城际客运专线CTCS-2+ATO列控系统关键技术探讨

■ 王力

CTCS-2+ATO列控系统将在珠江三角洲城际客运专线首次应用，列车自动运行（ATO）功能的应用将大大提高列控系统技术水平。分析和研究影响CTCS-2+ATO列控系统研发及功能应用的关键问题，有助于在前期建设阶段理清其运营需求与建设关系，并为总体原则的确定提供借鉴，为后续工作打好基础。

1 ATO运用模式分析

城际客运专线将在既有国铁CTCS列控系统基础上扩展ATO功能，通过站台精确停车、站间自动驾驶、车门与屏蔽门/安全门联动控制、自动折返等ATO功能的运用，提高信号系统自动化程度，提升运营服务水平。

ATO在城市轨道交通信号系统已广泛应用。在城际客运专线CTCS-2+ATO列控系统建设中，可结合城际客运专线运营需求、城市轨道交通ATO技术运用情况及CTCS列控系统应用特点，确定其在城际客运专线的运用模式。

ATO为非故障-安全系统，在城市轨道交通实际应用中的主要作用是实现正常情况下高质量的自动驾驶，以减少司机劳动强度，提高列车运行效率，达到提高列车运行舒适度和节能效果。ATO子系统相关功能的实现是以列车自动保护装置（ATP）为基础，从ATP获得相关基础信息，在ATP的保护下实现列车自动运行功能。在城际客运专线应用中，ATO必须在ATP保护下运用。在具体工程应用中，既有CTCS列控系统可增加ATO自动驾驶模式。在该工作模式下，列控系统根据运行计划选择相应的自动运行控制曲线（如正常运行曲线、加速运行曲线、减速运行曲线等）。为保证ATO可靠运行，CTCS-2级列控系统在完全监控模式下，允许司机在列控系统设备正常工作时切换至ATO驾驶模式。ATO功能无法正常使用时，在ATP设备正常情况下可降级为完全监控模式。

在单方向线路故障和故障列车运行等特殊情况下组织反向运行作业，ATO反向运行模式确定可根据不同情况区别对待。如一般情况下的反向运行可不应用ATO驾驶模式，根据CTCS-2级列控系统配置采用自动站间闭塞方式或追踪运行模式，到站开关车门的安全监督和控制由司机负责。为保证作业效率，对自动折返作业及动车走行线反向运行等相对固定的运营组织作业，可允许在反向运行时采用ATO驾驶模式。

2 屏蔽门/安全门系统接口方案建议

珠江三角洲城际客运专线各车站均设有屏蔽门/安全门，通过列控系统实现车门与屏蔽门/安全门联控功能。信号系统与屏蔽门/安全门接口控制方案在参照城市轨道交通应用经验的同时，还应充分考虑珠江三角洲城际客运线的实际运营情况。

城市轨道交通信号系统与屏蔽门/安全门系统接口形式一般采用硬线安全回路方式实现，信号系统需向屏蔽门系统提供“开门”、“关门”命令，屏蔽门系统向信号系统发出“屏蔽门关闭且锁定”、“屏蔽门互锁解除”命令。屏蔽门系统一般为每侧站台提供1组与信号系统连接的接口，在实际工程应用中典型的双线岛式车站及四线侧式站台均需要2组接口。因城市轨道交通有越行作业的运营线路相对较少，且混跑线路车辆类型基本一致，一般很少出现对应不同车辆开门数量不一致的情况。

根据珠江三角洲城际客运专线确定的运营模式，线路开通后将同时运营最高速度200 km/h的大站停列车与最高速度160 km/h的站站停列车，在设有越行线的车站，大站停列车可越行站站停列车。2种列车平面布置参数存在一定差别，大站停列车每节编组设有2个车门，站站停列车每节编组设有3个车门。虽然2种列车对应车门开门位置相同，但车门数量不同，将对信号系统与屏蔽门系统接口产生较大影响。

以莞惠城际客运专线为例。一般车站正线屏蔽门/安全门距站台端部1.2 m，而侧线屏蔽门/安全门距站台端部0.2 m。根据运营组织需要，在2种列车共同交路折返站（如客运北站）均需进入侧线停车进行乘降。因屏蔽门/安全门距离站台较近，2种列车停站后屏蔽门开门控制不区分，可能在客流高峰时段危及旅客乘车安全。为保证ATO功能可用性及解决此问题，可在每侧站台增加1组屏蔽门系统与信号系统接口，使屏蔽门系统对应不同列车，实现控制不同的开关门。车辆类型信息可通过GSM-R无线通信传输的车次号信息获得，如果车次信息无法区分，可在司机登录注册机车信息时输入，车站停车时通过ATO车-地信息传输给相应接口，保证屏蔽门系统根据列车类型实现不同开关门动作。信号系统与屏蔽门系统接口信息见图1。对正线2种列车同时停靠有配线车站及无配线车站，信号系统可采用这种与屏蔽门系统接口方案。

3 站台紧急停车功能应用探讨

在城市轨道交通运营线路上，站台紧急停车功能最初主要是在未加装屏蔽门／安全门车站提供紧急防护，在乘客意外跌入轨道区域等突发情况下，保证按压紧急停车按钮使列车紧急制动。目前，城市轨道交通设有屏蔽门/安全门的运营线路提供了站台紧急停车功能。

城市轨道交通一般在每个车站的车控室、站台上设紧急停车按钮。按下紧急停车按钮即向对应站台区域和列车离去区段发送紧急停车命令，必须经人工确认后才能恢复，如有地面信号机，还需切断信号开放电路。车控室的紧急停车按钮设在综合监控系统设置的综合后备控制盘（IBP盘）上，车站每侧站台端部的1/4和3/4位置设置紧急停车按钮箱。在特殊要求或紧急情况下，车站值班员可操纵车控室或站台上的紧急停车按钮，禁止列车进入车站，实现车站封锁，或禁止停站列车进入区间，实现区间封锁，对已启动而尚未完全离开车站的列车实施紧急制动停车。当故障排除，允许解除列车紧急制动时，车站值班员操作综合后备控制盘上的紧急停车恢复按钮恢复列车正常通行。为实现与信号系统接口，车站信号系统通过硬线电缆与车控室IBP盘接线端子连接。

图1 信号系统与屏蔽门系统接口信息示意图

以城市轨道交通CBTC系统为例。为实现紧急停车功能，信号系统一般通过联锁子系统采集“紧急停车”按钮信息，传给区域控制器ZC，通过车-地无线通信传给车载计算机处理并执行。国铁客运专线CTCS-3级列控系统中，针对防灾系统需求预留了紧急停车功能，紧急情况下RBC可命令其管辖范围内的特定列车停车。对城际客运专线CTCS-2+ATO列控系统，可通过列控中心采集相应“站台紧急停车”按钮信息，列控中心控制对应的接车进路、发车进路发“H”码，闭塞区段按追踪码序进行相应调整，以实现紧急防护功能。因城际客运专线动车组相对运行速度较高，其紧急制动距离相对较长。以莞惠城际客运专线最高运行速度160 km/h的CRH6型动车组为例。其平坡紧急制动距离约820 m，因此设置站台紧急停车功能的必要性有待探讨。从运输组织角度分析，城市轨道交通一般线路均不存在越行作业，运营组织方式相对单一且基本不存在跨线运行，站台紧急停车功能对运营组织影响相对较小。城际客运专线有配线车站设有越行线和越行作业，不同线路间存在跨线长交路运行作业，站台紧急停车功能对行车组织影响相对较大。从技术层面分析，车站具备站台紧急停车功能实施条件，是直接应用还是预留相应功能，应结合运营管理模式最终确定。

4 扣车与跳停运营模式应用分析

CTCS-2级列控系统扩展ATO应用功能后，行车调度指挥系统相应也会在既有CTC系统基础上增加运行调整功能，以适应ATO运用需求。扣车与跳停功能是城市轨道交通列车自动监控（ATS）系统进行列车运行调整的重要方式，城际客运专线是否采用扣车与跳停功能同样值得思考。

在城市轨道交通ATS中，跳停是指将在该站停车的列车设为通过，主要是为了调整列车运行秩序，特别是指在客流大或空车回段等情况。跳停也可通过调整运行图和按自动进路控制方式实现。取消跳停是指将设置为跳停的列车恢复为原先状态。扣车是指大幅度增加列车在该站的停车时分，直到该列车接到出发命令时为止。扣车也可通过调整运行图和按自动进路控制方式实现。取消扣车是指将设置为扣车的列车恢复为原先状态。跳停与扣车操作可由中央或车站调度员人工办理。“扣车/取消扣车”同时在车站IBP盘上设置。

对城际客运专线而言，可结合ATO功能实现跳停与扣车功能。车站未设置发车指示器，可通过车载发车提示以通知司机扣车。通过ATO车-地通信设备将涉及CTC运行调整指令的跳停与扣车命令向车载ATO发送，其中跳停指令由ATO直接执行，即在车站上的跳停列车发车前将指令发送给ATO，同时可通过无线调度通信等其他方式通知司机。扣车命令同样由CTC系统通过ATO车-地通信设备向车载ATO发送，可根据车载ATO的设计提前预发送或到站停车后发送，同时也可通过车载发车提示形式通知司机。跳停功能可结合调度员的运行图调整指令实现，扣车功能可在中心调度员和车站双重实现，以增加安全性和可靠性。

从技术角度分析，城际客运专线应用跳停与扣车功能完全可行，实际工程是否应用需结合运营管理模式确定。当然，CTC运行调整功能的实现除扣车与跳停方式外，还可采用“改变始发站及始发时刻”、“改变停站时分”和“区间封锁”等多种方式。跳停与扣车操作在城市轨道交通运营中使用次数有限，除运营特殊情况（如前方车站临时故障等）外，调度员一般较少使用。需要说明的是，因地下线路较多，城市轨道交通为提高紧急情况下应急管理能力，各车站均设置了IBP盘，在区间及车站发生火灾、阻塞等情况下，以配合应急管理、救援和疏散工作需要。作为应急处理的重要措施，“扣车/取消扣车”必须同时在车站IBP盘上设置。珠江三角洲城际客运专线部分线路地下区段较长，根据地下线路应急管理需要设置了IBP盘。运营管理模式确定CTC运行调整不需要跳停与扣车操作，建议在车站IBP盘保留扣车功能，以增加紧急情况下的应急操作手段。

5 站台车-地通信应用方案优化

莞惠城际客运专线等先期开通项目的CTCS-2+ATO列控系统的车-地通信批复方案是采用应答器与环线结合方式。即车站精确定位、CTC运行调整和自动折返功能采用应答器方式进行车-地通信，实现车门与屏蔽门/安全门联控功能采用环线方式作为车-地通信手段。具体工程应用中，应结合确定的总体原则进行优化。

作为CTCS-2+ATO列控系统重要应用功能之一的站台精确停车，将大大提高列车运行服务水平，方便旅客乘降。增加站台精确停车意味着ATP车载设备同时需要具备“停车窗”功能，即保证列车停稳且停在规定的“停车窗”范围内，才能进行车门与屏蔽门/安全门的联控操作。

“停车窗”功能的实现在实际工程应用中一般可采用2种方式。方式1是在停车点设置车-地通信地面设备，当列车未停在“停车窗”内时，接收不到地面信息，实现停准判定。方式2是通过站内应答器的不断定位，通过车载测速、测距计算列车是否停在“停车窗”内。方式1在城市轨道交通中是通过接近盘实现停准判定，即地面设有一段长金属板，列车上设有接收装置，停车时通过电磁感应获知列车是否停在指定“停车窗”区域。方式2在城市轨道交通CBTC系统应用中相对较多，因CBTC系统采用独立于轨道的车-地双向无线通信方式，控制精度较高，为停准判定提供了保证。鉴于应答器易受安装、振动和车辆质量影响，CTCS-2级列控系统不具备城市轨道交通CBTC系统的实时定位功能，建议车站设置的感应环线除在站台区域实现屏蔽门联控功能的车-地通信外，通过车载天线位置与停车精度要求合理布置，同时实现“停车窗”功能。环线布置实现“停车窗”功能见图2。

图2 环线布置实现“停车窗”功能示意图

为保证地-车运营计划传输的可靠性，可通过CTC向列控中心传递ATO模式控车所需的运营计划，通过环线向车载设备发送运营计划，实现运营计划信息冗余传递。

综上所述，如果ATO车-地通信采用环线与应答器结合方式，通过环线布置方式及优化车-地通信信息传输内容，同样有助于提高CTCS-2+ATO列控系统应用技术水平。

6 结束语

CTCS-2+ATO列控系统在珠江三角洲城际客运专线的应用将大大提高信号列控系统应用技术水平，在带来技术飞跃的同时，其应用也面临新的问题和新的挑战。初步探讨新技术应用过程中的相关问题，具体的解决方案需要考虑信号系统本身应用技术可行性，还要结合珠江三角洲城际客运专线运营模式及运营实际需求进行分析。随着工程的逐步推进，珠江三角洲城际客运专线CTCS-2+ATO列控系统方案将不断完善，并可为其他区域城际客运专线提供借鉴。

[1] 中铁工程设计咨询集团有限公司. 莞惠城际轨道交通信号系统CTCS-2＋ATO车-地通信专题研究，2010

[2] GB 50157—2003 地铁设计规范[S]. 北京：中国计划出版社，2003

[3] 周志辉. 城际客运专线站台门车地联控可行性探讨[J]. 铁路通信信号工程技术， 2010(5)