CTCS-3级列控系统等级转换运营场景分析与研究

吕书丽 郝长军

*中国铁道科学研究院通信信号研究所 助理研究员,100081 北京

**北京全路通信信号研究设计院 工程师 (铁道部C3技术攻关组成员),100073 北京

CTCS-3级列控系统是基于无线信息传输(GSM-R)的列车运行控制系统,通过车-地信息的双向传输实现了列车的闭环控制,有效提高了列车的运营效率。CTCS-3级列控系统主要运营场景包括注册与启动、注销、进出动车段、等级转换、行车许可、RBC切换、自动过分相、重联和摘解、临时限速、降级情况、灾害防护、调车作业、人工解锁进路、特殊进路共 14个场景文件,其中等级转换场景较为复杂,现对该场景进行初步分析研究。

1 从 CTCS-2级区域进入 CTCS-3级区域

1.1 应答器设置原则

1.1.1 应答器冗余设置

为了提高系统的可用性,RBC连接应答器组和等级转换预告应答器组均应冗余设置。在图 1中,BGA1和 BG A2中均应包含通信会话管理信息包 P42。BG A1和 BGA2作为等级转换预告应答器组,用于列车定位,不发送等级转换信息。当列车前端通过 BG A1和 BG A2时,车载设备向 RBC报告列车位置,RBC就可以知道列车接近的准确进路,然后根据等级转换点内方的联锁进路条件,决定是否发送行车许可。BG A3作为等级转换执行应答器组,发送有条件等级转换命令 (信息包P46)。下面对应答器丢失情况进行分析。

图1 TCS-2级进入 CTCS-3级区域示意图

1.BG A1丢失,不会影响等级转换的正常流程。当列车前端通过 BG A2时,车载设备呼叫RBC并建立通信会话,RBC向车载设备发送等级转换命令及越过等级转换点的 MA。

2.BG A2丢失,不会影响等级转换的正常流程。当列车前端通过 BG A1时,车载设备呼叫RBC并建立通信会话,RBC向车载设备发送等级转换命令及越过等级转换点的 MA。

3.BG A3丢失,不会影响等级转换的正常流程,因为当列车前端通过 BG A1或 BG A2时,车载设备接收到了 RBC发送的等级转换命令和越过等级转换点的MA。当列车前端通过等级转换点时,车载设备从 CTCS-2级转换为 CTCS-3级并且使用先前 RBC发送过来的 MA。

4.BG A 2和 BG A 3均丢失 (或者 BG A1和 BG A3均丢失),不会影响等级转换的正常流程。当列车前端通过了 BG A1(或者 BG A2)时列车呼叫 RBC并建立通信会话,RBC向车载设备发送等级转换命令及越过等级转换点的 MA。

1.1.2 进入 CTCS-3级区域的线路上存在分歧道岔

若在进入 CTCS-3级区域的线路上有分歧道岔,则等级转换预告应答器组 (LTA)应设置在道岔的后方(如图2所示),这样做的目的:

图2 分歧道岔的应答器布置

1.如果已经建立了无线连接的列车驶向线路 3,则列车在经过 RBC连接取消应答器组 (RT)时,仅断开无线连接即可。

2.如果已经建立了无线连接的列车直行经过了 LTA,RBC才对该列车发送等级转换命令和行车许可。

1.1.3 进入 CTCS-3级区域的线路上存在汇合道岔

若在转换到 CTCS-3级的线路上有汇合道岔,则 LTA应设置在道岔的前方 (如图3所示),这样RBC知道是哪列车经过了 LTA,并且仅对该列车发送行车许可。

图3 汇合道岔的应答器布置

1.1.4 应答器组设置距离原则

GSM-R连接点 (GRE)、RBC连接点 (RE)、转换预告点 (YG-2/3)的设置需满足 CTCS-3级列控系统应答器应用原则 (V2.0)中的规定。如图 4所示。

图4 等级转换应答器组设置示意图

1.1.5 应答器信息覆盖范围分析

CTCS-2级列控系统应答器应用原则 (V2.0)中规定:CTCS-2级线路可间隔 1个闭塞分区设置区间无源应答器组。应答器报文编制原则规定:对于区间应答器组正向数据范围应冗余覆盖,丢失1个应答器组列车运行不受影响,也即 1个应答器组内的信息可覆盖 4个闭塞分区。

CTCS-3级列控系统应答器应用原则 (V2.0)中规定:在 CTCS-3级线路上,区间每个闭塞分区入口处设置 2个及以上无源应答器构成的应答器组,对于区间应答器组正向数据范围应冗余覆盖,丢失 1个应答器组列车运行不受影响。

为了兼容 CTCS-2级列车能在 CTCS-3级线路上全速运行,在 CTCS-3级线路上,1个应答器组内的信息也应覆盖 4个闭塞分区,这样 CTCS-2级向 CTCS-3级转换时,距离等级转换边界点最近的等级转换预告应答器组内的信息可以覆盖到等级转换边界点内方第 3个闭塞分区 (可以满足以 CTCS-2级最高允许速度运行时等级转换点内方完整常用制动距离要求),在轨道电路信号允许的情况下,列车能以 CTCS-2级最高允许速度通过等级转换边界,并在通过等级转换边界后,可根据CTCS-3级允许的速度、线路允许速度、临时限速等信息取最受限制的速度运行 (注:在工程设计中应保证 CTCS-3级线路允许速度不低于 CTCS-2级线路允许速度)。

1.2 等级转换点内方闭塞分区状态

1.2.1 等级转换点内方闭塞分区空闲

转换点内方闭塞分区空闲时,转换点处的信号为允许信号。当列车通过了等级转换预告点后,RBC向车载设备发送等级转换命令以及越过转换点的 MA。

1.2.2 等级转换点内方闭塞分区占用

转换点内方闭塞分区占用时,列车必须在转换点外方停车 (列车已与 RBC建立连接)。

转换点内方闭塞分区空闲时,列车以原模式向前运行,当通过 BG A3时 (见图 1),车载设备向RBC发送一个以 BG A3为 LRBG的位置报告,当RBC收到该位置报告后,向列车发送等级转换命令和 FSMA,此 FSMA从 LRBG(BG A3)处开始生效,车载设备此时转换到 CTCS-3级进行控车。

1.3 两列列车同时向等级转换边界运行

1.3.1 前车未与 RBC建立连接而后车与 RBC建立连接

一个运行等级为 CTCS-2级的列车 (列车 1)经过了 RE但未与 RBC建立连接,跟随其后的另一列运行等级为 CTCS-2级的列车 (列车 2)也经过了RE并与 RBC建立了连接,在列车1越过等级转换点后,RBC才向列车 2发送行车许可。

1.3.2 两列列车均与 RBC建立连接

当两列均与 RBC建立连接的列车经过了等级转换预告应答器组 (该应答器组内方的 C3进路为惟一进路),特别在区间自动闭塞线路,RBC将只为离转换边界最近的列车提供进入 CTCS-3级区域的行车许可和等级转换命令,当该车越过 CTCS-2/CTCS-3级边界转入 CTCS-3级系统控车后,RBC再向后一辆列车提供行车许可及等级转换命令。

1.4 通过等级转换点之前未与 RBC建立通信会话

如果由于某种原因 (如:GSM-R无线通信、RBC故障),列车前端在通过等级转换边界点时未与 RBC建立连接,在这种情况下,列车将不停车按 CTCS-2级系统继续运行。

在 CTCS-3级区域,各车站反向进站信号机处的应答器组均设置与 RBC进行连接所需要的报文,当列车前端经过该应答器组时,车载设备开始呼叫RBC并建立连接。一旦连接成功并获得 CTCS-3级行车许可,系统将在下一闭塞分区边界自动转入CTCS-3级工作。

1.5 与 RBC通信容量保护

在同一时间,RBC只能与最大数量的 CTCS-3级车载设备通信。当达到这个极限,就不能与列车开始任何新的通信会话。所有在 CTCS-2级下运行的列车将继续以 CTCS-2级运行。

当激活会话的数量距离最大值仅有较小的余量时,RBC将向 CTC报警。应把最大值余量作为一个固定值在工程应用数据中定义,默认值是 3个会话。调度员可以命令停在 RBC区域内的列车司机,关闭 RBC通信以缓解容量压力。

2 从 CTCS-3级向 CTCS-2级转换

2.1 从 CTCS-3级区域进入 CTCS-2级区域

当列车即将驶出 CTCS-3级区域并进入 CTCS-2级区域时,RBC应在列车前端距 CTCS-3/CTCS-2级转换边界一定距离时,向车载设备发送在 CTCS-3/CTCS-2级转换边界处转换为 CTCS-2级的等级转换预告命令。

为保证系统不因等级转换而触发制动且满足最大运营效率的要求,CTCS-3级系统的行车许可需越过 CTCS-3/CTCS-2级边界至少一个完整常用制动距离 (从 CTCS-2级最高允许速度制动到 0所经过的距离),RBC发送给车载的静态速度曲线在等级转换点处描述为 CTCS-2级最受限制的速度,当列车运行到等级转换点时,车载设备已将列车速度降为 CTCS-2级最高允许速度,保证了在等级转换边界列车以 CTCS-2级最高允许速度通过。

在 CTCS-3/CTCS-2级边界处设置等级转换执行应答器组,当列车前端通过该应答器组车载设备还未转换为 CTCS-2级时,将命令车载设备转为CTCS-2级。根据 CTCS-3级列控系统应答器应用原则 (V2.0):地面应答器设置应同时满足 CTCS-2级系统的需求,并集成 CTCS-3级和 CTCS-2级报文,即在 CTCS-3/CTCS-2级等级转换执行应答器组内包含的信息除了等级转换命令外,还包含线路速度、线路坡度、轨道区段、应答器链接以及临时限速等信息,这样在转换到 CTCS-2级后列车能以完全监控模式运行。

当列车尾部越过 CTCS-3/CTCS-2级边界后,车载设备向 RBC报告列车位置,RBC接收到位置报告后,将命令车载设备断开与RBC的连接并注销列车注册信息,车载关闭与 RBC的连接。

等级转换点内方闭塞分区占用时,RBC向车载发送到等级转换边界点的行车许可。当等级转换点内方闭塞分区空闲时,RBC向车载发送延伸的越过等级转换点的行车许可,列车正常运行经过等级转换点后进行等级转换。

2.2 CTCS-3级区域内的降级运行

列车在 CTCS-3级区域内以 CTCS-3级运行,当 GSM-R无线通信或者 RBC发生故障时,列车可以在列车速度降至 CTCS-2级允许速度后,且经司机确认转换为 CTCS-2级运行,并关闭与 RBC的通信会话。

[1］ 科技运[2008]113号.CTCS-3级列控系统功能需求规范(FRS)[S].中华人民共和国铁道部,2008.

[2］ 科技运[2008]127号.CTCS-3级列控系统系统需求规范(SRS)[S].中华人民共和国铁道部,2008.

[3］ 科技运[2008]143号.CTCS-2级列控系统应答器应用原则(V 1.0)[S].中华人民共和国铁道部,2008.

[4］ 科技运[2010]21号.CTCS-3级列控系统应答器应用原则(V 1.0)[S].中华人民共和国铁道部,2010.