李啟翮

（湖南中車時代通信信號有限公司 北京分公司，北京 100071）

0 引言

列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（簡稱“列控系統(tǒng)”）以有效技術(shù)手段對列車運(yùn)行速度、追蹤間隔進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和超速防護(hù)，是保證行車安全并提高運(yùn)行效率的重要技術(shù)裝備。無線閉塞中心（radio block center，RBC）作為鐵路干線領(lǐng)域中基于連續(xù)式車地雙向無線通信的列控系統(tǒng)的地面自動列車防護(hù)（automatic train protection，ATP）核心設(shè)備，其主要功能是通過無線通信接收列車所報告的位置、速度等狀態(tài)信息，并結(jié)合當(dāng)前地面狀態(tài)信息，計算生成行車許可、緊急命令、臨時限速等控車指令發(fā)送給車載ATP設(shè)備。歐洲列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（European train control system，ETCS）、中國列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（China train control system，CTCS）以及美國GE公司的增加型列控系統(tǒng)（incremental train control system，ITCS）都采用了RBC。

隨著軌道交通信號系統(tǒng)的發(fā)展，無人駕駛技術(shù)被逐漸引入，成為該領(lǐng)域的重要研究方向，“列控系統(tǒng)+列車自動駕駛（automatic train operation，ATO）”正是智能軌道交通必不可少的配置。在城市軌道交通領(lǐng)域，基于通信的列控系統(tǒng)（communication based train control system，CBTC）中ATO的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成熟多年，但還不能完全離開司機(jī)的輔助；更進(jìn)一步，全無人駕駛系統(tǒng)（fully automatic operation，F(xiàn)AO）也已經(jīng)在部分線路開始實(shí)施，其可以完全取代司機(jī)的角色。在干線鐵路領(lǐng)域，為CTCS系統(tǒng)增加ATO功能的相關(guān)研究從2013年就開始了，2017年開通的莞惠城際鐵路成為首條采用“CTCS-2+ATO”系統(tǒng)的高鐵線路，更加先進(jìn)的“CTCS-3+ATO”系統(tǒng)也于2018年在京沈高鐵上完成試驗并進(jìn)入現(xiàn)場試用階段。作為CTCS系統(tǒng)規(guī)范制定基礎(chǔ)的ETCS系統(tǒng)也同樣積極應(yīng)對這一趨勢，ATO的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[1]正在制定中。

在重載貨運(yùn)鐵路領(lǐng)域，相關(guān)的研發(fā)工作也已經(jīng)開展，由包神鐵路集團(tuán)神朔鐵路分公司、中車株洲電力機(jī)車研究所有限公司與中車株洲電力機(jī)車有限公司合作研發(fā)的“神華號”機(jī)車智能駕駛系統(tǒng)，其第一階段工程于2019年10月正式開通，成為我國首個在重載鐵路上正式開通的智能駕駛系統(tǒng)。其信號系統(tǒng)分為車載系統(tǒng)和地面系統(tǒng)兩部分。車載設(shè)備主要包含LKJ-15C車載控制子系統(tǒng)、ATO子系統(tǒng)和輔助駕駛模塊（assistant operation module，AOM）自動喚醒裝置等。地面系統(tǒng)由智能調(diào)度子系統(tǒng)、無線信號控制子系統(tǒng)（即無線閉塞中心RBC在該智能駕駛系統(tǒng)中的名稱）、差分定位基站、出退勤子系統(tǒng)、安全與質(zhì)量分析子系統(tǒng)等組成，同時系統(tǒng)需要與計算機(jī)聯(lián)鎖接口，以獲取進(jìn)路/閉塞分區(qū)等狀態(tài)信息。

安全是軌道交通中的頭等大事，因此承擔(dān)安全防護(hù)功能的ATP設(shè)備是智能駕駛系統(tǒng)的基礎(chǔ)。在重載智能駕駛系統(tǒng)中，LKJ-15C裝置（簡稱“LKJ-15C”）承擔(dān)了車載ATP的功能，RBC承擔(dān)著地面ATP核心功能。與ETCS/CTCS系統(tǒng)中的RBC相比，智能駕駛系統(tǒng)中的RBC除了既有RBC所應(yīng)具備的正常功能外，針對重載鐵路的特點(diǎn)還增加了新的功能，本文將對該設(shè)備的特點(diǎn)進(jìn)行描述。

1 RBC架構(gòu)

1.1 CTCS-3系統(tǒng)RBC

我國鐵路的CTCS是參考ETCS并結(jié)合我國鐵路的實(shí)際情況而制定的，分為CTCS-0～CTCS-4共5個等級。當(dāng)前在用的有CTCS-0（簡稱“C0”）、CTCS-2（簡稱“C2”）和CTCS-3（簡稱“C3”）共3個等級，CTCS-1級（簡稱“C1”）和CTCS-4級（簡稱“C4”）尚處于研究規(guī)劃中[2]。

C0級系統(tǒng)應(yīng)用于普速線路，列車配置LKJ裝置；C2和C3級系統(tǒng)則專用于高速鐵路。

C3系統(tǒng)是我國正式應(yīng)用的最先進(jìn)的列控系統(tǒng)，適用于350 km/h及以上標(biāo)準(zhǔn)速度的線路，其基于ETCS-2級（簡稱“E2”）系統(tǒng)而制定。C3系統(tǒng)需求規(guī)范[3]選取了ETCS系統(tǒng)[4]需求規(guī)范中適合中國高鐵的部分，去除了僅適用于普速線路和歐洲線路特征（例如道口、多種供電制式、多種車輛限界等）的部分，并配置了C2系統(tǒng)作為后備模式，是E2系統(tǒng)的中國本地化實(shí)現(xiàn)。E2系統(tǒng)與C3系統(tǒng)可被認(rèn)為是互相兼容的系統(tǒng)，裝備E2車載設(shè)備的列車也可在C3線路上運(yùn)行。

E2/C3系統(tǒng)的地面核心設(shè)備是RBC，其具有SIL4級安全完整度，通常采用2乘2取2或3取2的安全計算機(jī)平臺來實(shí)現(xiàn)。它通過與計算機(jī)聯(lián)鎖（computer based interlocking，CBI）、相鄰RBC、調(diào)度集中（centralized traffic control，CTC）等地面設(shè)備交互，獲取線路的地面狀態(tài)信息；通過GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)與列控車載設(shè)備（即車載ATP）實(shí)時通信，獲取列車狀態(tài)信息；綜合車地信息計算出控車命令（行車許可/緊急命令等）并經(jīng)無線信道即時發(fā)送給列車，車載ATP根據(jù)所收到的命令控制列車安全運(yùn)行。

C4系統(tǒng)目前還處于研究中，其規(guī)劃也同樣基于尚處于研究中的E3系統(tǒng)而制定的。在規(guī)劃中，其控車方式與E2/C3系統(tǒng)的相似，車載ATP與RBC之間同樣采用車地雙向無線通信的方式交互信息。C4系統(tǒng)與E2/C3系統(tǒng)的主要區(qū)別在于：

（1）軌旁不再配置占用檢測設(shè)備（如軌道電路、計軸等）；

（2）列車完整性由車載設(shè)備報告給地面；

（3）地面所發(fā)送的行車許可（movement authority，MA）采用移動閉塞制式（C3為準(zhǔn)移動閉塞制式，依然以閉塞分區(qū)或進(jìn)路為單位，實(shí)際屬于固定閉塞范疇）。

在C3系統(tǒng)中，RBC與外圍設(shè)備的連接關(guān)系如圖1所示[5]。圖中，臨時限速服務(wù)器TSRS是CTCS相對于ETCS系統(tǒng)增加的專有設(shè)備，用于作為CTC與RBC之間臨時限速命令的下達(dá)中介，管理和存儲CTC的臨時限速命令；而ETCS通常由RBC與CTC直接交互臨時限速命令。CSM與RBC維護(hù)單元連接，接收RBC所發(fā)的設(shè)備狀態(tài)和報警信息，相關(guān)信息在RBC維護(hù)單元中也會被同時存儲。

圖1 C3級RBC與外圍設(shè)備的連接Fig.1 C3 RBC with peripheral equipments

C3級RBC的主要控車功能如下：

（1）與車載ATP之間無線通信會話的管理；

（2）接受車載ATP的注冊與注銷；

（3）MA的計算與發(fā)送；

（4）緊急命令的發(fā)送；

（5）車載ATP等級轉(zhuǎn)換的控制；

（6）臨時限速命令的發(fā)送；

（7）與相鄰RBC之間的列車移交；

（8）調(diào)車的允許與拒絕。

1.2 智能駕駛系統(tǒng)RBC

在重載鐵路智能駕駛系統(tǒng)中，RBC作為地面列控設(shè)備的中心地位不變，依然承擔(dān)著地面ATP的核心功能，與其所關(guān)聯(lián)的外圍設(shè)備接口如圖2所示。

圖2 重載鐵路智能駕駛系統(tǒng)RBC子系統(tǒng)與外圍設(shè)備的連接Fig.2 Heavy haul railway intelligent driving system RBC with the external equipments

與圖1所示C3級RBC相比，重載鐵路智能駕駛系統(tǒng)RBC存在如下不同：

（1）采用與ETCS系統(tǒng)通用的架構(gòu)，由調(diào)度系統(tǒng)直接與RBC交互，并發(fā)送臨時限速命令，RBC將臨時限速命令直接存儲于非易失性存儲器中，省去TSRS，從而降低了成本。

（2）出于成本考慮，暫時未對既有信號集中監(jiān)測系統(tǒng)（centralized signal monitoring system，CSM）進(jìn)行升級改造，未增加與RBC的接口。由于CSM接入的是RBC的維護(hù)單元，相關(guān)信息都已經(jīng)存儲在維護(hù)單元中，因此即使沒有該接口，也不影響RBC的可維護(hù)性。將來若有需要，RBC可以很容易地增加該接口。

（3）車載設(shè)備采用LKJ-15C，其承擔(dān)了車載ATP的功能，并且由于LKJ本身就是CTCS-0級的防護(hù)系統(tǒng)，因此具備與CTCS-0級系統(tǒng)的兼容性。相比再增加一套車載ATP設(shè)備的架構(gòu)，其大幅度降低了成本。

（4）RBC通過4G無線通信網(wǎng)絡(luò)（LTE/LTE-R）與車載LKJ-15進(jìn)行雙向無線通信，通信速率更高、通信容量更大。

（5）直接采用以太網(wǎng)接口，不再需要配置ISDN PRI卡與移動交換中心連接，降低了設(shè)備成本。

以上的不同并不影響該RBC應(yīng)有的控車功能。與C3級RBC相比，除了既有的8項主要控車功能外，該RBC還增加了調(diào)車防護(hù)、閉塞制式配置等功能，使之更加符合重載鐵路的要求。

2 關(guān)鍵技術(shù)與功能的改進(jìn)

基于重載貨運(yùn)鐵路的實(shí)際特點(diǎn)，本文從閉塞制式、等級轉(zhuǎn)換、列車定位、車地交互、RBC/RBC交權(quán)以及增加自定義信息等6個方面對RBC進(jìn)行了改進(jìn)。

2.1 閉塞制式

C3/E2系統(tǒng)僅支持準(zhǔn)移動閉塞（仍屬于固定閉塞）制式，移動閉塞功能按照規(guī)劃將由正在研究中的C4/E3系統(tǒng)提供，神朔鐵路智能駕駛系統(tǒng)第一階段也僅開通固定閉塞功能。由于移動閉塞對縮短追蹤間隔、提高運(yùn)輸能力具有積極的作用，因此在重載鐵路領(lǐng)域，部分項目已經(jīng)啟動了移動閉塞相關(guān)功能的試驗。為此，本RBC預(yù)留了根據(jù)靜態(tài)配置數(shù)據(jù)確定是否使用移動閉塞制式的功能。若配置邏輯為真，則支持移動閉塞功能，MA的終點(diǎn)以前方列車的車尾（再后撤一個安全距離）作為目標(biāo)點(diǎn)；若配置邏輯為假，則仍然使用固定閉塞制式，所發(fā)送的MA以閉塞分區(qū)/進(jìn)路為組成單元。

2.2 等級轉(zhuǎn)換

在智能駕駛系統(tǒng)中，為列車定義了2個等級，即SSHTCS-3級和SSHTCS-0級。前者是所有系統(tǒng)正在工作工況下的等級，后者作為后備等級（控制方式與CTCS-0級的相似）。

在SSHTCS-3等級下，列車依據(jù)RBC所發(fā)送的MA運(yùn)行。與RBC無線通信斷開后，智能駕駛系統(tǒng)降為SSHTCS-0級，此時應(yīng)當(dāng)在人工模式下由司機(jī)負(fù)責(zé)行車安全，LKJ-15C限制列車在一個設(shè)定的低速下運(yùn)行；當(dāng)運(yùn)行至能看到下一個信號機(jī)后，再由司機(jī)手動確認(rèn)轉(zhuǎn)為由LKJ-15C負(fù)責(zé)安全防護(hù)，按原有的三/四顯示固定閉塞制式行駛。當(dāng)無線通信重新建立并獲取到新的行車許可后，重新升級為SSHTCS-3級。

2.3 列車定位

列車的準(zhǔn)確定位是RBC控車的基礎(chǔ)，MA的計算和緊急命令的發(fā)送均基于列車當(dāng)前位置信息。

E2/C3系統(tǒng)采用應(yīng)答器作為標(biāo)準(zhǔn)定位設(shè)備，車載ATP讀取列車行駛過程中經(jīng)過的應(yīng)答器的數(shù)據(jù)并向RBC報告這些應(yīng)答器的ID和列車行駛方向、位置偏移等信息，從而使RBC能夠確定列車的位置和方向，是一種典型的點(diǎn)式定位方式。

若智能駕駛系統(tǒng)繼續(xù)采用應(yīng)答器定位，對于RBC，雖然可以使用成熟的定位算法來降低研發(fā)難度，但是由于需要在沿線安裝應(yīng)答器，增加了建設(shè)和維護(hù)成本。因此，系統(tǒng)僅在進(jìn)出站等極少數(shù)位置增加了應(yīng)答器；而對于線路的其余大部分區(qū)域，則采用虛擬應(yīng)答器的方式來解決定位問題。

虛擬應(yīng)答器以基于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）如GPS、北斗、GLONASS等的定位方式為基礎(chǔ)。當(dāng)前，無論是歐洲、美國還是中國，相關(guān)技術(shù)人員都在研究使用衛(wèi)星定位系統(tǒng)定位列車的方法[6]以降低成本。智能駕駛系統(tǒng)在車載設(shè)備上增加衛(wèi)星定位裝置，并在地面股道數(shù)量多、站場布置復(fù)雜的地方加設(shè)地面差分定位基站以提高精度，通過預(yù)先測定線路的關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)，在運(yùn)行時根據(jù)列車的實(shí)時坐標(biāo)來確定列車位置。RBC則需要預(yù)先在數(shù)據(jù)中配置各個關(guān)鍵點(diǎn)的線路坐標(biāo)，當(dāng)收到LKJ-15C發(fā)的位置報告后，才能夠計算出列車在線路上的位置，從而以較低的成本解決列車定位問題。

2.3.1 列車位置

使用真實(shí)應(yīng)答器時，列車位置采用經(jīng)過的應(yīng)答器加偏移的方式確定。由于安裝位置（須避開信號機(jī)和道岔岔心等位置）和數(shù)量等相關(guān)要求，當(dāng)應(yīng)答器布置在道岔岔前時，列車經(jīng)過道岔后，其定位將出現(xiàn)歧義（圖3），即RBC將無法分辨列車究竟位于哪條股道。

圖3 列車定位歧義Fig.3 Ambiguous train position

由于采用了虛擬應(yīng)答器，應(yīng)答器的位置與數(shù)量將不再受到限制，因此本系統(tǒng)將所有信號機(jī)及岔心的位置均設(shè)置為虛擬應(yīng)答器所在，列車的位置報告也不再以單一應(yīng)答器為基準(zhǔn)，而同時以前后兩個虛擬應(yīng)答器為基準(zhǔn)確定其位置，即列車在位置報告中將向RBC同時指明當(dāng)前位置與前方應(yīng)答器及后方應(yīng)答器的距離。如圖4所示，用應(yīng)答器A和應(yīng)答器B可以確定列車1的位置，用應(yīng)答器A和應(yīng)答器C可以確定列車2的位置。采用該種定位方式，列車位置不再有歧義。

圖4 基于雙虛擬應(yīng)答器的列車定位Fig.4 Train location based on two virtual balises

2.3.2 列車方向

真實(shí)應(yīng)答器通常以應(yīng)答器組為單位進(jìn)行安裝（每組可包含多個應(yīng)答器），其根據(jù)列車經(jīng)過應(yīng)答器組中各應(yīng)答器的順序，可確定其相對于應(yīng)答器組的方向。而虛擬應(yīng)答器則無此功能，其采用結(jié)合多個位置報告的方式確定列車朝向：

（1）當(dāng)列車速度為0時，通過同一列車上的本務(wù)機(jī)車LKJ和非本務(wù)機(jī)車LKJ所報告的位置，可以確定列車的朝向（規(guī)定本務(wù)LKJ始終為當(dāng)前車頭所配置的LKJ）；

（2）當(dāng)列車開始運(yùn)動時，通過列車前后兩次報告的位置的變化以及列車所報告的當(dāng)前是正向運(yùn)行還是反向運(yùn)行的信息，可確定列車的方向。

2.4 車地交互

“神華號”機(jī)車智能駕駛系統(tǒng)的車載ATP系統(tǒng)并非以E2/C3系統(tǒng)的車載ATP為基礎(chǔ)，而是采用LKJ-15C裝置作為車載ATP。新一代的LKJ裝置除了具備原有的CTCS-0級系統(tǒng)的功能之外，還增加了與車載北斗定位系統(tǒng)、車載調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)、ATO系統(tǒng)和AOM系統(tǒng)的接口；為了能夠?qū)崿F(xiàn)車地雙向無線通信，又增加了與RBC交互的功能。與C3系統(tǒng)相比，本智能駕駛系統(tǒng)的車地交互在無線通信制式、安全通信協(xié)議、MA、臨時限速等方面均有自己的特點(diǎn)，此外還增加了調(diào)車防護(hù)功能。

2.4.1 無線通信制式

由于E2/C3系統(tǒng)使用固定閉塞（準(zhǔn)移動閉塞）制式，車地通信周期通常為6 s；而在移動閉塞制式中，較長的通信周期會使地面系統(tǒng)因無法及時獲取列車狀態(tài)信息而做出安全反應(yīng)，因此本智能駕駛系統(tǒng)采用城軌CBTC系統(tǒng)的通信頻率，每周期（300 ms）都進(jìn)行車地雙向通信。

在E2/C3系統(tǒng)中，RBC與車載ATP之間通過GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，該網(wǎng)絡(luò)屬于2G網(wǎng)絡(luò)，通信帶寬較低。與之相比，“神華號”機(jī)車智能駕駛系統(tǒng)由于要支持移動閉塞以及調(diào)車防護(hù)功能，通信數(shù)據(jù)量大、通信頻率高，因此對車地之間的通信帶寬要求更高?；?G無線通信技術(shù)的LTE-R網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)開始作為鐵路專用通信制式在我國開展了相關(guān)試驗，取得了良好的效果，因此本文選擇4G通信網(wǎng)作為車地?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò)。在還未部署LTE-R網(wǎng)絡(luò)的地方，可以先采用移動通信運(yùn)營商所提供公共4G網(wǎng)絡(luò)（使用VPN的方式），但通信的可靠性會降低。

2.4.2 安全通信協(xié)議

E2/C3系統(tǒng)采用歐洲標(biāo)準(zhǔn) Subset-037[7]規(guī)定的車地?zé)o線安全通信協(xié)議防范風(fēng)險，其采用GSM-R的電路交換的通信制式，該協(xié)議僅支持車地之間建立一條通信通道，而沒有冗余。

本智能駕駛系統(tǒng)使用了4G無線網(wǎng)絡(luò)。為了提高通信可靠性，減少列車降級可能，在車地之間同時建立兩條互為冗余的通信通道，并使用了符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)Subset-098[8]的 RSSP-II安全通信協(xié)議[9]以支持冗余通信。

2.4.3 行車許可

在E2/C3系統(tǒng)中，RBC向車載ATP發(fā)送MA時，不僅包括列車能繼續(xù)運(yùn)行的距離、臨時限速、模式曲線等動態(tài)數(shù)據(jù)，還包括在許可范圍內(nèi)的全部靜態(tài)線路數(shù)據(jù)，如靜態(tài)限速、坡度、應(yīng)答器列表、軸重限速、黏著系數(shù)，甚至分相區(qū)、無線盲區(qū)、隧道停車區(qū)、禁停區(qū)、限界和牽引供電制式等信息。由于LKJ-15C自身已配置了所需的靜態(tài)線路數(shù)據(jù)，因此RBC發(fā)送MA時無需再向其發(fā)送靜態(tài)線路數(shù)據(jù)，從而節(jié)約了通信數(shù)據(jù)流量。

2.4.4 臨時限速

在C3/E2系統(tǒng)中，RBC僅向車載ATP發(fā)送MA范圍內(nèi)的臨時限速。由于C3系統(tǒng)采用了臨時限速服務(wù)器以同時向C3的RBC和C2的TCC下達(dá)臨時限速命令，即使列車從C3等級降為C2等級，依然能確保列車通過C2系統(tǒng)時能及時獲取最新的臨時限速（經(jīng)由有源應(yīng)答器）。

由于LKJ長期應(yīng)用于既有線路，有自己的臨時限速命令接受方式，即一次性地將全部臨時限速命令寫入存儲卡中供LKJ讀取。該方式的缺點(diǎn)在于列車運(yùn)行途中無法修改既有臨時限速（temporary speed restriction，TSR）命令。本智能駕駛系統(tǒng)增加了RBC，因此具備了采用無線通信方式實(shí)時發(fā)送TSR命令的基礎(chǔ)，其優(yōu)點(diǎn)是命令可以隨時被修改，且不受存儲卡的讀寫壽命限制。但若沿用C3系統(tǒng)的TSR命令發(fā)送方式，即僅發(fā)送MA范圍內(nèi)命令，一旦由于無線通信斷開導(dǎo)致系統(tǒng)降級運(yùn)行，列車將無法獲得其前方的臨時限速，必然會導(dǎo)致安全風(fēng)險。因此，本RBC采用了新的命令發(fā)送方式，即在列車注冊時就把整個管轄范圍內(nèi)的全部限速下發(fā)給列車，以確保列車即使因無線通信斷開而降級，也不會缺少后續(xù)行駛范圍的臨時限速。

為了保持兼容性和操作人員的習(xí)慣，系統(tǒng)沒有使用C3系統(tǒng)的命令格式，而是延續(xù)原LKJ所使用的命令格式。

在性能方面，C3系統(tǒng)要求能同時處理至少50個臨時限速；而本系統(tǒng)為了與原使用習(xí)慣相兼容，與既有LKJ一樣支持224個臨時限速。

2.4.5 調(diào)車防護(hù)

在C3系統(tǒng)中，RBC并不涉及具體調(diào)車功能，標(biāo)準(zhǔn)中所定義的調(diào)車功能，僅是針對列車轉(zhuǎn)入調(diào)車模式的申請進(jìn)行允許或拒絕。即當(dāng)列車申請調(diào)車時，RBC對列車當(dāng)前狀態(tài)做一個簡單的判斷，若列車處于調(diào)車區(qū)且車速為0，則允許調(diào)車；否則，拒絕。當(dāng)車載設(shè)備接收到調(diào)車允許之后，轉(zhuǎn)入調(diào)車模式，RBC將主動注銷列車，不再干預(yù)調(diào)車。

對于重載貨運(yùn)鐵路，調(diào)車是系統(tǒng)的重要功能之一，若智能駕駛系統(tǒng)不能控制調(diào)車，則系統(tǒng)功能不完整。我國鐵路既有的調(diào)車防護(hù)功能由無線調(diào)車機(jī)車信號與監(jiān)控系統(tǒng)承擔(dān)[10]。該系統(tǒng)分為地面裝置和車載裝置兩部分，地面裝置通常使用無線數(shù)傳電臺的方式向車載裝置發(fā)送調(diào)車防護(hù)信息，并接收車載裝置發(fā)送的機(jī)車狀態(tài)信息。調(diào)車防護(hù)信息中包括站場信號、區(qū)段狀態(tài)、進(jìn)路信息及調(diào)車作業(yè)單等。在本系統(tǒng)中，除調(diào)車作業(yè)單改由智能調(diào)度子系統(tǒng)下發(fā)外，其余信息均由RBC發(fā)送給車載調(diào)防裝置。車載調(diào)防系統(tǒng)根據(jù)收到的信息，完成調(diào)車防護(hù)功能，并將機(jī)車實(shí)時狀態(tài)信息發(fā)給智能調(diào)度子系統(tǒng)。使用智能駕駛系統(tǒng)，可以取消原調(diào)監(jiān)系統(tǒng)地面裝置以降低成本，同時由于RBC使用了安全通信協(xié)議，能更好地保障調(diào)車防護(hù)信息傳遞的安全性。

2.4.6 無線報文

C3系統(tǒng)需求規(guī)范中[3]規(guī)定了車地通信的無線消息與信息包，然而既有的無線報文僅能滿足我國高鐵既有C3列控系統(tǒng)的交互需求，對于本智能駕駛系統(tǒng)的一些特殊需求并無定義。針對擴(kuò)展需求，CTCS規(guī)范延續(xù)了ETCS標(biāo)準(zhǔn)的方式，在制定消息格式時已經(jīng)預(yù)留了拓展方法，本智能駕駛系統(tǒng)據(jù)此自定義了一部分信息包，如調(diào)車相關(guān)信息、重載列車數(shù)據(jù)信息等。

2.5 RBC/RBC交權(quán)

既有的C3系統(tǒng)的RBC所使用的列車交權(quán)方式與E2系統(tǒng)的相同[11-12]，目前僅能支持固定閉塞制式下的交權(quán)。當(dāng)配置為移動閉塞制式后，需要傳遞更多的信息才能保證列車以移動閉塞的方式不減速地越過RBC/RBC邊界。因此與車地?zé)o線報文一樣，本系統(tǒng)自定義了數(shù)個用于地地（相鄰RBC）之間交互的自定義信息包，用于傳遞交權(quán)列車頭尾篩狀態(tài)、交權(quán)邊界區(qū)段的占用狀態(tài)等信息。此外，部分自定義車地信息包也會應(yīng)用在交權(quán)過程，例如列車數(shù)據(jù)、調(diào)車防護(hù)信息等。

2.6 自定義信息

根據(jù)E2/C3的系統(tǒng)需求規(guī)范，編號為44的信息包Packet 44（簡寫為“P44”）專用于自定義信息包，以擴(kuò)展自定義功能。每個P44都有一個自身的編號NID_XUSER，其為一個9位的數(shù)字（二進(jìn)制），取值范圍從0到511。由于中國國家鐵路集團(tuán)有限公司已經(jīng)定義了數(shù)個自定義P44用于我國鐵路的一些專有功能，其編號從1開始，為了避免沖突，本系統(tǒng)從127開始定義。每個自定義信息包及其變量的格式定義均符合CTCS/ETCS標(biāo)準(zhǔn)的要求，這有利于未來該系統(tǒng)與CTCS系統(tǒng)的整合。

表1中，方向為“地→車”的信息包由RBC發(fā)送給LKJ，“車→地”的信息包由LKJ發(fā)送給RBC，“地→地”的信息包則是相鄰RBC之間互傳的信息。

表1 自定義信息包Tab.1 Custom packets

3 應(yīng)用

根據(jù)“神華號”機(jī)車智能駕駛系統(tǒng)對RBC的功能需求，本文共編制了541個測試用例，并在半實(shí)物仿真測試環(huán)境中進(jìn)行了測試。測試結(jié)果表明，相關(guān)功能均達(dá)到預(yù)期。

目前，本文所提出的RBC系統(tǒng)已應(yīng)用于“神華號”機(jī)車智能駕駛系統(tǒng)并已在神朔鐵路開通了第一階段功能，即系統(tǒng)使用固定閉塞方式并具備調(diào)車防護(hù)功能。經(jīng)現(xiàn)場試驗應(yīng)用統(tǒng)計，智能駕駛系統(tǒng)的控車率超過90%，不僅在減少能耗、降低司機(jī)勞動強(qiáng)度等方面發(fā)揮了作用，同時重載列車的平均運(yùn)營速度提高了4～5 km/h（經(jīng)換算每日可多開行5～6列萬噸重載列車）[13]，顯著提升了運(yùn)營效率。

4 結(jié)語

在既有CTCS-3級RBC的基礎(chǔ)上，本文根據(jù)重載鐵路的特點(diǎn)，針對車地?zé)o線通信、安全通信協(xié)議、臨時限速、行車許可、調(diào)車防護(hù)、列車定位、閉塞制式配置等功能進(jìn)行了改進(jìn)或增加，使RBC能夠適用于重載貨運(yùn)鐵路，為重載智能機(jī)車駕駛系統(tǒng)提供列車安全防護(hù)。

由于重載鐵路使用移動閉塞以進(jìn)一步提升運(yùn)營效率是未來的發(fā)展方向，后續(xù)將對機(jī)車智能駕駛系統(tǒng)的地面和車載設(shè)備進(jìn)行全面升級以支持該功能，而本文所提出的無線閉塞中心已經(jīng)具備了相關(guān)功能，僅需修改相關(guān)的配置數(shù)據(jù)和與外接設(shè)備的接口協(xié)議就可以支持系統(tǒng)的升級[14]。