鄭西客運專線CTCS-3級列控系統(tǒng)及其用戶需求驗證

何春明 馬鐵剛

（北京和利時系統(tǒng)工程有限公司，北京 100176）

1 CTCS-3級列控系統(tǒng)用戶需求

CTCS-3級列控系統(tǒng)滿足運營速度350 km/h、最小追蹤間隔3 min的運營要求，正向按自動閉塞追蹤運行，反向按自動站間閉塞運行。全線無線閉塞中心（RBC）設(shè)備集中設(shè)置，列控系統(tǒng)車載設(shè)備采用連續(xù)目標(biāo)距離模式曲線、設(shè)備制動優(yōu)先的控制方式監(jiān)控列車安全運行，CTCS-2級作為CTCS-3級的后備模式，無線閉塞中心或無線通信故障時，以CTCS-2模式控制列車運行。

CTCS-3級列控系統(tǒng)運營場景包括注冊與啟動、注銷、級間轉(zhuǎn)換、RBC-RBC切換、行車許可、重聯(lián)與摘解、調(diào)車作業(yè)、進出動車段、自動過分相、臨時限速、災(zāi)害防護、特殊進路、人工解鎖進路、降級運行共14個運營場景。

CTCS-3級列控系統(tǒng)各設(shè)備功能特征滿足CTCS-3級列控系統(tǒng)系統(tǒng)需求規(guī)范（SRS）中的要求。

2 鄭西線CTCS-3級列控系統(tǒng)

2.1 構(gòu)成

基于CTCS-3級列控系統(tǒng)需求，結(jié)合鄭州-西安客運專線（以下簡稱鄭西線）的特點，構(gòu)建了本線的信號系統(tǒng)。鄭西線信號系統(tǒng)主要由下列子系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成：調(diào)度集中控制子系統(tǒng)（CTC）、列控子系統(tǒng)（CTCS-3級列控系統(tǒng)含CTCS-2級列控功能）、聯(lián)鎖子系統(tǒng)、集中監(jiān)測子系統(tǒng)、電源子系統(tǒng)。

其中，列控子系統(tǒng)由地面設(shè)備和車載設(shè)備構(gòu)成。地面設(shè)備由無線閉塞中心（RBC）、列控中心（TCC）、臨時限速服務(wù)器（TSRS）等組成，如圖1所示。車載設(shè)備由車載安全計算機、GSM-R無線通信單元、軌道電路信息接收單元、應(yīng)答器信息接收單元、記錄單元、人機界面和列車接口單元等組成，如圖2所示。

2.2 基本原理

無線閉塞中心（RBC）是CTCS-3級列控系統(tǒng)的核心設(shè)備，RBC通過與車站聯(lián)鎖系統(tǒng)的接口獲取軌道電路、聯(lián)鎖進路等信息并生成行車許可，通過與臨時限速服務(wù)器接口獲取臨時限速信息，通過GSM-R無線通信系統(tǒng)將行車許可、臨時限速和線路參數(shù)等傳輸給CTCS-3級列控車載設(shè)備，同時接收車載設(shè)備發(fā)送的位置和列車數(shù)據(jù)等信息。CTCS-3級列控系統(tǒng)包含CTCS-2級列控模式，由列控中心負責(zé)軌道電路編碼、應(yīng)答器報文生成、臨時限速報文生成等功能。臨時限速服務(wù)器負責(zé)臨時限速的全面管理，包括與RBC接口實現(xiàn)對CTCS-3級臨時限速的管理和與TCC接口實現(xiàn)對CTCS-2級臨時限速的管理。CTCS-3級車載設(shè)備包含CTCS-2級功能作為后備模式，兩種等級間可實現(xiàn)不停車轉(zhuǎn)換。

2.3 設(shè)備實現(xiàn)

鄭西線RBC采用三取二的冗余安全結(jié)構(gòu)，設(shè)備間通信大量采用基于適用于開放網(wǎng)絡(luò)的安全通信協(xié)議，遵循Subset-098。RBC可實現(xiàn)車載設(shè)備注冊、臨時限速管理、移動授權(quán)的生成、延長及縮短等基本功能。并以RBC與RBC設(shè)備直連方式，實現(xiàn)RBC交權(quán)過程中線路數(shù)據(jù)的平滑銜接，支持車載設(shè)備單電臺情況下RBC交權(quán)的特殊功能要求，配備安全鍵盤，具備人工輸入安全信息的安全管理功能。全線配備10個大屏幕顯示器，5個主用和5個備用，實現(xiàn)對全線行車狀態(tài)的監(jiān)視。

TCC采用二乘二取二安全冗余結(jié)構(gòu)，設(shè)備間通信采用多種安全通信協(xié)議。TCC實現(xiàn)應(yīng)答器報文控制、軌道電路編碼、軌道電路方向控制、區(qū)間方向控制、臨時限速管理等基本功能，應(yīng)答器報文采用實時組幀方式實現(xiàn)，臨時限速在技術(shù)上可以以m為單位設(shè)置。

TSRS采用二乘二取二安全冗余結(jié)構(gòu)，設(shè)備間通信采用多種安全通信協(xié)議。TSRS實現(xiàn)接收并保存臨時限速命令計劃，撤銷待執(zhí)行的臨時限速命令，對全線臨時限速命令的存儲、校驗、撤銷、拆分、設(shè)置和取消等基本功能。

車載設(shè)備采用二乘二取二安全冗余結(jié)構(gòu)，設(shè)備間通信采用安全通信協(xié)議。車載設(shè)備具有模式曲線計算、運行模式管理、過RBC交權(quán)區(qū)管理、無線通信連接管理、應(yīng)答器信息接收、軌道電路信息接收、列車測速與定位、行車許可管理、制動命令管理、自動過分相命令管理、列車接口管理、司機界面等基本功能。并包含有作為后備的CTCS-2級控車模式。

表1 鄭西線CTCS-3級列控系統(tǒng)測試序列舉例

3 鄭西線CTCS-3級列控系統(tǒng)用戶需求驗證

3.1 測試階段的劃分

按照系統(tǒng)生命周期的“V”字模型描述方法，CTCS-3級列控系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)過程和測試驗證過程具有以下對應(yīng)關(guān)系，如圖3所示，其中，聯(lián)調(diào)聯(lián)試和試運行環(huán)節(jié)重點是對用戶需求進行驗證和確認。

3.2 驗證用戶需求的測試案例

為驗證CTCS-3級列控系統(tǒng)用戶需求的各項功能特征，結(jié)合聯(lián)調(diào)聯(lián)試和試運行的系統(tǒng)級試驗特點，按照鄭西線實際工程情況，編制了23個測試序列。表1為鄭西線CTCS-3級列控系統(tǒng)的一個測試序列，通過該序列的測試，可驗證列車注冊與啟動、行車許可延長和縮短、臨時限速設(shè)置和取消、注銷4個運營場景及17項列控系統(tǒng)功能特征。

續(xù)表

3.3 用戶需求的驗證信息

用戶需求的驗證宏觀上依托于列控車載設(shè)備的設(shè)備動作，用戶可根據(jù)車載設(shè)備人機界面的顯示或車載設(shè)備的制動輸出，對測試項目進行評估和異常記錄；而用戶需求的最終判定，來自于列控系統(tǒng)各子系統(tǒng)記錄的交互信息。通過記錄信息的數(shù)據(jù)回放分析，可以更加清晰、準(zhǔn)確地掌握到數(shù)據(jù)流向和數(shù)據(jù)內(nèi)容，判斷系統(tǒng)需求完成的正確性、系統(tǒng)需求完成程度或系統(tǒng)異常的故障點，如圖4、5所示。

4 進一步完善CTCS-3級列控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的建議

通過鄭西線聯(lián)調(diào)聯(lián)試及試運行期間進行的測試，不僅完成了鄭西線列控系統(tǒng)用戶需求驗證，同時更進一步驗證了中國鐵路CTCS-3級列控系統(tǒng)各項標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的可行性。根據(jù)實際測試的結(jié)果，我們可以得出結(jié)論：CTCS-3級列控系統(tǒng)用戶需求明確、系統(tǒng)架構(gòu)合理、各種設(shè)備性能構(gòu)成合理，但作者認為在實現(xiàn)系統(tǒng)需求的個別具體方法上，CTCS-3級列控系統(tǒng)也存在進一步優(yōu)化的空間，如表2所示。希望文章中給出的幾點小建議，對進一步完善CTCS-3級列控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范能起到作用。

表2 完善CTCS-3級列控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建議

[1]張曙光．CTCS-3級列控系統(tǒng)總體技術(shù)方案[M].北京：中國鐵道出版社，2008.

[2]科技運[2008]127號 CTCS-3級列控系統(tǒng)系統(tǒng)需求規(guī)范（SRS）[S]．

[3]科技運[2009]59號 CTCS-3級列控系統(tǒng)系統(tǒng)測試案例[S].

[4]科技運[2010]21號 CTCS-3級列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則（V2.0）[S].