鄭西高鐵動(dòng)車組運(yùn)行場(chǎng)景分析

胡衛(wèi)巖

鄭西高鐵動(dòng)車組運(yùn)行場(chǎng)景分析

胡衛(wèi)巖

以正式開通運(yùn)營(yíng)的G2001為例，通過(guò)報(bào)文和消息對(duì)鄭西高鐵動(dòng)車組的一些運(yùn)行場(chǎng)景進(jìn)行了分析再現(xiàn)，比如ATP如何與地面無(wú)線閉塞中心RBC之間建立通信連接、發(fā)送行車許可的作用、以及ATP如何進(jìn)行級(jí)間轉(zhuǎn)換等。

消息;網(wǎng)絡(luò)注冊(cè);行車許可;級(jí)間轉(zhuǎn)換

鄭西高鐵自2010年開通運(yùn)營(yíng)以來(lái)，列控系統(tǒng)故障的分析判斷主要依據(jù)動(dòng)車組的運(yùn)行日志，而運(yùn)行日志記錄的全部是車載ATP和地面RBC之間交互的信息。因此通過(guò)車-地之間傳送的報(bào)文和消息，還原動(dòng)車組的運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景是進(jìn)行故障分析判斷的關(guān)鍵。本文以正式開通運(yùn)營(yíng)的動(dòng)車組G2001為例，通過(guò)報(bào)文和消息的內(nèi)容，對(duì)其運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景進(jìn)行分析再現(xiàn)。

1 鄭西高鐵G2001動(dòng)車組的運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景

G2001從鄭州站12道以C2部分監(jiān)控模式發(fā)車，當(dāng)越過(guò)反方向進(jìn)站信號(hào)機(jī)SXF外方的應(yīng)答器組028-1-23-5后，自動(dòng)轉(zhuǎn)為C2完全模式，隨后從鄭州西站1道通過(guò)。當(dāng)越過(guò)中繼1應(yīng)答器組069-2-1-13后，收到GSM-R無(wú)線網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)消息，于是列車開始進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)。無(wú)線連接建立后，車載ATP開始和RBC1之間通過(guò)交換無(wú)線消息Message來(lái)建立通信連接。當(dāng)RBC1通過(guò)列車發(fā)送的位置報(bào)告獲悉G2001已經(jīng)運(yùn)行至級(jí)間轉(zhuǎn)換點(diǎn)時(shí)，列車依據(jù)RBC1向車載發(fā)送的級(jí)間轉(zhuǎn)換預(yù)告包Package自動(dòng)轉(zhuǎn)為C3完全監(jiān)控模式。列車在西安北站終到停車前需要經(jīng)過(guò)4次RBC控制權(quán)切換。

2 通過(guò)報(bào)文和消息分析運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景

下面通過(guò)車載ATP與地面應(yīng)答器、RBC之間交換的報(bào)文和消息，詳細(xì)分析G2001與無(wú)線閉塞中心RBC1之間是如何建立通信連接的，RBC1向ATP發(fā)送的行車許可有什么作用，以及動(dòng)車組ATP如何進(jìn)行級(jí)間轉(zhuǎn)換等運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景。運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景示意圖如圖1所示。

2.1 場(chǎng)景一:5797信號(hào)點(diǎn)處建立通信連接

動(dòng)車組以CTCS-2級(jí)的完全監(jiān)控FS模式從鄭州西站I道通過(guò)。因069-2-1-13應(yīng)答器組內(nèi)第2個(gè)應(yīng)答器的報(bào)文中包含ETCS-42通信會(huì)話管理包，所以當(dāng)動(dòng)車組越過(guò)該應(yīng)答器組后，收到應(yīng)答器報(bào)文，便開始根據(jù)報(bào)文提供的RBC電話號(hào)碼NID_ RADIO呼叫RBC1。

10 s后，大約運(yùn)行至K580+240處，車載電臺(tái)和地面通信設(shè)備建立起了無(wú)線連接，于是車載ATP開始向RBC1發(fā)出請(qǐng)求建立通信連接的消息Message155#，并建立通信連接，如圖2所示，具體過(guò)程如下。

車載設(shè)備向RBC1發(fā)送建立通信會(huì)話消息M155，告訴RBC本動(dòng)車組的機(jī)車號(hào)NID_ENGINE。RBC1收到后，隨即向車載發(fā)送系統(tǒng)版本消息M32:版本號(hào)為M_VERS ION=16，并通過(guò)變量M_ACK=1要求車載設(shè)備收到該消息后回執(zhí)確認(rèn)。車載設(shè)備收到M32，認(rèn)為與RBC1之間的通信會(huì)話已建立，于是向RBC1發(fā)送M159通信會(huì)話已建立消息和M146確認(rèn)收到消息。

圖1 運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景示意圖

列車接著向RBC1發(fā)送經(jīng)過(guò)確認(rèn)的列車數(shù)據(jù)M129，其中包括:列車數(shù)據(jù)包P11，告訴RBC1本列車的車次號(hào)為NID_OPERTIONAL=G2001，列車類型為基本靜態(tài)曲線型NC_TRAIN=0，列車長(zhǎng)度為L(zhǎng)_TRAIN=210 m，最高限速V_MAXTRAIN= 350 km/h等;并通過(guò)位置報(bào)告包P0向RBC1報(bào)告其位置，告訴RBC1列車已經(jīng)過(guò)了NID_LRBG= 069-2-1-13應(yīng)答器組，列車運(yùn)行方向?yàn)檎颍熊嚠?dāng)前速度為165 km/h等信息。

RBC1收到列車數(shù)據(jù)消息后，發(fā)送列車數(shù)據(jù)確認(rèn)消息M8，并要求車載設(shè)備收到M8后給予回復(fù)(變量M_ACK=1)，于是列車就按要求向RBC1發(fā)送確認(rèn)回執(zhí)消息M146。

圖2 建立通信連接的車-地信息

2.2 場(chǎng)景二:C2轉(zhuǎn)為C3級(jí)間轉(zhuǎn)換預(yù)告

如圖3所示，當(dāng)列車越過(guò)應(yīng)答器組069-2-1-15后，向RBC1發(fā)送列車位置報(bào)告消息M136報(bào)告其位置。通過(guò)列車位置報(bào)告包P0，告訴RBC1列車已經(jīng)越過(guò)069-2-1-15應(yīng)答器組，運(yùn)行方向正向，速度為V_TRAIN=165 km/h，模式為M_MODE=完全監(jiān)控，等級(jí)為M_LEVEL=CTCS-2級(jí)。

于是RBC1向列車發(fā)送通常消息M24，其中包含等級(jí)轉(zhuǎn)換命令包P41并要求回復(fù)，用來(lái)預(yù)告前方有等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)，告訴列車從069-2-1-15應(yīng)答器組到等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)距離為D_LEVELTR=4652 m，也就是命令列車運(yùn)行到前方級(jí)間轉(zhuǎn)換執(zhí)行應(yīng)答器組069-2-2-3處必須轉(zhuǎn)換為M_LEVELTR=CTCS-3級(jí)，確認(rèn)等級(jí)轉(zhuǎn)換區(qū)域長(zhǎng)度為L(zhǎng)_ACKLEVELTR=400m，如果轉(zhuǎn)換不成功，保持CTCS-2。

圖3 級(jí)間轉(zhuǎn)換預(yù)告的車-地信息

列車?yán)^續(xù)運(yùn)行，越過(guò)應(yīng)答器組069-2-1-17后，向RBC1發(fā)送位置報(bào)告M136(P0)報(bào)告其位置。并在收到級(jí)間轉(zhuǎn)換預(yù)告后，向RBC1發(fā)送回執(zhí)消息M146。

RBC1收到回執(zhí)后，就向車載設(shè)備發(fā)送通用消息M24，包括位置報(bào)告參數(shù)包P58、行車許可請(qǐng)求包P57、配置參數(shù)包P3，并要求列車回復(fù)。位置報(bào)告參數(shù)包命令列車每T_CYCLOC=6 s，以及在每個(gè)應(yīng)答器點(diǎn)處向RBC1報(bào)告其位置。行車許可請(qǐng)求包命令列車在到達(dá)授權(quán)終點(diǎn)EOA/LOA顯示界限前T_MAR=12 s，并且每T_CYCRQST=8 s重復(fù)一次向RBC1請(qǐng)求獲得行車許可。配置參數(shù)包告知列車從最近相關(guān)應(yīng)答器組LRBG處開始配置參數(shù)生效，調(diào)車模式的允許速度為V_NVSHUNT= 40 km/h，目視行車模式的允許速度為V_NVONSIGHT=40 km/h，引導(dǎo)模式的允許速度為V_ NVSTFF=40 km/h，開口速度V_NVREL=0，溜逸距離不能超過(guò)D_NVROLL=5 m;當(dāng)監(jiān)控制動(dòng)到目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，允許實(shí)施常用制動(dòng);只有停車時(shí)，才允許緊急制動(dòng)緩解;不允許越過(guò)EOA;目視行車模式下最大運(yùn)行距離不受限制等。

列車收到后，發(fā)送對(duì)M24的確認(rèn)回執(zhí)消息M146。

2.3 場(chǎng)景三:RBC1發(fā)送第一個(gè)行車許可

如圖4所示，RBC1開始向車載設(shè)備發(fā)送行車許可(MA范圍內(nèi)包含一個(gè)臨時(shí)限速K592+872～K809+400，限速250 km/h)。RBC1已經(jīng)收到來(lái)自地面聯(lián)鎖的信息:滎陽(yáng)南站已經(jīng)開放IG通過(guò)進(jìn)路，且區(qū)段空閑。于是RBC1向列車發(fā)送行車許可消息M3，提供從應(yīng)答器組069-2-1-17一直到5973信號(hào)點(diǎn)處的行車許可MA。

圖4 發(fā)送行車許可的車-地信息

行車許可消息M3，包括CTCS-3級(jí)的行車許可包P15，線路條件包P68，位置報(bào)告參數(shù)包P58，行車許可請(qǐng)求參數(shù)包P57，配置參數(shù)包P3，靜態(tài)速度曲線包P27，坡度曲線包P21，鏈接信息包P5。其中P58、P57、P3系重復(fù)發(fā)送。

行車許可包告知列車:出口速度為0，MA長(zhǎng)度為L(zhǎng)_ENDSECTION=6270 m;LRBG前方有一長(zhǎng)度為L(zhǎng)_TRACKCONDK(1)=98 m的分相區(qū)。

靜態(tài)速度曲線包告知線路允許速度情況依次為:速度200 km/h，5855 m;速度180 km/h，3400m;速度200 km/h，161 m;速度160 km/h，425 m;速度310 km/h，6429 m。

坡度曲線包告知前方坡度情況依次為:平坡，1064 m;3%上坡，1796 m;10%上坡，2658 m;平坡，1567 m;1%下坡，1235 m;3%上坡，1595 m;平坡，4620 m;11%上坡，1500 m;平坡，235m。

鏈接信息包:連接了16個(gè)應(yīng)答器組，前方499 m的應(yīng)答器組069-2-1-17;距離增量1961 m的應(yīng)答器組069-2-1-19;增量1922 m的應(yīng)答器組069-2-2-05;直到應(yīng)答器組069-2-2-31。

因?yàn)榇薓A范圍是從LRBG最近相關(guān)應(yīng)答器組069-2-1-17(K580+945)到5973信號(hào)點(diǎn)處(K597 +215)，所以長(zhǎng)度為16270 m。而在此范圍內(nèi)包含從滎陽(yáng)南站出發(fā)信號(hào)點(diǎn)X3處到5973信號(hào)點(diǎn)處，長(zhǎng)4344 m的臨時(shí)限速區(qū)段，限速值為200 km/h。于是RBC1接著向車載發(fā)送了包含設(shè)置臨時(shí)限速信息包P65的M24消息，告知列車該臨時(shí)限速區(qū)段，并編為127號(hào)限速。

以上行車許可消息和包含臨時(shí)限速包的消息都要求列車回復(fù)。當(dāng)列車收到后，分別向RBC1發(fā)送了回執(zhí)M146。

根據(jù)RBC1發(fā)送給列車的位置報(bào)告參數(shù)包P58，每6s列車要向RBC1報(bào)告其位置，于是列車依據(jù)該要求向RBC1發(fā)送了位置報(bào)告M136(P0)，告訴RBC1此時(shí)列車已經(jīng)越過(guò)LRBG 069-2-1-17應(yīng)答器組。因?yàn)樯形吹郊?jí)間轉(zhuǎn)換執(zhí)行點(diǎn)，因此當(dāng)前等級(jí)仍為CTCS-2級(jí)。處于CTCS-2級(jí)的車載ATP雖然收到了來(lái)自RBC1的MA，但它仍然依據(jù)應(yīng)答器報(bào)文生成控車曲線。

2.4 場(chǎng)景四:級(jí)間轉(zhuǎn)換

當(dāng)列車到達(dá)069-2-2-3應(yīng)答器組(級(jí)間轉(zhuǎn)換執(zhí)行)后，按照前等級(jí)轉(zhuǎn)換預(yù)告包P41要求，列車在此處自動(dòng)轉(zhuǎn)換為CTCS-3級(jí)，并向RBC1報(bào)告其位置，告知RBC1已經(jīng)越過(guò)069-2-2-3應(yīng)答器組，且等級(jí)為CTCS-3。列車越過(guò)069-2-2-005應(yīng)答器組后，RBC1收到位置報(bào)告后，更新了MA，不過(guò)仍然未到5973信號(hào)點(diǎn)處(K597+215)。

2.5 場(chǎng)景五:MA延長(zhǎng)

當(dāng)列車越過(guò)應(yīng)答器組069-2-2-9(K587+236)，RBC1再次向列車發(fā)送MA，長(zhǎng)度為11920 m，即從該應(yīng)答器處直到5991信號(hào)點(diǎn)處。也就是說(shuō)隨著列車的運(yùn)行，將MA終點(diǎn)由5973信號(hào)點(diǎn)處延長(zhǎng)到5991信號(hào)點(diǎn)處。同時(shí)，臨時(shí)限速區(qū)段也延長(zhǎng)為6285 m(總長(zhǎng)216528 m，從K592+872到K809+ 400)。

車載ATP和地面RBC是CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)的核心設(shè)備，而CTCS-3列控系統(tǒng)又是高速鐵路運(yùn)行的中樞神經(jīng)，如果沒(méi)有這套連接列車、調(diào)度中心、信號(hào)傳送線路和設(shè)備的系統(tǒng)，再先進(jìn)的機(jī)車和再精良的軌道也無(wú)法維持高速運(yùn)行。因此，只有深入研究CTCS-3列控系統(tǒng)的各種運(yùn)行場(chǎng)景，才能管好、用好、維護(hù)好這一先進(jìn)的系統(tǒng)，才能保證高鐵運(yùn)營(yíng)的安全和效率。

［1］鐵道部科學(xué)技術(shù)司.科技運(yùn)［2008］127號(hào).CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)系統(tǒng)需求規(guī)范(SRSV1.0)［S］.北京:鐵道部運(yùn)輸局，2008.

In the case of CRH G2001 in normal operation，several operation scenes of CRH EMU operating on Zhengzhou－Xi＇an PDL are analyzed and played back through interpreting the packets and messages，including ATP＇s establishing a communication link with RBC，the function of sending an AM，and ATP level conversion．

Message;Network registration;Authorization ofmovement;Conversion of level

胡衛(wèi)巖:鄭州鐵路局鄭州電務(wù)段高級(jí)工程師450052鄭州

2012-02-21

(責(zé)任編輯:溫志紅)