刘鸿飞

(北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070)

1 概述

运输安全与效率是各种速度等级铁路发展所面临的核心问题，现阶段在我国2 万多km 的高速/客专以及部分城际铁路线路上的动车组普遍采用人工驾驶的方式运行，在实际的运营过程中，存在列车平均运行速度低、车站人工停车时间长、对标停车不准、司机个体控制水平存在差异等情况。同时，长交路运行导致人工驾驶司机的劳动强度较高，在驾驶效率和舒适性上也不能达到最优化的控制效果。因此研究适用于我国高速铁路和城际铁路的自动驾驶（ATO）系统（适用于200 km 时速要求和300 km 以上时速要求），可以满足我国高速城际铁路长交路、跨速度等级运行的运输需求。同时可以降低列车运行对司机驾驶熟练程度的依赖，降低司机的工作强度，提高或改善高速城际铁路列车运行准点率、停车准确性和旅客舒适度等多项指标。

ATO 系统在干线高速铁路处于起步阶段，国内珠三角城际铁路中莞穗、佛肇段开通CTCS2+ATO功能运行状况良好。高速铁路ATO 系统继承CTCS-2 级和CTCS-3 级列控系统成熟的技术，尽量减少对核心安全设备的改动。借鉴CTCS2+ATO的应用经验，根据高速列车的应用特点进行ATO功能定制化开发和既有产品适应性修改。

本文将分析高速铁路ATO 系统与城际铁路C2+ATO 系统的区别，并提出高速铁路ATO 系统的特点与优势。

2 城际铁路C2+ATO系统简述

城际铁路CTCS2+ATO 列控系统是在CTCS-2级列控系统基础上，车地间利用CTCS-3 级列控系统中GSM-R 的网络电路CSD 通信模式实现运行计划和车门站台门联控的数据传输。

车载设备增加ATO 单元，该设备通过无线通信接收运行计划和车门站台门联控数据，通过应答器获取站间线路数据，通过与ATP 和车辆新增接口传输开门允许、开关门命令、牵引制动等信息，以实现在完全监控模式条件下增加自动驾驶（AM）模式的功能。

地面设备车站股道增设精确定位应答器组实现列车精确停车。通过增设通信控制服务器（CCS）实现车门站台门联动控制和车载运行计划的信息传输。通过TCC 增加与站台门接口实现对站台门的联动控制。联锁设备采集站台门锁闭条件，用关闭信号实现对站台门的安全防护。

城际铁路C2+ATO 系统如图1 所示。

图1 城际铁路C2+ATO系统示意图Fig.1 Schematic diagram of C2+ATO system of intercity railway

3 城际铁路C2+ATO系统存在的问题

1) 互联互通问题

城际铁路CTCS2+ATO 系统的车地通信方式采用GSM-R/CSD 通信方式与CTCS-3 级列控系统的车地通信方式相同，而在该种通信方式下车地间仅能完成唯一的数据通信连接。具备城际铁路CTCS2+ATO 系统功能的车载设备以C3 完全监控模式运行时，在接收RBC 传输数据的同时无法再与CCS 进行通信连接。因此CTCS2+ATO 系统无法与CTCS-3 级等级线路互联互通。

2) 站间数据传输方式

城际铁路CTCS2+ATO 系统站间距较短，提供ATO 计算曲线的区间线路数据来自于地面应答器组。而高速铁路站间距很长，最大间距达100 多km，受到应答器位数限制，应答器提供的数据范围无法满足高速铁路长大站间距。

3) 站台门锁闭条件对联锁信号开放的影响

城际铁路CTCS2+ATO 系统是通过联锁设备采集站台门锁闭条件，在未满足条件时关闭信号来保证站台门的安全防护。当站台门锁闭频繁出现故障时，车站信号会频繁自动关闭，需人工重新排列进路，在高密度的列车运营中会造成较大影响。

4) 无简化自动驾驶模式

城际铁路CTCS2+ATO 系统在通信故障或运行至不具备通信条件的C2 线路时，车载设备只能以C2 完全监控模式运行，不具备进入简化AM 模式的功能。在高速铁路中运行交路多、跨度大，因此司机工作时间长、劳动强度大的问题在该系统下无法解决。

4 高速铁路ATO系统简述

高速铁路ATO 系统是在CTCS-2/CTCS-3 级列控系统的基础上，车地间利用GSM-R 的分组数据业务GPRS 通信模式实现运行计划、区间线路数据和车门站台门联控的数据传输。

车载设备增加ATO 单元和独立GPRS 电台，通过无线通信完成对运行计划、区间线路数据和车门站台门联控数据的完全接收，与ATP 和车辆新增接口传输开门允许、开关门命令、牵引制动等信息，以实现在完全监控模式条件下增加AM 模式的功能。

地面车站股道增设精确定位应答器组实现列车精确停车。地面设备利用既有CTC、TSRS 和TCC增加ATO 功能，通过GPRS 通信实现站台门（安全门或屏蔽门，以下简称站台门）控制、站间数据发送和运行计划处理。TCC 设备采集站台门锁闭条件，用地面轨道电路发H 码实现对站台门的安全防护。

高速铁路ATO 系统如图2 所示。

5 高速铁路ATO系统相对城际铁路CTCS2+ ATO系统技术的优势

1) 可与CTCS-3 级线路互联互通

高速铁路ATO 系统由于采用GSM-R/GPRS 通信方式与CTCS-3 级线路通信方式相对独立，因此在CTCS-2 级和CTCS-3 级客运专线均可使用高速铁路ATO 系统的AM 模式，且列车在C3 完全监控和C2 完全监控相互转换时也仍可保持AM 模式继续运行。

2) 车地通信模式修改

高速铁路ATO 系统采用GSM-R/GPRS 通信方式相比CTCS2+ATO 系统的GSM-R/CSD 通信方式传输速度快、传输数据量多、带宽大且更节省信道资源。高速铁路ATO 系统由TSRS 通过GSM-R/GPRS 车地通信方式传输站间数据，通信传输数据量大,满足高速铁路长大站间距数据范围要求。

3) 地面设备简化

高速铁路ATO 系统地面设备不再增加新设备，通过TSRS 设备在既有功能的基础上，增加站台门门控信息管理，站台门命令/状态转发，运行计划处理和转发，站间数据存储、调用、发送等ATO 功能。对于改造线路采用高速铁路ATO 系统时，改造影响范围小便于实施。

图2 高速铁路ATO系统示意图Fig.2 Schematic diagram of ATO system of high-speed railway

4) ATO 功能不影响安全设备

高速铁路ATO 系统由TCC 设备采集站台门锁闭条件，用地面轨道电路发H 码实现对站台门的安全防护。该功能在保证安全的前提下，用地面码序防护取代地面关闭信号对站台门安全的防护，取消站台门对联锁设备的影响，在实际应用中提高可用性。对于改造线路也减少了对安全设备的影响。

5) 具备简化ATO 功能

高速铁路ATO 系统车载设备的AM 模式增加预选驾驶策略的功能。在无车地通信条件的线路或车地通信故障的情况下，司机可在AM 模式下选择预选驾驶策略行车，并根据需要随时人工调整预选驾驶策略。高速铁路ATO 系统预选驾驶策略运行模式如图3 所示。该功能提高高速铁路ATO 系统的可用性，同时也对线路改造地面设备修改提供多种选择。

图3 高速铁路ATO系统预选驾驶策略行车曲线示意图Fig.3 Schematic diagram for running curve of preselected driving strategy of ATO system of high-speed railway

6) 实现自动过隧道功能

目前国内高速铁路列控系统过隧道模式是当司机接近隧道时，司机手动操控台上的“隧道模式”按钮过隧道。高速铁路ATO 系统增加了自动过隧道功能，通过应答器进行隧道位置和长度的信息传输，具备ATO 功能的车载设备处于自动驾驶模式时可自动过隧道。

6 结束语

高速列车实现自动驾驶既是我国高速铁路技术发展的需要，也是确立我国高速铁路整体技术水平在国际地位的需要。高速铁路ATO 系统可有效的提高铁路运输能力、提高列车运行效率、降低牵引能耗、减轻司机劳动强度、改善旅客乘车体验。对于提高列车运行安全保障能力和智能化水平，保持我国高速铁路列控技术在国际上的先进性具有重要的意义。