莞惠城际铁路信号系统集成技术

王 勇

(1.北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070；2.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 项目概述

1.1 工程概况

莞惠城际铁路自道滘站至小金口站，正线全长99.841 km。共设置道滘站、西平西站、东城南站、寮步站、松山湖北站、大朗镇站、常平南站、常平东站、樟木头东站、银屏站、沥林北站、仲恺站、惠环站、龙丰站、西湖东站、云山站、小金口站等17 座车站，其中地下站10 座、地面站1 座、高架站6 座；设置惠州北动车运用所1 座；以上车站共有7 个有岔站，11 个无配线站，其中2 个无配线站兼信号中继站。小金口站设置综合维修车间1 处，沥林北站设置综合维修工区1 处，各有岔站设置值班工区。

在下穿东江水域的西湖东站大里程端及西湖东站至云山站间区间各设置防淹门1 处。地下站采用屏蔽门，地面站和高架站采用安全门。设到发线车站满足8 辆和谐号动车组编组停站条件，到发线有效长400 m；各车站站台长度均为210 m。

1.2 系统集成

北京全路通信信号研究设计院集团有限公司作为本项目科研开发和集成实施的主承担单位，牵头完成城际铁路 CTCS2+ATO 列控系统总体方案编制、产品和接口规范制定、地面设备CCS 和车载车载自动驾驶设备（ATO） 设备研发（含安全认证）、实验室仿真测试、互联互通测试、室内专家组测试、试验段现场实车试验、组织第三方验证测试、集成实施等全过程（“前期需求—科研开发—现场试验—系统集成实施”）的工作，如表1 所示。

表1 系统集成全过程工作Tab.1 The whole process of system integration

2 技术方案

莞惠城际铁路信号系统由行车调度指挥系统、列控系统、联锁系统、信号集中监测系统、电源系统等子系统组成，其中列控系统采用CTCS2+ATO列控技术，满足200 km/h 动车组和跨线动车组在本线双线双方向运行的需求，具备列车超速防护、列车自动运行调整、列车自动驾驶、站台精确定位停车、车门/站台门防护及联动控制、折返作业、防淹门、站台紧急关闭防护、列车运行节能控制等功能。

2.1 行车调度指挥系统

莞惠城际铁路采用调度集中系统（CTC），全线各车站和区间纳入在中国铁路广州局集团公司调度中心设置的珠三角城际铁路调度指挥中心管辖，本工程仅设置莞惠城际调度台。

在各个有岔站设置CTC 车站站机，在无配线车站综合监控室设置CTC 车务终端。

CTC 系统满足《分散自律调度集中系统（CTC）技术条件》相关要求外，还应具备运行时刻自动调整、对大站停列车和站站停列车分别管理、运行计划自动触发折返进路、调度台界面增加ATO功能显示信息（站台门状态、区间运行时分、站停时分、紧急关闭状态、运行计划设置、防淹门和人防门静态位置等相关信息）。

2.2 列车运行控制系统

莞惠城际铁路采用CTCS2+ATO 列控系统，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。在此基础上，设置车载ATO 设备实现列车自动驾驶，在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）；列控中心（TCC）接收通信控制服务器（CCS）控制命令，输出站台门的控制动作，并具备对防淹门、站台门、紧急关闭相关的采集接口，实现紧急情况下的应急处理等功能；地面设置精确定位应答器（JD）实现列车精确定位；设置CCS 实现站台门控制和运行计划处理，并接安全数据网中实现与TCC 数据交互。列控系统采用GSM-R 网络电路交换数据业务实现ATO 车地双向通信。车载设备不具备ATO 功能使用条件时，列车可在ATP 车载设备安全监控下运行。

在有岔站和无配线车站（兼中继站）分别新设TCC，其余无配线车站不设置；对应莞惠调度台设置1 套临时限速服务器（TSRS）和CCS，并在调度中心设置CTC-TSRS 接口服务器和CTC-CCS 接口服务器；各车站设置安全数据网设备，接入设备包括：TCC、CBI、TSRS、CCS，并设置EMS 网管服务器；在维持CTCS-2 列控系统应答器布置原则的基础上，在车站到发线股道上设置5 组精确定位应答器，定位应答器组均由单应答器组成，新增的应答器在满足ATO 系统要求的前提下不影响CTCS-2 级列控系统的运行。

2.3 计算机联锁系统

在有岔站设置二乘二取二型计算机联锁设备；无配线站不设计算机联锁设备，其信号联锁逻辑关系，由邻近的有岔站的联锁设备完成。无配线车站的进站信号机和出站信号机并置。

计算机联锁除满足《计算机联锁技术条件》系统功能外，还应具备对防淹门、站台门、紧急关闭相关的采集接口。站台门未锁闭时，联锁不允许对应进站、出站信号开放；紧急关闭按钮按下时，联锁应立即关闭对应的进站、出站信号；防淹门关闭时，防淹门相邻车站的联锁应禁止开放相应的出站信号。

2.4 其他信号系统

在惠州北运用所区域监测中心新设监测系统总机设备，满足珠三角地区城际铁路规划整体布局和运维、容量的要求，各有岔站和无配线车站（兼中继站）分别新设信号集中监测站机，各有岔站工区、维修工区和维修车间设置监测终端设备。信号集中监测系统应增加对CCS、防淹门、站台门、紧急关闭等相关信息的监测。

各有岔站和无配线车站（兼做中继站）分别新设智能电源屏，配置双套大容量UPS；其余无配线车站CTC 车务终端电源采用综合监控室墙面插座电源，并配置单套UPS。供给计算机联锁、列控中心（含安全数据网）、CTC 站机等的电源屏模块冗余设置。

3 创新成果

1）通过高速铁路CTCS 技术与城市轨道交通CBTC 技术的融合，形成城际铁路列控系统高安全性、高智能化和综合自动化的集成创新

CTCS2+ATO 列控系统是以我国高速铁路CTCS-2 级列控系统为基础，通过借鉴CTCS-3 级列控系统车地无线安全通信技术并融合城市轨道交通CBTC 系统自动驾驶相关技术进行集成创新的城际铁路列控系统。

在CTCS-2 级列控系统基础上通过对既有设备的适配修改，并新增地面CCS 和ATO 实现列车自动驾驶、车门自动控制、车门与站台门联动控制、运行计划管理等相关功能，是具有高安全性、高可靠性、高智能化和综合自动化的适用于速度200 km/h 及以下城际铁路并满足高速铁路与城际铁路混合运输模式的列车运行控制系统。

2）首次完整确立了运营速度200 km/h 的高铁CTCS 列控系统增加ATO 功能的技术标准和技术体系，形成CTCS 列控系统的制式创新

CTCS2+ATO 列控系统的研发和应用实现了CTCS-2 级列控系统增加ATO 功能，形成了配套的总体规范、设备及接口规范、测试规范和实施方案等体系文件，在国际上首次完整确立了适用于运行速度200 km/h 的列控系统增加ATO 功能的技术体系和相关标准，并为后续速度300 km/h 的CTCS-3 级列控系统增加ATO 功能奠定了良好的技术基础，如表2 所示。

3）首次基于GSM-R 车地通信技术及信号安全数据网，实现站台门集中安全管理及车地门联动的安全控制

CTCS2+ATO 列控系统中的CCS，是基于GSM-R 进行车地安全通信，并通过信号安全数据网实现对站台门的集中安全控制和车地门联动的安全控制。

表2 CTCS2+ATO列控系统标准体系文件Tab.2 Standard system documents of CTCS2+ATO system

通信控制服务器设备采用二乘二取二安全冗余结构，安全完整度等级达到SIL4 级，采用了具有独立一致性校验和拒绝机制的二取二安全冗余技术，系内二取二比较由主、从两个CPU 进行，相互独立的两个 CPU 采用不对称的方式在任务级的协调机制下同步运行，各自分别对运算结果的一致性进行比较及安全性处理。

通信控制服务器设备采用标准的RSSP-II 安全通信协议，与CTC、TCC、ATP 等其他信号核心安全系统实现安全数据传输；在系统内部各层次的通信中普遍采用了传输数据安全侧编码、时间戳校验、双地址码校验、持续重复发送和信源编码等安全信息传输技术，并严格遵循检错而不纠错的原则，任何检出的异常都将导致传输数据被置为安全侧。

4）解决了200 km/h 动车组的自动驾驶问题，在国际及国内尚属首次

CTCS2+ATO 列控系统中的ATO，安全完整度等级达到SIL2 级，实现了适应速度200 km/h 高速动车组运行等级动态调整与控车算法和平滑的控制策略。

城轨列车最高运营速度一般不超过80 km/h，部分线路可达到100 ～120 km/h，大部分列车在全速度区间的制动性能较好，列车动力学制动性能较简单，线性度很好；城际动车组最高运营速度可达到200 km/h，列车动力学性能更复杂。ATO 设备在适应更复杂的城际列车时，需匹配动车组的牵引/制动特性，并根据线路坡度优化ATO 控车算法，实现城际动车组的自动驾驶控制。适用于城际动车组的ATO 控制算法具有很强的鲁棒性与自适应能力，能够大幅度适应车辆由老化原因以及长时间运营引起的动力学性能变化，大幅度减少后期维护量。

5）建立基于应答器+传感器的列车精确定位模型，解决了与干线铁路互通运行条件下的精确定位停车问题

提出基于精确定位应答器组自主校正算法的列车高精定位技术，优化应答器位置判断机制，提高应答器接收位置的准确性，并通过速度传感器和雷达的数据融合，提高列车运行精确定位停车的精度，满足城际铁路±35 cm 的站停误差的要求。

莞惠城际正式开通运营以来，动车组列车精确停站率（±35 cm 停车窗口）达到100%。

6）提出设备层互联互通测试方法，解决了城际铁路各厂家实验室和现场互联互通测试问题

首次制订的《城际铁路CTCS2+ATO 列控系统测试大纲》（科技运函[2014]101 号），成为指导城际铁路CTCS2+ATO 列控系统测试的重要规范文件，根据不同的系统需求和运营场景，并编制全套测试序列。

针对实验室互联互通测试，通过网络接口方式，实现每个厂家的车载设备和地面设备异地部署的互联互通测试；针对现场互联互通测试，结合现场施工进度、动车组生产情况及现场试验内容等制约条件，创造性地提出了不同厂家的车载设备在动车组两端差异配置，不同厂家的地面CCS 设备分时设置、TCC 设备分站设置的试验方案，在完成城际铁路CTCS2+ATO 列控系统功能测试的基础上，同步完成设备层面的互联互通测试，这在国内多厂家信号系统综合试验方面属于首创，极大地提高了测试的效率，确保莞惠城际如期开通。

7）建立了符合城际铁路信号系统的测试仿真平台和测试体系

城际铁路信号系统属于复杂分布式控制系统，测试仿真平台采用半实物仿真测试技术进行实现及优化。测试仿真平台根据功能及接口分类将整个测试平台进行组合和层次划分，按“半实物仿真运行系统”、“综合监控系统”和“综合测评系统”3 层的系统结构进行设计和集成，在此基础上建设测试仿真平台。

8）国际上首次实现了速度200 km/h 城际动车组增加ATO 功能的商业应用

莞惠城际铁路CTCS2+ATO 列控系统已于2016 年3 月30 日开通运营，国际上首次实现了速度200 km/h 动车组列车自动驾驶、车站定点停车、运行计划自动调整、车门及站台门安全防护及联动控制以及列车节能运行的商业应用。

4 结束语

城际铁路主要服务于相邻城市间或城市群，是新兴的轨道交通运输方式和我国铁路建设的重要方向。本项目形成的各种规范和系统集成实施方案，更是为城际铁路信号系统的建设统一了技术规范和工程标准。莞惠城际是国内首次应用CTCS2+ATO系统制式的城际铁路，对今后珠三角地区城际铁路建设具有示范和影响意义，也为国内城际铁路信号系统建设和发展提供了指导意义，更是国内高速铁路走向自动驾驶的一次飞跃，从而实现高速铁路的综合自动化和智能化。