關(guān)于CTCS-3級車地通信機(jī)制的分析探討

尹洪志

（中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司南京電務(wù)段，上海 210011）

中國列車控制系統(tǒng)（Chinese Train Control System，CTCS）主要功能是保證列車安全運(yùn)行，根據(jù)不同的線路條件和功能、不同的信息傳輸方式和閉塞技術(shù)，可以將CTCS系統(tǒng)劃分為5個等級，依次為CTCS-0～CTCS-4級。本文基于CTCS-3級列控系統(tǒng)工作原理以及車地通信工作機(jī)制，以300H型ATP設(shè)備CTCS-3模式通信異常為例，就車地通信各個環(huán)節(jié)進(jìn)行逐層分析探討，總結(jié)歸納通信故障處置流程，為日常設(shè)備維護(hù)和異常處理提供參考。

1 CTCS-3級列控系統(tǒng)組成及工作原理

CTCS-3級列控系統(tǒng)組成分為車載、地面兩大部分，地面核心設(shè)備是無線閉塞中心（RBC），其主要功能是通過綜合聯(lián)鎖、軌道電路傳輸?shù)男畔⑸尚熊囋S可（MA），通過GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給CTCS-3級車載設(shè)備。車載設(shè)備的核心是安全計算機(jī)，負(fù)責(zé)監(jiān)控列車的安全運(yùn)行，并與RBC進(jìn)行雙向信息傳輸，通過GSM-R無線通信系統(tǒng)報告列車位置、列車參數(shù)以及行車許可請求。CTCS-3級列控系統(tǒng)數(shù)據(jù)流如圖1所示。

圖1 CTCS-3級列控系統(tǒng)數(shù)據(jù)流

無線消息信息走向：無線閉塞中心與車載設(shè)備之間交互無線消息，車載設(shè)備向RBC發(fā)送：司機(jī)選擇輸入和確認(rèn)的數(shù)據(jù)，列車固有性質(zhì)數(shù)據(jù)以及在RBC的注冊、注銷等有關(guān)信息，定期向RBC報告正常時的列車狀態(tài)、非正常時的車載設(shè)備故障類型以及列車的位置、速度等；RBC主要實(shí)現(xiàn)向車載設(shè)備發(fā)送列車行車許可信息，主要包括列車運(yùn)行的目標(biāo)距離、目標(biāo)速度以及危險點(diǎn)相關(guān)信息等。

列車位置信息：列車位置的確定主要是通過車載設(shè)備參照應(yīng)答器組來實(shí)現(xiàn)，通常將被參照的應(yīng)答器組定義為最近相關(guān)應(yīng)答器組（LRBG）。車載設(shè)備通過綜合最近相關(guān)應(yīng)答器組及列車速度等信息參數(shù)向RBC發(fā)送位置報告。列車位置信息定義為列車前端與LRBG的位置關(guān)系，車載設(shè)備依據(jù)RBC發(fā)送的位置報告參數(shù)，按照時間（或空間）周期性報告、或當(dāng)列車的最大安全前端或最小安全末端已通過一個指定的位置時報告、或每經(jīng)過一個應(yīng)答器組報告、或立即報告等觸發(fā)條件給RBC發(fā)送位置報告。

行車許可（MA）：行車許可是指RBC授權(quán)每輛列車可以運(yùn)行的行車路徑和安全距離，是列車運(yùn)行的行車憑證和安全保證；其主要是依據(jù)列車當(dāng)前運(yùn)行方向、以列車位置報告的最近相關(guān)應(yīng)答器組為基點(diǎn)，以閉塞分區(qū)為基本單位的格式給出，它包括若干個區(qū)段的信息，區(qū)間里是指閉塞分區(qū)，站內(nèi)是指一條進(jìn)路。

2 CTCS-3級車地通信機(jī)制

GSM-R網(wǎng)絡(luò)作為CTCS-3級列控系統(tǒng)車地傳輸?shù)耐ǖ?，?shí)現(xiàn)車地之間安全信息的雙向傳輸。CTCS-3級列控系統(tǒng)與GSM-R網(wǎng)絡(luò)之間的接口為IFIX接口、IGSM-R接口，如圖2所示。

圖2 CTCS-3級列控系統(tǒng)與GSM-R網(wǎng)絡(luò)通信接口示意圖

列車注冊：車載設(shè)備啟動后，司機(jī)需手動輸入呼叫RBC的電話號碼和編號，以及車次號、列車長度等關(guān)鍵參數(shù)。列車注冊流程主要描述了列車自上電開始至行車許可請求的整個過程，如圖3所示。

圖3 列車注冊流程

任務(wù)啟動：車載設(shè)備在RBC注冊成功后，司機(jī)按壓“目視”鍵，即以目視模式行車。CTCS-3模式任務(wù)啟動流程如圖4所示。

圖4 CTCS-3模式任務(wù)啟動流程

車地通信會話管理：車載設(shè)備上電或接收呼叫RBC命令后，建立與RBC的通信會話。呼叫RBC的內(nèi)容包括RBC編號、電話號碼和將要執(zhí)行的操作。通信會話一旦建立后，如果出現(xiàn)安全連接偶然中斷，但地面設(shè)備沒有發(fā)出斷開連接的指令時，車載設(shè)備認(rèn)為通信會話仍然是建立的。當(dāng)安全連接中斷時，車載設(shè)備將進(jìn)行反復(fù)的連接嘗試。當(dāng)接收到終止通信會話命令，或者檢測到需要終止通信會話的錯誤，或者在任務(wù)開始階段RBC拒絕列車呼叫時，車載設(shè)備將終止通信會話。通信會話建立、終止過程如圖5所示。

圖5 通信會話建立、終止過程

3 CTCS-3級車地通信異常案例分析

2017年x月x號，CRH380CL-5624列 車（300H型ATP設(shè)備）在寧杭高鐵進(jìn)行動調(diào)試驗(yàn)，于23：20：45正常停車，后續(xù)運(yùn)行因RBC行車許可一直未更新，導(dǎo)致該車用盡行車許可后異常停車。通過下載PC卡數(shù)據(jù)分析如下。

1）CRH380-5624列 車 在 23：20：15收 到RBC發(fā)送的行車許可M3包，如圖6所示，最近相關(guān)應(yīng)答器組（LRBG）的編號為71-5-13-28，傳輸數(shù)據(jù)的有效性方向?yàn)檎颍?/p>

圖6 23：20：15RBC發(fā)送的行車許可M3包

2）該車在后續(xù)運(yùn)行過程中，車載設(shè)備正常向RBC發(fā)送列車位置報告，以23：28：24時間點(diǎn)為例，如圖7所示，通過分析可以確認(rèn)車載設(shè)備與RBC雙向通信正常，即車地通信通道正常、車載GSM-R無線傳輸單元以及無線閉塞中心RBC工作狀態(tài)良好；進(jìn)一步查看列車位置報告，此時位置定位仍然是基于71-5-13-28最近相關(guān)應(yīng)答器組，由于該車已越過多組應(yīng)答器，且處于250 km/h的速度運(yùn)行狀態(tài)，可以判斷信息交互時列車最近相關(guān)應(yīng)答器組一直處于未更新狀態(tài)，基于RBC工作機(jī)制，無線閉塞中心沒有發(fā)送新的行車許可M3包。

圖7 23：28：24列車向RBC發(fā)送列車位置報告

3）該車在00：01：30，司機(jī)重新啟動設(shè)備，列車運(yùn)行越過應(yīng)答器組71-5-11-6后，于00：16：24車載設(shè)備向RBC發(fā)送位置信息更新，00：16：44時，列車收到新的行車許可M3包，如圖8所示，此后列車正常運(yùn)行。

圖8 0：16：44列車收到新的行車許可M3包

4）通過對該車數(shù)據(jù)進(jìn)一步查找分析，在23：21：32該車觸發(fā)7級防溜逸制動，依據(jù)300H型ATP設(shè)備控車邏輯，當(dāng)列車觸發(fā)溜逸防護(hù)制動后，該車無論如何運(yùn)行，列車將不再發(fā)送列車實(shí)時位置更新，此時必須進(jìn)行ATP設(shè)備重啟后方可正常運(yùn)用。溜逸防護(hù)制動如圖9所示。

圖9 23：21：32列車觸發(fā)溜逸防護(hù)制動

5）通過以上案例分析可以看出，導(dǎo)致CTCS-3級車地通信異常存在多個環(huán)節(jié)、多個方面，首先在確認(rèn)車地通信通道、車載GSM-R電臺以及RBC工作狀態(tài)是否正常外，還應(yīng)重點(diǎn)查看有無異常制動等其他情況，依據(jù)ATP設(shè)備類型，充分考慮其控車邏輯等內(nèi)在因素后進(jìn)一步分析，找出導(dǎo)致車地通信異常的真實(shí)原因?；谝陨戏治?，CTCS-3級車地通信異常處置流程如圖10所示。

圖10 CTCS-3級車地通信異常處置流程圖

4 結(jié)束語

本文對CTCS-3 級列控系統(tǒng)工作原理進(jìn)行介紹，詳細(xì)描述CTCS-3系統(tǒng)中各種設(shè)備之間的聯(lián)系以及數(shù)據(jù)流走向，尤其對無線閉塞中心與CTCS-3級車載設(shè)備雙向通信的內(nèi)容進(jìn)行整理歸類；對CTCS-3級車地通信機(jī)制有關(guān)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，重點(diǎn)就列車注冊、CTCS-3模式任務(wù)啟動流程以及車地通信會話管理等方面作了初步探討；以300H型ATP設(shè)備CTCS-3模式通信異常為例，對車地通信各環(huán)節(jié)進(jìn)行了逐層剖析，總結(jié)歸納通信異常處置流程，為日常設(shè)備維護(hù)和異常處理提供一定的借鑒參考。

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