RBC-CBI接口優化研究

麻江帆 楊 韜

(1．北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070；2．北京市高速鐵路運行控制系統工程技術研究中心，北京 100070)

從2009 年第一條采用CTCS-3 級列車運行控制系統的武漢-廣州客運專線開通至今，已建成CTCS-3 級線路近2 萬km。為了解決部分核心部件和核心技術仍被國外廠商壟斷的問題，國內各主要廠商均開始研制完全自主知識產權的CTCS-3級列車運行控制系統。在2 萬km 豐富的運營經驗基礎上，作為CTCS-3 級列車運行控制系統地面核心設備的自主化無線閉塞中心（Radio Block Center，RBC）進行了一系列優化設計。

RBC 用于實時計算列車移動授權并通過無線指揮行車，其所需基礎線路信號授權信息來自于計算機聯鎖（Computer Based Interlocking，CBI），因此兩者之間的接口在CTCS-3 級列控系統中起著極其重要的作用。而在現場運營過程中，曾出現因CBI 數據配置錯誤，導致CBI 給RBC 發送的進路和實際設置的進路不一致，RBC 給列車發送錯誤的移動授權（Movement Authority，MA）信息，發生了重大的安全隱患。

針對RBC-CBI 接口進行詳細分析，并提出接口優化解決方案。

1 問題定位

CBI 接口數據是RBC 進行安全邏輯運算的基礎，用于移動授權、緊急停車等核心功能，其正確性決定了RBC 的安全性和可靠性。

按照當前RBC-CBI 接口協議，CBI 傳送以下信息給RBC。

1）站內軌道電路信息；

2）區間閉塞分區信息；

3）區間閉塞方向信息；

4）列車進路信息；

5）緊急區信息。

如圖1 所示，基于以上CBI 信息，當CBI 數據配置錯誤時，CBI 給RBC 發送的進路（XH →37）和實際設置的進路（X →7）不一致，RBC 根據接收到的CBI 數據給列車發送錯誤的MA 信息，此時道岔開向與MA 不一致，列車有脫軌的風險。

圖1 CBI數據配置錯誤風險示意圖Fig.1 Schematic diagram of CBI data configuration error risk

通過上述案例可知，除了CBI 數據配置錯誤本身的問題外，從補強接口的角度，目前的RBCCBI 接口中存在以下問題。

1）因CBI 發送的站內軌道電路、閉塞區間、列車進路、緊急區等信息為單一來源，RBC 無法對上述信息進行充分校核，只能完全信任CBI 接口數據。

2）RBC 發送給列車的行車許可范圍內，若存在道岔和信號機真實狀態與進路設置不一致的情況，不能及時縮短行車許可，存在極大的安全風險。

3）RBC 在道岔和信號機真實狀態與進路設置不一致的情況下，錯誤給列車延伸行車許可，存在極大的安全風險。

為了避免上述安全風險，本文對RBC-CBI 接口協議和RBC 處理邏輯進行優化研究，消除安全隱患。

2 借鑒原理

對于上述問題，借鑒道路導航軟件設計方案：駕車出行時，僅獲知道路名稱，但對道路的起始點、路口數量及路口轉向（路徑）、支路擁堵程度（路權）等關鍵信息不充分掌握，可能導致走向錯誤的方向。如圖2 所示。

圖2 借鑒道路導航軟件示意圖Fig.2 Schematic diagram of leaning from road navigation software

通過多重關鍵信息的融合校驗，核對道路方向、街道名稱、路口信息、標志性建筑、擁堵情況等多重信息，駕駛員可以保證行駛方向和路線的正確性。借鑒上述方案，可在RBC-CBI 接口中增加路權和路徑等關鍵信息，RBC 對行車許可范圍內的關鍵信息進行信息融合處理和校核，從而確保列車行車安全。

3 接口優化方案

3.1 接口協議優化目標

降低對數據配置、測試人員的依賴，降低對數據配置工具可靠性和測試案例完整度的依賴；提高對現場復雜運營環境的適應性；故障處理反應迅速有效，安全程度高。

3.2 接口協議優化

RBC-CBI 接口信息的本質是信號授權，即CBI 告知RBC 管轄范圍內的哪些進路可以用來給列車分配移動授權。

根據第2 節的原理，與路徑相關的信息包括原協議中的站內列車進路、站內軌道電路和區間閉塞分區等信息。其中區間為一維幾何結構，區間閉塞分區起點到終點之間的路徑唯一。因存在道岔，站內為二維幾何結構，在站內列車進路和站內軌道電路基礎上，考慮在協議中增加道岔，用于站內列車進路的路徑描述。

與路權相關的信息包括原協議中的站內列車進路和區間閉塞分區等信息，同樣因幾何結構的原因，在此基礎上，考慮在協議中增加進路對應的信號狀態信息，用于站內列車進路的路權描述。

具體地，分別對道岔信息和站內列車信號狀態信息進行碼位定義。其中道岔信息分別設置未知、定位、反位、預留4 種狀態，站內列車信號狀態分別設置信號關閉、正常、引導3 種狀態。

對RBC-CBI 接口進行優化后CBI 向RBC 發送的應用信息，其中包含新增的道岔信息和站內列車狀態信息如表1 所示。

3.3 R B C接口邏輯處理優化

根據上述接口協議優化，RBC 在接口層面獲取了更豐富的信息，如何將這部分信息精準使用在RBC控車邏輯上是下一個需要解決的問題。

為了對增加的接口信息實現精準處理，以RBC 自身的配置信息為基準，檢查接口信息并進行安全處理。本文提出兩種接口邏輯處理方案。

1）完全否定故障源方案

CBI 發送的信息校驗不通過，設置RBC 與CBI 通信中斷，完全不信任CBI，使得整個CBI 管內所有列車緊急停車。

方案優點：對故障源零容忍，反應迅速。

方案缺點：對現場運營效率和舒適度影響很大。

2）故障進路精準安全處理方案

CBI 發送的信息中，某進路信息校驗不通過，僅對校核不通過的進路進行處理，對出現問題進路進行精準的安全側處理，及時通知列車緊急停車，并進行報警提示。

方案優點：精準化處理可避免過度防護，有效減少對現場運營效率影響。

方案缺點：對故障無容忍，但對故障源有一定容忍度。

表1 RBC-CBI接口協議優化后的應用信息Tab.1 Application information after RBC-CBI interface protocol optimization

綜上所述，兩種方案都可以實現對故障的安全處理，區別在于：第一種方案完全否定故障源，安全性非常高，但對運營效率會造成影響；第二種方案對故障進路進行精準處理，避免了過度防護，對運營效率的影響較第一種方案較小。因此，在兩種方案都可以滿足對故障安全處理的情況下，優選第二種方案——故障進路精準安全處理方案。

3.4 故障進路精準安全處理方案

對于故障進路精準安全處理方案，牽涉到數據配置、主機處理邏輯等的修改，如圖3 所示。

圖3 故障進路精準安全處理邏輯Fig.3 Fault route accurate processing logic

1）增加配置數據：在RBC 靜態數據中，增加道岔定反位與進路關聯的配置信息，增加進路起點信號機與進路關聯的配置信息，增加站內軌道電路與進路關聯的配置信息。

2）RBC 軟件邏輯安全處理：RBC 故障進路處理機制根據列車所處位置、故障發生位置、故障來源等對故障情況采取不同的安全側處理方式。

a.當進路狀態與道岔狀態或信號狀態不匹配，若故障進路在MA 范圍內，則RBC 發送縮短MA至故障進路前；若故障進路在MA 范圍外，則RBC不延伸MA 至故障進路。

b.當進路狀態與站內軌道電路狀態不匹配，若故障進路為列車前方首條進路，則RBC 發送有條件緊急停車；若故障進路為列車前方非首條進路，則RBC 縮短MA 至故障進路前。

4 總結

針對現有RBC-CBI 接口協議進行缺陷分析，并根據借鑒原理，提出RBC-CBI 接口協議優化解決方案。首先，提出接口協議優化方案，新增部分RBC-CBI 協議數據；其次，提出兩種RBC 接口邏輯優化方案，從中優選故障進路精準安全處理方案。最后，對故障進路精準安全處理方案進行詳細闡述。該項技術目前已經在CTCS-3 級列控系統核心設備無線閉塞中心工程化實施中開始使用，極大的降低了現場運行的安全風險。