列控車載設備“無碼”問題研究

何鐳強，袁水平，王文濤，于寶慶

1 基本概念

車載關鍵設備軌道電路讀取器（TCR）接收并解譯軌道電路信息，若最終解碼結果為有效的信息碼并被ATP所接受，參與控車模式曲線計算，則該解碼結果為有碼；否則為無碼。在CTCS列控車載設備安全邏輯處理中“無碼”是一個很重要的狀態。無碼的基本定義：在應答器預告地面有碼（載頻不為0）的情況下，若車載設備未收到有效的軌道電路信息碼或無可用的軌道電路信息碼，則車載設備處于無碼狀態，簡記為NC。

車載設備由無碼變為有碼俗稱“上碼”，由有碼變為無碼俗稱“掉碼”。根據車載設備相關技術條件，在地面軌道電路信息一直有碼的情況下，信息接收應變時間不大于3.5 s；在地面軌道電路信息從有碼到無碼的情況下，信息接收應變時間不大于4.8 s［1-2］。無碼結果直接顯示在DMI上，當接收信息由HU碼或H碼變為無碼時顯示紅燈（H），其他情況下無碼顯示白燈（B）。

2 無碼的分類

無碼可按預期和非預期分類。預期的無碼是指專門設計的無碼區段，屬于正常情況，如站內進側線岔區無碼等；而非預期的無碼是指因設備故障（包括車載和地面）、人為操作失誤、解碼算法失敗或安全邏輯判別不通過等原因造成的無碼，屬于異常情況。本文重點討論后者，并以在CTCS-2級下的應用作為主要研究對象。為便于分析，非預期的無碼狀態可簡單歸為：故障無碼（NCA）；解碼失敗（NCB）；定義無碼，雖解碼成功，但按無碼處理（NCC）；邏輯無碼，雖解碼成功，但ATP判定為無碼（NCD）4類。

2.1 故障無碼NCA

故障無碼通常是由于設備故障或操作錯誤引起的，發生在靈敏度判別階段，其主要特征為所接收的信息不滿足靈敏度指標。如發碼設備故障、TCR天線斷線、傳輸通道短路或區間改方錯誤等。解決方案是從地面和車載兩方面排查故障點，保證軌道電路正常發碼并達到靈敏度要求。

2.2 解碼失敗NCB

解碼失敗發生在TCR解碼階段。在基于頻域解碼的算法中，若譜線位置、峰值和對稱性等指標超出設定閾值或未解譯出集內碼時，則解碼失敗。需要特別關注的是，在有較強帶內諧波干擾的情況下，時域和頻域靈敏度判別均會受到影響：時域波形畸變，頻域譜線散亂。在此種情況下，解碼輸出無碼是較為安全的措施。

2.3 定義無碼NCC

定義無碼是車載設備技術條件中規定的按無碼處理的低頻碼，如檢測碼（JC碼）和鎖頻碼（SP碼）。作為特殊信息，JC碼僅用于軌道電路檢查；SP碼是一個暫態碼，用于機車信號設備的載頻鎖定或切換，其自身無顯示含義［3］。在CTCS列控系統中JC碼定義為反向碼，僅當與［CTCS-3］包結合使用時作為有碼處理；而SP碼在C2或C3區段可視為集外碼，等同無碼。JC碼和SP碼的有效性及相關處理由ATP判定。車載設備對其他軌道電路信息的處理須符合TB/T 3060—2016的要求。

2.4 邏輯無碼NCD

邏輯無碼是指根據車載安全邏輯或特殊設計判定的無碼，是最為復雜的無碼情況。如所接收的軌道電路載頻與應答器［CTCS-1］包定義的不一致時，可按無碼處理。

車載設備無碼狀態的形成是ATP和TCR共同作用的結果。從接收軌道電路信息開始，ATP或TCR啟動無碼計時器，一旦超時，則車載設備進入無碼狀態。非預期無碼的形成見圖1。

圖1 非預期無碼的形成

3 處理原則和控制模式

無碼的處理與車載設備的可用性和安全性密切相關。在車載安全處理邏輯中無碼狀態作為安全側，一旦發生與軌道電路信息接收相關的非預期情況，則必須進行相應處理，確保故障導向安全。

3.1 基本原則

1）無碼制動原則。在應答器預告地面有碼（載頻不為0）的情況下，如果地面軌道電路信息為無碼或25.7 Hz、27.9 Hz，則進行如下處理：①若無碼之前為允許碼，則輸出最大常用制動；②若無碼之前為HU碼，則輸出緊急制動［4］。

2）無碼限速原則。在完全監控（FS）模式下，軌道電路信息為無碼或25.7 Hz、27.9 Hz時，車載設備最高允許速度不超過80 km/h（在［CTCS-3］包描述的反向區段運行時的27.9 Hz除外）。

3.2 車載控制模式

車載設備相關技術條件規定了在以下控制模式下無碼的安全要求［1］。

1）在部分監控（PS）和機車信號（CS）模式下，UU/UUS變無碼后的限速最多維持1 500 m，若1 500 m后仍無碼，則列車限速降為0并輸出最大常用制動命令。

2）在引導（CO）模式下，HU碼變無碼，宜輸出緊急制動命令。

3）在目視行車（OS）和調車（SH）模式下，軌道電路無碼時車載設備無反應。

3.3 反向運行

車載設備相關技術條件中有關反向運行的規定均是在FS模式下提出的［1-2］。當列車在［CTCS-3］包描述的反向區段以FS模式反向運行時，如果地面軌道電路信息為無碼或25.7 Hz，則進行如下處理：①若之前為允許碼，則輸出最大常用制動；②若之前為HU碼，則輸出緊急制動；③若之前為27.9 Hz，則輸出最大常用制動。

當列車在［CTCS-3］包描述的反向區段以FS模式反向運行時，如果地面軌道電路信息為27.9 Hz，行車許可終點（EoA）為當前閉塞分區終點［5］。

3.4 技術規范

根據TB/T 3483—2017中關于CTCS-2控制模式的規定以及TB/T3529—2018，總結出無碼與CTCS-2級車載控制模式的關系分別見表1和表2。由表1、表2可以看出，C3車載設備和C2車載設備在CTCS-2級車載控制模式下，其在技術規范層面是有所差異的，需在工程應用中加以關注。

表1 無碼與CTCS-2級車載控制模式邏輯關系（TB/T 3483—2017）

表2 無碼與CTCS-2級車載控制模式邏輯關系（TB/T 3529—2018）

4 特殊控制邏輯

4.1 載頻一致性判別

ATP應對TCR接收到的軌道電路信息進行載頻核對，若TCR接收到的軌道電路載頻與應答器描述的載頻不一致，車載設備應采取安全措施。載頻一致性判別的重點是有載頻的區段（載頻不為0）以及有載頻與無載頻的銜接段，若地面設計預告在UU/UUS后存在無碼區段（載頻為0），車載設備可直接跳過無碼區段內的載頻檢查，直接按無載頻處理。

4.2 側線接發車邏輯

根據文獻［1］，在側線接發車時應答器預告地面無碼（載頻為0）的情況下，在載頻為0的軌道區段收到無碼（含25.7 Hz、27.9 Hz），應認為行車許可終點為本閉塞分區末端。根據文獻［2］，在接收UU碼或UUS碼之后，列車進入道岔區段，車載設備接收的軌道電路信息轉為無信號時，將本閉塞的終點作為停車目標點計算。二者的差異是，前者強調了側線接發車場景和無碼的預期性，而后者強調只要滿足UU/UUS后的無碼場景即可。

4.3 軌道區段合并原則

當應答器組描述的數據超出應答器容量時，可將數據冗余部分由遠及近地對各閉塞分區內的軌道區段進行合并，合并后的各閉塞分區載頻為“無載頻”，閉塞分區點不得進行合并［8］。這種特殊設計的“無載頻”區段屬于預期無碼，但不宜設計在正線。因為在車載設備相關規范中規定，僅有條件地接受UU/UUS碼后的無碼，拒絕其他無碼，即使是有應答器［CTCS-1］包描述“載頻為0”。

5 NCD實例分析

本節通過CTCS-2級列控車載設備典型無碼故障，重點分析無碼成因以及車載設備的無碼處理原則［9-10］。

5.1 預期無碼觸發的制動

以圖2為例，列車（裝備CTCS2-200C車載設備）從某站8G發車至本站21G接車，當列車進入21G后，觸發最大常用制動后隨即緩解。根據車載設備SAM記錄數據初步分析：故障為FS模式下的無碼觸發的制動。

圖2 無碼故障觸發制動示意圖

列車接收到SH信號機處應答器組（038-1-04-002）［CTCS-1］包信息，預告列車走行35 m后為1 437 m的無載頻區段，見圖3。車載記錄在無碼狀態下走行1 449 m后觸發最大常用制動，接收到HU碼后隨即緩解。

圖3 ［CTCS-1］包數據

進一步分析發現，地面設計的無碼區段未超出1 500 m，符合相關規范。但由于車載上碼和掉碼的響應時間延遲和測速測距誤差，加之地面其他響應時間延遲等因素，從車載角度難以精確地定位無碼區段的長度，從而判定在有載頻區段未接收到有效低頻碼，最終由預期無碼演變為非預期無碼而觸發最大常用制動。

5.2 短軌道區段觸發的制動

列車（裝備CTCS2-200C車載設備）在某站發車后由L5碼掉碼，觸發最大常用制動。列車速度為71.5 km/h，掉碼2 s后正常上碼，制動自動緩解。

5.2.1 ATP處理邏輯

200C車載設備軌道區段數據更新須滿足以下條件之一：①當列車最小安全前端越過當前軌道區段終點+50 m時，列車所在當前軌道區段更新為下一軌道區段；②當ATP接收到下一個軌道區段載頻并且下一個軌道區段進入更新窗口，列車所在當前軌道區段更新為下一軌道區段。

軌道區段更新窗口最小值Wmin為

軌道區段更新窗口最大值Wmax為

式中：Ptrain為列車位置；Emin為最小測距誤差；Emax為最大測距誤差；D1為TCR天線到車頭距離；d為窗口參數，取值100 m。

5.2.2 故障分析

發生故障的軌道區段如圖4所示，根據［CTCS-1］描述的軌道區段信息，車載設備依次通過軌道區段A（129 m/2 000 Hz）、B（177 m/2 300 Hz）、C（745 m/2 000 Hz）。

圖4 L5掉碼示意圖

列車由A區段運行至B區段，當車載主控單元判斷列車最小安全前端位置大于B區段起點時，發出鎖頻命令：上行變為下行；軌道電路信息接收單元此時開始B區段譯碼并保持A區段譯碼結果（L5/2 000 Hz）；在TCR尚未完成B區段譯碼過程，ATP已經開啟下一軌道區段載頻搜索的窗口，TCR新收到的載頻命令為上行，根據ATP鎖頻命令重新開始譯碼，最終因超過無碼判定時間而導致掉碼，觸發制動。掉碼分析邏輯關系見圖5。

圖5 L5掉碼分析邏輯關系

綜上所述，掉碼的主要原因是200C車載設備載頻一致性檢查邏輯與較短的軌道區段連續上下行載頻切換設置不匹配所致。為此，提出通過適度調整車載設備窗口參數來優化載頻處理邏輯的方案，并進行了試驗室仿真測試。測試結果表明，適度調整窗口參數可有效解決該問題。

上述案例說明，除軌道電路信息碼因素外，在特定條件下應答器信息接收、列車運行速度、車載測速測距誤差等因素均可能影響車載設備信息接收，甚至出現無碼。因此，ATP邏輯和參數的選擇應統籌考慮，在保證安全性的基礎上考慮可用性。

6 結束語

在列控系統應用中，車載設備“無碼”是一種常見故障，現場車載設備掉碼的原因錯綜復雜，對相關規范及典型案例進行深入分析和研究，對提高列控車載設備的可用性和安全性具有重要意義。本文給出了無碼的基本概念和分類，并重點分析了NCD類無碼，系統梳理了規范中有關無碼的相關條款，最后通過典型實例，從車載角度深度解讀了無碼的處理原則。