CTCS-3級列控系統(tǒng)無線閉塞中心功能需求研究

劉中田，孫偉亮

（北京交通大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，北京 100044）

列車運行控制系統(tǒng)（簡稱列控系統(tǒng)）是保障高速鐵路行車安全、提高運輸效率的核心。CTCS-3級列控系統(tǒng)是中國列車運行控制系統(tǒng)（CTCS）的重要組成部分之一，它采用鐵路專用全球移動通信網(wǎng)（GSM-R）實現(xiàn)列車－地面之間連續(xù)、雙向的信息傳輸[1]。由于列控設(shè)備現(xiàn)場測試往往工程花費巨大，有些測試項具有危險性或不可再現(xiàn)性等原因，建立CTCS-3級列控系統(tǒng)的仿真測試平臺具有重要意義。無線閉塞中心（RBC）是控制列車行車的關(guān)鍵設(shè)備，該設(shè)備的功能完整性直接決定了CTCS-3級列控系統(tǒng)的控車安全性和控車效率。因此，為了構(gòu)建CTCS-3級列控系統(tǒng)仿真測試平臺，急需開展RBC功能樣機的研究與實現(xiàn)工作。本文正是針對這一需求，重點研究RBC的功能需求、信息流及外部接口等。

1 CTCS-3級列控系統(tǒng)分析

CTCS-3級列控系統(tǒng)依照規(guī)范設(shè)計，是利用查詢應(yīng)答器進行列車定位及位置校正，通過GSM-R傳輸列車與地面間交互信息，并采用軌道電路進行列車完整性檢測的列車運行控制系統(tǒng)。車載設(shè)備主要包括：車載安全計算機、無線通信車載接口設(shè)備、應(yīng)答器接收模塊(Ba l i se Tr ansmission Module，BTM)等；地面設(shè)備主要包括：無線閉塞中心（RBC）、列控中心（TCC）、軌旁電子單元（LEU）、地面應(yīng)答器等。

RBC是CTCS-3級列控系統(tǒng)的核心地面設(shè)備，它根據(jù)從外部地面系統(tǒng)（列控中心、聯(lián)鎖設(shè)備、臨時限速服務(wù)器等）接收到的信息（軌道區(qū)段占用、進路狀態(tài)、臨時限速等），以及從車載設(shè)備獲得的信息（列車參數(shù)、位置報告等），生成發(fā)送給列車的控制命令，提供行車許可（MA），使列車在RBC管轄范圍內(nèi)的線路上安全運行。在CTCS-3級列控系統(tǒng)中，車載設(shè)備與無線閉塞中心設(shè)備的功能完整性是保證整個系統(tǒng)安全、高效運行的關(guān)鍵。

2 無線閉塞中心功能分析

無線閉塞中心（RBC）設(shè)備是一個基于計算機的系統(tǒng)，它在CTCS-3級地面子系統(tǒng)中與外部設(shè)備的連接情況如圖1。與RBC相連的外部設(shè)備主要包括：調(diào)度集中（CTC）系統(tǒng)、列控中心、聯(lián)鎖系統(tǒng)、相鄰RBC、監(jiān)控工作站、維護工作站、GSMR接入服務(wù)器等。

圖1 RBC與外部設(shè)備的連接圖

RBC是CTCS-3級列控系統(tǒng)的地面核心設(shè)備，完成的主要功能有：（1）無線通信管理；（2）行車許可計算；（3）RBC交接管理；（4）列車信息管理；（5）車載設(shè)備模式管理；（6）內(nèi)部數(shù)據(jù)庫管理等。

2.1 無線通信管理功能

無線閉塞中心設(shè)備應(yīng)能夠與車載設(shè)備共同完成建立通信會晤、保持通信會晤和終止通信會晤這3個功能。

建立通信會晤應(yīng)由車載設(shè)備發(fā)起，按照如下步驟進行：

（1）車載設(shè)備應(yīng)請求與地面設(shè)備建立安全連接，不斷重復(fù)請求直到連接成功或超過規(guī)定的次數(shù)為止。

（2） 一旦建立安全連接，車載設(shè)備應(yīng)立即向RBC發(fā)送通信會晤初始化信息。

（3）一旦RBC接收到初始化信息，應(yīng)立即發(fā)送系統(tǒng)版本信息。

（4）車載設(shè)備收到系統(tǒng)版本號信息，向RBC發(fā)送一個包含車載設(shè)備電話號碼的會晤已建立的報告。

如果沒有故障發(fā)生，通信會晤一旦建立，將一直保持，直到列車完成運行任務(wù)。如果存在無線通信盲區(qū)，RBC應(yīng)預(yù)先將盲區(qū)的起始位置和結(jié)束位置通知車載設(shè)備，由車載設(shè)備在無線盲區(qū)末端嘗試恢復(fù)無線通信。

車載設(shè)備應(yīng)按下列步驟終止通信會晤：

（1） 車載設(shè)備應(yīng)發(fā)送終止通信會晤的消息。

（2）一旦接收到終止通信會晤消息，RBC應(yīng)認(rèn)為通信會晤已終止并向車載設(shè)備發(fā)送確認(rèn)信息。

（3）當(dāng)接收到確認(rèn)信息，車載設(shè)備應(yīng)認(rèn)為通信會晤已終止并要求釋放與RBC的安全連接。

2.2 行車許可計算功能

2.2.1 行車許可計算概述

R B C基于下列信息為列車生成行車許可（MA）：

（1） 進路信息（由聯(lián)鎖系統(tǒng)獲得）。（2） 線路信息（由靜態(tài)數(shù)據(jù)庫獲得）。（3）軌道電路狀態(tài)信息（由軌道電路和自動閉塞設(shè)備獲得）。（4）RBC交界點附近的線路數(shù)據(jù)（由相鄰RBC獲得）。（5）臨時限速（由CTC獲得）。

2.2.2 行車許可的授予和更新

RBC對管轄范圍內(nèi)的CTCS-3級列車的MA進行控制，MA決定了是否允許列車運行以及允許運行的距離。

RBC利用與前一個MA相同的最新相關(guān)應(yīng)答器組（LRBG）或一個新的LRBG來延伸MA：

（1） 給出一個新的閉塞分區(qū)。（2）給出兩個或更多的閉塞分區(qū)。

2.3 RBC交接管理

當(dāng)列車從一個RBC區(qū)域進入另一個RBC區(qū)域時，這兩個RBC需要對列車控制權(quán)限進行切換。正常情況下，列車從一個RBC切換到另一個RBC無需司機干涉，且不應(yīng)引起列車制動。當(dāng)“移交”RBC檢測到列車接近切換邊界而無法延伸MA時，“移交”RBC通過與“接收”RBC通信，得到延伸MA必要的地面信息，同時通知“接收”RBC有列車需要登錄。通過“移交”RBC與“接收”RBC之間的通信，實現(xiàn)列車的無縫切換。

2.4 列車信息管理

RBC的列車信息管理包括：列車數(shù)據(jù)管理和列車位置管理。

RBC管理的列車數(shù)據(jù)包括：列車種類；列車長度；最大允許速度；載重；軸重；列車能接受的牽引電壓；氣密系統(tǒng)；列車車次號。

RBC應(yīng)當(dāng)根據(jù)車載設(shè)備的位置報告實時更新列車位置數(shù)據(jù)。RBC應(yīng)檢查列車位置信息，確認(rèn)列車在本RBC的管轄范圍內(nèi)。如果超出了管轄范圍，則向車載設(shè)備發(fā)送報警信息并向車載發(fā)送斷開連接的命令。

2.5 車載設(shè)備模式管理

RBC應(yīng)支持以下的車載設(shè)備模式：完全監(jiān)督模式（FS）；目視行車模式（OS）；人工駕駛模式（SR）；調(diào)車模式（SH）；待機模式（SB）；冒進防護模式（TR）；后冒進防護模式（PT）；隔離模式（IS）；退行模式（RV）；系統(tǒng)故障模式 （SF LKJ后備）。

RBC應(yīng)監(jiān)督列車的運行模式，在某些情況下，RBC可以關(guān)聯(lián)不同的模式曲線建議列車改變運行模式，但司機必須介入。

2.6 內(nèi)部數(shù)據(jù)庫管理

RBC內(nèi)部數(shù)據(jù)庫管理功能主要完成數(shù)據(jù)管理、查詢和記錄功能。RBC內(nèi)部數(shù)據(jù)庫主要包含線路靜態(tài)數(shù)據(jù)庫、列車數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫、線路動態(tài)數(shù)據(jù)庫以及診斷/記錄數(shù)據(jù)庫等。

2.6.1 RBC內(nèi)部數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)管理功能

管理RBC完成CTCS功能需要的各種相關(guān)數(shù)據(jù)。包括數(shù)據(jù)的創(chuàng)建、數(shù)據(jù)的離線處理等。在本RBC數(shù)據(jù)庫設(shè)計中，采用文本文件的形式管理數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)編輯階段按車站和區(qū)間分別建立文本數(shù)據(jù)文件，即針對每一個車站建立一個車站文本數(shù)據(jù)文件，針對每一個站間區(qū)間建立區(qū)間文本數(shù)據(jù)文件，從而便于數(shù)據(jù)的管理?？紤]到設(shè)備讀寫文件的效率和安全性，完成數(shù)據(jù)庫的文本數(shù)據(jù)文件后，再離線用程序?qū)⑦@些數(shù)據(jù)庫文本文件處理成二進制數(shù)據(jù)文件，此二進制數(shù)據(jù)文件為RBC設(shè)備使用的數(shù)據(jù)庫文件。

2.6.2 RBC內(nèi)部數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)查詢功能

提供RBC完成CTCS功能需要的各種相關(guān)查詢函數(shù)。RBC的各個其他功能模塊不可直接操作數(shù)據(jù)庫文件，采用數(shù)據(jù)查詢函數(shù)獲取自己需要的各種數(shù)據(jù)。查詢函數(shù)按其他功能模塊的要求完成相應(yīng)的查詢功能。

2.6.3 RBC內(nèi)部數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)記錄功能

記錄RBC完成CTCS功能需要記錄的各項數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括RBC的運行狀況，緊急控制命令，故障狀態(tài)相關(guān)輸入輸出信息和一些RBC運行需要記錄的動態(tài)數(shù)據(jù)等。

3 無線閉塞中心信息流及接口分析

無線閉塞中心和外部設(shè)備之間的信息流如圖2。

圖2 RBC與外部設(shè)備之間的信息流

無線閉塞中心與計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)、CTC系統(tǒng)、列控中心、GSM-R接入服務(wù)器、相鄰RBC、RBC維護機和監(jiān)測系統(tǒng)通過外部接口交互信息。無線閉塞中心的外部接口如下所述：

（1）與計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的接口：RBC由聯(lián)鎖系統(tǒng)獲得進路信息。接口類型：以太網(wǎng)通信連接。

（2）與CTC系統(tǒng)的接口：RBC由CTC系統(tǒng)獲得臨時限速信息，并實時將運行狀態(tài)信息反饋給CTC系統(tǒng)。接口類型：以太網(wǎng)連接。

（3）與列控中心的接口：RBC通過列控中心獲得軌道占用信息。接口類型：以太網(wǎng)通信連接。

（4）與GSM-R接入服務(wù)器的接口：車載設(shè)備通過GSM-R系統(tǒng)向RBC匯報列車狀態(tài)信息，包括位置信息、速度信息、列車長度和列車重量等。RBC通過GSM-R系統(tǒng)向列車發(fā)送行車許可等信息。接口類型：以太網(wǎng)連接。

（5）與相鄰RBC的接口：RBC通過該接口交換列車交放權(quán)信息、線路信息、列車狀態(tài)信息等。接口類型：以太網(wǎng)連接。

（6）與維護機之間的接口：RBC向維護機匯報運行信息，包括臨時限速、行車許可、進路信息、運行狀態(tài)等。接口類型：串口通信連接。

（7）與監(jiān)測系統(tǒng)之間的接口：RBC向監(jiān)測系統(tǒng)匯報運行信息、故障處理信息等。接口類型：串口通信連接。

4 結(jié)束語

本文重點研究了無線閉塞中心（RBC）的功能需求、信息流及外部接口等。通過對CTCS-3級列控系統(tǒng)的系統(tǒng)需求進行規(guī)范深入的分析，得出RBC應(yīng)具有的主要功能。在仿真平臺中實際應(yīng)用表明，本文所述的RBC功能需求、信息流及外部接口等能夠滿足CTCS-3級列控系統(tǒng)仿真測試平臺建設(shè)需求。

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