高速铁路C3+ATO调度集中系统研究

展 鑫

(北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070)

目前，中国铁路总公司牵头各列控设备厂家已完成在京沈高铁试验线进行的高速铁路自动驾驶（C3+A TO）现场测试。实现了在中国既有时速350 km 列车运行控制技术（CTCS-3）基础上增加列车自动驾驶功能（A TO）的行业前端技术，使中国高铁智能化运营水平又提高一个台阶，标志着中国高铁即将迎来自动驾驶时代。高速铁路C3+ATO系统在既有C2/C3 系统中增加自动控制及安全防护功能，实现列车区间自动运行、车站自动停车与发车、车门/站台门防护及联动控制等。调度集中系统（CTC）通过独立的车地通信通道，与临时限速服务器（TSRS）设备共同配合车载A TO，实现C3+ATO 系统的区间自动运行控制功能。

1 系统概述

高速铁路C3+A TO 调度集中系统主要包含行调台、其他调度台、综合维修台，对于调度中心调度命令和计划的下达和传播，是通过通信服务器、数据服务器、应用服务器以及接口服务器来操作实现。对于铁路沿线信息的实时采集，是通过外围设备来完成，将这些信息传达到行调台，从而能够在行调台中自动绘制运行图，保证对列车运行的监督报警和跟踪。系统在既有功能基础上，增加发送对应的运行计划、实时管理在线列车、运行计划自动调整等功能，列车按照该运行计划实现自动驾驶。系统组成如图1 所示。

图1 CTC系统组成框图Fig.1 CTC system block diagram

2 系统接口

高速铁路C3+ATO 调度集中系统与外部设备的连接主要包括车站CTC、中心CTC 和TSRS 间的接口，如图2 所示。

图2 CTC外部接口示意图Fig.2 Schematic diagram of CTC external interface

中心CTC 通过新增接口服务器与TSRS 接口，接口间采用冗余以太网连接，并通过网络安全设备隔离，接口方式如图3 所示。

图3 CTC与TSRS接口方式示意图Fig.3 Schematic diagram of CTC and TSRS interface

CTC 重新分配与TSRS 的ATO 功能间通信的设备编号等相关通信参数，采用RSSP-II 安全通信协议，安全通信体系结构采用分层模型，如图4 所示。

CTC 与TSRS 在应用层信息传输中新增：1）运行计划信息包；2）车载状态报告信息包；3)运行计划确认包；4)边界运行计划请求信息包；5)注册列车数量预警信息包。其中运行计划信息包是由CTC 向TSRS 发送的，其余4 个信息包是TSRS 向CTC 非周期发送的。

3 系统功能及实现

3.1 系统功能

高速铁路C3+A TO 调度集中系统的列车运行计划调整功能，除了包含既有的《分散自律调度集中系统（CTC）技术条件》的相关要求之外，新增的主要内容如下。

1）通过地面列控设备向车载设备发送对应站间的运行计划信息，包括列车到发股道、列车到发时刻、列车通过等。

2）根据收到的列车运行车次号、运行时分、系统工作模式等信息，实时管理在线列车，并周期（最大间隔20 s）与ATO 系统接口实现运营计划调整。

3）接收列车停准、停稳信息，为进路办理及发车做准备。

4）增加站台门状态，区间运行时分及站停信息（ATO 反馈），列车运行状态，与TSRS 连接状态等信息。

3.2 C3+ATO运行场景的功能实现

1）场景1：区间手动或自动更新运行计划的发送和接收

图4 CTC与TSRS安全通信体系结构示意图Fig.4 Schematic diagram of CTC and TSRS secure communication architecture

以基本图和日班计划为依据，CTC 可批量自动生成列车运行调整计划，对于有特殊运行要求的列车，由调度员确认后产生相应的列车运行调整计划，CTC 以20 s 间隔周期性向TSRS 发送全体注册列车运行计划信息，TSRS 接收CTC 发送的运行计划，并将运行计划发送给对应编号的A TO 车载设备，TSRS 接收ATO 车载设备收到运行计划的反馈信息后，立即向CTC 中心转发。

京沈现场C3+A TO 计划示意如图5 所示，其中图5（a）为京沈现场CTC 日计划示意图，C3+ATO 车载按照该运行计划行车，其中横纵坐标分别描述时间及车站位置信息，随着时间推移，调度人员能根据该计划图输出显示区分列车实际运行位置、区间运行时长和计划运行时长。图5（b）为ATO 车载设备收到CTC 运行计划后，通过TSRS向CTC 中心转发的运行计划反馈信息示意图，包含列车基本数据以及列车速度和位置、A TP 工作模式、ATO 工作模式、停准信息、车门状态信息、收到的下发计划信息、反馈的计划信息。

2）场景2：列车到发时刻的运行计划的发送和接收

CTC 具备自动采集列车到发时刻的功能，并可据此自动生成实际运行图，如图5（a）蓝色实线左侧实际运行情况。采集列车到发时刻应采用可靠的列车停稳、启动信息，当不具备条件时，采用以下逻辑推算方法。

列车到达时刻：列车完全进入股道后，旅客列车延后1 min，货物列车延后2 min。

列车出发时刻：列车压过出站信号机后，提前1 min。

列车通过时刻：列车进入股道和列车压过出站信号机的中间时刻。

对于特殊站形情况，延后或提前时间参数可按照具体要求配置。

图图55 京京沈沈现现场场CC33++AATTOO计计划划图图Fig.5 C3+ATO day plan at Beijing-Shenyang test site

因为ATO 车载设备是按照CTC 计划下发的区间运行时长自动计算行车曲线和监控速度的，按照CTC 到发时刻逻辑，以京沈现场各站场为例，列车实际出发时刻与CTC 下发的出发时刻相比要晚，而实际到达时刻与CTC 下发的到达时刻相比要早。所以CTC 下发的区间计划时长要长于ATO 实际运行所需的计划时长。在本次C3+ATO 京沈实验时，通过根据不同站场情况对CTC 计划图时区间运行时长做细微调整，来提高运行效率。

3）场景3：TSRS 移交边界运行计划的拼接

列车运行至TSRS 移交边界时，分别由相邻的两个调度台下发运行计划至对应TSRS，从而完成列车运行计划的拼接，以保证列车连续、安全、平稳运行。在边界前（至少提前两个站间），调度1台向移交TSRS 发送列车即将跨越的TSRS 边界的线路口编号，移交TSRS 以此编号识别相邻接收TSRS，向接收TSRS 发送边界运行计划请求命令，获取边界外方列车运行计划信息。接收TSRS收到请求后，向调度2 台发送边界运行计划请求并挑选对应运行计划，给移交TSRS 发送回执。移交TSRS 收到接收TSRS 发送的运行计划后与本调度1 台计划进行拼接，将完整的跨TSRS 边界计划发送至列车车载ATO 设备。如图6 所示，图6（a）为京沈调度2 台，图6（b）为京沈调度1 台，列车下行运行至朝阳站-北票站间TSRS 边界，按上述描述完成运行计划拼接。

图6 CTC调度台跨TSRS边界计划图Fig.6 CTC dispatcher station over TSRS boundary plan

4 结语

高速铁路C3+A TO 调度集中系统在既有C2/C3 系统基础上，通过改造既有设备对A TO 功能进行扩展，减少了新增设备所需人力物力，为铁路行车指挥调度中心调度人员学习和接受新功能提供了便利，为中国铁路全面实现自动驾驶奠定坚实基础。