汪 洋
(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所,北京 100081)
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城際鐵路C2+ATO互聯(lián)互通測(cè)試關(guān)鍵技術(shù)研究
汪洋
(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所,北京100081)
為了保證莞惠城際鐵路多個(gè)廠家C2+ATO設(shè)備的正常運(yùn)行,需對(duì)各廠家設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)互通測(cè)試。研究莞惠城際鐵路C2+ATO列控系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室及現(xiàn)場(chǎng)互聯(lián)互通測(cè)試的關(guān)鍵技術(shù)。首先分別對(duì)實(shí)驗(yàn)室互聯(lián)互通試驗(yàn)環(huán)境的搭建、測(cè)試內(nèi)容、測(cè)試方法這3部分內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)分析;其次針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)互聯(lián)互通測(cè)試發(fā)現(xiàn)的問題,總結(jié)互聯(lián)互通測(cè)試經(jīng)驗(yàn);最后探討目前城際鐵路C2+ATO列控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范方面的問題。
城際鐵路;C2+ATO;CTCS-2;互聯(lián)互通;測(cè)試;
城際鐵路的CTCS2+ATO(以下簡(jiǎn)稱C2+ATO)列控系統(tǒng),以CTCS-2系統(tǒng)為基礎(chǔ),車載設(shè)置ATO設(shè)備,地面具備站臺(tái)門地面控制相關(guān)設(shè)備及接口,使用GSM-R網(wǎng)絡(luò)[1]提供車地雙向傳輸通道。在CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)上,擴(kuò)展了ATO功能,具備站間自動(dòng)運(yùn)行、車站定點(diǎn)停車及車站通過、折返作業(yè)、列車運(yùn)行自動(dòng)調(diào)整[2]、車門/站臺(tái)門防護(hù)及聯(lián)動(dòng)、列車運(yùn)行節(jié)能控制等自動(dòng)運(yùn)行相關(guān)功能。地面設(shè)置專用的精確定位應(yīng)答器(JD)實(shí)現(xiàn)站臺(tái)區(qū)域列車精確定位停車,設(shè)置通信控制服務(wù)器(以下簡(jiǎn)稱CCS)實(shí)現(xiàn)站臺(tái)門控制和運(yùn)行計(jì)劃處理[3]。
莞惠城際鐵路[4]作為中國(guó)第一條采用C2+ATO的線路具有現(xiàn)實(shí)意義和示范作用。列控系統(tǒng)的互聯(lián)互通測(cè)試是自主化研究的重要組成部分,目前參照的標(biāo)準(zhǔn)只有《城際鐵路CTCS2+ATO列控系統(tǒng)暫行總體技術(shù)方案》(鐵總科技[2013]79號(hào)TJ/DW149-2013)[5]。莞惠城際鐵路列控系統(tǒng)地面設(shè)備和車載設(shè)備涉及多個(gè)廠家,因此,需要通過互聯(lián)互通技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同廠家間的互聯(lián)互通,實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的兼容性。本文通過研究C2+ATO互聯(lián)互通測(cè)試技術(shù),驗(yàn)證C2+ATO系統(tǒng)的互聯(lián)互通功能,對(duì)于C2+ATO設(shè)備的統(tǒng)型化具有重要意義。
1.1實(shí)驗(yàn)室測(cè)試環(huán)境
互聯(lián)互通測(cè)試的基礎(chǔ)是一個(gè)廠家的地面、車載設(shè)備配合正常,然后研究不同廠家設(shè)備間的互聯(lián)互通,即不同廠家的地面設(shè)備和車載設(shè)備的配合工作。
基于仿真實(shí)驗(yàn)室完成互聯(lián)互通工作,C2+ATO仿真實(shí)驗(yàn)室應(yīng)滿足城際鐵路信號(hào)系統(tǒng)的測(cè)試需求。主要功能應(yīng)包括:對(duì)CCS、列控中心等地面設(shè)備進(jìn)行功能驗(yàn)證、接口測(cè)試;對(duì)車載ATP+ATO設(shè)備進(jìn)行功能驗(yàn)證;模擬現(xiàn)場(chǎng)線路運(yùn)行,提前發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)方面的缺陷,提高現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效率;對(duì)地面與列車的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行驗(yàn)證,確保傳輸?shù)目煽啃?;?yàn)證車門和安全門聯(lián)控、ATO運(yùn)行計(jì)劃、精準(zhǔn)定位停車等功能;具備擴(kuò)展功能,可實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通測(cè)試。
為了滿足城際ATO項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)室互聯(lián)互通測(cè)試,需要定義GSM-R網(wǎng)的互聯(lián)互通方案及實(shí)驗(yàn)室接口、設(shè)備需求。GSM-R系統(tǒng)包括移動(dòng)交換子系統(tǒng)(MSC/VLR/HLR)、基站子系統(tǒng)(BSC/BTS)、媒體網(wǎng)關(guān)(以下簡(jiǎn)稱MGW)等?;ヂ?lián)互通測(cè)試時(shí)需要連接兩家GSM-R無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò),租用數(shù)據(jù)通道將各自網(wǎng)絡(luò)的MSC/VLR設(shè)備進(jìn)行互連[6]。GSM-R系統(tǒng)與接口設(shè)備及應(yīng)用系統(tǒng)的連接結(jié)構(gòu)見圖1。
圖1 互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)連接示意
B廠家車載設(shè)置車載網(wǎng)關(guān)(以下簡(jiǎn)稱OBGW)通過公共以太網(wǎng)(固定IP)與A廠家仿真網(wǎng)絡(luò)連接。A廠家設(shè)置地面網(wǎng)關(guān)(以下簡(jiǎn)稱WSGW)與公網(wǎng)連接,以實(shí)現(xiàn)列控系統(tǒng)仿真平臺(tái)與其他廠家的車載網(wǎng)關(guān)的連接。B廠家的CCS通過2M通道接入A廠家的MGW接口,進(jìn)而接入A廠家的G網(wǎng),A廠家需提供一張SIM卡,并告知其B廠家其CCS號(hào)碼,B廠家需要生成車載密鑰與CCS號(hào)碼相匹配。具體環(huán)境結(jié)構(gòu)見圖2。
圖2 環(huán)境結(jié)構(gòu)
1.2實(shí)驗(yàn)室互聯(lián)互通試驗(yàn)方法
為了達(dá)到城際鐵路信號(hào)系統(tǒng)不同實(shí)驗(yàn)室之間互聯(lián)互通的目的,需要對(duì)各設(shè)備廠家傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流進(jìn)行分析。根據(jù)C2+ATO列控系統(tǒng)的特點(diǎn),可將數(shù)據(jù)流分為如下3類。
ATO計(jì)劃數(shù)據(jù)流:調(diào)度集中控制系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱CTC)仿真下達(dá)列車調(diào)度計(jì)劃到CCS,由CCS轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度計(jì)劃信息到指定列車,列車確認(rèn)后,向CCS返回確認(rèn)信息,由CCS發(fā)送給CTC仿真確認(rèn)信息。
站臺(tái)門開關(guān)門控制數(shù)據(jù)流:車載設(shè)備發(fā)送站臺(tái)門開關(guān)門命令到CCS,CCS生成相應(yīng)繼電器的驅(qū)動(dòng)命令發(fā)送給TCC,TCC將繼電器驅(qū)動(dòng)命令發(fā)送給I/O仿真,由I/O仿真反饋繼電器狀態(tài)給TCC,TCC轉(zhuǎn)發(fā)給CCS,再由CCS將繼電器狀態(tài)信息轉(zhuǎn)發(fā)給CTC仿真和車載設(shè)備。
CTCS-2運(yùn)行控制數(shù)據(jù)流:車載設(shè)備將列車位置信息傳送給軌道電路仿真,軌道電路仿真通過該信息設(shè)置軌道電路的占用/空閑狀態(tài),并將軌道電路狀態(tài)傳給TCC設(shè)備,TCC設(shè)備生成軌道電路的低頻碼,并通過軌道電路反饋給車載仿真,同時(shí)TCC生成應(yīng)答器報(bào)文,傳給LEU仿真,LEU仿真將應(yīng)答器報(bào)文信息傳給車載仿真。車載仿真根據(jù)列車位置信息和測(cè)試腳本將軌道電路信息和應(yīng)答器報(bào)文信息發(fā)送給車載設(shè)備[7]。
數(shù)據(jù)流分析清晰后,車地廠家需要各自開發(fā)網(wǎng)關(guān)軟件,實(shí)現(xiàn)車地信息的傳輸?;ヂ?lián)互通采用的網(wǎng)關(guān)通信協(xié)議,是以CTCS-3級(jí)[8]的互聯(lián)互通試驗(yàn)方案[9]為基礎(chǔ)的。借鑒CTCS-3級(jí)互聯(lián)互通試驗(yàn)方案中,車載設(shè)備及OBGW網(wǎng)關(guān),地面設(shè)備及網(wǎng)關(guān)為獨(dú)立組成WSGW單元,位于不同的實(shí)驗(yàn)室。
城際鐵路信號(hào)系統(tǒng)在C2系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加GSM-R通信接口,增加站臺(tái)門控制接口(CCS控制,TCC驅(qū)動(dòng)、采集,聯(lián)鎖采集),增加車載ATO設(shè)備及接口,其中,站臺(tái)門控制接口為地面設(shè)備及WSGW內(nèi)部接口,不影響OBGW和WSGW之間通信協(xié)議;ATO接口為車載設(shè)備及OBGW網(wǎng)關(guān)內(nèi)部接口,不影響OBGW和WSGW之間的通信協(xié)議?;ヂ?lián)互通方案結(jié)構(gòu)見圖3。
圖3 互聯(lián)互通方案結(jié)構(gòu)
網(wǎng)關(guān)通信幀類型見表1。
以ACTIVATE_TRAIN為例簡(jiǎn)單介紹一下通信幀的定義,該幀類型描述見表2。
以u(píng)cDirection為例,該幀的作用是確定列車的運(yùn)行方向,地面軌道電路和應(yīng)答器數(shù)據(jù)的發(fā)送必須是列車運(yùn)行前方的數(shù)據(jù),定義見表3。
表1 網(wǎng)關(guān)通信幀類別
通過該信息列車的初始位置和地面軌道信息進(jìn)行了關(guān)聯(lián),測(cè)試腳本中設(shè)定發(fā)車位置后,車載可根據(jù)測(cè)速測(cè)距計(jì)算列車走行距離,地面仿真設(shè)備也可以根據(jù)該幀確定地面數(shù)據(jù)的發(fā)送起點(diǎn),參考車載設(shè)備傳輸?shù)牧熊囎咝芯嚯x信息連續(xù)發(fā)送軌道電路載頻和低頻,使車地達(dá)到聯(lián)動(dòng)的目的。
表2 ACTIVATE_TRAIN幀描述
表3 ucDirection幀描述
通信流程見圖4。
圖4 通信流程
試驗(yàn)開始前車載仿真網(wǎng)關(guān)鏈接地面仿真網(wǎng)關(guān),交互車載設(shè)備試驗(yàn)前需要的一些參數(shù),然后實(shí)驗(yàn)開始后地面網(wǎng)關(guān)通過車載網(wǎng)關(guān)傳遞列車運(yùn)行信息,發(fā)送測(cè)試場(chǎng)景匹配的地面數(shù)據(jù),滿足列車運(yùn)行需要,試驗(yàn)結(jié)束后刪除該車輛。
1.3實(shí)驗(yàn)室互聯(lián)互通測(cè)試問題及分析
實(shí)驗(yàn)室互聯(lián)互通測(cè)試主要內(nèi)容是列車注冊(cè)與啟動(dòng)、注銷列車與關(guān)閉車載電源、列車自動(dòng)運(yùn)行、折返作業(yè)、車門/站臺(tái)門防護(hù)及聯(lián)動(dòng)控制、列車運(yùn)行自動(dòng)調(diào)整、自動(dòng)過分相、臨時(shí)限速等場(chǎng)景,共進(jìn)行39個(gè)案例的測(cè)試。
舉例說明互聯(lián)互通發(fā)現(xiàn)的問題:各廠家對(duì)計(jì)劃有效性的判定標(biāo)準(zhǔn)不一樣,計(jì)劃有效的判斷是否有C1包覆蓋下一車站的出站口。但規(guī)范中沒有明確計(jì)劃有效性的判定;各廠家對(duì)DMI的顯示方面也存在差異,如ATO控車時(shí)DMI是否需要有列車開關(guān)門的圖標(biāo),同樣需要規(guī)范進(jìn)一步明確;ATO處于分相區(qū)執(zhí)行惰行策略,在特殊位置,如進(jìn)站口等特殊情況下,可能出現(xiàn)超速制動(dòng)問題,也需要進(jìn)一步細(xì)化技術(shù)規(guī)范。最終統(tǒng)計(jì)需要規(guī)范明確的差異性問題有17條左右,不再逐一列舉。
通過互聯(lián)互通測(cè)試,發(fā)現(xiàn)了較多廠家設(shè)備間的差異,一方面需要相關(guān)規(guī)范進(jìn)一步細(xì)化明確,一方面也要求各廠家做好軟件統(tǒng)型化。通過實(shí)驗(yàn)室互聯(lián)互通測(cè)試,提前發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)互聯(lián)互通測(cè)試中可能遇到的問題,為現(xiàn)場(chǎng)互聯(lián)互通測(cè)試的順利開展創(chuàng)造了條件。
2.1互聯(lián)互通現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段測(cè)試環(huán)境
互聯(lián)互通現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試地點(diǎn)為莞惠城際鐵路試驗(yàn)段,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試重點(diǎn)定位在實(shí)驗(yàn)室仿真環(huán)境無(wú)法實(shí)現(xiàn)的方面,如實(shí)驗(yàn)室互聯(lián)互通仿真測(cè)試中車地信息傳輸為網(wǎng)線傳輸,延遲可忽略不計(jì)。但現(xiàn)場(chǎng)車地信息的交互受軌道電路譯碼時(shí)間、應(yīng)答器報(bào)文接收譯碼時(shí)間、列車測(cè)速測(cè)距誤差、設(shè)備安裝誤差、安全門安裝情況等影響,存在各種無(wú)法預(yù)知問題。
各設(shè)備廠家互聯(lián)互通接口協(xié)議等問題已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室仿真測(cè)試中解決,為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)物互聯(lián)互通打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)?,F(xiàn)場(chǎng)互聯(lián)互通需要解決的重點(diǎn)是實(shí)際系統(tǒng)/設(shè)備間的物理連接,實(shí)驗(yàn)室前期各工作極大節(jié)省了現(xiàn)場(chǎng)互聯(lián)互通時(shí)間和降低了難度。莞惠城際鐵路試驗(yàn)段示意見圖5。
圖5 莞惠城際鐵路試驗(yàn)段試驗(yàn)線路示意(單位:km)
列控地面設(shè)備與現(xiàn)有CTCS-2級(jí)列控設(shè)備結(jié)構(gòu)相同,不再贅述,只簡(jiǎn)略介紹因ATO設(shè)備引入及互聯(lián)互通需求導(dǎo)致的施工變更。擴(kuò)展ATO功能的CTCS-2列控系統(tǒng)采用GSM-R作為車地雙向通信傳輸介質(zhì)?,F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段測(cè)試時(shí)4個(gè)廠家的CCS設(shè)備分時(shí)段先后裝設(shè)于瀝林站試驗(yàn)。4個(gè)廠家的TCC設(shè)備分別選取試驗(yàn)段4個(gè)車站進(jìn)行安裝,正線區(qū)段應(yīng)答器按CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)規(guī)范要求布置,各車站停車股道增設(shè)精確定位應(yīng)答器組。由此引起的現(xiàn)有設(shè)備軟件變更參照《鐵路信號(hào)軟件變更暫行管理辦法》[10](鐵運(yùn)[2012]293號(hào))執(zhí)行。
2.2現(xiàn)場(chǎng)互聯(lián)互通測(cè)試問題及分析
測(cè)試內(nèi)容主要包括ATO系統(tǒng)功能測(cè)試(常規(guī)ATO功能測(cè)試,如停準(zhǔn)停穩(wěn)、車門安全門聯(lián)動(dòng)、自動(dòng)控制等)、CTCS2+ATO列控系統(tǒng)工作模式及模式轉(zhuǎn)換測(cè)試、通信指標(biāo)測(cè)試、接口測(cè)試等內(nèi)容。
現(xiàn)場(chǎng)互聯(lián)互通與實(shí)驗(yàn)室仿真測(cè)試的最大差異是C2+ATO車載跟實(shí)際城際動(dòng)車組的配合,不僅限于實(shí)際列車接口的物理連接,也包括由于真實(shí)動(dòng)車組的引入產(chǎn)生的車輛牽引制動(dòng)性能方面的差異及其他方面的問題,具體問題如下。
(1)ATP/ATO與車輛相關(guān)問題
①轉(zhuǎn)入自動(dòng)駕駛模式AM后,車輛警惕信號(hào)不生效,但計(jì)時(shí)器仍在工作,當(dāng)退出ATO時(shí),司機(jī)未進(jìn)行警惕操作,警惕信號(hào)可能立即生效,導(dǎo)致車輛輸出緊急制動(dòng)EB。
②CRH6A型動(dòng)車組整車激活后,首次ATP自動(dòng)過分相時(shí),車輛不能正確響應(yīng)ATP自動(dòng)過分相指令。
③ATP判定停準(zhǔn)停穩(wěn)給出開門允許后,車輛僅在10s內(nèi)有效,超過10s無(wú)法在ATP防護(hù)下開門。
④CRH6A型動(dòng)車組駕駛室車門未納入車門聯(lián)鎖,車輛HMI無(wú)該車門狀態(tài)提示。
(2)各廠家ATP/ATO差異性
①ATP站內(nèi)停車安全防護(hù)距離不統(tǒng)一,建議規(guī)范進(jìn)行明確。
②ATO發(fā)車時(shí),各廠家對(duì)于發(fā)車按鈕按壓時(shí)間的要求不同。
(3)CTC系統(tǒng)
①為滿足ATO對(duì)行車計(jì)劃的應(yīng)用需求,運(yùn)行圖應(yīng)具備根據(jù)列車早、晚點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整功能。
②接受停準(zhǔn)、停穩(wěn)信息,作為進(jìn)路辦理及發(fā)車表示的前提條件。
(4)車門及屏蔽門相關(guān)問題
①車載與地面未交換屏蔽門旁路狀態(tài)信息,屏蔽門旁路時(shí),車載無(wú)相關(guān)提示,建議后續(xù)通信協(xié)議增加。
②車門與安全門開關(guān)聯(lián)動(dòng)同步問題。
設(shè)備統(tǒng)型化是目前中國(guó)高鐵發(fā)展的大趨勢(shì),各設(shè)備廠家應(yīng)加快統(tǒng)型化的步伐?,F(xiàn)場(chǎng)互聯(lián)互通測(cè)試,進(jìn)一步反映了各廠家設(shè)備間的差異性,其中有設(shè)計(jì)問題和設(shè)備問題,也有規(guī)范方面的問題。互聯(lián)互通測(cè)試對(duì)于消除這些差異,指導(dǎo)相關(guān)規(guī)范的修訂具有重要意義。
莞惠城際鐵路作為中國(guó)第一條C2+ATO線路意義重大。當(dāng)前城際鐵路列控領(lǐng)域只有很少規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),實(shí)驗(yàn)室互聯(lián)互通和莞惠城際鐵路現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)問題并完善、細(xì)化現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn);指導(dǎo)廠家規(guī)范接口和處理邏輯,加快統(tǒng)型化步伐。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看,國(guó)家“十三五”規(guī)劃中新增3000 km城市軌道交通,包括珠三角、長(zhǎng)三角、京津冀地區(qū)將大力發(fā)展城際軌道交通。莞惠城際鐵路列控系統(tǒng)互聯(lián)互通測(cè)試的成功經(jīng)驗(yàn),對(duì)其他城際鐵路列控系統(tǒng)互聯(lián)互通測(cè)試也具有指導(dǎo)意義。
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Research on Key Technologies in Interoperability Test of C2+ATO Train Control System of Intercity Railway
WANG Yang
(Sciences Signal and Communication Research Institute,China Academy of Railway,Beijing 100081,China)
In order to ensure the normal operation of C2+ATO equipment provided by different manufacturers on Guan-Hui intercity rail,it is necessary to carry out the interconnection test.This paper introduces the laboratory and spot interoperability test of C2+ATO train control system of Guan-Hui intercity railway,including the analysis of laboratory interoperability test environment,test contents and test method.In the light of the problems discovered in spot interoperability test,the experiences in interoperability test are summarized and the problems related to the current technical specifications of C2+ATO train control system of intercity railway are discussed.
Intercity railway; C2+ATO; CTCS-2; Interoperability; Test
2016-03-17;
2016-03-31
中國(guó)鐵路總公司科技研究開發(fā)計(jì)劃課題(2014X003-E)
汪洋(1981—),男,助理研究員,2008年畢業(yè)于中國(guó)鐵道科學(xué)研究院交通信息工程及控制專業(yè),工學(xué)碩士,E-mail:wangyang_cars@sina.com。
1004-2954(2016)10-0132-04
U239.5
A
10.13238/j.issn.1004-2954.2016.10.029