STP系統(tǒng)互聯(lián)互通技術(shù)研究與實踐

王 軍 上海鐵路局電務(wù)處

STP系統(tǒng)互聯(lián)互通技術(shù)研究與實踐

王 軍 上海鐵路局電務(wù)處

根據(jù)現(xiàn)場實際需求，提出了 STP（Shunting Train Protection）系統(tǒng)在運用中出現(xiàn)的問題，根據(jù)實踐，探索出實現(xiàn)STP系統(tǒng)互聯(lián)互通所需的基本技術(shù)條件和實現(xiàn)方法，并據(jù)此進行了實踐，為STP系統(tǒng)互聯(lián)互通技術(shù)規(guī)范的制定及實施進行了嘗試。

無線調(diào)車機車信號；互聯(lián)互通；數(shù)據(jù)；無線通信；協(xié)議

1 引言

近年來，無線調(diào)車機車信號和監(jiān)控系統(tǒng)（STP系統(tǒng)）在全路大量安裝使用，為鐵路調(diào)車安全提供了有效的安全保障。目前不同型號的STP系統(tǒng)雖然在功能上都滿足總公司相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，但在設(shè)備安裝、數(shù)據(jù)組織、無線通信等技術(shù)細節(jié)上存在差異，不同型號的設(shè)備不能互聯(lián)互通使用，給機車運用和設(shè)備的維護管理帶來諸多問題。研究互聯(lián)互通技術(shù)條件、實現(xiàn)STP系統(tǒng)互聯(lián)互通，是提高STP運用和維護管理的必由之路。

2 STP系統(tǒng)簡介

STP是調(diào)車安全防護的輔助設(shè)備，由地面設(shè)備和車載設(shè)備組成。地面和車載設(shè)備采用無線通信方式傳送信息，將獲取的集中聯(lián)鎖車站調(diào)車作業(yè)相關(guān)信號、道岔、軌道電路區(qū)段信息進行處理，通過列車運行監(jiān)控裝置（LKJ），實現(xiàn)對調(diào)車機車信號顯示和車列速度監(jiān)控。

地面設(shè)備主要由地面主機、調(diào)車終端、電務(wù)維護終端、交換機、UPS、地面天饋線、點式應(yīng)答定位器組成。

車載設(shè)備由車載主機、LKJ2000主機、LKJ2000顯示器、應(yīng)答定位器接收模塊、應(yīng)答定位器接收天線、車載天饋線組成。

3 STP互聯(lián)互通基本技術(shù)條件和實現(xiàn)方法

滿足《無線調(diào)車機車信號和監(jiān)控系統(tǒng)暫行技術(shù)規(guī)范》（鐵總運[2014]182號）要求。

STP互聯(lián)互通的基本技術(shù)條件及實現(xiàn)方法主要有以下項目。

3.1 點式應(yīng)答定位器處理方式和編碼規(guī)則

點式應(yīng)答定位器是STP實現(xiàn)注冊、定位、注銷、特殊控制等功能的重要信息來源，不同的STP車載設(shè)備應(yīng)采用相同的處理方式，報文編碼規(guī)則須統(tǒng)一。

點式應(yīng)答定位器信息單向傳送給STP系統(tǒng)，未經(jīng)過地面點式應(yīng)答定位器時，查詢主機與車載主機200 ms通信一次用于車載主機檢測設(shè)備正常的數(shù)據(jù)，其它時間均處于接收狀態(tài)。經(jīng)過點式應(yīng)答定位器時，查詢主機分三次向車載主機發(fā)送三組過點數(shù)據(jù)報文。

點式應(yīng)答定位器編碼規(guī)則見表1。

表1 點式應(yīng)答定位器編碼規(guī)則

3.2 站場數(shù)據(jù)存取方式和數(shù)據(jù)格式

3.2.1 站場數(shù)據(jù)存取方式

站場數(shù)據(jù)主要是站場描述信息，包括信號機、道岔、區(qū)段等元素的碼位、連接關(guān)系、進路組成等，格式定義和內(nèi)容意義上須保持一致。

目前STP站場數(shù)據(jù)的存取方式主要有兩種，一是站場數(shù)據(jù)存儲在STP地面主機，車載設(shè)備不存儲站場數(shù)據(jù)，地面主機通過無線通信的方式發(fā)送具體進路組成數(shù)據(jù)，包括信號機的編號及狀態(tài)，道岔區(qū)段、無岔區(qū)段的編號及長度，一度停車點信息，站界信息等。二是站場數(shù)據(jù)存儲在車載主機，地面主機發(fā)送進路號信息，包括信號機，道岔區(qū)段、無岔區(qū)段的編號，道岔區(qū)段、無岔區(qū)段的長度，信號機、道岔、無岔區(qū)段的連接關(guān)系，基本進路的編號以及構(gòu)成該基本進路的元素的編號。地面發(fā)送機車當(dāng)前的基本進路號和前方開放的基本進路號，由車載主機根據(jù)進路號及自身存儲的站場數(shù)據(jù)查找其代表的具體進路信息，確定進路，從而執(zhí)行后續(xù)控制。

地面存儲方式車地通信量大，但車載數(shù)據(jù)維護工作少，站場變化不影響車載設(shè)備；車載存儲方式車地通信量少，站場變更時車載數(shù)據(jù)維護量大。

目前絕大多數(shù)STP系統(tǒng)采用車載存儲數(shù)據(jù)方式，為減少投資和改造工作量，互聯(lián)互通的站場數(shù)據(jù)格式應(yīng)采用車載數(shù)據(jù)存儲方式。

3.2.2 車載數(shù)據(jù)格式

文件頭格式

站代號=0場代號=0默認輛數(shù)=0單節(jié)車列長度=0接風(fēng)管條件=0虛擬信號機總數(shù)=0電臺頻率=0車頭方向=0[多字節(jié)應(yīng)答器]多字節(jié)應(yīng)答器總數(shù)=0[無岔區(qū)段]無岔區(qū)段總數(shù)=0[道岔區(qū)段]道岔區(qū)段總數(shù)=0[道岔對象]道岔對象總數(shù)=0[進路]進路總數(shù)=0。

多字節(jié)應(yīng)答器數(shù)據(jù)格式見表2。

表2 多字節(jié)應(yīng)答器數(shù)據(jù)格式

信號機數(shù)據(jù)格式見表3。

表3 信號機數(shù)據(jù)格式

無岔區(qū)段數(shù)據(jù)格式見表4。

表4 無岔區(qū)段數(shù)據(jù)格式

道岔區(qū)段數(shù)據(jù)格式見表5。

表5 道岔區(qū)段數(shù)據(jù)格式

道岔對象數(shù)據(jù)格式見表6。

表6 道岔對象數(shù)據(jù)格式

進路數(shù)據(jù)格式見表7。

表7 進路數(shù)據(jù)格式見

3.2.3 地面主機數(shù)據(jù)

實現(xiàn)互聯(lián)互通的STP地面數(shù)據(jù)在形式和內(nèi)容上保持不變，與車載數(shù)據(jù)保持一致。

3.3 無線通信方式和通信協(xié)議

STP系統(tǒng)地面設(shè)備和車載設(shè)備通過無線通信的方式傳送信息。目前STP系統(tǒng)采用400 M電臺實現(xiàn)無線通信功能。

3.3.1 無線通信方式

（1）地面設(shè)備。

地面設(shè)備定時發(fā)送站場廣播信息，各子站的控制命令采用輪詢工作方式，輪詢中間會插播發(fā)送調(diào)車單指令，發(fā)送完調(diào)車單指令后，等待接收該機車的回執(zhí)信息后繼續(xù)輪詢，調(diào)車單指令回執(zhí)不正確則在周期空閑時重發(fā)。

其他插播發(fā)送信息的周期應(yīng)夾在兩輪詢周期中間，插播發(fā)送時間要比輪詢周期短。

地面設(shè)備接收到有機車入網(wǎng)指令時，分配一個注冊號后，就可以開始向該機車發(fā)送控制命令。

數(shù)據(jù)幀中的差錯校驗采用CRC方式，校驗結(jié)果置于CRC和CRC2中，生成多項式為：G(X)=X16+X12+X5+1,校驗發(fā)送的全部數(shù)據(jù),低字節(jié)在前。

地面設(shè)備確認追蹤的機車已出清本站時，將該調(diào)車號取消，不再發(fā)送命令,自動退網(wǎng)。

在有5個子站時,要求地面設(shè)備發(fā)送一次站場廣播信息及輪詢命令，分別接收5臺機車回執(zhí)信息（含收不到的情況）的執(zhí)行時間小于2 s（19200 bps電臺）。

（2）車載設(shè)備。

機車進入站場后，車載設(shè)備向地面發(fā)送請求入網(wǎng)指令，等待接收地面的站場廣播信息及輪詢控制指令。如無接收輪詢指令，則重新請求入網(wǎng)，有接收輪詢指令后就不再請求。發(fā)送請求入網(wǎng)指令的時機為機車進入站場后車載設(shè)備偵聽空中數(shù)據(jù)，接收到已入網(wǎng)的最后一臺機車車載設(shè)備的控制回執(zhí)信息后，發(fā)送請求入網(wǎng)指令。

車載設(shè)備接收地面設(shè)備的輪詢指令后,向地面設(shè)備回送回執(zhí)信息。

車載設(shè)備接收地面設(shè)備的調(diào)車單指令后,立即將回執(zhí)信息回發(fā)給地面設(shè)備。

車載設(shè)備發(fā)送入網(wǎng)指令是在被輪詢的所有機車車載設(shè)備回執(zhí)信息發(fā)送完成之后，地面設(shè)備下一次輪詢指令發(fā)送之前，插空發(fā)送。

6s收不到輪詢信息，視為通信故障。

3.3.2 通信協(xié)議

站場廣播信息協(xié)議見表8。

表8 站場廣播信息協(xié)議

通信協(xié)議還包括控制信息、調(diào)車作業(yè)單信息、控制命令的回執(zhí)信息、回執(zhí)控制數(shù)據(jù)1、回執(zhí)控制數(shù)據(jù)2、調(diào)車作業(yè)單回執(zhí)信息、申請入網(wǎng)請求信息、申請退網(wǎng)請求信息。

3.4 車載設(shè)備接口

車載設(shè)備接口的統(tǒng)一定義是實現(xiàn)設(shè)備互換的基本要求，根據(jù)STP系統(tǒng)車載設(shè)備的安裝布線和各型號STP系統(tǒng)車載設(shè)備的接口方案，互聯(lián)互通車載設(shè)備設(shè)定監(jiān)控CAN、級連CAN、機車電臺天線、查詢應(yīng)答器RS485、電源等5組接口，連接器型號和連接器針腳定義統(tǒng)一。

3.4.1 監(jiān)控CAN接口

連接器型號：YP28ZJ23U（14芯針式）。

連接器針腳定義見表9。

表9 監(jiān)控CAN接口連接器針腳定義

3.4.2 級連CAN接口

連接器型號：YP28ZJ23U（14芯針式）。

連接器針腳定義見表10。

表10 級連CAN接口連接器針腳定義

3.4.3 機車電臺天線接口

連接器型號：N型（同軸），饋線型號：7D-FB。

3.4.4 查詢應(yīng)答器RS485接口連接器型號：YP21ZJ8U（4芯針式）。

連接器針腳定義：1-485+，2-485-，3-屏蔽地。

3.4.5 電源接口連接器型號：YP21ZJ3U（3芯針式）

。連接器針腳定義：1-110V/75V+，2-110V/75V-。

3.5 車載主機板件面板指示燈及標(biāo)識

面板指示燈采用在面板上預(yù)留φ4的指示燈安裝孔，電路板上設(shè)計φ3的指示燈；預(yù)留一定數(shù)量的指示燈位置。

電源板電源指示燈采用紅色穩(wěn)定顯示。

CPU板電源指示燈采用紅色穩(wěn)定顯示；運行燈采用綠色閃爍顯示，閃爍頻率為1 Hz，CPU板故障時運行燈為穩(wěn)定常亮或常滅顯示；CANA和CANB指示燈及其他數(shù)據(jù)通信燈均采用綠色閃爍顯示；故障燈采用紅色常亮或閃爍顯示。

通信板電源指示燈采用紅色穩(wěn)定顯示；運行燈采用綠色閃爍顯示，閃爍頻率為1Hz，通信板故障時運行燈為穩(wěn)定常亮或常滅顯示；電臺TX、電臺RX和RS485指示燈及其他數(shù)據(jù)通信燈均采用綠色閃爍顯示，閃爍頻率根據(jù)接收數(shù)據(jù)狀態(tài)實時閃爍顯示；故障燈采用紅色常亮或閃爍顯示。

電臺板電源指示燈采用紅色穩(wěn)定顯示；TX、RX和DCD指示燈及其他數(shù)據(jù)通信燈均采用綠色閃爍顯示，閃爍頻率根據(jù)接收數(shù)據(jù)狀態(tài)實時閃爍顯示；故障燈采用紅色常亮。

3.6 車載設(shè)備顯示及操作界面

按照鐵路總公司《列車運行監(jiān)控裝置（LKJ）調(diào)車監(jiān)控人機界面及運行記錄暫行技術(shù)要求》（鐵總運[2014]340號）執(zhí)行，信號、限速、時速、距離、日期、時間、站場平面圖、調(diào)車作業(yè)單、提示信息等按規(guī)范規(guī)定的顯示區(qū)域顯示，統(tǒng)一像元的設(shè)定，提示信息、聲響警示及語音提示內(nèi)容統(tǒng)一；功能操作一致，輸入操作基本一致。

3.7 運行記錄及記錄文件分析軟件

STP系統(tǒng)通過電務(wù)維護終端實時記錄調(diào)車作業(yè)過程中的重要信息，包括站場狀態(tài)、設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、故障、相關(guān)采集數(shù)據(jù)、人工錄入數(shù)據(jù)等。

電務(wù)維護終端具有歷史數(shù)據(jù)查詢和回放功能。

電務(wù)維護終端記錄數(shù)據(jù)存儲時間不少于30天。

車載設(shè)備向LKJ發(fā)送信息，由LKJ記錄前方信號機及其狀態(tài)、距離、限速等信息，并具備轉(zhuǎn)儲及分析功能。

記錄文件分析軟件應(yīng)與LKJ運用記錄分析軟件兼容。

3.8 車載設(shè)備互換

目前各型號的車載主機一般采用4U或6U機箱，外形尺寸不一致，要求外形尺寸的統(tǒng)一實現(xiàn)設(shè)備互換，硬件改動工作量巨大，為便于互聯(lián)互通工作設(shè)備改造的實施，采用增加安裝尺寸相同的車載主機底座的方式，實現(xiàn)設(shè)備互換。車載主機安裝底座示意圖見圖1。

圖1 車載主機安裝底座示意圖

車載主機底座規(guī)格為：

230 mm（長）×90 mm（寬）×26 mm（高）。

4 實踐

巢湖西站和裕溪口站及駐站調(diào)車機車DF7-5418、DF7-5279分別安裝STPKA型和STP-TD型STP系統(tǒng)，按照STP系統(tǒng)互聯(lián)互通基本技術(shù)條件進行了改造，經(jīng)過軟件開發(fā)和調(diào)試、仿真試驗、現(xiàn)場驗證、聯(lián)調(diào)聯(lián)試、運行試驗等工作，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，實現(xiàn)了既定的目標(biāo)，機車在安裝不同型號地面設(shè)備的另一站運行，STP系統(tǒng)各項功能和技術(shù)條件滿足總公司《無線調(diào)車機車信號和監(jiān)控系統(tǒng)暫行技術(shù)規(guī)范》（鐵總運 [2014]182號）的要求。

5 結(jié)束語

隨著STP系統(tǒng)的普及使用，STP系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)互通的需求日益突出。通過對STP系統(tǒng)互聯(lián)互通技術(shù)的研究和實踐，對解決STP系統(tǒng)運用中出現(xiàn)的問題進行了嘗試，初步了解了STP系統(tǒng)互聯(lián)互通的基本技術(shù)要求和實現(xiàn)方法，對推動STP系統(tǒng)互聯(lián)互通的發(fā)展具有深遠意義。

[1]總公司《無線調(diào)車機車信號和監(jiān)控系統(tǒng)暫行技術(shù)規(guī)范》.（鐵總運[2014]182號）.

[2]總公司《列車運行監(jiān)控裝置（LKJ）調(diào)車監(jiān)控人機界面及運行記錄暫行技術(shù)要求》.（鐵總運[2014]340號）.

[3]總公司《無線調(diào)車機車信號和監(jiān)控系統(tǒng)（STP）運用維護管理辦法》.（鐵總運[2015]148號）.

責(zé)任編輯：萬寶安

來稿日期：2017-02-11