間戳校驗、雙地址碼校驗、持續(xù)重復(fù)發(fā)送和信源編碼等安全信息傳輸技術(shù)，并嚴(yán)格遵循檢錯而不糾錯的原則，任何檢出的異常都將導(dǎo)致傳輸數(shù)據(jù)被置為安全側(cè)。

4）解決了200 km/h 動車組的自動駕駛問題，在國際及國內(nèi)尚屬首次

CTCS2+ATO 列控系統(tǒng)中的ATO，安全完整度等級達到SIL2 級，實現(xiàn)了適應(yīng)速度200 km/h 高速動車組運行等級動態(tài)調(diào)整與控車算法和平滑的控制策略。

城軌列車最高運營速度一般不超過80 km/h，部分線路可達到100 ～120 km/h，大部分列車在全速度區(qū)間的制動性能較好，列車動力學(xué)制動性能較簡單，線性度很好；城際動車組最高運營速度可達到200 km/h，列車動力學(xué)性能更復(fù)雜。ATO 設(shè)備在適應(yīng)更復(fù)雜的城際列車時，需匹配動車組的牽引/制動特性，并根據(jù)線路坡度優(yōu)化ATO 控車算法，實現(xiàn)城際動車組的自動駕駛控制。適用于城際動車組的ATO 控制算法具有很強的魯棒性與自適應(yīng)能力，能夠大幅度適應(yīng)車輛由老化原因以及長時間運營引起的動力學(xué)性能變化，大幅度減少后期維護量。

5）建立基于應(yīng)答器+傳感器的列車精確定位模型，解決了與干線鐵路互通運行條件下的精確定位停車問題

提出基于精確定位應(yīng)答器組自主校正算法的列車高精定位技術(shù)，優(yōu)化應(yīng)答器位置判斷機制，提高應(yīng)答器接收位置的準(zhǔn)確性，并通過速度傳感器和雷達的數(shù)據(jù)融合，提高列車運行精確定位停車的精度，滿足城際鐵路±35 cm 的站停誤差的要求。

莞惠城際正式開通運營以來，動車組列車精確停站率（±35 cm 停車窗口）達到100%。

6）提出設(shè)備層互聯(lián)互通測試方法，解決了城際鐵路各廠家實驗室和現(xiàn)場互聯(lián)互通測試問題

首次制訂的《城際鐵路CTCS2+ATO 列控系統(tǒng)測試大綱》（科技運函[2014]101 號），成為指導(dǎo)城際鐵路CTCS2+ATO 列控系統(tǒng)測試的重要規(guī)范文件，根據(jù)不同的系統(tǒng)需求和運營場景，并編制全套測試序列。

針對實驗室互聯(lián)互通測試，通過網(wǎng)絡(luò)接口方式，實現(xiàn)每個廠家的車載設(shè)備和地面設(shè)備異地部署的互聯(lián)互通測試；針對現(xiàn)場互聯(lián)互通測試，結(jié)合現(xiàn)場施工進度、動車組生產(chǎn)情況及現(xiàn)場試驗內(nèi)容等制約條件，創(chuàng)造性地提出了不同廠家的車載設(shè)備在動車組兩端差異配置，不同廠家的地面CCS 設(shè)備分時設(shè)置、TCC 設(shè)備分站設(shè)置的試驗方案，在完成城際鐵路CTCS2+ATO 列控系統(tǒng)功能測試的基礎(chǔ)上，同步完成設(shè)備層面的互聯(lián)互通測試，這在國內(nèi)多廠家信號系統(tǒng)綜合試驗方面屬于首創(chuàng)，極大地提高了測試的效率，確保莞惠城際如期開通。

7）建立了符合城際鐵路信號系統(tǒng)的測試仿真平臺和測試體系

城際鐵路信號系統(tǒng)屬于復(fù)雜分布式控制系統(tǒng)，測試仿真平臺采用半實物仿真測試技術(shù)進行實現(xiàn)及優(yōu)化。測試仿真平臺根據(jù)功能及接口分類將整個測試平臺進行組合和層次劃分，按“半實物仿真運行系統(tǒng)”、“綜合監(jiān)控系統(tǒng)”和“綜合測評系統(tǒng)”3 層的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行設(shè)計和集成，在此基礎(chǔ)上建設(shè)測試仿真平臺。

8）國際上首次實現(xiàn)了速度200 km/h 城際動車組增加ATO 功能的商業(yè)應(yīng)用

莞惠城際鐵路CTCS2+ATO 列控系統(tǒng)已于2016 年3 月30 日開通運營，國際上首次實現(xiàn)了速度200 km/h 動車組列車自動駕駛、車站定點停車、運行計劃自動調(diào)整、車門及站臺門安全防護及聯(lián)動控制以及列車節(jié)能運行的商業(yè)應(yīng)用。

4 結(jié)束語

城際鐵路主要服務(wù)于相鄰城市間或城市群，是新興的軌道交通運輸方式和我國鐵路建設(shè)的重要方向。本項目形成的各種規(guī)范和系統(tǒng)集成實施方案，更是為城際鐵路信號系統(tǒng)的建設(shè)統(tǒng)一了技術(shù)規(guī)范和工程標(biāo)準(zhǔn)。莞惠城際是國內(nèi)首次應(yīng)用CTCS2+ATO系統(tǒng)制式的城際鐵路，對今后珠三角地區(qū)城際鐵路建設(shè)具有示范和影響意義，也為國內(nèi)城際鐵路信號系統(tǒng)建設(shè)和發(fā)展提供了指導(dǎo)意義，更是國內(nèi)高速鐵路走向自動駕駛的一次飛躍，從而實現(xiàn)高速鐵路的綜合自動化和智能化。