基于信號動態檢測的高速鐵路CTCS降級問題分析

高利民 劉玉江 孟景輝 馬良德

在一個完整的CTCS-3級列控系統中，設備與設備、設備與子系統、子系統與子系統之間構成了若干個接口，通過對接口數據的監測分析就可以驗證列控系統的工作性能。目前已經實現監測的接口如圖1所示。

1.車載ATP無線 (Igsm-r)接口，定義為車載ATP設備GCD與MT之間通信接口。

2.Abis接口，定義為基站子系統的2個功能實體，基站控制器 (BSC)和基站收發信臺(BTS)之間的通信接口。

圖1 CTCS-3級列控系統接口示意圖

3.A接口，定義為網路子系統 (NSS)與基站子系統 (BSS)之間 (MSC至TRAU之間)的通信接口。

4.PRI接口，定義為CTCS-3級列控系統RBC與GSM-R系統之間的通信接口。

CTCS-3級列控接口監測系統通過對Abis、A、PRI接口的信令和用戶數據進行采集、存儲與解析，實現對在線列控用戶與GSM-R網絡狀態的實時監測、統計與分析，并基于采集數據對CTCS-3級系統無線通信異常狀態進行綜合分析，對網絡服務質量進行評估。為GSM-R無線網絡優化、列控系統運營維護和故障定位提供依據，為列控業務無線通信狀態異常原因分析提供有力手段。

1 降級問題類型

目前發現的列控系統降級運行主要是由于車-地信息傳輸超時，通常稱為“無線超時”。問題發生時，車載在規定時間內未收到任何來自RBC的應用層消息，DMI提示司機無線超時，ATP控制列車輸出最大常用制動。如果在允許時間內未能恢復，根據故障導向安全原則，ATP判斷滿足降級CTCS-2級的條件且經司機確認，則系統降為CTCS-2級運行。

通過對高速鐵路聯調聯試和日常運營發現的降級問題分析，并且根據設備供應商總結的故障案例集，得出以下幾個無線超時導致降級原因。

1.車載設備側相關問題。包括單MT過RBC移交區發生無線超時、非RBC移交區車載異常發送DISC拆鏈、移交區車載異常發送DISC拆鏈、車載ATP軟件問題、車載MT等設備故障、人為操作問題、MT模塊頻繁越區切換失敗，以及MT接收電平低等。

2.GSM-R網絡側相關問題。BTS類單通、無線干擾、諾西BSC與MSC連接問題、基站退服、BSC板卡故障、單設備模塊故障、無可用的 CSD通道等。

3.RBC側相關問題。移交過程中 RBC-RBC通信超時、RBC設備異常、RBC與其他設備通信中斷等。

4.其他類問題:小區內切換失敗、上下行接收電平不平衡、越區切換失敗等。

2 案例一

2.1 問題描述

2013年1月14日，CRH2-150C高速綜合檢測列車由鄭州至北京檢測過程中發生降級，具體情況為:綜合檢測列車在經過榆林洺河特大橋后，車載監測系統于21:31:53顯示車載ATP與RBC無安全連接，并準備切換至CTCS-2級登記;21:32:01產生常用制動，速度由295 km/h降至280 km/h并轉至CTCS-2級控車。

2.2 動態檢測數據分析

1.車載ATP監測數據分析。如圖2所示，標記處為列車發生降級的位置，可以明顯看出列車運行等級由L-C3降為L-C2。對運行數據進行分析，車載EVC于當日21:31:44發送至RBC位置信息包136消息，后繼續在21:31:50發送至RBC位置信息包136消息;在此過程中一直未收到來自于地面RBC的消息;21:32:00輸出降級信息，列車產生常用制動 (CTCS-3降級CTCS-2)，列車運行轉為CTCS-2級系統控車。

圖2 ATP監測數據分析

2.無線通信服務質量檢測數據分析。對京廣高鐵通信質量進行了跟蹤測試，測試的指標包括電路域傳輸時延和干擾率，同時進行了服務小區/鄰小區電平、載干比C/I、話音質量RxQual以及時間提前量TA等動態曲線的跟蹤測試。在列車降級的相同時間段內，無線通信質量檢測結果發現:在列車越過邯鄲東站以后，載干比和話音質量在450～449 km區間變得很差，話音質量達到7級，載干比接近于0，最終導致掉話，同時表現在列控數據傳輸時延測試過程中，則出現連續的數據幀傳輸錯誤，如圖3所示。

2.3 問題處理與分析

在綜合檢測列車檢測到發生降級問題后，與相關鐵路局進行了溝通，對問題進行了分析與整改。經檢查，造成網絡服務質量不良的原因為中國移動河北分公司在京廣高鐵K409+400、K412+900附近設置的GSM系統基站，對京廣高鐵GSM-R基站構成三階互調干擾，隨后對相關基站進行了頻點優化，現場復測，干擾消除。

圖3 無線通信服務質量檢測截圖

3 案例二

3.1 問題描述

2013年2月25日，CRH2-150C高速綜合檢測列車在京滬高鐵檢測過程中發生降級，具體情況為:8:29和9:36車載監測系統顯示，車載ATP與RBC無安全連接轉至CTCS-2級控車。

3.2 動態檢測數據分析

通過車載ATP監測數據回放分析，如圖4，標記處為列車發生降級的位置，可以明顯的看出列車運行等級由L-C3降為L-C2，列車運行轉為CTCS-2級系統控車。

圖4 ATP監測數據分析

3.3 問題處理與分析

在綜合檢測列車發生降級問題后，根據車上添乘人員匯報，電務段列控車載設備維護工區接到車間調度關于ATP設備異常信息，對問題進行了初步分析，結合地面檢測數據確認問題存在情況，2013年1月28日的滬寧測試時，通過接口監測數據中看到MT1已經出現故障，導致移交點處移交不成發生降級，并確認SIM卡號為14984173505MT的設備工作異常，及時更換設備，并進行了靜態呼叫試驗正常。

4 案例三

4.1 問題描述

2013年4月3日，CRH2-150C高速綜合檢測列車在京滬高鐵檢測過程中發生降級，具體情況為:22:59和23:23車載監測系統顯示車載ATP與RBC無安全連接轉至CTCS-2級控車。

4.2 動態檢測數據分析

通過車載ATP監測數據回放分析，標記處為列車發生降級的位置，可以明顯的看出列車運行等級由L-C3降為L-C2，列車運行轉為CTCS-2級系統控車。

4.3 問題處理與分析

在檢測列車發生降級問題后，電務段列控車載設備維護工區值班人員立即對DMS進行分析，并詢問核心網工作故障情況，結合地面檢測數據，確認SIM卡號為14984173507MT的設備與RBC連接中斷，導致交權區單MT無法交權。

5 結論

我國高速鐵路的發展對鐵路基礎設施檢測技術、數據分析技術和安全評價技術提出了更高的要求，信號系統列控設備維修維護理念和方式也發生了根本的變化，實行“精檢細修”，高速鐵路要“嚴檢慎修”，充分利用信號動態檢測，做好檢測、監測數據的分析研究工作，不斷摸索、不斷開拓。信號列控系統故障分析、處理相對復雜，各建設單位、維護單位、檢測單位應經常相互交流，及時總結故障處理方法、經驗，不斷提高故障處理業務水平，數據分析水平，繼續深入研究高速鐵路降級問題，確保CTCS-3級列控系統的穩定運行和安全性。

［1］ 中華人民共和國鐵道部.鐵運【2012】211號.CTCS-3級列控車載設備規范(暫行)［S］.2012.

［2］ 楊宏圖，許貴陽，侯衛星.高速鐵路綜合檢測數據分析關鍵技術研究［J］.鐵道運輸與經濟，2010(1).

［3］ 黎國清，楊愛紅，許貴陽.既有線提速綜合檢測技術與應用［J］.中國鐵路，2008(5).

［4］ 許貴陽.客運專線綜合檢測列車技術方案的研究和應用［J］.鐵道建筑，2008(2).