关于计算机联锁系统在CTCS-3客运专线中运用的研究

时间：2024-07-28

王现军

（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

随着客运专线在我国快速发展，铁路建设所采用的各项技术也日趋复杂，信号系统作为铁路的重要组成部分，也在经历着快速的发展，尤其是列控技术，其在客专建设和运营中所起到的作用也越来越突出，以CTCS-3（简称C3）级为代表的列车控制系统是保障列车运行安全、提高运输效率、减轻作业人员劳动强度的重要技术设备，而计算机联锁系统作为铁路地面车站控制设备，通过与C3列控系统的接口，将地面车站控制与列车安全高效的运行有效的结合在一起，从而使列车的动态信息与地面的静态信息有机的结合在一起，并对列车高效、安全的运行起到了决定性作用。

1 计算机联锁系统在C3中的运用

CTCS-3级列控系统是基于GSM-R无线通信实现车-地信息双向传输，无线闭塞中心（RBC）生成行车许可，轨道电路实现列车占用检查，应答器实现列车定位，主要构成的设备：无线闭塞中心、列控中心、临时限速服务器、车载ATP、调度集中、集中监测等构成。系统结构如图1所示。

从以上结构示意图可以看出，计算机联锁是连接铁路轨旁设备和其他控制系统的地面车站控制系统，计算机联锁除了进行自身的逻辑运算和处理之外，同时还作为信息源，担负着与其他子系统数据信息交互的任务。除联锁本身需采集轨旁的继电接口外，与其他系统的接口主要存在有以下5个方面。

1）联锁与无线闭塞中心的接口；

2）联锁与列控中心的接口；

3）联锁与邻站联锁的接口；

4）联锁与调度集中系统的接口；

5）联锁与集中监测系统的接口。

计算机联锁应具备与外部系统接口的能力，但由于各系统的需求不同，安全等级要求不同，所涉及的接口技术和方案均存在较大差异。在C3线路中主要涉及增加了联锁与无线闭塞中心的接口技术，由于无线闭塞中心一般为集中设置，并根据其通信业务量大的特点，联锁通过专用安全数据网与无线闭塞中心进行通信，依据联锁与无线闭塞中心的接口规范要求，联锁按一定的规则与无线闭塞中心进行数据交互。

对于联锁与无线闭塞中心的通信，首先由联锁与无线闭塞中心建立通信链路，在完成通信层和安全层校验且通信条件满足情况下，联锁与无线闭塞中心开始进行应用数据的周期性传输。在应用层的交互中，计算机联锁向无线闭塞中心发送信号授权信息，无线闭塞中心向计算机联锁发送列车信息。联锁根据实际应用场景及联锁逻辑运算实时向无线闭塞中心发送区间闭塞分区信息、站内进路信息以及灾害信息，无线闭塞中心依据从联锁层面获取的地面信息并结合其他系统获得的数据产生控制列车运行的移动授权并发至车载设备。对于区间信息，是由联锁将无线闭塞中心管辖范围内的区间轨道状态以进路形式传送给无线闭塞中心，区间闭塞分区的状态可以是由联锁采集的轨道继电器状态，也可以是从列控中心（TCC）接收到的区间闭塞分区的状态；对于站内进路，包括所有联锁运算产生的列车进路信息；对于灾害信息，联锁根据接收到列控中心的相关灾害的状态并经联锁运算后发送至无线闭塞中心关于灾害是否为被激活状态。从联锁功能、无线闭塞中心功能以及联锁与无线闭塞中心的信息交互中可以看出，上述两设备均为控制列车安全、高速和高效运行的核心设备，所有产生的任一指令均可能对列车的运行产生决定性作用，因此两系统在铁路控制领域的重要性不言而喻。

由于联锁与无线闭塞中心的接口是基于在既有联锁关系基础上衍伸出来一相对独立的功能模块，首先不应由于增加了与无线闭塞中心的通信影响既有联锁功能，其次，所有向无线闭塞中心发送的数据应是经联锁运算后产生的安全结果，应满足基本的故障-安全原则。基于计算机联锁与无线闭塞中心接口通信的重要性，在两系统的接口通信方面应充分考虑各安全通信层面的安全性要求，应采用较为复杂的安全通信协议，但由于计算机联锁系统一般为专用平台，为了满足系统运行的稳定和同步性，计算机的主频相对较低，在低性能的计算机平台进行高复杂度的接口通信运算，必然造成系统资源开销不足的问题，进而可能影响计算机系统的稳定性，鉴于此种情况，可考虑将在计算机联锁中使用单独的通信板或通信机对安全通信协议进行运算和处理，将既有联锁关系运算仍留在原联锁机中，这样既解决了既有联锁的稳定也满足了复杂通信接口的运算。

在C3系统中除联锁与无线闭塞中心的接口外，联锁还存在着与列控中心、调度集中系统、邻站联锁以及集中监测等系统的接口。对于联锁与列控中心，主要由联锁向列控中心发送进路以及闭塞等信息接口，列控中心向联锁发送区间状态以及降级等信息；联锁与调度集中系统的通信主要是联锁向调度集中系统发送站场和进路信息，接收并处理调度集中下发的按钮命令；对于存在有站联且不敷设电缆完成站联功能的车站，需联锁与邻站联锁进行数据通信以完成联锁的站联功能；联锁与集中监测系统主要是完成集中监测的数据采集功能。以上接口功能也是C3客运专线中的重要组成部分。

2 持续优化

随着铁路信号系统的发展，计算机联锁也逐渐从早期独立的车站信号控制设备发展为列控系统中不可缺少的组成部分以及重要的信息交互平台，计算机联锁也以其优越的信息交互性得到了相关部门以及客户的认可。

由于计算机联锁的众多优势，使得其在铁路信号控制系统中得到了广泛运用，但同时也应注意到其中存在进一步完善和优化之处，尤其是在C3线路中。在C3客运专线中，计算机联锁与无线闭塞中心系统的接口通信数据流为双向，即无线闭塞中心在接收联锁数据的同时还会向联锁发送信息，主要反馈列车的状态数据，包括：列车状态、行车许可状态、列车位置、列车长度以及列车速度，由于在目前国内的联锁系统中，均未使用无线闭塞中心传送过来的列车信息，因此在应用逻辑上属于单向传输，由于这种单向传输造成联锁与无线闭塞中心的处理均为单一模式，未能够进行系统性的闭环处理，对整个列控系统的发展存在一定制约。另外，众所周知，分路不良为铁路系统的一大难题，尤其站内分路不良，严重影响行车的安全，因此可以考虑由计算机联锁结合使用RBC的列车数据进行预防，即联锁通过检测列车位置及列车速度对已走行进路的解锁时机进行处理，在判断列车仍可能存在相关区域运行时，暂不对进路解锁，因此可以有效防止由于前车尾部分路不良而造成后续进路错误开放的问题。对于接近锁闭进路的人工解锁延时，也可以根据接收到无线闭塞中心的列车位置和速度信息判断接近锁闭进路解锁的时机，可以进一步提高运输效率和行车安全。