基線3 ETCS列控系統(tǒng)平交道口功能研究

王建敏，張友兵

(1.北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070；2.北京市高速鐵路運(yùn)行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100070)

平交道口是指鐵路和公路在同一平面上的交叉路口，其在鐵路運(yùn)輸當(dāng)中屬于比較重要而特殊的一個(gè)部分，是整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，唯一存在公路和鐵路路權(quán)沖突的區(qū)域。因此，平交道口屬于事故易發(fā)地段，一旦發(fā)生事故，直接威脅到人們的生命安全，甚至還會(huì)造成大范圍嚴(yán)重事故。

基線3 的ETCS 列控系統(tǒng)新增了平交道口功能，對(duì)于未受保護(hù)的平交道口，需要車載設(shè)備對(duì)平交道口進(jìn)行安全防護(hù)。本文站在車載設(shè)備的角度，研究車載設(shè)備如何對(duì)未受保護(hù)的平交道口進(jìn)行安全防護(hù)。

1 ETCS系統(tǒng)的平交道口功能

在基線3 的ETCS 列控系統(tǒng)中，可以通過地面應(yīng)答器或無線閉塞中心向車載設(shè)備傳遞列車前方的平交道口信息。如果地面設(shè)備工作正常，且已經(jīng)對(duì)平交道口進(jìn)行安全防護(hù)，地面設(shè)備告知車載設(shè)備平交道口受保護(hù)，車載設(shè)備對(duì)受保護(hù)的平交道口不再進(jìn)行額外的安全防護(hù)。如果地面設(shè)備存在故障，未對(duì)平交道口進(jìn)行安全防護(hù)，應(yīng)告知車載設(shè)備平交道口未受保護(hù)，車載設(shè)備對(duì)未受保護(hù)的平交道口進(jìn)行安全防護(hù)，將平交道口限制速度納入車載設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控的最限制速度曲線，保證列車以不高于平交道口限制速度的速度通過平交道口。

如果由于地面設(shè)備故障等原因，地面設(shè)備向車載設(shè)備發(fā)送未受保護(hù)的平交道口信息，車載設(shè)備對(duì)平交道口進(jìn)行安全防護(hù)。在列車通過平交道口前，地面設(shè)備故障恢復(fù)，平交道口重新受到保護(hù)，地面設(shè)備向車載設(shè)備發(fā)送編號(hào)相同的受保護(hù)的平交道口信息，車載設(shè)備不再對(duì)該平交道口進(jìn)行安全防護(hù)。

平交道口信息以線性數(shù)據(jù)提供給車載設(shè)備，包括平交道口起點(diǎn)位置和平交道口區(qū)域長(zhǎng)度。平交道口信息包含一個(gè)編號(hào)，如果車載設(shè)備收到一條新的平交道口信息，新收到的平交道口編號(hào)與之前收到的平交道口編號(hào)相同，新收到的平交道口信息替代之前收到的平交道口信息。地面設(shè)備應(yīng)指示平交道口是否受到保護(hù)。如果平交道口受保護(hù)，車載設(shè)備不對(duì)該平交道口進(jìn)行額外的安全防護(hù)；如果平交道口不受保護(hù)，應(yīng)通知車載設(shè)備通過平交道口的允許速度和列車是否需要在平交道口前停車。如果列車需要在平交道口前停車，還需要提供平交道口前停車區(qū)域。

2 平交道口安全防護(hù)的基本需求

2.1 平交道口監(jiān)控流程

在完全監(jiān)控模式（Full Supervision，F(xiàn)S）、有限監(jiān)控模式（Limited Supervision，LS）和目視模式（On Sight，OS）下，車載設(shè)備對(duì)不受保護(hù)的平交道口信息進(jìn)行安全防護(hù)。如果需要在平交道口前停車，則列車先停車再通過平交道口；如果不需要在平交道口前停車，則列車可以不停車通過平交道口。車載設(shè)備對(duì)平交道口進(jìn)行監(jiān)控的過程如圖1 所示。

圖1 平交道口監(jiān)控流程Fig.1 Flowchart of supervision and control of level crossings

2.2 需要在平交道口前停車

收到未受保護(hù)且需要在道口前停車的平交道口信息后，車載設(shè)備將平交道口起點(diǎn)臨時(shí)當(dāng)作行車許可終點(diǎn)（End of Authority，EoA）和監(jiān)控點(diǎn)（the Supervised Location，SvL）進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)列車停車后，如果列車估計(jì)前端位于平交道口前的停車區(qū)域，車載設(shè)備停止將平交道口起點(diǎn)作為EoA 和SvL 進(jìn)行監(jiān)控，而是從列車估計(jì)前端所在位置開始，將平交道口限制速度納入最限制速度曲線（Most Restrictive Speed Profile，MRSP）。此時(shí)，平交道口類似于一種特殊的臨時(shí)限速區(qū)域，限速區(qū)域起點(diǎn)為停車后的列車估計(jì)前端所在位置，限速區(qū)域終點(diǎn)為平交道口區(qū)域終點(diǎn)，限速區(qū)域的允許速度為平交道口的允許速度。

2.3 不需要在平交道口前停車

收到未受保護(hù)且不需要在道口前停車的平交道口信息后，車載設(shè)備將平交道口起點(diǎn)臨時(shí)當(dāng)作EoA 和SvL 進(jìn)行監(jiān)控，直到列車最大常用制動(dòng)曲線（Service Brake Intervention，SBI）速度降到平交道口限制速度時(shí)，車載設(shè)備停止將平交道口起點(diǎn)作為EoA 和SvL 進(jìn)行監(jiān)控，而是從列車估計(jì)前端或列車最大安全前端所在位置開始，將平交道口限制速度納入MRSP 曲線。此時(shí)，平交道口也類似于一種特殊的臨時(shí)限速區(qū)域，限速區(qū)域起點(diǎn)為SBI 速度降到平交道口限制速度時(shí)的列車估計(jì)前端或列車最大安全前端所在位置，限速區(qū)域終點(diǎn)為平交道口區(qū)域終點(diǎn)，限速區(qū)域的允許速度為平交道口的允許速度。

列車SBI 速度降到平交道口限制速度時(shí)，如果最嚴(yán)格的SBI 監(jiān)控曲線來自于SBI1，則限速區(qū)域起點(diǎn)為列車估計(jì)前端；如果最嚴(yán)格的SBI 監(jiān)控曲線來自于SBI2，則限速區(qū)域起點(diǎn)為列車最大安全前端。

3 平交道口監(jiān)控信息的使用

3.1 監(jiān)控平交道口起點(diǎn)

收到未受保護(hù)的平交道口信息后，車載設(shè)備需要臨時(shí)將行車許可縮短到平交道口起點(diǎn)，即將平交道口起點(diǎn)作為EoA 和SvL 進(jìn)行監(jiān)控。同時(shí)，車載設(shè)備還需要及時(shí)更新人機(jī)界面（Driver Machine Interface，DMI）運(yùn)行計(jì)劃區(qū)的行車許可長(zhǎng)度，將DMI 顯示的行車許可終點(diǎn)縮短到平交道口起點(diǎn)，保證車載設(shè)備實(shí)際監(jiān)控的EoA 和SvL 與顯示給司機(jī)的EoA 和SvL 保持一致。

需要將平交道口限速納入MRSP 時(shí)，車載設(shè)備停止將平交道口起點(diǎn)當(dāng)作EoA 和SvL 進(jìn)行監(jiān)控。同時(shí)，車載設(shè)備同樣需要及時(shí)更新DMI 運(yùn)行計(jì)劃區(qū)的行車許可長(zhǎng)度，保證車載設(shè)備實(shí)際監(jiān)控的EoA和SvL 與顯示給司機(jī)的EoA 和SvL 保持一致。

3.2 監(jiān)控平交道口限制速度

需要將平交道口限速納入MRSP 時(shí)，車載設(shè)備需要將來自平交道口的限速起點(diǎn)、限速終點(diǎn)和限制速度融入最限制速度曲線中，根據(jù)包含了平交道口限速的最限制速度曲線監(jiān)控列車運(yùn)行，保證列車以不超過平交道口限速的速度通過平交道口。列車前端越過平交道口終點(diǎn)時(shí)，車載設(shè)備停止將平交道口限速納入MRSP，即車載設(shè)備不再監(jiān)控已經(jīng)經(jīng)過的平交道口的限制速度。

3.3 顯示平交道口提示信息

將平交道口起點(diǎn)作為EoA 和SvL，或者將平交道口限速納入MRSP 中，車載設(shè)備需要向DMI 發(fā)送文本信息“平交道口不受保護(hù)”，向司機(jī)提示列車前方存在不受保護(hù)的平交道口。雖然此時(shí)車載設(shè)備對(duì)平交道口的限速信息進(jìn)行監(jiān)控，保證列車以不超過平交道口限速的速度通過平交道口，但是由于平交道口是鐵路和公路的交叉點(diǎn)，可能會(huì)發(fā)生各種意外情況，需要司機(jī)注意觀察，隨時(shí)準(zhǔn)備制動(dòng)停車。

4 典型場(chǎng)景舉例

4.1 停車后通過平交道口

如圖2 所示，舉例說明列車通過需要停車的平交道口，其中A 點(diǎn)為平交道口前的停車區(qū)域的起點(diǎn)，B 點(diǎn)為列車實(shí)際停車位置，C 點(diǎn)為平交道口起點(diǎn)，D 點(diǎn)為平交道口終點(diǎn)，A-C 之間為平交道口前的停車區(qū)域，C-D 之間為平交道口區(qū)域。

圖2 列車停車后通過平交道口Fig.2 A train stops before passing through a level crossing

列車通過需要停車的平交道口過程如下。

1) 列車以FS、LS 或OS 在線路上正常運(yùn)行。

2) 列車經(jīng)過包含平交道口信息的應(yīng)答器組，或通過無線從無線閉塞中心收到平交道口信息。

3) 平交道口未受保護(hù)，車載設(shè)備將平交道口起點(diǎn)（C 點(diǎn)）當(dāng)作EoA 和SvL 進(jìn)行監(jiān)控。DMI 顯示提示信息“平交道口不受保護(hù)”。從DMI 界面可以觀察到，DMI 運(yùn)行計(jì)劃區(qū)的行車許可長(zhǎng)度縮短到平交道口起點(diǎn)（C 點(diǎn)）。列車?yán)^續(xù)向前運(yùn)行，行車許可長(zhǎng)度逐漸縮短，允許速度逐漸降低。

4) 列車逐漸接近平交道口起點(diǎn)（C 點(diǎn)），允許速度越來越低，列車停車（B 點(diǎn)），列車估計(jì)前端位于平交道口前的停車區(qū)域（A-C 區(qū)域）。車載設(shè)備停止將平交道口起點(diǎn)（C 點(diǎn)）當(dāng)作EoA 和SvL 進(jìn)行監(jiān)控，而是將平交道口限制速度納入MRSP，監(jiān)控列車運(yùn)行，限速起點(diǎn)為停車后的列車估計(jì)前端位置（B 點(diǎn)），限速終點(diǎn)為平交道口區(qū)域終點(diǎn)（D 點(diǎn)）。由于不再將平交道口起點(diǎn)當(dāng)作EoA 和SvL，行車許可延伸。

5) 列車以不超過平交道口限速的速度通過平交道口，此時(shí)允許速度為平交道口限速。

6) 列車最小安全前端越過平交道口終點(diǎn)（D點(diǎn)），允許速度抬升（由于列車越過平交道口，車載設(shè)備不再將平交道口限速納入最限制速度曲線，最限制速度曲線抬升），DMI 停止顯示提示信息“平交道口不受保護(hù)”。自此，車載設(shè)備完成對(duì)平交道口的監(jiān)控。

4.2 不停車通過平交道口

如圖3 所示，舉例說明列車通過不需要停車的平交道口，B 點(diǎn)為車載設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控的SBI 曲線和平交道口限速交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置，C 點(diǎn)為平交道口起點(diǎn)，D 點(diǎn)為平交道口終點(diǎn)，C-D 之間為平交道口區(qū)域。

圖3 列車不停車通過平交道口Fig.3 A train passes through a level crossing without stopping

列車通過不需要停車的平交道口的過程如下。

1) 列車以FS、LS 或OS 在線路上正常運(yùn)行。

2) 列車經(jīng)過包含平交道口信息的應(yīng)答器組，或通過無線從無線閉塞中心收到平交道口信息。

3) 平交道口未受保護(hù)，車載設(shè)備將平交道口起點(diǎn)（C 點(diǎn)）當(dāng)作EoA 和SvL 進(jìn)行監(jiān)控。DMI 顯示提示信息“平交道口不受保護(hù)”。從DMI 界面可以觀察到，DMI 運(yùn)行計(jì)劃區(qū)的行車許可長(zhǎng)度縮短到平交道口起點(diǎn)（C 點(diǎn)）。列車?yán)^續(xù)向前運(yùn)行，行車許可長(zhǎng)度逐漸縮短，允許速度逐漸降低。

4) 列車逐漸接近平交道口起點(diǎn)（C 點(diǎn)），允許速度越來越低。當(dāng)車載設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控的SBI 速度降低到平交道口限速時(shí)（B 點(diǎn)），車載設(shè)備停止將平交道口起點(diǎn)（C 點(diǎn)）當(dāng)作EoA 和SvL 進(jìn)行監(jiān)控，而是將平交道口限制速度納入MRSP，監(jiān)控列車運(yùn)行，限速起點(diǎn)為列車估計(jì)前端或列車最大安全前端所在位置（B 點(diǎn)），限速終點(diǎn)為平交道口終點(diǎn)（D 點(diǎn)）。由于不再將平交道口起點(diǎn)當(dāng)作EoA 和SvL，行車許可延伸。

5) 列車以不超過平交道口限速的速度通過平交道口，此時(shí)允許速度為平交道口限速。

6) 列車最小安全前端越過平交道口終點(diǎn)（D點(diǎn)），允許速度抬升（由于列車越過平交道口，車載設(shè)備不再將平交道口限速納入最限制速度曲線，最限制速度曲線抬升），DMI 停止顯示提示信息“平交道口不受保護(hù)”。自此，車載設(shè)備完成對(duì)平交道口的監(jiān)控。

5 總結(jié)

本文介紹了在ETCS 列控系統(tǒng)中，車載設(shè)備如何對(duì)平交道口進(jìn)行安全防護(hù)，保證列車和平交道口安全的方法。這種方法已經(jīng)應(yīng)用到基線3 ETCS 列控系統(tǒng)的開發(fā)中，經(jīng)過試驗(yàn)，證明可以對(duì)平交道口進(jìn)行安全防護(hù)，控制列車以不超過平交道口限速的速度通過平交道口，保證平交道口安全的同時(shí)，列車可以安全高效地通過平交道口，提高運(yùn)輸效率。