CTCS2+ATO城际铁路列控系统总体技术研究

罗 松

（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

CTCS2+ATO城际铁路列控系统总体技术研究

罗 松

（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

城际铁路列控系统用于保障城际铁路列车行车安全、提高铁路运输效率，是城际铁路系统的重要组成部分。提出CTCS2+ATO的城际铁路列控系统，介绍系统结构、主要运营场景和系统优势。采用该系统有利于提高铁路运输和控制的智能化、自动化，在保障行车安全、提高运输效率、降低司机劳动强度等方面将发挥重要作用。

CTCS-2；列车自动运行；城际铁路

随着经济和社会的发展，城市之间人员和商品的流动愈加频繁。为了促进经济发展，满足区域交通的需要，珠三角、长三角、京津冀等经济发达区域相继规划建设城际铁路。其中，京津城际铁路作为全国第一条城际间高速铁路，于2008年8月1日正式通车运营，极大地促进了北京和天津的“同城化”和“一体化”。

城际铁路是专门服务于相邻城市间或城市群间，列车设计时速200 km及以下的，线路长度介于50～200 km之间的，快速、便捷、高密度客运专线铁路。城际铁路列控系统是保证城际铁路列车行车安全和提高铁路运输效率的安全控制系统。根据城际铁路“高速度、高密度、跨线运行”的实际特点，需要研究和开发适用于城际铁路的列控系统。

本文给出了一种CTCS2+ATO城际铁路列控系统。

1 城际铁路列控系统简介

CTCS-2级列控系统在我国高速铁路中已经得到广泛使用，但是它主要用于防止列车超速，保证列车行车安全，并不具备列车自动运行、列车运行自动调整、车门/安全门（屏蔽门）联动、折返等功能。为了满足城际铁路运营需求，在CTCS-2级列控系统基础上增加ATO相关功能，得到CTCS2+ATO城际铁路列控系统。

CTCS2+ATO城际铁路列控系统在CTCS-2级列控系统基础上，增加站间自动运行、车站定点停车及车站通过、折返作业、列车运行自动调整、车门/安全门或屏蔽门防护及联动控制、列车运行节能控制等自动运行相关功能。地面设备配置兼容CTCS-2级列控系统，与CTCS-2级列控系统相关的地面设备设置方式维持不变。满足正向自动闭塞追踪运行、反向自动站间闭塞运行的要求。满足站站停与大站停混合运输的开行方式。

城际铁路列控系统在CTCS-2级列控系统基础上增加车载ATO设备，实现列车自动驾驶；地面设置专用的精确定位应答器（JD）实现列车精确定位，设置通信控制服务器实现站台门控制和运行计划处理；采用GSM-R网络电路交换数据业务实现车地双向通信；原则上车载设备处于完全监控模式（FS）时，才允许转入自动驾驶模式（AM）。

2 城际铁路列控系统结构

CTCS2+ATO城际铁路列控系统包括地面设备和车载设备。地面设备由通信控制服务器（CCS）、列控中心（TCC）、临时限速服务器（TSRS）、ZPW-2000轨道电路、应答器及LEU、GSM-R通信接口设备等组成。车载设备由列车超速防护系统（ATP）和列车自动运行系统（ATO）构成，其中列车超速防护系统由车载安全计算机（VC）、GSM-R无线通信单元（RTU）、轨道电路信息接收单元（TCR）、应答器信息接收模块（BTM）、司法记录单元（JRU）、人机界面（DMI）、列车接口单元（TIU）、测速测距单元（SDU）等组成。图1 为CTCS2+ATO城际铁路列控系统的总体构成。

通信控制服务器与车载设备、分散自律调度集中系统（CTC）进行通信，实现门控信息的管理，并实现CTC运行计划的处理和转发功能。同时，通信控制服务器通过列控中心实现站台门相关的防护和控制功能。

图1 CTCS2+ATO城际铁路列控系统总体构成

临时限速服务器具有临时限速设置、取消和管理功能。

列控中心具有轨道电路编码、应答器报文储存和调用、站间安全信息传输、临时限速功能。同时，为了满足站台门防护和控制、站台紧急关闭等功能，列控中心具备相关的采集和驱动接口。

应答器向车载设备传输定位信息、线路参数和临时限速等信息；同时，为了满足自动运行相关功能，向车载设备传输运营停车点信息、门侧信息、默认站停时分等信息。

列车超速防护系统根据地面设备提供的行车许可、线路参数、临时限速等信息和列车参数，按照目标距离连续速度控制模式生成动态速度曲线，监控列车安全运行。

列车自动运行系统在列车超速防护系统的行车许可下，根据线路条件、运行计划等信息实现列车自动驾驶及车门自动控制等功能。

3 主要运营场景

CTCS2+ATO城际铁路列控系统包括注册与启动、注销、进出动车段、列车自动运行、折返作业、车门/站台门防护及联动控制、列车运行自动调整、自动过分相、临时限速、降级及故障情况、灾害防护、互通运行等12个运营场景。下面简要介绍几个主要运营场景。

3.1 列车自动运行

车站出发：列车在股道完成站台作业。到达预定的发车时间后，司机瞭望检查完成旅客乘降作业后进行关门操作（或由ATO自动关门）。车载设备和地面设备进行车门与站台门联动控制，车门和站台门同步关闭。联锁检测到站台门锁闭后，允许已办好进路的出站信号开放，此时列控中心控制轨道电路发送机车信号允许码。车载设备根据轨道电路发送的机车信号允许码更新行车许可。ATO确认车门关闭，司机驾驶手柄位置正确，且相关条件具备后，闪烁“ATO发车”指示灯提示司机。司机确认车门关闭后，根据发车提示按压“ATO启用”按钮，ATO根据列车运行计划及行车许可，自动驾驶列车。若发车时车载设备无法转入自动驾驶模式，需由司机人工驾驶列车从车站出发。

区间运行：当列车通过出站口应答器组时，接收应答器发送的线路数据信息和CCS呼叫信息。若从出站口应答器组获得的CCS呼叫信息与当前CCS不同，则车载设备呼叫新的CCS建立通信。ATO根据运行计划信息及列车运行状况采用牵引、制动、惰行等控制策略，自动驾驶列车在区间运行。区间信号关闭时，ATO应按照ATP的防护曲线在ATP的目标停车点前一定距离自动停车。区间信号开放后，车载设备获得行车许可。ATO判断具备发车条件时闪烁“ATO发车”指示灯，此时司机可按压“ATO启用”按钮，由ATO自动驾驶列车。

进站停车：列车经过股道精确定位应答器时，车载设备通过BTM获得定位信息并对列车位置进行精确校正。车载设备同时获得本股道的运营停车点位置信息和门侧信息。ATO根据列车运行状况（位置、速度等）控制列车牵引、制动、惰行，使列车准确地停在运营停车点处。若列车未到达运营停车点，允许司机人工驾驶列车继续前行停车对位；若列车越过运营停车点，允许司机人工驾驶列车后退，一次后退距离不超过5 m。

3.2 车门/站台门防护及联动控制

车门防护：ATP接收股道精确定位应答器中的门侧信息，向列车输出开门允许，进行车门防护。ATP仅在判断列车停准且停稳后，输出开门允许。若门侧信息为“左侧”或“右侧”，ATP输出“开左门允许”或“开右门允许”。若门侧信息为“双侧”，ATP同时输出“开左门允许”和“开右门允许”。

站台门防护：当联锁检测到站台门“锁闭”时，允许开放对应的进站、出站信号。否则，应立即关闭对应信号。当TCC检测到站台门“报警”时，对应股道发“H”码。TCC未接收到CCS发送的开门命令时，不向站台门系统发送开门动作。

ATO车门控制：ATO在ATP给出开门允许后进行车门控制。ATO采集车辆提供的“门控模式”信号，用于车门控制。ATO提供以下3种车门控制模式：自动开门/自动关门（由ATO自动打开车门，并在站停时间结束后，自动关闭车门）；自动开门/手动关门（由ATO自动打开车门，由司机手动关闭车门）；手动开门/手动关门（由司机手动打开和关闭车门）。任何车门控制模式下，司机可人工操作车门。

车门与站台门联动控制：系统在车地通信正常时，可提供车门与站台门联动控制功能。开/关车门操作可由司机按压按钮产生，也可由ATO产生。ATP给出开门允许信息后，司机或ATO进行开门操作，ATP向地面设备发送开门命令。CCS根据车型信息和地面站台门设置情况，确认对应股道列车停准且停稳后，通过TCC向站台门系统发送开门动作，由站台门系统打开站台门。司机或ATO进行关门操作，ATP向地面设备发送关门命令。地面设备向站台门系统发送关门动作，由站台门系统关闭站台门。车地通信故障等异常情况下，车门与站台门不能正常联动控制时，车门与站台门联动控制由人工操作实现。

3.3 折返作业

站后端有人自动折返：系统满足站后端有人自动折返作业要求，折返进路按列车方式办理。为提高折返效率，折返牵出线设置两段轨道电路，轨道区段长度应兼顾其最小长度要求。列车位于股道，旅客乘降完毕。到达预定折返发车时间后，CTC通过联锁办理自动折返发车进路，并通过CCS向车载设备发送折返命令和运行计划。车载设备通过DMI向司机给出折返提示。站台门锁闭且进路开放条件具备后，对应进路开放，TCC控制对应股道发送机车信号允许码。司机按压“ATO启用”按钮，ATO根据折返命令自动驾驶列车驶向折返牵出线。待列车占用折返牵出线列车运行前方的轨道区段后，后方轨道区段立即转换发码方向。当ATO自动驾驶列车完全进入折返牵出线并停稳后，车载设备退出自动驾驶模式。CTC通过联锁办理折返接车进路。司机激活非本务端驾驶台之后，人工驾驶列车返回站台。

原地折返运行：列车位于股道，旅客乘降完毕后。司机关闭本务端驾驶台，该端车载设备转入待机模式。司机激活非本务端驾驶室，该端车载设备开始正常工作，原本务端车载设备转入休眠模式。到达预定的折返发车时间后，CTC通过联锁办理发车进路，站台门锁闭且进路开放条件具备后，对应进路开放，TCC控制对应股道发送机车信号允许码。司机检查确认车门关闭后，列车以部分监控模式从车站发车。

3.4 列车运行自动调整

CTC根据实际运营情况，以日班计划为依据，结合列车的运行能力，生成运行计划信息，并通过CCS发送给ATO。列车运行过程中，CCS向ATO周期性发送列车运行计划信息，当运行计划发生变化时，立即向ATO发送。CCS向ATO至少发送两段运行计划信息，包括当前站间的运行计划和下一站间的运行计划。ATO接收的运行计划以一个站间为基本范围，其基准点为LRBG应答器组，其内容主要包括本次运营停车点、目的站、站间运行时分和停站后站台作业（站停时分、通过、折返信息等）。ATO识别出运行计划中的基准点信息有效时，判定该运行计划有效。否则，该运行计划无效。ATO收到有效运行计划信息后，调整列车的控制曲线，自动驾驶列车运行。列车在股道停车后，根据运行计划信息执行站台作业（站停时分调整、通过/到发、折返等）。

4 系统优势

4.1 新增自动驾驶模式（AM）

CTCS-2级列控系统车载设备具有如下工作模式：待机模式（SB）、部分监控模式（PS）、完全监控模式（FS）、引导模式（CO）、目视行车模式（OS）、调车模式（SH）、机车信号模式（CS）、休眠模式（SL）、隔离模式（IS）。而CTCS2+ATO城际铁路列控系统在此基础上新增了自动驾驶模式（AM）。

车载设备工作在完全监控模式且满足ATO自动驾驶条件时，经司机确认可转入自动驾驶模式。在自动驾驶模式下，ATP负责列车运行安全防护，ATO负责自动驾驶列车（自动控制列车牵引、制动、惰行）和自动控制车门。在自动驾驶模式下，一旦判定自动驾驶模式条件不满足或ATO故障，将退出自动驾驶模式并提示司机。

城际铁路车站站间距短，采用公交化的运营方式，司机需要频繁地对列车执行启动、加速、制动、停车等操作，而且要求准点和贴线运营，司机劳动强度较大。采用自动驾驶功能，ATO在ATP的监督下根据列车当前速度、目标距离、线路限速等信息控制列车安全、舒适、高效的行驶，不但可以降低司机的劳动强度，还可以提高旅客乘车舒适度和铁路运营服务水平。

4.2 新增ATO相关功能

CTCS2+ATO城际铁路列控系统不但具备CTCS-2级列控系统的基本功能，在此基础上还增加了以下功能：列车自动运行、列车运行自动调整、车门防护、安全门（屏蔽门）防护、车门/安全门（屏蔽门）联动和自动折返。

车门和安全门（屏蔽门）防护功能及车门/安全门（屏蔽门）联动功能有助于提高乘客上下车时的人身安全。列车运行自动调整功能有助于ATO从多个运营曲线中选择与发车和到站时间最匹配的运行曲线，自动调整列车的停站时间和区间运行时间，使列车尽量按列车时刻表运行，列车有组织有计划地运行，必然提高列车准点率和系统的运输效率。自动折返功能可以节约更多的折返时间，也省去了司机从车头走到车尾进行换端的工作，提高了系统运作效率。

正是CTCS-2级列控系统既有功能和新增ATO功能的有机结合，满足了城际铁路线路长度较短、车站布置密集、高峰时段客流量大、高速度、高密度、小编组运营、公交化运营等运营特点。

4.3 互通运行

装备CTCS-2/CTCS-3级列控车载设备的列车可在城际线路按CTCS-2级运行；装备城际铁路列控车载设备的列车可在CTCS-2 /CTCS-3级线路按CTCS-2级运行。车载设备不具备ATO功能使用条件时，列车可在车载ATP设备安全监控下运行。

5 结束语

CTCS2+ATO城际铁路列控系统在CTCS-2级列控系统基础上扩展自动运行功能，既充分利用了CTCS-2级列控系统的技术成果和运营经验，又为城际铁路列车增加了列车自动运行等ATO相关功能，将大大提高信号系统自动化程度，降低司机劳动强度，必将提高我国城际轨道交通运营管理水平。

The intercity railway train control system is used to ensure train operation safety and improve the railway transport effi ciency, and it is an important part of the intercity railway system. The paper puts forward the CTCS2+ATO intercity railway train control system, including the system structure, main operating scenarios and the advantages. This system will help improve the automation and intelligence of the railway transport and control, and will play an important role for ensuring train operation safety, improving the transport effi ciency and reducing the driver's labor intensity and so on.

Chinese Train Control System Level 2 (CTCS-2); automatic train operation; intercity railway

10.3969/j.issn.1673-4440.2015.03.001

2015-04-14）