基于运营场景的 CTCS-3级列控系统功能需求分析

2010-08-15张新明禹志阳袁焕靖

铁道通信信号 2010年4期

张新明禹志阳袁焕靖

*中国铁道科学研究院通信信号研究所副研究员,100081北京

**北京维修基地高级工程师 (铁道部C3技术攻关组成员)100860 北京

CTCS-3级列控系统由车载设备,GSM-R无线通信网络,以及无线闭塞中心 RBC、临时限速服务器、列控中心 TCC、轨道电路、应答器等地面设备构成。RBC与联锁、CTC等设备通信,获取车站进路信息、列车运行信息和限速调度命令信息,通过 GSM-R无线网络为控制区域内各列车提供行车许可、线路参数和临时限速等信息。车载设备通过 GSM-R无线网络向 RBC发送位置信息和列车数据,并根据 RBC提供的控车信息生成目标-距离模式曲线,监控列车安全运行。

CTCS-3级列控系统规范对运营场景进行了详细描述,运营场景包括列车注册与注销、等级转换、行车许可、调车、紧急情况处理、临时限速、RBC切换等。

1 列车注册与注销

1.1 列车启动

车载设备上电、自检完成后进入待机模式。当非本务端车载设备处于休眠模式时 (驾驶台未开启),来自本务端的激活信号使其保持该模式。当关闭本务端驾驶台,该激活信号失效,原先处于休眠模式的车载设备转为待机模式。司机开启本务端驾驶台,其车载设备首先要求司机输入或确认驾驶员识别号,同时输出激活信号使驾驶台关闭的非本务端由待机模式转为休眠模式。如果车载设备处于调车模式,则司机选择退出调车后,车载设备转为待机模式。

1.2 列车注册

车载设备用已经存储的电话号码呼叫无线闭塞中心 RBC,呼叫成功后,触发通信会话初始化过程。车-地之间的通信会话建立后,车载设备向RBC发送 “SOM位置报告”;RBC对车载设备的识别信息进行注册,并向车载设备发送行车许可申请参数和位置报告参数。RBC收到 “SOM位置报告”后,检查位置报告的有效性。

1.3 列车发车准备

司机可以选择调车模式或列车数据输入。如果选择了列车数据输入,则输入包括车次号在内的列车数据,车载设备向 RBC发送“验证的列车数据”。RBC收到有效的列车数据后,对该列车数据进行注册,之后向车载设备发送“列车数据的确认”。

1.4 列车发车

司机按压 “启动”按钮后,车载设备向 RBC周期性发送 “行车许可申请”。

1.如果调度员无法为列车排列进路,RBC不能向车载设备发送行车许可,则司机可以有以下选择:

1)选择 “越行”,之后车载设备转换到目视模式。

2)若RBC判断出列车在站内且调车信号开放,可以申请调车。

2.如果调度员可以为列车排列进路,则分为以下几种情况:

1)假设车载设备给RBC的位置报告是无效的、未知的或不确切的 (位置确切是指RBC能确定列车所处进路),RBC不能向车载设备发送行车许可,则司机选择 “越行”,车载设备转换到目视模式。

2)假设车载设备给RBC的位置报告是有效的、确切的,进路中的轨道故障占用,联锁办理引导接、发车,则RBC向车载设备发送带引导的行车许可。车载设备收到新的行车许可后,要求司机确认引导模式转换,司机确认后车载设备转到引导模式。

3)假设车载设备给RBC的位置报告是有效的、确切的,进路中的轨道空闲,车载设备在停车之前的模式是非完全监控模式,则RBC发送车头到前方防护信号之间为引导模式,其余区段为完全监控模式的行车许可。

4)假设车载设备给RBC的位置报告是有效的、确切的,进路中的轨道空闲,车载设备在停车之前的模式是完全监控模式,列车发车方向与停车前的运行方向一致,则RBC向车载设备发送完全监控模式的行车许可。

5)假设车载设备给RBC的位置报告是有效的、确切的,进路中的轨道空闲,列车发车方向与停车前的运行方向相反,则RBC发送车头到前方防护信号之间为引导模式,其余区段为完全监控模式的行车许可。

1.5 列车运行

列车在目视模式下行驶时,读到一个含方向信息的应答器组后,车载设备向RBC发送有效的位置报告。如果先前收到的SOM位置报告是无效或未知的,则RBC向车载设备发送配置参数信息。RBC收到有效的位置报告后,若无法确定列车所处进路,则不发行车许可,或者能够给出带引导模式的行车许可,或者能够给出完全监控模式的行车许可。

1.6 列车注销

列车停止,司机关闭驾驶台,车载设备进入待机模式,并向RBC发送 “任务结束”。RBC命令车载设备关闭通信会话,车载设备触发通信会话结束流程。通信会话结束后,RBC删除对车载设备的注册信息。

在未执行正常的通信会话结束流程的情况下,若RBC在 5 min内未收到来自车载设备的信息,即认为与车载设备的通信会话结束。

1.7 关闭列车电源

车载设备断电后,除最后使用的工作等级、连接RBC所需要的信息外,其他列控信息均为无效。

2 等级转换

2.1 CTCS-2级向CTCS-3级转换

列车经过无线通信链接点时,车载设备触发通信会话初始化流程。

通信会话建立后,车载设备发送“验证后的列车数据”。RBC对列车数据和有效位置进行注册,并向车载设备发送行车许可请求参数和位置报告参数,然后发送“列车数据确认”和“配置参数”。

车载设备收到 “列车数据确认”后,向RBC发送 “位置报告” “行车许可申请”或 “结束任务”等信息,并接收来自于RBC的控车信息。

RBC收到配置参数的确认后,开始向车载设备发送行车许可。车载设备保存行车许可以便在转换到 CTCS-3级后使用。

当列车接收到等级转换预告信息后,进入转换确认区,如果满足等级转换的条件 (车-地之间的通信会话已经建立,车载收到等级转换命令和越过转换执行点的 CTCS-3级完全监控行车许可),则车载设备要求司机确认等级转换。列车经过转换执行点,如果满足等级转换的条件,则转换到 CTCS-3级;否则继续在 CTCS-2级下运行。

2.2 CTCS-3级向 CTCS-2级转换

当列车经过转换预告点后,接收到应答器中的“等级转换”信息。列车经过转换执行点后,完成CTCS-3级到 CTCS-2级的转换。列车最小安全末端越过等级转换边界后 (根据来自于车载的位置报告信息或来自于联锁的占用信息),RBC命令车载设备与自己中断通信会话。车载设备收到该命令后,触发通信会话结束流程。

2.3 无线通信中断引发 CTCS-3级向 CTCS-2级转换

车载设备和RBC之间的安全通信会话建立后,如果在 20 s内车载设备未收到RBC的信息,即认为通信超时且立即实施最大常用制动。当列车速度降低到 CTCS-2级允许速度后,经司机确认可以切换到 CTCS-2级工作。如果司机不确认等级转换或CTCS-2级设备不能正常工作,则车载设备在CTCS-3级下继续实施最大常用制动到停车。停车后车载设备自动将行车许可缩短到当前车头位置。

3 行车许可

3.1 CTC、联锁、列控中心、轨道电路、RBC之间的关系

联锁根据 CTC的办理进路申请以及自身的逻辑 (联锁依据的站内、接近区段、离去区段的轨道占用信息来自于轨道继电器或列控中心),控制车站进路的锁闭/解锁与信号的开放/关闭。

列控中心将区间进路信息 (区间进路就是闭塞分区,其信息包括:占用/空闲、闭塞分区编号等)传送给联锁。联锁将站内进路信息 (包括:站内进路的锁闭 /解锁、占用/空闲、信号开放/关闭、进路类型、进路编号、信号降级状态等)、区间进路信息以及进路授权信息 (进路授权、进路使用、无进路)传送给RBC。RBC利用来自于联锁的进路授权信息确定向车载设备发送的行车许可范围。

在RBC中,可以将所有进路归结为 3种状态:有车占用、空闲但有行车许可涉及该闭塞分区和空闲且无行车许可涉及该闭塞分区。

3.2 联锁的解锁过程

联锁采用逐段解锁的方式且其解锁不受RBC控制。

3.2.1 正常解锁

1.联锁办理接车进路,联锁向RBC发送 “接车进路授权”,列车依次占用进路中的各区段,联锁发送 “接车进路使用”,当列车完全进入股道后,股道之前的区段已经逐段解锁完毕。之后的场景分以下 2种情况:①如果联锁未办理对应的发车进路 (单接车),则股道列车停稳计时 40 s后,股道解锁,联锁发送 “接车进路无进路”;②如果联锁已经办理对应的发车进路 (先接车后发车),则参考以下 2.的流程。

2.当列车在股道停车后,联锁办理单发车进路,联锁向RBC发送 “股道 +发车进路授权”,或列车在接车股道未解锁时,联锁办理发车进路,联锁向RBC发送 “发车进路授权”,列车依次占用发车进路中的各区段,联锁发送 “发车进路使用”,并出清股道 (在单发车时,联锁发送 “股道无进路”;在先接车后发车时,联锁发送 “接车进路无进路”),当列车完全越过离去区段后,发车进路中的各区段逐段解锁完毕,联锁发送 “发车进路无进路”。

3.2.2 人工解锁

定义进站信号机外方的接近区段满足列车由CTCS-3级最高速度常用制动到停车所需要的制动距离,同时考虑相关的最不利通信时延。当列车尚未进入接近区段时,采用进路取消方式解锁接车进路;当列车已经进入接近区段时,采用人工 3 min延时解锁接车进路。

3.3 行车许可延伸

当列车到达模式曲线指示限之前的一定距离时,车载设备开始周期性向RBC发送 “行车许可申请”。RBC判断前方区间轨道区段空闲或站内信号开放,则向车载设备发送延伸后的行车许可。

3.4 停车后列车数据更改

司机更改列车数据 (例如列车完成重联、摘解作业,或者更改司机号、车次号)后,车载设备自动将行车许可和线路参数描述缩短到当前车头,并向RBC发送除司机号以外的其他列车数据。RBC对收到的新 “列车数据”进行注册,并给车载设备发送 “列车数据的确认”。车载设备在收到“列车数据的确认”之后,向RBC发送行车许可申请。

3.5 列车自动过分相区

在行车许可中描述其范围内的分相区。当列车前端距分相区有 10 s的走行距离时,车载设备向司机输出提示信息;当列车前端受电弓距分相区有3s的走行距离时,触发动车组过分相操作 (落下受电弓、关闭主电源);当列车前端受电弓越过分相区后,取消过分相操作。如果动车组采用其他受电弓,则动车组应具备调整触发时机的功能。

4 调车

RBC工程数据中,在车站内划分出允许调车的区域。允许调车的区域的边界设置含 “调车危险”信息的应答器。

4.1 调车作业

司机根据调度员指示选择调车模式,车载设备向RBC发送 “申请调车”。RBC根据 “申请调车”中的 “位置报告”判断列车是否在允许调车的区域内:①如果列车不在允许调车的区域内,则RBC向车载设备发送 “拒绝车载的调车请求”;②如果列车在允许调车的区域内,则RBC将该列车注册为调车单元,之后向车载设备发送 “同意车载的调车请求”。

车载设备收到 “同意车载设备的调车请求”后,进入调车模式,删除车次号以外的其他列车信息,并向RBC发送 “任务结束”。RBC收到 “任务结束”后,命令调车单元关闭通信会话。之后车载设备发起结束通信会话的流程,司机根据地面调车信号进行调车作业。调车作业结束后,司机选择退出调车模式,车载设备转入待机模式,重新进行启动、注册等过程。

4.2 调车模式下列车冒进

当列车在调车模式下收到应答器中的 “调车危险”时,车载设备进入冒进模式。进入冒进模式后,经司机确认,车载设备进入冒后模式,这时司机可以选择调车模式或列车数据输入。

5 紧急情况处理

5.1 列车所在闭塞分区出现紧急情况

列车已经获得了涉及前方进路的行车许可,而列车所在的闭塞分区出现轨道故障占用或道岔失去表示,RBC对此情况不做反应。

5.2 列车前方闭塞分区出现紧急情况

列车已经获得了涉及前方某进路的行车许可,该进路出现轨道占用或道岔失去表示时,对于处于引导或完全监控模式下的列车,RBC发送 CEM(控车监督点为该进路的防护信号);对于处于目视模式的列车,RBC不做反应。

如果是本列车占用,则车载设备忽略 CEM;如果是其他情况,则车载设备按紧急停车点控车。车载设备收到 CEM后,向RBC发送 “紧急停车命令的确认”。如果前方的紧急状态取消,则RBC向车载设备发送 “撤消紧急停车”,之后若车载设备未发生冒进,则可以接受新行车许可。

5.3 人工解锁接、发车进路

列车运行前方的接车或发车进路开放,当前行车许可已经涉及该进路,防护信号因进路取消或人工解锁操作而关闭,则RBC向车载设备发送强制缩短行车许可 (控车监督点为该关闭的防护信号)。

5.4 区间停车后的越行与目视行车进出站

列车停在发生轨道故障占用的区间闭塞分区防护信号的外方,或者站内发生道岔失去表示,司机按压 “越行”按钮,车载设备进入目视模式。

RBC根据来自于车载设备的位置报告判断出最小安全前端已经越过发生故障的闭塞分区,根据来自于联锁的信息判断出发生轨道故障占用的闭塞分区之后的轨道被占用,而且RBC获得这 2种信息的时间差在 6 s以内,则RBC根据前方进路情况,可以向车载设备发送完全监控行车许可。

5.5 在进站信号机外方或股道停车后的引导接发车

站内发生轨道故障占用,调度员办理引导接、发车进路,RBC向车载设备发送接、发车进路为引导模式,其他区段为完全监控模式的行车许可。

5.6 无条件紧急停车 (UEM)

RBC根据调度员命令或来自于报警传感器的信息,向车载设备发送 UEM。车载设备收到 UEM后,把当前行车许可和相关线路参数描述缩短到车头位置,并立刻进入冒进模式且紧急制动。UEM适用于处于目视、引导或完全监控模式下的列车。

5.7 列车最小安全前端越过 EOA后引发的冒进

列车最小安全前端越过 EOA后,车载设备进入冒进模式,删除当前行车许可和线路参数描述。列车停稳后,司机确认冒进,车载设备缓解紧急制动,转到冒后模式。RBC收到车载设备转入冒后模式的位置报告后,向车载设备发送 “确认退出冒进模式”。如果不是由紧急停车命令引发的冒进,则车载设备收到 “确认退出冒进模式”后,允许司机选择启动或调车。如果是由紧急停车命令引发的冒进,则车载设备收到 “确认退出冒进模式”和 “撤消紧急停车”后,允许司机选择启动或调车。

6 临时限速

6.1 临时限速的设置

在列车当前行车许可范围以外存在临时限速区时,则RBC在向车载设备发送新的行车许可中包含 “临时限速设置”。

列车运行前方的临时限速已经设置成功 (RBC已经在给车载设备发送的行车许可中对该临时限速进行了描述,并且收到对应的确认信息),如果行车许可发生延伸或缩短,而且延伸或缩短后的行车许可范围仍然涉及该临时限速区,则延伸或缩短后的行车许可中仍然包含该 “临时限速设置”。

6.2 临时限速的取消

在列车当前行车许可范围以内存在临时限速区,当取消临时限速的调度命令通过限速服务器下达到RBC时,则RBC向车载设备发送含 “取消临时限速”的通用信息。RBC需要缩短行车许可(强制缩短行车许可、有条件紧急停车且被车载接受、无条件紧急停车),且缩短后的行车许可不再涉及临时限速,则RBC在向车载设备发送缩短行车许可的信息后,又向车载设备发送含 “取消临时限速”的通用信息。列车改变运行方向后,先前收到的原运行方向上的临时限速信息自动失效。

7 RBC切换

“移交RBC”和 “接收RBC”的管辖范围有重叠,2个RBC能够各自独立获得重叠区的链接、进路、线路参数、临时限速、等级转换和紧急停车命令等信息。

7.1 车载双电台工作时的RBC切换

列车越过切换预告点后,向 “移交RBC”发送位置报告。“移交RBC”据此向车载设备发送切换命令。车载设备收到切换命令后,开始尝试与“接收RBC”建立通信会话。

车载设备与 “接收RBC”建立通信会话后,向RBC发送 “验证后的列车数据”。 “接收RBC”对列车数据和有效位置进行注册,并向车载设备发送行车许可请求参数和位置报告参数,然后发送“列车数据确认”和 “配置参数”。

车载设备收到来自于 “接收RBC”的 “列车数据确认”后,开始向 “接收RBC”发送 “行车许可申请”,直到获得行车许可并将其保存。之后车载设备向 2个RBC发送位置报告、行车许可申请等信息,并接收来自于 2个RBC的控车信息。

当列车最大安全前端越过切换边界点时,车载设备采用 “接收RBC”的信息控车。当 “移交RBC”判断列车最小安全末端已经越过切换边界点时,命令车载设备与本 “移交RBC”结束通信会话。

在列车最大安全前端越过切换边界点之前,如果 2个RBC因紧急情况各自发送 SMA、CEM和UEM信息使行车许可缩短到切换边界点之前,或者收到来自于车载设备的结束任务信息,表明切换过程将被中途取消,“接收RBC”命令车载设备与本RBC结束通信会话。待启动切换过程的条件重新具备后,“移交RBC”再次向车载设备发送切换命令。

在列车最大安全前端越过切换边界点之后,不允许取消切换过程。