城際鐵路C2+ATO互聯互通測試關鍵技術研究

汪　洋

(中國鐵道科學研究院通信信號研究所，北京　100081)

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城際鐵路C2+ATO互聯互通測試關鍵技術研究

汪洋

(中國鐵道科學研究院通信信號研究所，北京100081)

為了保證莞惠城際鐵路多個廠家C2+ATO設備的正常運行，需對各廠家設備進行互聯互通測試。研究莞惠城際鐵路C2+ATO列控系統的實驗室及現場互聯互通測試的關鍵技術。首先分別對實驗室互聯互通試驗環境的搭建、測試內容、測試方法這3部分內容進行詳細分析；其次針對現場互聯互通測試發現的問題，總結互聯互通測試經驗；最后探討目前城際鐵路C2+ATO列控系統技術規范方面的問題。

城際鐵路;C2+ATO；CTCS-2；互聯互通；測試；

城際鐵路的CTCS2+ATO(以下簡稱C2+ATO)列控系統，以CTCS-2系統為基礎，車載設置ATO設備，地面具備站臺門地面控制相關設備及接口，使用GSM-R網絡[1]提供車地雙向傳輸通道。在CTCS-2級列控系統上，擴展了ATO功能，具備站間自動運行、車站定點停車及車站通過、折返作業、列車運行自動調整[2]、車門/站臺門防護及聯動、列車運行節能控制等自動運行相關功能。地面設置專用的精確定位應答器(JD)實現站臺區域列車精確定位停車，設置通信控制服務器(以下簡稱CCS)實現站臺門控制和運行計劃處理[3]。

莞惠城際鐵路[4]作為中國第一條采用C2+ATO的線路具有現實意義和示范作用。列控系統的互聯互通測試是自主化研究的重要組成部分，目前參照的標準只有《城際鐵路CTCS2+ATO列控系統暫行總體技術方案》(鐵總科技[2013]79號TJ/DW149-2013)[5]。莞惠城際鐵路列控系統地面設備和車載設備涉及多個廠家，因此，需要通過互聯互通技術實現不同廠家間的互聯互通，實現設備間的兼容性。本文通過研究C2+ATO互聯互通測試技術，驗證C2+ATO系統的互聯互通功能，對于C2+ATO設備的統型化具有重要意義。

1　實驗室測試環境及測試方法

1.1實驗室測試環境

互聯互通測試的基礎是一個廠家的地面、車載設備配合正常，然后研究不同廠家設備間的互聯互通，即不同廠家的地面設備和車載設備的配合工作。

基于仿真實驗室完成互聯互通工作，C2+ATO仿真實驗室應滿足城際鐵路信號系統的測試需求。主要功能應包括：對CCS、列控中心等地面設備進行功能驗證、接口測試；對車載ATP+ATO設備進行功能驗證；模擬現場線路運行，提前發現數據及設計方面的缺陷，提高現場試驗效率；對地面與列車的數據傳輸進行驗證，確保傳輸的可靠性；驗證車門和安全門聯控、ATO運行計劃、精準定位停車等功能；具備擴展功能，可實現互聯互通測試。

為了滿足城際ATO項目的實驗室互聯互通測試，需要定義GSM-R網的互聯互通方案及實驗室接口、設備需求。GSM-R系統包括移動交換子系統(MSC/VLR/HLR)、基站子系統(BSC/BTS)、媒體網關(以下簡稱MGW)等。互聯互通測試時需要連接兩家GSM-R無線通信網絡，租用數據通道將各自網絡的MSC/VLR設備進行互連[6]。GSM-R系統與接口設備及應用系統的連接結構見圖1。

圖1　互聯互通網絡連接示意

B廠家車載設置車載網關(以下簡稱OBGW)通過公共以太網(固定IP)與A廠家仿真網絡連接。A廠家設置地面網關(以下簡稱WSGW)與公網連接，以實現列控系統仿真平臺與其他廠家的車載網關的連接。B廠家的CCS通過2M通道接入A廠家的MGW接口，進而接入A廠家的G網，A廠家需提供一張SIM卡，并告知其B廠家其CCS號碼，B廠家需要生成車載密鑰與CCS號碼相匹配。具體環境結構見圖2。

圖2　環境結構

1.2實驗室互聯互通試驗方法

為了達到城際鐵路信號系統不同實驗室之間互聯互通的目的，需要對各設備廠家傳輸的數據流進行分析。根據C2+ATO列控系統的特點，可將數據流分為如下3類。

ATO計劃數據流：調度集中控制系統(以下簡稱CTC)仿真下達列車調度計劃到CCS，由CCS轉發調度計劃信息到指定列車，列車確認后，向CCS返回確認信息，由CCS發送給CTC仿真確認信息。

站臺門開關門控制數據流：車載設備發送站臺門開關門命令到CCS，CCS生成相應繼電器的驅動命令發送給TCC，TCC將繼電器驅動命令發送給I/O仿真，由I/O仿真反饋繼電器狀態給TCC，TCC轉發給CCS，再由CCS將繼電器狀態信息轉發給CTC仿真和車載設備。

CTCS-2運行控制數據流：車載設備將列車位置信息傳送給軌道電路仿真，軌道電路仿真通過該信息設置軌道電路的占用/空閑狀態，并將軌道電路狀態傳給TCC設備，TCC設備生成軌道電路的低頻碼，并通過軌道電路反饋給車載仿真，同時TCC生成應答器報文，傳給LEU仿真，LEU仿真將應答器報文信息傳給車載仿真。車載仿真根據列車位置信息和測試腳本將軌道電路信息和應答器報文信息發送給車載設備[7]。

數據流分析清晰后，車地廠家需要各自開發網關軟件，實現車地信息的傳輸。互聯互通采用的網關通信協議，是以CTCS-3級[8]的互聯互通試驗方案[9]為基礎的。借鑒CTCS-3級互聯互通試驗方案中，車載設備及OBGW網關，地面設備及網關為獨立組成WSGW單元，位于不同的實驗室。

城際鐵路信號系統在C2系統基礎上增加GSM-R通信接口，增加站臺門控制接口(CCS控制，TCC驅動、采集，聯鎖采集)，增加車載ATO設備及接口，其中，站臺門控制接口為地面設備及WSGW內部接口，不影響OBGW和WSGW之間通信協議；ATO接口為車載設備及OBGW網關內部接口，不影響OBGW和WSGW之間的通信協議。互聯互通方案結構見圖3。

圖3　互聯互通方案結構

網關通信幀類型見表1。

以ACTIVATE_TRAIN為例簡單介紹一下通信幀的定義，該幀類型描述見表2。

以ucDirection為例，該幀的作用是確定列車的運行方向，地面軌道電路和應答器數據的發送必須是列車運行前方的數據，定義見表3。

表1　網關通信幀類別

通過該信息列車的初始位置和地面軌道信息進行了關聯，測試腳本中設定發車位置后，車載可根據測速測距計算列車走行距離，地面仿真設備也可以根據該幀確定地面數據的發送起點，參考車載設備傳輸的列車走行距離信息連續發送軌道電路載頻和低頻，使車地達到聯動的目的。

表2　ACTIVATE_TRAIN幀描述

表3　ucDirection幀描述

通信流程見圖4。

圖4　通信流程

試驗開始前車載仿真網關鏈接地面仿真網關，交互車載設備試驗前需要的一些參數，然后實驗開始后地面網關通過車載網關傳遞列車運行信息，發送測試場景匹配的地面數據，滿足列車運行需要，試驗結束后刪除該車輛。

1.3實驗室互聯互通測試問題及分析

實驗室互聯互通測試主要內容是列車注冊與啟動、注銷列車與關閉車載電源、列車自動運行、折返作業、車門/站臺門防護及聯動控制、列車運行自動調整、自動過分相、臨時限速等場景，共進行39個案例的測試。

舉例說明互聯互通發現的問題：各廠家對計劃有效性的判定標準不一樣，計劃有效的判斷是否有C1包覆蓋下一車站的出站口。但規范中沒有明確計劃有效性的判定；各廠家對DMI的顯示方面也存在差異，如ATO控車時DMI是否需要有列車開關門的圖標，同樣需要規范進一步明確；ATO處于分相區執行惰行策略，在特殊位置，如進站口等特殊情況下，可能出現超速制動問題，也需要進一步細化技術規范。最終統計需要規范明確的差異性問題有17條左右，不再逐一列舉。

通過互聯互通測試，發現了較多廠家設備間的差異，一方面需要相關規范進一步細化明確，一方面也要求各廠家做好軟件統型化。通過實驗室互聯互通測試，提前發現了現場互聯互通測試中可能遇到的問題，為現場互聯互通測試的順利開展創造了條件。

2　C2+ATO互聯互通現場測試研究

2.1互聯互通現場試驗段測試環境

互聯互通現場測試地點為莞惠城際鐵路試驗段，現場測試重點定位在實驗室仿真環境無法實現的方面，如實驗室互聯互通仿真測試中車地信息傳輸為網線傳輸，延遲可忽略不計。但現場車地信息的交互受軌道電路譯碼時間、應答器報文接收譯碼時間、列車測速測距誤差、設備安裝誤差、安全門安裝情況等影響，存在各種無法預知問題。

各設備廠家互聯互通接口協議等問題已經在實驗室仿真測試中解決，為現場設備實物互聯互通打下了堅實基礎。現場互聯互通需要解決的重點是實際系統/設備間的物理連接，實驗室前期各工作極大節省了現場互聯互通時間和降低了難度。莞惠城際鐵路試驗段示意見圖5。

圖5　莞惠城際鐵路試驗段試驗線路示意(單位：km)

列控地面設備與現有CTCS-2級列控設備結構相同，不再贅述，只簡略介紹因ATO設備引入及互聯互通需求導致的施工變更。擴展ATO功能的CTCS-2列控系統采用GSM-R作為車地雙向通信傳輸介質。現場試驗段測試時4個廠家的CCS設備分時段先后裝設于瀝林站試驗。4個廠家的TCC設備分別選取試驗段4個車站進行安裝，正線區段應答器按CTCS-2級列控系統規范要求布置，各車站停車股道增設精確定位應答器組。由此引起的現有設備軟件變更參照《鐵路信號軟件變更暫行管理辦法》[10](鐵運[2012]293號)執行。

2.2現場互聯互通測試問題及分析

測試內容主要包括ATO系統功能測試(常規ATO功能測試，如停準停穩、車門安全門聯動、自動控制等)、CTCS2+ATO列控系統工作模式及模式轉換測試、通信指標測試、接口測試等內容。

現場互聯互通與實驗室仿真測試的最大差異是C2+ATO車載跟實際城際動車組的配合，不僅限于實際列車接口的物理連接，也包括由于真實動車組的引入產生的車輛牽引制動性能方面的差異及其他方面的問題，具體問題如下。

(1)ATP/ATO與車輛相關問題

①轉入自動駕駛模式AM后，車輛警惕信號不生效，但計時器仍在工作，當退出ATO時，司機未進行警惕操作，警惕信號可能立即生效，導致車輛輸出緊急制動EB。

②CRH6A型動車組整車激活后，首次ATP自動過分相時，車輛不能正確響應ATP自動過分相指令。

③ATP判定停準停穩給出開門允許后，車輛僅在10s內有效，超過10s無法在ATP防護下開門。

④CRH6A型動車組駕駛室車門未納入車門聯鎖，車輛HMI無該車門狀態提示。

(2)各廠家ATP/ATO差異性

①ATP站內停車安全防護距離不統一，建議規范進行明確。

②ATO發車時，各廠家對于發車按鈕按壓時間的要求不同。

(3)CTC系統

①為滿足ATO對行車計劃的應用需求，運行圖應具備根據列車早、晚點進行自動調整功能。

②接受停準、停穩信息，作為進路辦理及發車表示的前提條件。

(4)車門及屏蔽門相關問題

①車載與地面未交換屏蔽門旁路狀態信息，屏蔽門旁路時，車載無相關提示，建議后續通信協議增加。

②車門與安全門開關聯動同步問題。

設備統型化是目前中國高鐵發展的大趨勢，各設備廠家應加快統型化的步伐。現場互聯互通測試，進一步反映了各廠家設備間的差異性，其中有設計問題和設備問題，也有規范方面的問題。互聯互通測試對于消除這些差異，指導相關規范的修訂具有重要意義。

3　結論

莞惠城際鐵路作為中國第一條C2+ATO線路意義重大。當前城際鐵路列控領域只有很少規范和標準，實驗室互聯互通和莞惠城際鐵路現場試驗可以發現問題并完善、細化現有標準；指導廠家規范接口和處理邏輯，加快統型化步伐。從長遠來看，國家“十三五”規劃中新增3000 km城市軌道交通，包括珠三角、長三角、京津冀地區將大力發展城際軌道交通。莞惠城際鐵路列控系統互聯互通測試的成功經驗，對其他城際鐵路列控系統互聯互通測試也具有指導意義。

[1]鐵道部科學技術司.科技運[2009]19號CTCS-3級列控系統與GSM-R網絡接口規范(V1.0)[S].北京:中國鐵道出版社，2009.

[2]魏倩，陳永剛.城軌列車運行調整問題的模糊優化設計研究[J].鐵道標準設計，2013(3):125-128.

[3]國家鐵路局.TB10623—2014城際鐵路設計規范[S].北京:中國鐵道出版社，2015.

[4]鐵道部運輸局.運電高信函[2012]426號珠三角城際軌道交通ATO系統用戶需求[Z].北京:鐵道部運輸局，2012.

[5]中國鐵路總公司.鐵總科技[2013]79號TJ/DW149-2013城際鐵路CTCS2+ATO列控系統暫行總體技術方案[S].北京:中國鐵道出版社，2013.

[6]鐵道部科學技術司.科技運[2006]119號GSM-R數字移動通信網編號計劃V2.0[S].北京:鐵道部科學技術司，2006.

[7]中華人民共和國鐵道部.鐵運[2014]29號CTCS-2級列控車載暫行技術規范[S].北京:中國鐵道出版社，2014.

[8]中華人民共和國鐵道部.鐵運[2012]293號鐵路信號軟件變更暫行管理辦法[S].北京:中國鐵道出版社，2012.

[9]劉雨，唐濤，李開成，等.CTCS-3級列控車載設備實驗室互聯互通測試方法[J].鐵道通信信號，2011(12):4-7.

[10]中華人民共和國鐵道部.鐵運[2012]211號CTCS-3級列控車載設備技術規范(暫行)[S].北京:中國鐵道出版社，2012.

Research on Key Technologies in Interoperability Test of C2+ATO Train Control System of Intercity Railway

WANG Yang

(Sciences Signal and Communication Research Institute，China Academy of Railway，Beijing 100081，China)

In order to ensure the normal operation of C2+ATO equipment provided by different manufacturers on Guan-Hui intercity rail，it is necessary to carry out the interconnection test.This paper introduces the laboratory and spot interoperability test of C2+ATO train control system of Guan-Hui intercity railway，including the analysis of laboratory interoperability test environment，test contents and test method.In the light of the problems discovered in spot interoperability test，the experiences in interoperability test are summarized and the problems related to the current technical specifications of C2+ATO train control system of intercity railway are discussed.

Intercity railway; C2+ATO; CTCS-2; Interoperability; Test

2016-03-17；

2016-03-31

中國鐵路總公司科技研究開發計劃課題(2014X003-E)

汪洋(1981—)，男，助理研究員，2008年畢業于中國鐵道科學研究院交通信息工程及控制專業，工學碩士，E-mail：wangyang_cars@sina.com。

1004-2954(2016)10-0132-04

U239.5

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2016.10.029