應答器報文容量超限解決方案探討

任強，劉江沙

應答器是鐵路信號系統的基礎設備,是一種點式信息傳輸設備［1］,主要用于向列車車載發送相關的上行鏈路數據（報文）。地面應答器包括無源應答器和有源應答器,其中有源應答器發送的報文包括應答器鏈接、線路速度、軌道區段、臨時限速、默認、目視行車危險等信息包［2］。

在標準站內建立側線通過進路、發車進路時,進站、出站應答器需發送［ETCS-5］、［ETCS-27］、［ETCS-68］、［CTCS-1］、［CTCS-2］信息包,各信息包內容如下。

1）［ETCS-5］:應答器鏈接信息包［3］。主要內容為被鏈接應答器的相關信息,如應答器組與前一組的地區關系、是否鏈接成功等。

2）［ETCS-27］:線路速度信息包。主要內容為所描述的速度信息起始點的坐標、線路最大允許列車運行速度等。

3）［ETCS-68］:特殊區段信息包。主要內容為特殊軌道區段的長度、特殊軌道區段定義等,可以反映前方分相區信息。

4）［CTCS-1］:軌道區段信息包［4］。主要內容為描述的軌道區段起始點的坐標、軌道區段數量、軌道區段長度、軌道區段載頻等。

5）［CTCS-2］:臨時限速信息包［5］。主要內容為臨時限速信息有效區段長度、到臨時限速區段的距離、臨時限速區段長度、臨時限速的限制速度等。

1 應答器報文容量超限問題

在高鐵線路和普速鐵路線路的連接車站,由于軌道區段過多,且存在分相區［6］,在排列彎進直出進路時,會出現進站應答器報文容量超限的情況。當正線股道布置出站有源應答器且股道設置高站臺時,建立發車進路,在區間發車口下達多條臨時限速,正線出站有源應答器報文將會出現容量超限問題,若此時按照側線進行縮回處理,在特定場景下車載會觸發緊急制動,影響行車效率。本文就此問題進行分析,提出擴展［CTCS-2］信息包的解決方案,在下達多條限速時正常發送臨時限速,不會出現按照側線應答器信息實施限速縮回處理［7］的場景。這里只針對目前存在的特定場景下的應答器報文容量超限問題,提出解決方案；在其他實際場景的應用中,需進一步結合周圍環境,分析并選擇相應的實施方案。

2 進站應答器容量超限解決方案

在CTCS-3級某客專線路中,A站是高鐵線路與普速鐵路的連接車站,其車站平面示意見圖1。A站共含4條正線,與B站、C站、D站相鄰,其中C站、D站為高速站,B站為線路所。A站的XX和XXF口為普速聯絡線正線進站口,連接普速線路邊界車站B站（線路所）；SI和SII處由于存在圖定轉線作業,已分別增加設置一個有源應答器BSI和BSII。由于A站軌道區段較多,且存在分相區,此時排列彎進直出進路時存在應答器報文容量超過最大允許容量的情況,需要對此提出解決方案。

圖1 A站站場平面示意

2.1 進站應答器報文容量分析

A站在排列XX-IG-SF進路時,有源應答器BXX需填寫［ETCS-5］、［ETCS-27］、［ETCS-68］、［CTCS-1］、［CTCS-2］信息包［8］。其中:［ETCS-5］包 需 鏈 接4個 應 答 器,共186位；［ETCS-27］包 描 述3段 速 度 信 息,共114位；［ETCS-68］包 描 述1個 分 相 區,共65位；［CTCS-1］包需要描述10個軌道區段信息（包括已合并后的軌道區段）,共309位；［CTCS-2］包需打包1條限速,共107位；合計781位。

目前最大用戶信息包位數為772位,若此時依然按照最大數量填寫,將超出應答器最大位數,只能壓縮［CTCS-1］包。［CTCS-1］包的描述范圍至0575G,距SF發車口4 459 m,描述軌道區段信息共9個,見圖2。

圖2 有源應答器BXX的［CTCS-1］包描述范圍示意

在縮減［CTCS-1］包的描述范圍后,通過車載實驗結果發現:排列XX-IG-SF進路后,有源應答器BXX信息包長度描述不足導致減速（255＞219）,影響行車效率。

為解決有源應答器數據包容量超限問題,可以從“擴展［CTCS-1］包”和“縮短［CTCS-1］包”2個角度出發。“擴展［CTCS-1］包”:壓縮其他數據包空間,為［CTCS-1］包保留位數。“縮短［CTCS-1］包”:縮短所需要的［CTCS-1］包的長度,使當前描述的長度滿足不降速運行要求。根據以上2個思路,提出以下方案。

2.2 擴展[CTCS-1]包

為了解決車載降速問題,需增加BXX應答器中［CTCS-1］包的描述范圍。經過試驗發現,當［CTCS-1］包描述范圍至0601G時,可滿足不降速條件。此時BXX應答器中［CTCS-1］包描述范圍為6 341 m,描述軌道區段信息共10個,見圖3。

圖3 增加BXX應答器［CTCS-1］包描述范圍

為了給BXX應答器［CTCS-1］包保留足夠的位數,需要削減其余各包的數量。新增一段軌道區段信息需要24 bits。因此,需要至少刪減其他包的24 bits數據。

1）刪除BXX應答器［ETCS-68］包信息。有源應答器BXX的［ETCS-68］包主要是描述前方分相區的信息。在本站內當前進路方向,BSF應答組和B0573應答組中的無源應答器內也含描述正向有效［ETCS-68］包,BSF應答器組到分相區的距離為3 011 m,足以保證列車過分相信息描述；且該進路中XI信號機防護唯一發車進路,可在正線出站無源應答器BXI中增加正向有效的［ETCS-68］包,來進行分相區的信息描述。由于在通過進路內存在其他2個應答器組冗余描述了前方分相區信息,可選擇刪除BXX應答器中的［ETCS-68］包,以擴展［CTCS-1］包。

［ETCS-68］包共65 bits,容量超出了［CTCS-1］包需要增加的24 bits,此時可以保證BXX應答器描述的軌道區段信息包長度,保證列車不降速。

在A站實際應用中采用了此方案,刪除了BXX應答器的［ETCS-68包］,由無源應答器補充相應的［ETCS-68］包信息,在實際車站動態試驗過程中,可保證列車不降速通過。

2）縮 減BXX應 答器［ETCS-5］包 信息。BXX的［ETCS-5］包覆蓋BXX至BSF（含）范圍內所有的應答器組,共計4個應答器鏈接信息。可將［ETCS-5］包縮短至反出站有源應答器處（BSI）,由無源應答器BSI增加［ETCS-5］包,鏈接范圍至BSF（含）。此時BXX應答器中［ETCS-5］包只保留一個應答器鏈接信息。

一個應答器鏈接信息共39 bits,刪除兩個鏈接信息即可增加78 bits,超出［CTCS-1］包需要增加的24 bits,此時可以保證BXX應答器描述的軌道區段信息包長度,保證列車不降速。

2.3 縮短[CTCS-1]包

針對A站圖定轉線作業的特定場景,由于反出站設置一個有源應答器,因此可以通過在反出站應答器組中新增列控中心補充發送有源應答器信息,其中BSI、BXX應答器［CTCS-1］包信息范圍見圖4。

圖4 A站圖定轉線作業特定場景示意

BXX應答器報文在不修改［CTCS-1］信息包及其他各信息包的條件下,可以在BSI中增加［CTCS-1］包補充信息,即排列XX-IG進路時,BSI應答器除了發送往SI方向絕對停車包外,增加往XI方向的［CTCS-1］包信息,覆蓋范圍至0601G。

此時,車載將在BSI應答器處更新［CTCS-1］包信息,更新后的軌道區段信息可以覆蓋0601G,保證車載不降速。

3 出站應答器容量超限解決方案

在某客專線路中,E站正線股道設置有源應答器,其車站平面示意圖見圖5。E站共含2條正線,排列發車進路后,XF口外方下達限速時,出站應答器報文容量超過最大允許容量,會按照側線出站有源應答器進行限速回縮［9］處理,車載將觸發緊急制動,需要對此提出解決方案。

圖5 E站站場平面示意

E站在排列SII-XF進路時,有源應答器BSII需填寫［ETCS-5］、［ETCS-27］、［ETCS-68］、［CTCS-1］、［CTCS-2］信息包。其中:［ETCS-5］包需鏈接1個應答器,共69位；［ETCS-27］包描述4段速度信息,共142位；［ETCS-68］包描述1個分相區,共65位；［CTCS-1］包需要描述12個軌道區段信息,共357位；［CTCS-2］包至少打包1條限速,共107位；合計748位。

目前最大用戶信息包位數為772位,此時還未超出應答器位數,但是建立SII-XF發車進路后,當在進路內下達限速命令時,每增加一條限速命令需要38 bits；當下達2條限速命令時,超出了應答器信息包位數的最大范圍,故按照側線出站有源應答器限速縮回處理。［CTCS-2］包限速范圍見圖6、圖7。當車載設備在進站應答器處獲取實際距離、長度的限速命令時,正線限速提前縮回將導致列車制動［10］。

圖6 實際限速范圍

圖7 回縮后限速范圍

為了解決車載限速范圍回縮的問題,且提高行車效率,需增加BSII應答器中［CTCS-2］包內包含的限速條數。根據相關規范要求,［CTCS-2］包需保留4條限速信息的位數。為了給BSII應答器［CTCS-2］包保留足夠的位數,則需要減少其余各包的數量。新增一段限速信息需要38 bits,按要求需要增加3條限速,因此,需要至少刪減其他包的114 bits數據。

1）刪除［ETCS-68］包信息。有源應答器BSII的［ETCS-68］包主要是描述前方分相區的信息。由于SII信號機只防護唯一發車進路,在BSII組內的無源應答器中增加的正向有效的［ETCS-68］包,來進行分相區的信息描述,同時在BXF組中的無源應答器內也含描述正向有效的［ETCS-68］包,足以保證列車過分相信息冗余,因此可選擇刪除BSII有源應答器中的［ETCS-68］包,以擴展［CTCS-2］包。

2）合并［ETCS-27］包信息。出站應答器BSII的［ETCS-27］包的范圍見圖8。在本站內,建立SII-XF正線發車進路,當［ETCS-27］包中遠端閉塞分區內存在多個速度變化點,且遠端的允許速度高于近端的允許速度時,為了可以給［CTCS-2］包預留空間,可以將遠端的軌道區段按照低速進行合并,如圖9所示。其中［ETCS-27］中一個速度信息是28 bits,可以給［CTCS-2］包預留出28 bits。

圖8 BSII應答器軌道區段合并前［ETCS-27］包范圍

圖9 BSII應答器軌道區段合并后［ETCS-27］包范圍

3）合并［CTCS-1］包信息。出站應答器BSII的［CTCS-1］包的范圍如圖10所示,為了可以給［CTCS-2］包預留空間,BSII應答器組中可對數據冗余部分由遠及近對各閉塞分區內的軌道區段進行合并,但應至少保留離去區段的信息。在本站內,遠端的兩個閉塞分區內均存在多個軌道區段,因此可以將同一個閉塞分區內的軌道區段進行合并,如圖11所示,可以預留出3個軌道區段,一個軌道區段是24 bits,與刪除的［ETCS-68］包、合并的［ETCS-27］包一共可以空出165 bits,此時可以保證BSII應答器［CTCS-2］包的限速范圍。

圖10 BSII應答器軌道區段合并前［CTCS-1］包范圍

圖11 BSII應答器軌道區段合并后［CTCS-1］包范圍

4 結論

本文對不同場景下的應答器報文超限問題進行分析。排列彎進直出進路,進站應答器容量超限時,提出保證列車不降速通過的解決方案,從刪減其他信息包和新增軌道區段范圍入手,分別針對不同場景實現了存在分相區和圖定轉線場景下的數據包壓縮方案和軌道區段包延長方案。正線股道布置有源應答器且股道設置高站臺,報文容量超限時,為了不進行側線限速縮回處理,提出擴展［CTCS-2］包的解決方案。