基于车站无线通信下的临时限速研究

奇岳恒，杜江红

(1.国能新朔准池铁路(山西)有限责任公司，山西朔州 036002;2.北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070；3.北京市高速铁路运行控制系统工程技术研究中心，北京 100070)

1 概述

在列车运行控制系统中，临时限速是实现列车在风、雨、雪、施工、突发灾害、恶劣条件等条件下安全运行的至关重要功能。在CTCS-3级列控系统中，CTC将临时限速信息下发给临时限速服务器（Temporary Speed Restriction Server，TSRS）设备，由TSRS将临时限速信息发送给无线闭塞中心（Radio Block Center，RBC）。RBC根据列车位置信息、进路信息、计算行车许可，并将行车许可范围内的临时限速信息通过GSM-R网络发送给列车超速防护系统（Automatic Train Protection，ATP）。由ATP根据行车许可、临时限速信息，计算目标-距离制动曲线，防护列车安全运行。在CTCS-2级列控系统中，CTC将临时限速信息下发给TSRS设备，由TSRS将临时限速信息发送给列控中心（Train Control Center，TCC）。TCC根据计算机联锁（Computer Based Interlocking，CBI）发送的进路信息，将临时限速信息发送至有源应答器。列车经过有源应答器时，ATP接收有源应答器中的临时限速信息，并根据轨道电路发码，计算目标-距离制动曲线，防护列车安全运行。在CBTC系统中，列车自动监控系统（Automatic Train Supervision，ATS）将临时限速信息发送至区域控制中心（Zone Control Center，ZC）。ZC根据列车汇报的位置信息，及联锁办理的进路信息计算行车许可，并将行车许可范围的临时限速信息通过长期演进技术（Long Term Evolution，LTE）网络发送至ATP，由ATP根据行车许可、临时限速信息，计算目标-距离制动曲线，防护列车安全运行。

上述3种既有列控系统的临时限速处理方式无法满足仅车站内覆盖无线通信条件下的列控系统对临时限速信息的处理需求。本文研究仅在车站覆盖无线网络条件下，通过在车站划分正线临时限速区、侧线临时限速区，区间划分未覆盖无线通信区，结合列车在站内通过无线通信汇报的位置，计算出列车走行路径范围的临时限速信息，将站内及区间列车走行路径范围内的临时限速信息发送至ATP，保障列车安全运行。

2 设备组成

在车站覆盖无线网络情况下，设置以下设备，组成满足运行需求的新型列控系统。该系统由CTC、联锁、TSRS、车站控制设备、ATP系统以及车站无线网络系统组成。在该系统中，CTC将临时限速信息发送给TSRS，TSRS将临时限速信息转发给车站控制设备，车站控制设备存储TSRS下发的管辖范围内的临时限速信息。联锁将车站内的进路信息、区段占用信息、道岔位置、信号机开放状态发送给车站控制设备。ATP将列车位置信息、控制模式、速度等信息发送给车站控制设备。车站控制设备根据列车汇报的位置信息、进路信息、区段占用信息、道岔位置信息、信号机开放状态等信息，计算列车走行路径，将路径范围内的临时限速信息发送给ATP。ATP根据临时限速信息、轨道电路发码信息计算目标-距离制动曲线，防护列车安全运行，如图1所示。

图1 新型列控系统组成结构示意Fig.1 Structure diagram of the new train control system

3 临时限速处理

新型列控系统中，车站控制设备实现对临时限速拆分、临时限速的存储、列车走行路径搜索、临时限速信息发送等功能。

3.1 临时限速范围设计

1）车站覆盖无线网络设计

在车站无线网络覆盖范围内，列车接收到车站控制设备发送的列车运行前方临时限速信息和线路信息后，以不引起列车制动为最小原则，同时考虑列车与车站控制设备通信容忍安全余量。对于进站列车，以进站信号机为目标点，以列车最大线路允许速度为初始速度V0，考虑列车线性减速度计算的制动距离S线性，列车减速度非线性变化计算的制动距离S非线性，线路最大12‰下坡，列车与车站控制设备建立通信的链接时间T建链，计算出车站无线覆盖范围L无线覆盖，如公式（1）～（3）所示。

根据公式（1）～（3），得出的L无线覆盖范围作为车站覆盖无线网络的最小范围值，如图2所示。

图2 车站无线网络覆盖区示意Fig.2 Schematic diagram of station wireless network coverage area

2）车站临时限速管辖范围设计

设计车站临时限速管辖范围时，当列车出站后，接收到车站控制设备发送的临时限速信息，以该临时限速范围至列车与下一个相邻车站的车站控制设备建立连接时，以列车前方临时限速信息不引起列车制动为基本原则。考虑车站控制设备设计为管辖单个车站，以上一相邻站反向进站信号机作为临时限速管辖左边界，以下一相邻正向进站信号机作为临时限速管辖右边界，作为车站控制设备的临时限速管辖范围，如图3所示。

图3 临时限速区管辖范围示意Fig.3 Schematic diagram of jurisdiction of temporary speed restriction zone

3.2 临时限速存储

TSRS向车站控制设备发送临时限速信息时，分为两类限速命令：正线临时限速和侧线临时限速。

1）正线临时限速范围

正线临时限速内容：限速编号、限速值、站号、正线线路号、起点里程标和终点里程标。

正线临时限速信息存储结构如下：

临时限速范围在区间未覆盖无线网络区域，临时限速信息存储方式：限速编号、限速值、正线线路号、起点里程标和终点里程标；

临时限速范围在车站覆盖无线网络区段，临时限速存储方式：限速编号、限速值、限速起点区段编号、限速起点区段偏移、限速终点区段编号和限速终点区段偏移。

2）测试临时限速范围

侧线限速区按照车站侧线范围划分为3区、4区，如图4所示。

图4 车站侧线限速区管辖范围示意Fig.4 Schematic diagram of jurisdiction of speed restriction area of the sidings of the station

侧线临时限速内容：限速编号、限速值、站号和侧线区号。

侧线临时限速信息存储结构如下：将侧线区临时限速信息对应到侧线区区段中，按照区段限速左偏移、限速右偏移、限速值进行存储。

3.3 临时限速分发

1）无线覆盖范围内临时限速分发

列车驶入车站无线覆盖区范围内后，与车站控制设备建立通信，将列车位置信息、控制模式等信息发送给车站控制设备。车站控制设备根据列车位置、进路信息、道岔新型进行列车走行路径判断。将列车走行路径范围内的临时限速信息发送给ATP。ATP根据限速信息计算目标-距离制动曲线，防护列车安全运行，如图5所示。

图5 车站范围内临时限速处理Fig.5 Temporary speed restriction within the station

列车在站内时，列车走行路径终点为X1信号机处，且X→X1信号机范围内，有临时限速信息，则车站控制设备从列车车尾为起点，按照“点+线”拓扑关系，搜索列车前方走行路径，以禁止信号机X1作为搜索路径终止点，将路径范围内的临时限速信息按照以下原则通过无线通信网络发送至列车。

站内临时限速内容：区段限速左偏移、区段限速右偏移和限速值。

临时限速发送内容：车头位置至限速起点（D），限速长度（L）和限速值（V）。

其中，D＝限速起点位置‒车头位置；

L＝走行路径范围内临时限速长度；

V＝临时限速值。

2）无线通信未覆盖范围内的临时限速分发

列车出站前，当无线网络未覆盖的区间有临时限速，则车站控制设备从列车车尾位置为起点，按照点+线拓扑关系，搜索列车前方走行路径，最远至临时限速管辖边界（B站X信号机处），并将无线网络未覆盖的区间中的临时限速信息按如下原则进行转换并发送。如图6所示。

图6 未覆盖无线网络区间临时限速处理Fig.6 Temporary speed restriction in sections without wireless network coverage

未覆盖无线网络区间临时限速内容：限速编号、限速值、正线线路号、起点里程标和终点里程标。

临时限速发送内容：D＝车头位置至限速起点，L＝限速长度，V＝限速值。

D＝无线网络覆盖边界位置‒车头位置＋（区间限速起点里程标‒无线网络覆盖边界里程标）

L＝无线网络覆盖区间中的临时限速长度

V＝无线网络覆盖区间中的临时限速值

4 限制及约束

对于适用于在车站覆盖无线通信网络，区间未覆盖无线通信网络的新型列控系统，在处理临时限速功能时，临时限速处理应制定如下约束条件。

1）要求调度员在下达区间临时限速时，确保该区间内无列车运行。

2）应确保列车在出站前，接收到车站控制设备发送的区间临时限速后，方可办理列车出站。

3）当列车进入未覆盖无线通信网络的区间发生故障且故障恢复后，列车应使用发车车站的车站控制设备发送的临时限速信息计算目标-距离速度曲线，并防护列车安全运行。

4）应确保列车在获取车站控制设备最新临时限速信息前，在进站信号机前停车，禁止驶入站内。

5 结束语

研究适用于站内覆盖无线通信网络，区间未覆盖无线通信网络的新型列控系统的临时限速处理方式。针对不具备全线覆盖无线网络条件的线路，有效实施提高列车行车安全的临时限速功能。为降低对区间无线通信的依赖，缩小线路改造范围，提供一种可行的解决方案。