樞紐復雜場景下無線超時問題優化方案

劉偉玲

（中國鐵路南昌局集團有限公司電務部，南昌 330002）

隨著高速鐵路大規模的建設和開通，CTCS-3（簡稱C3）級列控系統得到大規模的運用，實現最高運營速度350 km/h，大大提高鐵路的運輸效率及安全。為保障列控信息傳輸的可靠性及安全性，C3列控系統根據計算機聯鎖（CBI）、臨時限速服務器（TSRS）、無線閉塞中心(RBC)、調度集中（CTC）和列控車載設備（ATP）等提供的信息，生成列車行車許可（MA）等信息，并通過鐵路數字移動通信（GSM-R）網絡進行車-地信息交互，并輔以無線通信超時判斷機制。因此，研究和減少無線通信超時故障，對保障動車組的持續安全運行具有重要意義。

為實現C3級列控系統跨線運行，在樞紐地區多線交匯車站需設置相鄰RBC切換邊界以實現列車控制權的安全切換，但樞紐站場情況復雜易導致C3與CTCS-2（簡稱C2）行車許可不一致而引發無線超時問題。以合福高鐵上饒樞紐上饒站至上饒線路所段為背景，對在該段RBC移交過程中CTCS3-300T型ATP車載設備C3與C2行車許可不一致引發無線超時問題進行深入分析，探尋無線超時發生前各相關系統設備邏輯演化過程，以研究并比選解決問題的最優技術方案。

1 樞紐多線交匯車站上饒站C3級列控系統管轄情況

C3 級列控系統是基于 GSM-R無線通信實現車-地信息雙向傳輸，由RBC生成MA，軌道電路實現列車占用檢查，應答器實現列車定位，并兼具 C2 級功能的列車運行控制系統。當車載設備以C3級完全模式運行時，車載設備按周期或事件觸發（如最近相關應答器組有更新等）向RBC發送位置信息，RBC按周期或事件觸發發送一般消息，維系車-地正常通信。車載設備依據RBC分配參數值（默認20 s）來監督車-地的通信狀態，如超過20 s沒有收到RBC消息，則判斷無線通信超時并輸出最大常用制動；無線通信超時超過40 s未恢復且列車速度低于后臺C2允許速度，或40 s內列車速度小于50 km/h且低于后臺C2允許速度，則會提示司機降級，司機確認后降級為C2等級運行。在C3級線路，車載設備以C2等級控車最高允許速度下降為300 km/h，對運營效率帶來一定影響。

上饒站是杭長高鐵、合福高鐵線多線交匯樞紐車站。其中，合福高鐵上饒合福場由合福RBC6管轄，上饒線路所為杭長RBC4管轄，合福高鐵上饒合福場經上饒東南聯絡線與杭長高鐵上饒線路所連接。上饒樞紐RBC管轄如圖1所示，上行線RBC管轄分界點為上饒東南聯絡線48信號點（坐標L2K4+831）、下行線RBC管轄分界點為上饒東南聯絡線49信號點（坐標L1K4+950）。列車由上饒合福場向上饒線路所運行時，需由合福RBC6（移交RBC）向杭長RBC4（接收RBC）進行移交，移交切換點即為管轄分界點。

2 樞紐多線交匯車站上饒站無線通信超時產生原因

無線通信超時產生原因較為復雜，涉及通信、信號等多個專業，按不同故障原因歸類，C3無線通信超時產生的原因有車載設備故障、公網運營商外部干擾、GSM-R網內直放站多徑干擾、通信設備（含基站、基站控制器、碼變換和速率適配單元、移動交換中心設備及傳輸、電源等配套設備，部分區段還包含光纖直放站區間中繼設備)故障以及RBC設備故障。

以上5類故障基本涵蓋目前無線通信超時故障類別。區別于上述描述，基于上饒樞紐杭長高鐵與合福高鐵交匯、兩線RBC切換點設置在上饒東南聯絡線的特殊設計，在特定的情況下列車運行在上饒東南聯絡線上、下行線均會發生無線通信超時降級問題。例如：2021年3月25日G1676次、5月3日G1638次，在上饒東南聯絡線上行線發生無線通信超時降級問題；2022年1月25日G1639次在上饒東南聯絡線下行線發生無線通信超時降級問題。以2021年3月25日G1676次為例，深入分析基于樞紐特殊場景下無線超時產生的機理。

2.1 概況

2021年3月25日12:20:30，G1676次(CRH 380AL-2545）從合福高鐵上饒合福場出站，經上饒東南聯絡上行線運行至上饒線路所區間（上饒線路所 L2K4+780）時，ATP提示“與C2行車許可不一致”，12:22:01觸發無線超時制動，后續降級C2運行。

2.2 分析

無線通信超時降級故障產生原因較為復雜，需綜合通信、信號等多專業聯合分析。因GSM-R網絡承載ATP與RBC通信服務，以GSM-R網接口監測數據為突破口，可快速定位無線超時大致方向。

2.2.1 接口監測定位分析

當日G1676次無線通信超時發生位置在ShangRao_BUB小區（設備廠家及型號：華為DBS3900），現場組網及動車組運行情況如圖2所示。

分析PRI接口電臺呼叫記錄，如圖3所示，G1676次MT1（14981873541）在12:20:27異常掛斷，于12:26:48起呼恢復C3模式運行；進一步分析PRI接口信令數據如圖4所示，在車-地數據交互正常且未下發包含結束會晤包的M24消息的情況下，車載電臺異常向杭長RBC4（接收）發送M156消息結束無線會話，期間電臺測量報告顯示通信網絡正常，現場排查網絡情況正常。

2.2.2 ATP與杭長RBC4主動拆鏈原因分析

ATP與杭長RBC4主動拆鏈原因需從RBC移交流程開始，查看對應時段的ATP記錄文件及RBC日志文件，如圖5所示。

1）RBC移交

12:19:56，G1676次上饒合福場S6出站壓入發車進路道岔區段，而此時前車G1652次剛壓入上饒線路所進站尾部占用接近區段48G。根據碼序追蹤原則，此時G1676次運行至上饒合福場道岔區段跟隨L21LQG發送U碼。

同時，合福RBC6判斷距離移交邊界長度滿足條件向G1676次發送包含杭長RBC4電話號碼的P131包，通知ATP可以使用備用電臺提前呼叫杭長RBC4，做好雙電臺RBC正常移交準備，12:20:11，G1676次備用電臺與杭長RBC4正常建立通信。

2） C3行車許可與C2行車許可比較

查看RBC日志，12:20:13前車G1652次完全壓入上饒線路所進站信號機內方出清接近區段48G后，12:20:15合福RBC6收到杭長RBC4發送的M221授權相關消息，顯示延伸MA長度1 171 m。12:20:19合福 RBC6計算本 RBC管轄范圍 2 574 m 加上杭長 RBC4 管轄范圍 1 171 m，向G1676次發送長度為3 745 m的MA（終點為上饒線路所S進站信號機）。車載JRU數據顯示ATP收到RBC發來更新的M3，C3行車許可延升并越過杭長RBC4管轄管界。ATP接收機車信號仍為U碼(地面設備碼序保持，不因前車出清48G而變化 )，C2行車許可長度為 2 547 m。C3行車許可與C2行車許可對比差值1 171 m（比對情況如表1所示）。

表1 C3與C2行車許可比對Tab.1 Comparison of C3 and C2 MAs

根據《CTCS-3級ATP行車許可結合軌道電路信息暫行技術條件》（TJ/DW200-2018）的規定，軌道電路信息為U碼時，C3級ATP實時獲取軌道電路信息許可長度并且與C3級MA長度進行實時比較。若C3級MA長度大于軌道電路信息許可長度且差值大于100 m，則C3級ATP將MA終點位置立即縮短至軌道電路信息許可終點處。在此條件下，C3行車許可與軌道電路信息許可（即C2行車許可）應立即進行比較，并縮短至軌道電路信息許可終點處。

3）異常拆鏈

C3與C2行車許可比較后，根據鐵總工電[2018]18號規范，C3行車許可按C2行車許可截取為2 547 m。此時正處于RBC移交過程，因C3行車許可被大幅度截斷導致無法覆蓋移交邊界，ATP刪除截取后的MA終點以外的RBC移交預告信息，故斷開與接收（杭長）RBC4連接。ATP異常與接收RBC4結束會話后，RBC4在70 s后會刪除該車信息，并停止與移交RBC6的正常通信，7 s后移交RBC6停止向ATP發送應用消息，20 s后ATP觸發無線超時制動，因當前列車速度低于50 km/h，車載設備提示降級。

通過上述分析，可以發現ATP主動與接收（杭長）RBC4拆鏈為本次無線通信超時降級故障的直接原因；C2與C3行車許可比較截取是引發ATP主動與接收（杭長）RBC4拆鏈的誘因；碼序保持是C2與C3行車許可比較截取的觸發條件。

2.2.3 碼序保持原因分析

查看當時地面相關信號設備狀態，發現C2行車許可不延伸原因為前車出清48G后G1676次所在岔區仍發送U碼，存在碼序保持現象。進一步查看發碼電路并參照《列控中心技術規范》（科技運[2010]138號） 4.3.3.12條“對于列車進路，列車壓入進站或出站信號機內方第一區段后，如信息變化為升級碼序時，TCC應保持咽喉區發碼不變……”印證了該處碼序設計符合技術規范。

3 問題分析思考及優化方案

綜上分析，各相關系統設備工作符合技術規范要求。通過該案例的分析反映出列控無線通信業務涉及專業面廣，單一專業的分析往往無法準確的定位問題原因，必須綜合相關專業分析才能最終查明原因。例如，本案例通過通信、信號專業（ATP/RBC）綜合分析才定位為車、地系統在特殊場景下不匹配。只有通過梳理發生場景的特殊性，并針對性地提出優化方案方能克服此類問題。

查看故障發生時列車占用站場情況如圖6所示，并結合RBC設備設置情況，可以清晰的發現該場景存在4點特殊性：1）RBC邊界設在兩站間少于4個區段的閉塞分區上；2）列車緊急追蹤，列車出站后接收U碼，前車出清RBC邊界所在區段；3）岔區碼序保持，因岔區碼序保持導致列控車載設備觸發C2與C3行車許可比較，C3行車許可截取后無法覆蓋延伸至接收RBC，導致無線通信超時降級發生；4）ATP主動與接收RBC拆鏈，因C3行車許可被截斷導致無法覆蓋移交邊界，ATP刪除存儲的MA終點以外的RBC移交預告信息，斷開與接收RBC連接。以上4點都具備，該處即可觸發無線通信超時降級。

3.1 優化方案比選

為從根本上解決該場景下無線通信超時降級的問題，只需針對以上4點之一進行優化，即可克服問題。下面將分別對應4點制定優化方案，并比選出最優方案。

方案一：RBC邊界設置優化

工程設計時考慮RBC邊界設置，避免將RBC邊界設計在兩站間少于4個區段的閉塞分區上，杜絕該場景下C3與C2行車許可比較。該方案適用于工程設計初期。

方案二：控制列車運行密度，避免列車緊追蹤

該場景產生最基本原因為列車緊跟蹤在U碼條件下出站，在L3/L2/L/LU碼序下緊跟蹤出站，ATP只會輸出報警提示不會主動與RBC斷開通信連接。如對合福高鐵上饒樞紐上饒合福場往上饒線路所方向列車運行優化行車組織，防止列車在U/HU碼出站造成無線超時C3降級，但需人為調整計劃時間卡控CTC進路自動觸發時機較難實現。

方案三：岔區碼序保持時間修改為4 s

合福高鐵上饒合福場按照《列控中心技術規范》（科技運[2010]138號）進行占用道岔區段碼序保持處理。如采用最新《列控中心技術條件》（TB/T 3439-2016）6.3.4“對于列車進路，列車壓入進站或出站信號機內方第一區段后，如軌道電路信息變化為升級碼序時，TCC應在列車占用并發送原低頻碼4 s后再改變咽喉區的低頻碼”要求修改，將道岔區段碼序保持修改為4 s后升碼，如車載設備解碼及C2/C3行車許可截取動作需4 s，則可完美克服該問題。但實際上車載設備個體存在差異，解碼及C2/C3行車許可截取動作普遍在2.5～4 s之間，該方案不能完全克服該場景下無線超時問題。

方案四：ATP處理邏輯優化，不主動與接收RBC拆鏈

修改ATP軟件，在C3與C2雙曲線比較縮短MA至RBC移交點前，不刪除存儲的MA終點以外的RBC移交預告信息。不主動與接收RBC拆鏈，仍保持與接收RBC連接，按C3截取后MA行車，待碼序或位置更新后重新計算MA。ATP軟件修改后可完美解決該場景下ATP異常拆鏈問題，從而避免引發無線超時。該方案適用性強，可解決全路其他同類樞紐站場存在的無線超時隱患。

通過比選分析可以得出結論，方案四為本案例的最優解決方案。

4 結束語

目前，全路無線通信超時問題仍較為突出，因涉及的專業及接口多，實際運用中仍有一定數量的無線通信超時故障原因不明。該案例融合各系統記錄數據、對照相關規范，深入分析最終查明原因。可以預見，通過對設計源頭持續優化并不斷整治設備，全路CTCS-3級列控系統的無線超時問題必然能夠得到有效控制。