CTCS－3級(jí)列控動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)探討

闞 峰 高利民 吳 楠

目前全路大多電務(wù)試驗(yàn)車(chē)的主要信號(hào)檢測(cè)設(shè)備都配備了軌道電路檢測(cè)、補(bǔ)償電容檢測(cè)和應(yīng)答器報(bào)文檢測(cè)系統(tǒng)，而新研制的高速綜合檢測(cè)列車(chē)除此之外，還對(duì)應(yīng)答器電氣特性、牽引不平衡電流、車(chē)載無(wú)線通信接口監(jiān)測(cè)等做了嘗試。但無(wú)論是綜合檢測(cè)車(chē)還是電務(wù)試驗(yàn)車(chē)，針對(duì)高速鐵路的CTCS－3級(jí)列控系統(tǒng)檢測(cè)設(shè)備的研制應(yīng)用尚屬探索階段。

由于在實(shí)際CTCS－3級(jí)線路運(yùn)行過(guò)程中，不斷出現(xiàn) “通信超時(shí)”、“車(chē)載和地面設(shè)備故障”、“車(chē)－地信息不一致”等現(xiàn)象，因此結(jié)合高速鐵路的維修特點(diǎn)，迫切需要研發(fā)系統(tǒng)級(jí)的CTCS－3級(jí)列控綜合檢測(cè)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)電務(wù)設(shè)備維修和線路安全保障。同時(shí)，通過(guò)高速鐵路列控系統(tǒng)綜合檢測(cè)和聯(lián)調(diào)聯(lián)試，對(duì)相關(guān)裝備和設(shè)施進(jìn)行綜合測(cè)試、評(píng)估，可以加快我國(guó)高速鐵路列控系統(tǒng)新技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)高速鐵路列控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展。

圖1 CTCS－3級(jí)列控系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

1 CTCS－3級(jí)列控系統(tǒng)功能分析

CTCS－3級(jí)列控系統(tǒng)在功能實(shí)現(xiàn)上，從車(chē)載到地面經(jīng)過(guò)多個(gè)環(huán)節(jié)和節(jié)點(diǎn)，每個(gè)環(huán)節(jié)接口都承擔(dān)不同的任務(wù)和功能，如圖1所示。

從圖1看到，除Igsm－r、Um和Ifix接口外，其他都是控制系統(tǒng)內(nèi)部接口，也有很多需要監(jiān)測(cè)的信息 （如車(chē)載端 DCU、ODL、JRU 等，地面的CTC、TSR、IL等）。Ifix接口又包含Abis接口、A接口和PRI接口，見(jiàn)圖2。從整個(gè)CTCS－3級(jí)列控系統(tǒng)功能分析，CTCS－3級(jí)列控動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)能滿足以下需求。

1．適用于車(chē)載列控系統(tǒng)，或者新建線路的綜合試驗(yàn)及聯(lián)調(diào)聯(lián)試。

2．適用于高鐵互聯(lián)互通試驗(yàn)驗(yàn)證；針對(duì)列控系統(tǒng)運(yùn)用過(guò)程中發(fā)生故障，或者出現(xiàn)車(chē)－地不兼容的問(wèn)題，分析問(wèn)題的真實(shí)原因。

圖2 CTCS－3級(jí)列控系統(tǒng)接口簡(jiǎn)圖

3．適用于地面固定設(shè)備工作狀態(tài)的常規(guī)檢測(cè)。

4．適用于檢測(cè)過(guò)程中問(wèn)題定位和問(wèn)題查找，輔助高速鐵路線路信號(hào)設(shè)備維護(hù)維修。

2 CTCS－3級(jí)列控動(dòng)態(tài)檢測(cè)項(xiàng)目分析

從功能和測(cè)試內(nèi)容，CTCS－3級(jí)列控動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)包含地面信號(hào)設(shè)備檢測(cè)、CTCS－3級(jí)列控通道綜合檢測(cè)、車(chē)載設(shè)備監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)分析。

2．1 地面信號(hào)設(shè)備檢測(cè)

由于應(yīng)答器、軌道電路、補(bǔ)償電容、調(diào)諧單元等設(shè)備中，均有機(jī)械部件與鋼軌或者道床連接，所以此類機(jī)械部件故障在地面信號(hào)設(shè)備故障中占很大的比例。軌道扣件與鋼軌的絕緣程度、無(wú)砟道床的錯(cuò)誤接地、站內(nèi)與區(qū)間軌道電路的絕緣節(jié)、鋼軌跳線等，均會(huì)影響軌道電路的正常工作。采用車(chē)載檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)軌道電路和應(yīng)答器檢測(cè)，不僅能在新建線路聯(lián)調(diào)聯(lián)試時(shí)發(fā)揮重要作用，而且對(duì)日常運(yùn)用中預(yù)防事故發(fā)生，保障運(yùn)輸效率都有重要意義。

1．軌道電路綜合檢測(cè)。CTCS－3級(jí)列控系統(tǒng)中，軌道電路實(shí)現(xiàn)列車(chē)占用檢查，為RBC生成行車(chē)許可提供基礎(chǔ)信息。平均約1km設(shè)置一個(gè)區(qū)段，區(qū)段內(nèi)約隔100m設(shè)置一個(gè)補(bǔ)償電容，區(qū)間每段軌道電路兩端均設(shè)置電氣調(diào)諧單元 （BA、SVA）。由于在高速條件下，高電壓、大電流、整體道床中復(fù)雜電磁環(huán)境都會(huì)對(duì)軌道電路產(chǎn)生較大影響，因此，在總結(jié)分析了軌道電路各影響因素后，應(yīng)對(duì)軌道電路的出入口電壓、軌道電路傳輸特性、分路不良、鋼軌絕緣、補(bǔ)償電容狀態(tài)、鋼軌不平衡電流等進(jìn)行檢測(cè)和分析，并結(jié)合車(chē)載ATP信息的實(shí)時(shí)輸入和輸出，分析判斷地面設(shè)備工作狀態(tài)和輔助分析列控中心工作狀態(tài)。

軌道電路測(cè)試分析系統(tǒng)能夠根據(jù)檢測(cè)結(jié)果參數(shù)和列控?cái)?shù)據(jù)基礎(chǔ)信息，如制式、長(zhǎng)度、電容 （容值）設(shè)置、道砟電阻、出口電壓等，通過(guò)仿真繪制軌道電路標(biāo)準(zhǔn)傳輸曲線，建立軌道電路區(qū)段模型，將檢測(cè)結(jié)果曲線與標(biāo)準(zhǔn)傳輸曲線進(jìn)行對(duì)比，分析軌道電路傳輸特性，進(jìn)而對(duì)補(bǔ)償電容容值下降、失效，漏泄過(guò)大等原因進(jìn)行智能化判斷。

2．應(yīng)答器綜合檢測(cè)。CTCS－3級(jí)列控系統(tǒng)中，應(yīng)答器主要用于向列控系統(tǒng)車(chē)載設(shè)備提供位置、等級(jí)轉(zhuǎn)換、建立無(wú)線通信等信息，同時(shí)向車(chē)載設(shè)備提供線路速度、線路坡度、軌道電路、臨時(shí)限速等線路參數(shù)信息，滿足后備系統(tǒng)需要。應(yīng)答器的質(zhì)量和報(bào)文數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，直接決定了車(chē)載列控系統(tǒng)安全運(yùn)行及其效率。應(yīng)答器檢測(cè)應(yīng)對(duì)其技術(shù)條件進(jìn)行分析和研究，并在此基礎(chǔ)上對(duì)應(yīng)答器位置、用途、速度信息覆蓋范圍、鏈接關(guān)系、邏輯關(guān)系，以及上傳電平和頻率進(jìn)行分析。

應(yīng)答器綜合檢測(cè)包括應(yīng)答器電氣特性檢測(cè)，報(bào)文正確性、完整性和線路數(shù)據(jù)一致性，以及應(yīng)答器丟失和外觀檢測(cè)。需要結(jié)合車(chē)載ATP輸入和輸出情況，綜合判斷應(yīng)答器性能或車(chē)載設(shè)備運(yùn)行狀況，并按照CTCS－3應(yīng)答器應(yīng)用原則，對(duì)應(yīng)答器默認(rèn)報(bào)文和非法報(bào)文進(jìn)行識(shí)別。

2．2 列控通道綜合檢測(cè)

CTCS－3級(jí)列控通道綜合檢測(cè)主要是為了檢測(cè)列控?cái)?shù)據(jù)傳輸通道的工作質(zhì)量和通道中各接口及設(shè)備的工作狀態(tài)。應(yīng)包含GSM－R無(wú)線通信質(zhì)量檢測(cè)、GSM－R無(wú)線空中接口 （Um接口）監(jiān)測(cè)、車(chē)載Igsm－r接口監(jiān)測(cè)3個(gè)部分。

1．GSM－R無(wú)線通信質(zhì)量檢測(cè)。目前CTCS－3級(jí)線路中常發(fā)現(xiàn)的故障多數(shù)由于通信質(zhì)量引起，如小區(qū)切換異常，導(dǎo)致無(wú)線超時(shí)故障 （小區(qū)內(nèi)不停的乒乓切換），表現(xiàn)形式主要為小區(qū)與MT間的無(wú)線鏈路失敗，接收電平超標(biāo)，通信質(zhì)量嚴(yán)重惡化；列車(chē)當(dāng)前占用的信道被釋放，車(chē)載與RBC通信中斷，C3降級(jí)為C2。對(duì)GSM－R無(wú)線通信質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，能夠判斷車(chē)載列控設(shè)備降級(jí)等故障是否由于通信質(zhì)量造成。

2．GSM－R無(wú)線空中接口 （Um接口）監(jiān)測(cè)。Um接口是列控?zé)o線終端與基站BTS間的數(shù)據(jù)傳輸通道。為了滿足GSM－R的傳輸機(jī)制，在這個(gè)接口中還包含了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的控制信息、測(cè)量信息等。

不同的通信終端可能會(huì)在測(cè)量報(bào)告和某些信息處理方面有所不同，會(huì)導(dǎo)致在同樣的無(wú)線環(huán)境下執(zhí)行不同的操作，其中有些操作可能會(huì)干擾正常的通信并影響數(shù)據(jù)傳輸。采用Um接口監(jiān)測(cè)，可以接收到列控?zé)o線數(shù)據(jù)傳輸終端所有上行信令和BTS發(fā)給無(wú)線終端的下行信號(hào)，并以此確認(rèn)無(wú)線終端向BTS上報(bào)的測(cè)量報(bào)告。由于MSC要根據(jù)移動(dòng)終端的測(cè)量報(bào)告 （下行接收狀態(tài)）和上行基站測(cè)量報(bào)告確定切換，因此通過(guò)監(jiān)測(cè)就可以發(fā)現(xiàn)移動(dòng)終端本身的故障問(wèn)題。另一方面，通過(guò)解調(diào)用戶層信息，可以與Igsm－r接口的信息 （上行）和地面PRI接口（下行）對(duì)比，判斷無(wú)線終端是否發(fā)生信息失真。

3．車(chē)載Igsm－r接口監(jiān)測(cè)。Igsm－r接口連接了控制終端到無(wú)線傳輸終端，其接口監(jiān)測(cè)應(yīng)能確保連接的可靠和無(wú)源，避免影響列控運(yùn)營(yíng)。通過(guò)Igsm－r接口監(jiān)測(cè)，可以采集車(chē)載控制端與無(wú)線終端間發(fā)送和接收的所有數(shù)據(jù)。這個(gè)接口的上傳數(shù)據(jù)應(yīng)該與到達(dá)地面RBC的數(shù)據(jù)一致，如果有變化或丟失，一定是傳輸過(guò)程中出現(xiàn)故障；相反的通道也是一樣。因此監(jiān)測(cè)通道數(shù)據(jù)主要是為了判斷列控傳輸通道是否正常傳輸了車(chē)載控制端和RBC間的各種信息。

2．3 車(chē)載運(yùn)行記錄監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)分析

在日常行車(chē)過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)ATP故障和報(bào)警，現(xiàn)象表示有：車(chē)載設(shè)備運(yùn)行中DMI報(bào) “安全軟件失敗”、“主機(jī)與DMI通信中斷”、 “ATPCU故障、與主叫通信中斷”、“CTCS－2故障”、“應(yīng)答器報(bào)文錯(cuò)誤”、“BTM故障”、DMI速度表顯示波動(dòng)大等。另外由于特殊場(chǎng)景導(dǎo)致的列車(chē)運(yùn)行異?，F(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生。由于高速鐵路 “天窗”修時(shí)間基本安排在夜間，因此應(yīng)結(jié)合高鐵電務(wù)設(shè)備的實(shí)際情況，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)維修進(jìn)行調(diào)查，認(rèn)為在車(chē)載運(yùn)行記錄監(jiān)測(cè)中，應(yīng)對(duì)ATP運(yùn)行行為、表現(xiàn)及場(chǎng)景做好記錄和分析，從而有助于完善列控系統(tǒng)及輔助信號(hào)設(shè)備維護(hù)維修。

車(chē)載運(yùn)行記錄監(jiān)測(cè)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)車(chē)載列控設(shè)備記錄監(jiān)測(cè)，包括：①車(chē)載列控設(shè)備 （各類報(bào)警在內(nèi)）的工作狀態(tài)記錄功能；②車(chē)載列控設(shè)備采集軌道電路、應(yīng)答器、車(chē)－地通信 （車(chē)載GSM－R通信單元－地面RBC）等各類數(shù)據(jù)記錄監(jiān)測(cè)功能；③車(chē)載DMI司機(jī)操作等各類操作記錄功能；④車(chē)載安全計(jì)算機(jī)運(yùn)算過(guò)程數(shù)據(jù)及運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)記錄功能。

通過(guò)分析應(yīng)能實(shí)現(xiàn)：①根據(jù)運(yùn)行記錄提取標(biāo)準(zhǔn)的場(chǎng)景，以用于生成規(guī)范測(cè)試序列；②根據(jù)CTCS－3級(jí)列控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范，建立完整標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試案例庫(kù)；③根據(jù)CTCS－3級(jí)列控系統(tǒng)規(guī)范條件，創(chuàng)建測(cè)試評(píng)判方法并實(shí)現(xiàn)其功能；④根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試案例庫(kù)和列車(chē)運(yùn)行中的場(chǎng)景，將列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中生成的測(cè)試序列通過(guò)規(guī)范執(zhí)行程序，對(duì)比、判斷、分析測(cè)試結(jié)果，分析是否一致，并根據(jù)分析情況，輸出執(zhí)行過(guò)程、消息接收流程圖，自動(dòng)輸出測(cè)試報(bào)告，以分析監(jiān)測(cè)結(jié)果；⑤根據(jù)GSM－R無(wú)線通信質(zhì)量檢測(cè)、GSM－R無(wú)線空中接口 （Um接口）監(jiān)測(cè)、車(chē)載ATP無(wú)線接收模塊監(jiān)測(cè)和車(chē)載Igsm－r接口監(jiān)測(cè)對(duì)異常情況進(jìn)行定位。

3 結(jié)論

目前，應(yīng)答器電氣特性、車(chē)載無(wú)線通信接口、CTCS－3級(jí)列控通道綜合檢測(cè)已在高速綜合檢測(cè)列車(chē)上進(jìn)行了安裝，并進(jìn)行了初步的試驗(yàn)，為CTCS－3級(jí)列控系統(tǒng)故障檢查和設(shè)備維修提供了依據(jù)和條件。隨著高速鐵路對(duì)鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)、數(shù)據(jù)分析和安全評(píng)價(jià)提出的更高要求，需充分利用各檢測(cè)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行深入分析和研究，不斷探索新設(shè)備的特性、特征和規(guī)律，及時(shí)總結(jié)積累故障處理方法、經(jīng)驗(yàn)，提高故障處理業(yè)務(wù)水平，確保CTCS－3級(jí)列控系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和安全性。

［1］ 謝雨飛，唐濤，徐田華，趙林．CTCS－3級(jí)列控系統(tǒng)規(guī)范的建模與形式化驗(yàn)證方法研究［J］．鐵道學(xué)報(bào)，2011（7）．

［2］ 劉海波．GSM－R通信切換事件對(duì)CTCS－3級(jí)轉(zhuǎn)CTCS－2級(jí)列控的影響［J］．鐵道通信信號(hào)工程技術(shù)，2012（01）．