鄒 楓

(中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司， 天津 300142)

重載鐵路運(yùn)輸因具有運(yùn)能大、效率高、運(yùn)輸成本低等優(yōu)勢(shì)而受到世界各國(guó)的廣泛重視，是世界上大宗貨物最經(jīng)濟(jì)有效的運(yùn)輸方式。目前，重載鐵路一般采用四顯示自動(dòng)閉塞。四顯示自動(dòng)閉塞采用分級(jí)速度控制模式，用兩個(gè)閉塞分區(qū)長(zhǎng)度滿(mǎn)足列車(chē)從規(guī)定速度(最高速度)到0的制動(dòng)距離。列車(chē)的制動(dòng)距離只能以制動(dòng)性能最差的車(chē)型來(lái)計(jì)算，對(duì)線路通過(guò)能力有一定的制約，從而影響運(yùn)量。且其系統(tǒng)保障的追蹤間隔在10 min左右，無(wú)法滿(mǎn)足運(yùn)量快速增長(zhǎng)的要求，急需縮短追蹤間隔以進(jìn)一步提升運(yùn)輸能力。

基于無(wú)線通信的移動(dòng)閉塞是保證重載列車(chē)運(yùn)輸安全和提高運(yùn)輸效率的技術(shù)手段之一。移動(dòng)閉塞依托大容量、雙向冗余的車(chē)地?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò)和融合衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的高精度車(chē)載自主定位，能實(shí)現(xiàn)基于列車(chē)實(shí)時(shí)位置的安全追蹤運(yùn)行，不同編組之間的列車(chē)追蹤間隔更加靈活，可最大限度地發(fā)揮機(jī)車(chē)車(chē)輛的制動(dòng)特性，提高線路允許通過(guò)能力。

1 重載鐵路移動(dòng)閉塞系統(tǒng)方案

重載鐵路移動(dòng)閉塞系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 重載鐵路移動(dòng)閉塞原理圖

由圖1可知，重載鐵路列車(chē)車(chē)載設(shè)備通過(guò)速度傳感器和雷達(dá)主動(dòng)計(jì)算列車(chē)位置，根據(jù)應(yīng)答器信息對(duì)列車(chē)位置進(jìn)行校準(zhǔn)，得到列車(chē)位置信息后，通過(guò)TD-LTE無(wú)線通信系統(tǒng)發(fā)送到地面RBC設(shè)備，同時(shí)接收RBC下達(dá)的行車(chē)許可數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算列車(chē)制動(dòng)曲線，將控車(chē)命令通過(guò)列車(chē)接口單元傳遞給機(jī)車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)，用以實(shí)施常用制動(dòng)或緊急制動(dòng)。地面RBC設(shè)備根據(jù)接收到的列車(chē)位置，為列車(chē)計(jì)算行車(chē)許可，并通過(guò)地面LTE無(wú)線通信單元將行車(chē)許可發(fā)送至車(chē)載設(shè)備。最后，重載列車(chē)CTC子系統(tǒng)根據(jù)時(shí)刻表，向聯(lián)鎖子系統(tǒng)下達(dá)進(jìn)路辦理命令。

移動(dòng)閉塞系統(tǒng)在顯著縮短行車(chē)間隔和提升線路運(yùn)輸能力的同時(shí)，可有效改善重載鐵路車(chē)站接發(fā)車(chē)的辦理方式，通過(guò)CTC、RBC、聯(lián)鎖與車(chē)載設(shè)備的信息交互，提高多進(jìn)路發(fā)車(chē)能力，進(jìn)而提高運(yùn)輸效率。

2 移動(dòng)閉塞下重載鐵路車(chē)站作業(yè)組織

車(chē)站作業(yè)組織工作主要包括接發(fā)列車(chē)、調(diào)車(chē)、技術(shù)站作業(yè)、車(chē)站作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度指揮、統(tǒng)計(jì)分析等工作，其中與閉塞制式相關(guān)的主要是接發(fā)列車(chē)工作。移動(dòng)閉塞下，車(chē)站作業(yè)組織的改變主要體現(xiàn)在車(chē)站列車(chē)進(jìn)路的辦理方式上，其它作業(yè)均不受影響。

2.1 移動(dòng)閉塞下車(chē)站發(fā)車(chē)進(jìn)路辦理

移動(dòng)閉塞模式下，當(dāng)前車(chē)出清兩條發(fā)車(chē)進(jìn)路沖突的道岔區(qū)段后，可為另一條股道上的列車(chē)辦理發(fā)車(chē)進(jìn)路，如圖2所示。

圖2 移動(dòng)閉塞模式下發(fā)車(chē)進(jìn)路辦理示意圖

從圖2可以看出，先發(fā)列車(chē)A從IG發(fā)車(chē)，當(dāng)列車(chē)A出清道岔區(qū)段9DG，且9DG被解鎖后，可為3G上的移動(dòng)閉塞模式的列車(chē)B辦理發(fā)車(chē)進(jìn)路。任意兩條發(fā)車(chē)進(jìn)路間都可遵循這個(gè)規(guī)則，具體辦理過(guò)程如下：

(1)列車(chē)A辦理IG發(fā)車(chē)進(jìn)路，當(dāng)列車(chē)A出清9DG后，聯(lián)鎖對(duì)9DG完成延時(shí)解鎖，CTC車(chē)站值班員終端上顯示9DG已被解鎖，如圖3所示。

圖3 移動(dòng)閉塞模式下發(fā)車(chē)進(jìn)路解鎖示意圖

(2)3G待發(fā)列車(chē)B升級(jí)為移動(dòng)閉塞模式，CTC車(chē)站值班員終端上顯示3G發(fā)車(chē)信號(hào)機(jī)S3為滅燈狀態(tài)。

(3)當(dāng)過(guò)程(1)和(2)同時(shí)滿(mǎn)足時(shí)，車(chē)站值班員依次點(diǎn)擊S3和XN對(duì)應(yīng)的進(jìn)路始、終端按鈕，為列車(chē)B辦理發(fā)車(chē)進(jìn)路。

(4)聯(lián)鎖將道岔9操控到反位后，9DG再次鎖閉，3G的發(fā)車(chē)進(jìn)路鎖閉并開(kāi)放S3，如圖4所示。

圖4 移動(dòng)閉塞模式下發(fā)車(chē)進(jìn)路辦理過(guò)程示意圖

若后發(fā)列車(chē)采用非移動(dòng)閉塞模式時(shí)，需按傳統(tǒng)方式(即前車(chē)出清離去后)為后車(chē)辦理發(fā)車(chē)進(jìn)路。

2.2 移動(dòng)閉塞下車(chē)站發(fā)車(chē)進(jìn)路解鎖

當(dāng)一條進(jìn)路被兩輛及以上列車(chē)占用時(shí)，需根據(jù)最后一輛列車(chē)占用出清的順序，解鎖進(jìn)路。前車(chē)運(yùn)行區(qū)段占用出清后，仍需持續(xù)為后車(chē)鎖閉。

基于發(fā)車(chē)進(jìn)路辦理，列車(chē)B出清9DG區(qū)段示意如圖5所示。

圖5 列車(chē)B出清9DG區(qū)段示意圖

聯(lián)鎖開(kāi)始對(duì)9DG進(jìn)行延時(shí)解鎖，解鎖后如圖6所示。

前車(chē)A運(yùn)行通過(guò)的區(qū)段，在列車(chē)B未通過(guò)之前需保持鎖閉狀態(tài)，如圖7所示。即列車(chē)A雖然出清了離去區(qū)段，但離去區(qū)段以及列車(chē)B前方的區(qū)段仍需保持鎖閉。

圖6 區(qū)段9DG延時(shí)解鎖示意圖

圖7 移動(dòng)閉塞模式下追蹤列車(chē)間區(qū)段保持鎖閉示意圖

2.3 移動(dòng)閉塞下故障場(chǎng)景及處理

3G上的列車(chē)B辦理了發(fā)車(chē)進(jìn)路后，列車(chē)B故障降級(jí)，如圖8所示。

圖8 列車(chē)B故障降級(jí)示意圖

系統(tǒng)以及車(chē)站值班員處理過(guò)程如下：

(1)后車(chē)降級(jí)后，聯(lián)鎖會(huì)關(guān)閉S3信號(hào)，CTC終端上S3信號(hào)機(jī)顯示為亮燈狀態(tài)，同時(shí)列車(chē)B占用的區(qū)段顯示為非移動(dòng)閉塞列車(chē)占用狀態(tài)。

(2)后車(chē)降級(jí)對(duì)前車(chē)A無(wú)影響，列車(chē)A正常運(yùn)行。

(3)若在列車(chē)A出清離去區(qū)段前，列車(chē)B重新升級(jí)為移動(dòng)閉塞級(jí)別，則車(chē)站值班員可將S3信號(hào)重開(kāi)。

(4)若直到列車(chē)A出清離去后，列車(chē)B仍未升級(jí)為移動(dòng)閉塞級(jí)別，則值班員可在聯(lián)鎖上位機(jī)上對(duì)3G發(fā)車(chē)進(jìn)路進(jìn)行總?cè)私獠僮鳎越怄i3G的發(fā)車(chē)進(jìn)路。

2.4 移動(dòng)閉塞下車(chē)站通過(guò)進(jìn)路的辦理方式

移動(dòng)閉塞下，一條列車(chē)進(jìn)路內(nèi)允許存在多輛列車(chē)，無(wú)需等到前車(chē)完全出清進(jìn)路且整條進(jìn)路解鎖，即可為后面追蹤的移動(dòng)閉塞模式的列車(chē)再次辦理通過(guò)進(jìn)路并開(kāi)放始端信號(hào)。移動(dòng)閉塞模式下通過(guò)進(jìn)路辦理示意如圖9所示。

圖9 移動(dòng)閉塞模式下通過(guò)進(jìn)路辦理示意圖

對(duì)于多列車(chē)通過(guò)進(jìn)路的辦理、解鎖與故障場(chǎng)景的處理，后車(chē)與前車(chē)路徑完全一致時(shí)，聯(lián)鎖無(wú)需為后車(chē)操控道岔。

若后面追蹤的為非移動(dòng)閉塞模式列車(chē)，需按傳統(tǒng)方式(即等到前車(chē)完全出清進(jìn)路后)，才能為后車(chē)再次辦理通過(guò)進(jìn)路。

2.5 移動(dòng)閉塞下車(chē)站側(cè)線接車(chē)進(jìn)路的辦理

與通過(guò)進(jìn)路不同，對(duì)于側(cè)線接車(chē)進(jìn)路，移動(dòng)閉塞下也不允許追蹤辦理，即某一側(cè)線上有車(chē)時(shí)，不允許向該側(cè)線再次辦理進(jìn)路。因?yàn)閷?shí)際運(yùn)營(yíng)中不允許側(cè)線追蹤。接車(chē)進(jìn)路辦理示意如圖10所示。

圖10 接車(chē)進(jìn)路辦理示意圖

從圖10可以看出，3G上已經(jīng)停有一列車(chē)，后車(chē)即使是移動(dòng)閉塞模式下的列車(chē)，也不`能再次向3G辦理接車(chē)進(jìn)路。

移動(dòng)閉塞是安全性、完整性等級(jí)最高(SIL4級(jí))的列控系統(tǒng)，以顯示的車(chē)載速度作為行車(chē)憑證，能實(shí)現(xiàn)列車(chē)緊密追蹤和列車(chē)超速防護(hù)，可有效解決現(xiàn)行機(jī)車(chē)信號(hào)與LKJ結(jié)合使用在控車(chē)安全性方面存在的不足(如惡劣天氣條件下，仍以地面信號(hào)顯示作為行車(chē)憑證，LKJ數(shù)據(jù)管理復(fù)雜，更換不便)。

3 移動(dòng)閉塞下重載鐵路混合運(yùn)行方案

當(dāng)移動(dòng)閉塞模式列車(chē)與傳統(tǒng)基于自動(dòng)閉塞的LKJ模式列車(chē)同時(shí)在線路上運(yùn)行時(shí)，需明確不同級(jí)別列車(chē)間的追蹤方式。同時(shí)，需考慮移動(dòng)閉塞模式列車(chē)的故障降級(jí)場(chǎng)景及故障恢復(fù)過(guò)程。

移動(dòng)閉塞下，司機(jī)不以地面信號(hào)和機(jī)車(chē)信號(hào)作為行車(chē)憑證，而是根據(jù)車(chē)載移動(dòng)授權(quán)信息以及限制速度和推薦速度駕駛列車(chē)。

當(dāng)前后追蹤列車(chē)均為移動(dòng)閉塞模式列車(chē)時(shí)，后車(chē)可追蹤至前車(chē)車(chē)尾(車(chē)尾加一定安全余量)。

列車(chē)的安全距離與列車(chē)的速度有關(guān)，如若傳統(tǒng)意義上的閉塞分區(qū)長(zhǎng)度大于后車(chē)的安全制動(dòng)距離，前后兩移動(dòng)閉塞列車(chē)可追蹤到同一閉塞分區(qū)內(nèi)。

3.1 移動(dòng)閉塞列車(chē)追蹤LKJ列車(chē)

當(dāng)前車(chē)為L(zhǎng)KJ模式列車(chē)時(shí)，RBC無(wú)法準(zhǔn)確確定前車(chē)位置，后車(chē)無(wú)法追蹤到前車(chē)車(chē)尾。后移動(dòng)閉塞列車(chē)只能追蹤到前LKJ列車(chē)所在閉塞分區(qū)后一個(gè)閉塞分區(qū)的始端，如圖11所示。

圖11 移動(dòng)閉塞列車(chē)追蹤LKJ列車(chē)圖

3.2 LKJ列車(chē)追蹤前方列車(chē)

當(dāng)后方追蹤列車(chē)為L(zhǎng)KJ模式列車(chē)時(shí)，按傳統(tǒng)自動(dòng)閉塞追蹤運(yùn)行，不受前車(chē)模式的影響，如圖12所示。

圖12 LKJ列車(chē)追蹤前方列車(chē)圖

3.3 故障場(chǎng)景

導(dǎo)致移動(dòng)閉塞列車(chē)降級(jí)的場(chǎng)景主要有：(1)移動(dòng)閉塞車(chē)載設(shè)備故障；(2)移動(dòng)閉塞車(chē)載設(shè)備與RBC通信中斷；(3)移動(dòng)閉塞車(chē)載設(shè)備丟失應(yīng)答器信息；(4)前后車(chē)均為移動(dòng)閉塞模式列車(chē)，前車(chē)降級(jí)導(dǎo)致后車(chē)的移動(dòng)授權(quán)撤回，后車(chē)越過(guò)移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)。

移動(dòng)閉塞車(chē)載系統(tǒng)應(yīng)具備故障導(dǎo)向安全原則，發(fā)生上述故障后，會(huì)引起ATP制動(dòng)，引起列車(chē)停車(chē)。

3.4 故障恢復(fù)

上述移動(dòng)閉塞故障場(chǎng)景除車(chē)載設(shè)備故障為不可恢復(fù)的故障場(chǎng)景外，其它故障場(chǎng)景情況下，車(chē)載系統(tǒng)在滿(mǎn)足條件下均可自動(dòng)恢復(fù)升級(jí)。故障恢復(fù)流程如圖13所示。

圖13 移動(dòng)閉塞列車(chē)故障恢復(fù)流程圖

從圖13可以看出，移動(dòng)閉塞列車(chē)降級(jí)后，車(chē)載ATP會(huì)進(jìn)行緊急制動(dòng)，停車(chē)后由司機(jī)確認(rèn)緩解降級(jí)為目視行車(chē)模式。司機(jī)在目視行車(chē)模式下駕駛列車(chē)，列車(chē)限速運(yùn)行，若列車(chē)降級(jí)并丟失位置，則首先要進(jìn)行定位。列車(chē)先后經(jīng)過(guò)兩個(gè)應(yīng)答器后可確定運(yùn)行方向及具體位置。列車(chē)定位后，會(huì)持續(xù)向RBC匯報(bào)位置。RBC根據(jù)車(chē)載匯報(bào)的位置進(jìn)行前端篩選和進(jìn)路匹配檢查，檢查成功后向車(chē)載發(fā)送移動(dòng)授權(quán)，列車(chē)進(jìn)而升級(jí)為移動(dòng)閉塞模式，故障恢復(fù)。

列車(chē)升級(jí)需滿(mǎn)足以下條件：

(1)車(chē)地通信良好。若通信故障不能恢復(fù)，則列車(chē)只能目視行車(chē)到車(chē)站，再進(jìn)行通信故障維修。

(2)地面人員需保證列車(chē)進(jìn)路的正常辦理。列車(chē)在區(qū)間運(yùn)行，若不存在反向運(yùn)營(yíng)需求，則無(wú)需匹配進(jìn)路；若列車(chē)在車(chē)站范圍內(nèi)運(yùn)行，RBC需確認(rèn)列車(chē)運(yùn)行在已辦理且進(jìn)路方向與列車(chē)行進(jìn)方向相同的進(jìn)路上，或是列車(chē)已接近已辦理且進(jìn)路方向與列車(chē)行進(jìn)方向相同的進(jìn)路。

(3)列車(chē)前端篩選。當(dāng)列車(chē)距離閉塞分區(qū)末端的距離小于1個(gè)單機(jī)的長(zhǎng)度，同時(shí)前方1個(gè)閉塞分區(qū)空閑時(shí)，移動(dòng)閉塞列車(chē)前端篩選成功升級(jí)，如圖14所示。篩選成功后，RBC向車(chē)載發(fā)送行車(chē)許可，當(dāng)行車(chē)許可的距離大于列車(chē)按當(dāng)前速度所需的制動(dòng)距離時(shí)，列車(chē)會(huì)升級(jí)為移動(dòng)閉塞模式，故障恢復(fù)。反之，則列車(chē)需繼續(xù)向前運(yùn)行，直到滿(mǎn)足條件。

圖14 移動(dòng)閉塞列車(chē)前端篩選成功升級(jí)圖

對(duì)于司機(jī)來(lái)講，列車(chē)降級(jí)后，只需確認(rèn)緩解后按照目視行車(chē)模式駕駛即可，滿(mǎn)足上述條件后，車(chē)載設(shè)備會(huì)自動(dòng)升級(jí)為移動(dòng)閉塞模式。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文闡述了重載鐵路移動(dòng)閉塞給車(chē)站作業(yè)組織帶來(lái)的改變，并說(shuō)明了不同級(jí)別列車(chē)的混合運(yùn)行方案。移動(dòng)閉塞在明顯提升運(yùn)營(yíng)能力的同時(shí)，并未使車(chē)站作業(yè)組織以及區(qū)間列車(chē)追蹤方式復(fù)雜化，這也從另一方面說(shuō)明了移動(dòng)閉塞用于重載鐵路乃至客運(yùn)鐵路的可行性。