浅谈基于GSM-R的城际铁路列控系统研究论文
城际铁路作为我国区域经济发展纽带的作用日益突显，基于GSM-R的C2+ATO列控系统的研究及工程化工作已经得到了国内信号企业的积极响应，预计2015年将投入商业运营。C3作为世界最先进的干线铁路列控系统，无论从行业需求还是技术演进方向看，在未来的运营中增加列车自动驾驶(ATO)功能是必然趋势。结合C3列控系统现状，对C3列控系统基础上增加ATO功能的系统方案进行研究。
1 GSM-R的电路交换数据模式
C3列控系统所应用的GSM-R数据传输形式主要为电路交换数据模式。作为传统的数据交互形式，该模式在所有传输形式中传输最稳定，传输质量最高，安全数据(如车-地双向数据)传输需要全程占用该信道。该模式的连接建立时间为5~10 s(平均6 s左右)。建立完成后永久在线，每条链路数据独占一个时隙。数据传输速率一般为2 400~9 600 b/s，信息传输实时性很高。该 信道一般传输列车正常运行所需安全信息，如列控信息、调车监控、列车同步操控等。利用该模式进行数据传输的无线通信系统结构。
电路数据传输的整个过程大致分为建立线路连接、保持连接并传输数据、释放连接3个阶段。(1)建立线路连接：列车信号系统自动建立线路连接并发送列车注册命令。(2)保持连接并传输数据：根据数据内容选择对应端口进行数据传输，端口号所对应的无线系统就能够接受到上述数据。(3)释放连接：车载设备通过无线通信系统发出释放连接请求，当请求被允许后，释放连接。这种数据连接、传输机制的优点是能够准确、无隙的进行数据传输，实时性强，可用于安全信息传输。
2 基于GSM-R的C3+ATO系统
根据GSM-R网络电路数据交换模式的特性，可考虑在城际铁路列控系统中利用该数据交换模式实现在C3列控系统基础上的扩展ATO功能，即C3+ATO系统。该系统沿用C3列控系统的基本架构，用无线闭塞中心(RBC)作为地面列 车超速防护系统(ATP)设备，实现与车载实时信息交互。在RBC中增加ATO行车计划的生成、发送及实时更新功能，在联锁系统中扩展站台屏蔽门/安全门(PSD)控制功能，系统结构见图2。
2.1 系统实现方式
C 3+ATO系统相对于C3系统而言增加了ATO功能，包括列车自动调整、定点停车以及列车车门与屏蔽门的联动。这些功能主要利用地面RBC设备与联锁，以及车载设备来实现，其主要实现方式见图3，具体流程为：
(1)CTC调度中心将拟定的ATO控制命令发送到相应的RBC，RBC根据进路信息、列车位置信息生成以车次号为标识的行车计划，并将该计划发送到RBC管辖范围内相应的列车。当运行计划调整时，RBC实时将最新的计划发送给车载设备。
(2)车载ATO设备根据运行计划请求司机进行ATO自动驾驶模式，在得到司机确认后驾驶列车运行。
(3)当列车接近车站运营停车点时，根据安置在站内股道的精确定位应答器位置信息调整减速策略，控制列车在运营停车点停车。
(4)当车载ATP设备确认列车停稳、停准后，将ATO设备(或者司机)发出的屏蔽门/安全门的开/关门指令、当前股道ID、列车型号等信息发送给RBC，RBC根据该信息判断应控制的地面屏蔽门/安全门编号，并将控制命令发送给联锁设备，联锁驱动相应的继电器，打开、关闭屏蔽门/安全门。并将屏蔽门/安全门状态信息反馈给RBC和车载设备。
(5)当停站时间到，车载设备向RBC发出关闭屏蔽门命令，RBC将该命令发送到相应的联锁，联锁驱动相应的继电器关闭屏蔽门。
(6)联锁采集屏蔽门的状态，当屏蔽门为非关闭状态时，联锁禁止相应的发车进路。
2.2 C3+ATO系统中各设备新增功能
2.2.1 CTC调度集中
CTC调度集中负责的功能主要包括：
(1)拟制ATO行车计划发送到相应的RBC设备;
(2)自动排列发车进路(见图4)。甲站为发车站，乙站为停车站，CTC拟制的运行计划应包含：列车发车站(甲站)ID、列车接车站(乙站)ID、列车从甲站出发时刻、列车到达乙站时刻、列车在乙站停靠股道编号、列车到达乙站后开左/右门等信息。
2.2.2 RBC无线闭塞中心
RBC负责将来自CTC的运行计划转发给对应的列车 ，RBC向列车发送时机应包含 ：
(1)发车进路开放或收到列车站内停准、停稳。(2)收到车载设备发送的位置报告，需参考的最近相关应答器(LRBG)发生变化时，RBC应依LRBG应答器为参考点，发送列车当前位置距离运营停车点的距离及到站时间(见图6)。(3)当列车进行RBC切换时，向接收RBC发送了位置报告后，接收RBC应在获得对应车次的运行计划后，发送给列车。
3 技术优势
本方案在既有C3列控系统的基础上扩展自动驾驶功能，充分考虑现有系统特点，具有以下优势：
(1)利用GSM-R网络进行信息实时交互，实现ATO运营计划实时更新，从而保证了自动驾驶的灵活性及准确性。
(2)最大限度地继承既有C3列控系统的体系和架构，不增加新的设备，对RBC设备、联锁设备的'功能修改较少，只需在既有系统基础上进行软件升级即可实现。具有技术实现难度低、系统改动小、工程造价变化小等优点，适用于我国发展城际ATO铁路。
(3)系统方案与城市轨道交通CBTC信号系统的方案相近，具有一定的成熟性。能够适应大客流、低发车间隔的运营需求。
C3列控系统是一个复杂的技术体系，它实现了全国范围内不同线路、不同动车组之间的互联互通，同时兼容C2等级。在该体系中扩展自动驾驶功能要涉及成百上千的技术细节及技术标准的研究和制定。除上述内容外，在技术方案研究与推进过程中，还应重视以下问题：
(1)实现具备ATO功能的C3系统与当前C3系统的兼容性。
(2)实现系统降级(C3降级到C2)情况下的自动驾驶功能。
(3)实现列控系统对车辆PIS系统、地面CTC系统的信息共享功能，便于乘客、运营管理人员及时了解列车位置、状态等运营相关信息。
4 展望
ATO系统是列车自动控制系统中一个重要子系统。相对于人工驾驶，在提高乘客舒适度、运营准点率、节约能源方面具有较大优势，是轨道交通进入自动化时代的可靠技术保障。城际/市域高速铁路建设将成为我国高铁建设的下一个主要任务，政府投资力度将会持续加大。城际高速铁路存在客流量大、发车间隔小等公交化特点，既有列控系统在保证乘/候车旅客安全的前提下提高运营效率的空间相对有限。发展具备ATO功能的城际铁路列控系统，实现在保证运营安全的前提下提高运营能力，是城际铁路列控系统的发展方向。因此，尽早开展该领域相关的研究工作，并制定一套具备良好兼容性的，从工程和技术角度易实现的，符合我国高速铁路发展水平的自动驾驶系统标准规范，对于我国当前在建城际铁路工程以及整个高速铁路行业长期有序发展具有重要意义。
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