关于大号码道岔的车载设备处理逻辑研究

2019-10-31徐效宁宋志丹王文涛

铁道标准设计 2019年11期

徐效宁,汪洋,宋志丹,王文涛

(1.中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所,北京 100081； 2.国家铁路智能运输系统工程技术研究中心,北京 100081； 3.北京华铁信息技术有限公司,北京 100081)

列控系统中大号码道岔是指侧向通过速度大于80 km/h的道岔,通常用于联络线,实现不同线路间的列车跨线运行[1]。随着我国路网的不断发展,新建线路需要经过联络线与既有线路接驳,有的大号码道岔设置较为复杂。

近年来很多学者从地面的角度对大号码道岔的相关问题进行了探讨[2-5],从车载设备角度分析的较少。车载设备关于大号码道岔的相关规范也较为简略,各车载设备在具体实现时各不相同。首先介绍了地面和车载设备关于大号码道岔的相关规范,并通过分析不同车载设备在一例特殊地面设计的逻辑,提出对车载设备规范的修改建议,为CTCS-2级列控系统的优化设计提供一定的参考。

1 列控系统相关规范

1.1 地面规范描述

CTCS-2级列控系统以应答器的[CTCS-4]包描述大号码道岔信息,涉及到列控中心技术条件和应答器应用原则。

TB/T 3439-2016《列控中心技术条件》第6.10.8条规定[6],对于具备大号码道岔的侧向进路,当侧向接车信号开放UUS信号后,且同时满足以下条件时,TCC发送大号码道岔数据包。

(1)进路行车许可长度超过制动距离检查范围,见图1。

图1 大号码道岔报文发送检查条件(行车许可)

(2)侧向进路范围内以及离去区段制动距离内无低于大号码道岔侧向允许速度的临时限速,见图2。

图2 大号码道岔报文发送检查条件(临时限速)

《CTCS-2级列控系统应答器应用原则(V2.0)》(科技运[2010]136号)规定[7],变量D_TURNOUT应描述大号码道岔应答器至防护大号码道岔信号机的距离。道岔侧向最高允许速度除道岔侧向允许速度外,还应考虑以下条件。

①根据列车按照道岔区段线路允许最高码序至目标点列车按照常用制动能够可靠停车的速度限制。

②根据道岔后方线路允许速度。

2017年9月,国家铁路局发布的TB 3484—2017《列控系统应答器应用原则》第7.2.18.4条规定[8],道岔侧向最高允许速度应考虑道岔前、后方线路允许速度。该规范2018年4月实施,但科技运[2010]136号文也没有明确被废止。

1.2 车载规范描述

车载设备规范关于大号码道岔的处理较为简略,《CTCS-2级列控车载设备暂行技术规范》(铁总运[2014]29号)仅有6.4.3.7条[9], “在当车载设备接收到大号码道岔信息包[CTCS-4]后,车载设备应根据[CTCS-4]包的信息生成制动模式曲线,控制列车在到达指定道岔前将速度降到[CTCS-4]包描述的允许通过速度以内。[CTCS-4]包只在接收到U2S、UUS信号的情况下有效。”

CTCS-3级车载设备相关技术规范[10-11]在CTCS-2级控车模式的相关条文中,则未规定大号码道岔信息包的处理逻辑,在设备实际设计和测试时,参照了铁总运[2014]29号文的相关条款。

另外,车载设备在CTCS-2等级根据机车信号获取前面闭塞分区的空闲情况,结合应答器数据计算行车许可终点(EOA)。铁总运[2014]29号文第6.4.3.2规定,“轨道电路信息的处理符合TB/T 3060 《机车信号信息定义及分配》和有关标准及技术条件的要求”。

虽然,该规范在引用文件时注明TB/T 3060—2002版本,但也同时说明： “所有标准及规范都会被修订,使用本技术规范的各方应探讨使用以下标准和规范最新版本”。《机车信号信息定义与分配》的最新版本是TB/T 3060—2016[12],它根据2014版《铁路技术管理规程》进行了修订[13],在接近大号码道岔时机车信号为UUS,在此引入TB/T 3060—2016号文对UUS码的定义：

“准许列车按规定的速度越过接近的地面信号机,列控车载设备DMI显示一个双半黄色闪光。高速铁路及仅运行动车组的区段,表示列车接近的地面信号机开通经18号及以上道岔侧向位置进路,且进路允许速度不低于80 km/h。普速铁路区段,表示列车接近的地面信号机开放经18号及以上道岔侧向位置进路,且次一架信号机开通直向进路或开放经18号及以上道岔侧向位置进路；或表示列车接近的地面信号机开放经18号及以上道岔侧向位置进路,并开往站间无显示联系的区间。”

从上述定义可以得到,在高速铁路及仅运行动车组的区段,UUS并不意味着次一架信号机一定开放,车载设备也无法判断当前是在高速铁路或仅运行动车组的区段还是在普速铁路。

2 大号码道岔线路举例

2.1 地面设计及各车载设备反应

某车站站场布置如图3所示,联络线上1号、29号、31号均为大号码道岔。为了实现CTC自动排路,联络线增设了XL1、SZ2进路信号机。当车站办理X-IG-SAN的通过进路时,区间DD应答器组发送[CTCS-4]包,信息包大号码道岔D_TURNOUT对应XL1信号机处,允许速度V_TURNOUT为160 km/h。X信号机的接近区段、X-XL1区段均发送UUS,XL1后方的轨道区段发送L5码。

图3 某车站站场示意

由于XL1信号机的存在,地面在描述大号码道岔信息时进行了权衡。因为[CTCS-4]包的格式只能定义一组大号码道岔信息,不能嵌套,车载设备也按一组大号码道岔信息处理。地面方案有3种选择：(1)区间DD应答器组D_TURNOUT对应X,BX应答器D_TURNOUT对应XL1；(2)区间DD应答器组D_TURNOUT对应X；(3)区间DD应答器组D_TURNOUT对应XL1。

若采用方案(1),那么车载设备在收到区间DD应答器组后,在X信号机处设置160 km/h的目标速度；当收到BX应答器时,车载设备会用新的[CTCS-4]包替换掉旧信息包,由于新的[CTCS-4]包描述的大号码道岔位置在XL1处,所以有的车载设备就会在X信号机处限速设为80 km/h,造成限速突降。

若采用方案(2),在收到区间DD应答器组后,在X信号机处设置160 km/h目标；在经过X信号机后,由于XL1没有对应的大号码道岔信息包,车载设备将在XL1处设置80 km/h的目标速度,也会造成突降。

所以,地面设计初步选定方案(3),区段DD应答器组描述的大号码道岔位置对应为XL1。然而,经实验室仿真,不同车载设备在经过该联络线时,反应却各不相同。

(1)车载设备A在接近区段收到UUS后,X信号机处的目标速度为160 km/h,并按次一架信号机关闭计算EOA,两者综合计算限速曲线；经过BX应答器后,该应答器给出了侧线数据,由于XL1信号机的存在,使得闭塞分区长度较短,车载根据下一架信号关闭计算得出的限速突降为135 km/h；经过X信号机后,XL1信号机的目标速度又设为160 km/h。

(2)车载设备B在接近区段收到UUS后,X信号机处的目标速度为160 km/h；经过X信号机后,XL1信号机的目标速度又设为160 km/h。

(3)车载设备C在接近区段收到UUS后,X信号机处的目标速度为80 km/h；经过X信号机后,XL1信号机处的目标速度为160 km/h。

(4)车载设备D在接近区段收到UUS后,X信号处不设目标速度,XL1信号机处的目标速度为160 km/h；当列车经过BX应答器时,限速由170 km/h突降为160 km/h。

2.2 各车载设备逻辑分析

分析各车载设备的反应,问题集中在两个方面：大号码道岔信息包有效时EOA计算和大号码道岔以前的信号机目标速度值。

(1)大号码道岔信息包有效时EOA计算

车载设备A根据UUS,按照次一架信号机关闭计算EOA,由于闭塞分区长度较短,不满足160 km/h到0 km/h的制动距离,造成限速突降。而其他车载设备在大号码道岔有效时,EOA使用应答器给出的轨道区段信息[CTCS-1]包数据终点,不会因行车许可的长度造成限速突降。

根据本文1.1节分析,因为列控中心发送大号码道岔信息包的检查条件,所以其他车载设备的EOA计算没有任何安全问题。但是,铁总运[2014]29号文6.4.3.1条和6.4.3.2条规定车载设备应根据轨道电路和应答器信息确定目标点,并没有指明在大号码道岔有效时UUS的EOA应特殊处理。虽然6.4.3.7条规定车载设备根据[CTCS-4]包的信息生成制动模式曲线,但车载设备的限速是综合各种速度曲线限制的最限制速度曲线(MRSP),各车载设备在使用[CTCS-4]包时均考虑线路坡度[ETCS-21]包、线路限速[ETCS-27]包其他线路条件,所以这条规范不能作为EOA延长的依据。但正如车载设备A的表现,若EOA按次一架信号关闭处理,明显地影响运输效率。

(2)大号码道岔以前的信号机目标速度值

CTCS-2级列控系统的区间应答器描述的都是直向数据,车载设备在进站应答器前无法获知侧向进路情况,所以要依靠UU/UUS码进行防护[14-15]。图3中BX应答器开始描述侧向进路的数据,线路限速[ETCS-27]包才描述1号道岔岔尖处的限速160 km/h。若1号岔尖距BX应答器较近,XL1距BX应答器较远,那么车载D在X信号机处不设限速的处理就有瑕疵。

车载设备A/B在X信号处设置大号码道岔限速160 km/h,车载设备D因应答器描述的大号码道岔位置在XL1处,所以在X信号机处按80 km/h控速。因线路实际限速160 km/h,车载设备A/B更符合地面的预期设计。当X-XL1区段存在低于160 km/h的限速时,若列控中心根据TB/T 3439-2016和科技运[2010]136号文不检查大号码道岔以前的线路限速仍发送[CTCS-4]包,那么车载A/B的处理就会有瑕疵；在TB 3484-2017文增加道岔以前的线路限速检查条件后,车载A/B较车载D更有效率。

需要指出的是,以上只是理论分析,在信号设计时都会进行实验室仿真测试、联调联试,确定最终实施方案。上述特殊线路的实施方案是在2.1节方案(3)的基础上,将大号码道岔信息[CTCS-4]包的侧向允许速度改为120 km/h,保证了与不同型号车载设备的兼容性,后期则研究取消SZ2、XL1信号机。

3 车载设备规范修改建议

CTCS-2级列控系统由地面和车载设备组成,安全防护需要车载和地面共同完成[16-17]。由于CTCS-2级列控系统规范起初主要是为满足提速需求而制订,重点偏向于设备功能,地面和车载设备的互联互通性考虑较少[18-19]。从大号码道岔的例子可以看到,很多安全防护条件蕴含在地面设备的技术规范中,车载设备在具体实现时采信的地面防护条件程度各不相同。

在列控中心和应答器规范中,临时限速的发送逻辑和范围也较为复杂,但各车载设备的处理却少有歧义。车载设备在线路数据(线路固定限速、线路坡度)描述的终点控速在45 km/h以下,但临时限速是在数据耗尽后才开始降速。因为列控中心会检查制动距离范围内的临时限速,地面设备已对此进行防护。但更重要的是,车载设备规范(2014[29]号文6.4.4.1条)对这种情况下的临时限速处理进行了明确规定,车载设备实现时有了直接的依据。

笔者认为,车载设备规范最终要达到这样的目标：在车载设备的系统设计、产品研发、工程设计、检测检验、运用及维护时,只需查阅车载设备的标准规范及引用文件即可,而不需再去研判地面的相关规范。地面设备的规范制定也是如此,例如目前大号码道岔的部分检查条件定义在应答器应用原则中,而列控中心的技术条件又未将应答器应用原则列入引用文件,这也是需要完善的地方。车载和地面的责任划分问题,应在系统需求规范中明确。

在车地安全防护责任划分时,不能简单地将责任完全推给地面。近年来发现,信息融合、双校验机制可以进一步提高列控系统的安全性,预防未知风险[20-23]。例如目前已经确定为技术条件并实施的,CTCS-3级ATP设备融合轨道电路信息确定CTCS-3级行车许可终点；无线闭塞中心在使用联锁设备的进路信息时,增加对信号状态、道岔状态和轨道区段占用状态的双校验机制。

针对大号码道岔问题,建议车载设备规范进行以下修改：

(1)当大号码道岔信息包有效时,车载设备在收到UUS时,行车许可终点应为应答器给出的进路数据终点；

(2)当不能确认大号码道岔信息包的发送检查条件包括道岔前方线路允许速度时,车载设备应判断信号机与大号码道岔位置的一致性。