C3列控系統(tǒng)通信超時及降級運用的分析與措施

董麗

（中國鐵路北京局集團(tuán)有限公司 電務(wù)處，北京 100086）

C3列控系統(tǒng)通信超時及降級運用的分析與措施

董麗

（中國鐵路北京局集團(tuán)有限公司 電務(wù)處，北京 100086）

CTCS-3級列車運行控制系統(tǒng)（簡稱C3系統(tǒng)）是實時控制列車安全運行間隔、防止列車超速運行的高速鐵路核心技術(shù)裝備和安全關(guān)鍵系統(tǒng)，在實際運用中存在由于各種原因?qū)е陆导?，影響列控系統(tǒng)整體安全穩(wěn)定運用的問題。介紹C3系統(tǒng)組成、功能和技術(shù)特點，梳理運用中存在的主要問題，通過分析典型C3系統(tǒng)通信超時及降級運用案例，結(jié)合現(xiàn)場技術(shù)管理工作實際，提出有效提升C3系統(tǒng)運用質(zhì)量的相關(guān)建議。

CTCS-3列控系統(tǒng)；C3系統(tǒng)；降級運用；通信超時；監(jiān)測；智能分析

1 C3系統(tǒng)主要技術(shù)原則與運用特點

CTCS-3級列車運行控制系統(tǒng)（簡稱C3系統(tǒng)）包括車載設(shè)備和地面設(shè)備兩大部分。車載設(shè)備負(fù)責(zé)接收地面命令，生成速度模式曲線，監(jiān)控列車運行，保證列車運行安全。地面設(shè)備主要根據(jù)聯(lián)鎖辦理的進(jìn)路，給車載設(shè)備發(fā)出行車許可等命令，其中，列車超速防護(hù)系統(tǒng)（ATP）和無線閉塞中心（RBC）是C3系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備[1-2]。RBC根據(jù)軌道電路、聯(lián)鎖進(jìn)路等信息生成行車許可，并通過GSM-R無線通信系統(tǒng)將行車許可、線路參數(shù)、臨時限速傳輸給車載ATP；同時通過GSM-R無線通信系統(tǒng)接收車載設(shè)備發(fā)送的位置和列車數(shù)據(jù)等信息。ATP根據(jù)地面設(shè)備提供的行車許可、線路參數(shù)、臨時限速等信息和動車組參數(shù)，按照目標(biāo)距離連續(xù)速度控制模式生成動態(tài)速度曲線，監(jiān)控列車安全運行，實現(xiàn)超速防護(hù)[3]。C3系統(tǒng)主要設(shè)備組成及信息交互示意見圖1。

1.1 主要技術(shù)原則

C3系統(tǒng)滿足運營速度350 km/h，最小追蹤間隔3 min，正向按自動閉塞追蹤運行、反向按自動站間閉塞運行的運營要求。車載設(shè)備采用目標(biāo)距離連續(xù)速度控制、設(shè)備制動優(yōu)先的方式監(jiān)控列車安全運行。CTCS-2級列車運行控制系統(tǒng)（簡稱C2系統(tǒng)）作為后備系統(tǒng)，當(dāng)RBC設(shè)備或無線通信故障時控制列車運行[1]。

RBC設(shè)備集中設(shè)置，GSM-R無線通信覆蓋包括大站在內(nèi)的全線所有車站。系統(tǒng)采用應(yīng)答器實現(xiàn)自動過分相。

C3系統(tǒng)采用統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)，安全信息傳輸采用標(biāo)準(zhǔn)安全通信協(xié)議[4]，關(guān)鍵設(shè)備冗余配置。系統(tǒng)安全性、可靠性、可用性、可維護(hù)性滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

圖1 C3系統(tǒng)主要設(shè)備組成及信息交互示意圖

1.2 運用特點

（1）技術(shù)進(jìn)步，系統(tǒng)性能顯著提高。C2系統(tǒng)依靠點式應(yīng)答器傳輸線路數(shù)據(jù)、聯(lián)鎖進(jìn)路和臨時限速等信息，而C3系統(tǒng)通過GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)信息連續(xù)傳輸，實時性更強(qiáng)。同時，由于具有雙向傳輸通道，地面系統(tǒng)可以實時接收列車發(fā)送的列車數(shù)據(jù)、列車狀態(tài)等信息，用于地面系統(tǒng)運算及對列車監(jiān)控，系統(tǒng)性能顯著提高。

（2）技術(shù)綜合，控制條件復(fù)雜。C3系統(tǒng)綜合應(yīng)用計算機(jī)、現(xiàn)代通信和自動控制等技術(shù)，在組成結(jié)構(gòu)、功能層次、功能執(zhí)行過程和狀態(tài)轉(zhuǎn)換等方面較復(fù)雜，各種隨機(jī)失效和系統(tǒng)失效均可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果，與傳統(tǒng)鐵路信號系統(tǒng)相比需要更高的安全要求。

（3）兼容C2系統(tǒng)，控車導(dǎo)向安全。列控系統(tǒng)在C3系統(tǒng)控車過程中，一旦發(fā)生RBC、ATP等子系統(tǒng)故障、無線通信中斷等情況，列控系統(tǒng)將產(chǎn)生通信超時，車載設(shè)備與地面設(shè)備的定期聯(lián)系將中斷，列車自動輸出制動，并降級為C2系統(tǒng)控車運行，系統(tǒng)控車判定整體導(dǎo)向安全。

2 問題分析

2.1 部分通信超時事件影響行車

通信超時情況時有發(fā)生，部分事件影響行車。在C3系統(tǒng)實際運用中，由于ATP設(shè)備運用不穩(wěn)定、RBC或ATP軟件缺陷、通信G網(wǎng)設(shè)備障礙、外部無線電磁環(huán)境干擾等各種原因均會引起C3系統(tǒng)通信超時情況發(fā)生。由于C3/C2模式均支持時速300 km行車，發(fā)生C3系統(tǒng)降級運行過程中基本不影響列車時速，但在列車出發(fā)、降速區(qū)段等低速運行情況下，或列車以時速350 km行車時，將影響行車。

2.2 原因不明事件占一定比重

C3系統(tǒng)實現(xiàn)方式復(fù)雜，引發(fā)通信超時因素多，原因不明事件占一定比重。按照系統(tǒng)組成及設(shè)備屬性，C3系統(tǒng)通信超時原因分為通信設(shè)備故障、信號設(shè)備故障以及原因不明等，其中通信設(shè)備原因包括外網(wǎng)無線干擾、基站設(shè)備故障等；信號設(shè)備原因包括信號車載設(shè)備故障、RBC設(shè)備故障等；原因不明類是指雖可初步判定為下行質(zhì)量突降、上行質(zhì)量突降、乒乓切換、越區(qū)切換、回切等，但無法確認(rèn)引發(fā)現(xiàn)象的根本原因。

由于系統(tǒng)設(shè)備分屬不同廠家，雖各廠家遵循標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)條件、統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)，但仍存在專業(yè)設(shè)備結(jié)合部技術(shù)問題。在已發(fā)生C3系統(tǒng)通信超時原因分析中，原因不明類占比較高，致使問題的準(zhǔn)確定位存疑，影響問題的根本解決。

以某鐵路局為例，2016年C3系統(tǒng)通信超時問題分類統(tǒng)計見表1。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，信號車載設(shè)備問題較突出，通信無線干擾為影響超時的主要問題，而且原因不明事件占較大比重。

表1 某鐵路局2016年C3系統(tǒng)通信超時問題統(tǒng)計

2.3 監(jiān)測手段不足

監(jiān)測手段仍顯不足，缺乏部分關(guān)鍵單元日志數(shù)據(jù)和告警監(jiān)測信息。

（1）目前ATP車載設(shè)備大部分不具備信息傳送監(jiān)測記錄功能，無法記錄發(fā)生通信超時情況時傳送數(shù)據(jù)的具體信息。

（2）設(shè)置在車載側(cè)或基站側(cè)的無線空口監(jiān)測設(shè)備可有效記錄車-地間數(shù)據(jù)傳送消息，是進(jìn)一步判定C3系統(tǒng)通信超時的輔助手段，但由于監(jiān)測設(shè)備目前只在部分動車組裝備，致使一些C3系統(tǒng)通信超時的日志數(shù)據(jù)缺失，發(fā)生問題的真正原因不能確定，專業(yè)結(jié)合問題判定存疑。

（3）在通信網(wǎng)絡(luò)方面，核心網(wǎng)交換機(jī)、全路共有設(shè)備等網(wǎng)元未進(jìn)行7號信令監(jiān)測，既有接口監(jiān)測系統(tǒng)的A口、Abis接口只監(jiān)控分析信令數(shù)據(jù)，缺乏業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)監(jiān)測分析，監(jiān)測數(shù)據(jù)信息及分析不足。

2.4 跨局協(xié)調(diào)分析機(jī)制有待進(jìn)一步完善

目前發(fā)生的部分C3系統(tǒng)通信超時事件屬外局機(jī)車，在初步定位是車載設(shè)備原因后，由于數(shù)據(jù)追蹤分析閉環(huán)管理機(jī)制執(zhí)行不到位，缺少外局車載設(shè)備記錄數(shù)據(jù)，致使進(jìn)行過初步分析的一些問題，其真正原因無法確定。

2.5 跨專業(yè)分析水平仍需提高

C3系統(tǒng)業(yè)務(wù)運用涉及信號、通信2個專業(yè)，跨專業(yè)分析水平仍需提高。信號專業(yè)負(fù)責(zé)車載設(shè)備及地面RBC設(shè)備，而通信專業(yè)負(fù)責(zé)提供車-地之間信息傳送網(wǎng)絡(luò)通道，在實際運用過程中，由于2個專業(yè)對對方專業(yè)認(rèn)知不足，整體分析深度不夠，部分疑難問題仍待繼續(xù)觀察分析。

2.6 無線干擾是主要問題

以某鐵路局2016年C3系統(tǒng)通信超時原因中通信原因占比統(tǒng)計為例，運營商基站干擾占比高達(dá)97.5%。此類問題通常由通信人員組織現(xiàn)場干擾排查、協(xié)調(diào)相關(guān)運營商進(jìn)行清頻處理。由于部分運營商對其基站干擾對鐵路行車造成的影響認(rèn)知不足，配合解決問題不夠徹底，致使部分問題反復(fù)發(fā)生，耗費了較多人力物力。

3 案例分析

某高鐵列車進(jìn)站停車過程中，因ATP由C3級轉(zhuǎn)為C2級，制動停車，制動緩解后開車。網(wǎng)管人員利用現(xiàn)有DMS網(wǎng)管及GSM-R接口監(jiān)測等分析手段，對故障進(jìn)行原因分析。

3.1 Abis接口監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

接口監(jiān)測網(wǎng)管Abis接口在發(fā)生故障時段與該車相關(guān)信息見圖2—圖4。

圖2 MT（14982173721）Abis接口信令信息

圖3 MT（14982173721）Abis接口切換記錄

圖4 MT（14982173721）Abis接口測量報告

Abis接口信令數(shù)據(jù)顯示：08：47：47.096發(fā)生“Downlink quality” （下行鏈路質(zhì)量問題）；08：47：48.404發(fā)生“Handover access failure”（切換接入失?。?；08：47：52.373發(fā)生“Uplink quality”（上行鏈路質(zhì)量問題）。

切換記錄顯示：08：47：52.404發(fā)生“Handover access failure”。

測量報告顯示：08：47：46.131—08：47：47.091顯示下行電平值正常，下行質(zhì)量連續(xù)2個7級，隨后上行電平質(zhì)量惡化。

3.2 A接口監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

接口監(jiān)測網(wǎng)管A接口在發(fā)生故障時段與該車相關(guān)信息見圖5。

圖5 MT（14982173721）A接口信令信息

A接口信令數(shù)據(jù)顯示：在前期終端掉線后，08：48：18.918再次發(fā)起位置更新請求并成功。

3.3 PRI接口監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

接口監(jiān)測網(wǎng)管PRI接口在發(fā)生故障時段與該車相關(guān)信息見圖6、圖7。

圖6 PRI接口呼叫記錄

圖7 PRI接口信令記錄

PRI接口呼叫記錄顯示：車載（14982173721）MT設(shè)備在08：18：22起呼JH-RBC1，在08：47：52異常掛斷，RBC主動發(fā)起拆鏈。PRI接口信令查詢顯示：08：47：42 MT發(fā)“136號位置報告包”、RBC正常接收，08：47：43 RBC發(fā)“24號確認(rèn)包”、MT正常接收。之后RBC與MT交互出現(xiàn)多個錯誤包，于08：47：52發(fā)生斷鏈。

3.4 DMS網(wǎng)管信息

該車DMS網(wǎng)管相關(guān)信息見圖8。

圖8 DMS網(wǎng)管信息

3.5 綜合分析

（1）綜合分析A、Abis、PRI接口監(jiān)測數(shù)據(jù)，該列車車載（14982173721）ATP在08：18：22起呼，JHRBC1在08：47：52異常掛斷，MSC發(fā)起拆鏈，發(fā)生C3系統(tǒng)降級。期間，測量報告顯示下行無線質(zhì)量正常，下行質(zhì)量連續(xù)2個7級，隨后上行質(zhì)量劣化。

（2）結(jié)合PRI接口和DMS終端查詢，在車-地間交互正常的情況下，08：47：43后突發(fā)RBC與ATP交互出現(xiàn)多個錯誤包，期間，斷鏈后DMS網(wǎng)管顯示08：48：03上報“備系：無線連接超時；主系：無線連接超時”故障信息。

（3）對車載設(shè)備和RBC設(shè)備、相關(guān)通信設(shè)備進(jìn)行檢查，相關(guān)設(shè)備未發(fā)現(xiàn)異常。

由于空口監(jiān)測、ATP工作日志、接口監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測信息不足，綜合上述情況分析，初步判斷為北京南基站—DCD01號基站間可能存在外界偶發(fā)無線干擾，造成列車在進(jìn)站過程中發(fā)生C3系統(tǒng)降級故障。

經(jīng)后期對該區(qū)域無線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)測，驗證了網(wǎng)管監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，在該地區(qū)確實存在偶發(fā)干擾源，對GSM-R無線質(zhì)量造成偶發(fā)影響，經(jīng)協(xié)調(diào)當(dāng)?shù)責(zé)o線電管理委員會進(jìn)行清頻處理，該問題徹底解決。

4 相關(guān)建議

某鐵路局2015—2016年C3系統(tǒng)通信超時事件統(tǒng)計表明，通過近幾年持續(xù)開展C3系統(tǒng)通信超時聯(lián)合分析工作及設(shè)備攻關(guān)整治，發(fā)現(xiàn)并解決了大量設(shè)備缺陷問題，C3系統(tǒng)通信超時事件大幅下降，效果明顯（見圖9）。為進(jìn)一步解決C3系統(tǒng)通信超時問題，結(jié)合實際經(jīng)驗，提出如下建議。

圖9 某鐵路局C3系統(tǒng)通信超時數(shù)量不同年份對比

4.1 充分利用各種網(wǎng)管數(shù)據(jù)，持續(xù)開展聯(lián)合分析

（1）通信、信號2個專業(yè)應(yīng)堅持聯(lián)合協(xié)調(diào)組織分析的長效機(jī)制，進(jìn)一步加強(qiáng)信息共享。

（2）聯(lián)合分析應(yīng)充分利用并共享GSM-R網(wǎng)絡(luò)各專業(yè)網(wǎng)管、GSM-R接口監(jiān)測數(shù)據(jù)、DMS動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)終端、RBC網(wǎng)管等監(jiān)控信息，以及部分ATP裝備的記錄單元數(shù)據(jù)，對疑難問題實施GSM-R網(wǎng)絡(luò)信令跟蹤分析，進(jìn)一步定位原因，解決問題。

（3）做好分析數(shù)據(jù)的積累，為開展大數(shù)據(jù)智能分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4.2 完善監(jiān)測手段，為隱患問題深度分析提供方法

根據(jù)中國鐵路總公司關(guān)于加強(qiáng)電務(wù)系統(tǒng)安全監(jiān)控技術(shù)體系建設(shè)的相關(guān)要求和系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)條件，搭載高速鐵路新線建設(shè)工程，進(jìn)一步完善GSM-R網(wǎng)絡(luò)無線空口監(jiān)測和無線干擾監(jiān)測、信號車載設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)測及G網(wǎng)網(wǎng)元間信令監(jiān)測等手段，為分析C3系統(tǒng)通信超時提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐，定位并深度挖掘長期懸而未決的結(jié)合部隱性問題原因。

4.3 落實問題分析閉環(huán)管理，進(jìn)一步定位問題原因

相關(guān)單位完善分析處理流程，明確職責(zé)，密切配合處理跨局問題，事件的追蹤分析執(zhí)行閉環(huán)管理，以利于準(zhǔn)確定位問題原因，解決問題。

4.4 繼續(xù)組織設(shè)備缺陷整治，提高設(shè)備運用質(zhì)量

通過近2年C3系統(tǒng)通信超時分析及整治活動的開展，準(zhǔn)確定位了大量ATP硬件問題、RBC及ATP軟件缺陷等問題，相關(guān)設(shè)備廠家在提升設(shè)備穩(wěn)定性方面開展了大量工作，設(shè)備軟、硬件升級整治等工作效果明顯。后期，應(yīng)繼續(xù)組織設(shè)備廠家開展技術(shù)攻關(guān)，重點解決CSD鏈路異常、單MT、小區(qū)切換中恰遇CRC校驗、RBC軟件穩(wěn)定性等疑難問題，進(jìn)一步提高設(shè)備運用穩(wěn)定性。

4.5 抓好疑難問題的深度分析，挖掘隱性問題根本原因

一部分C3系統(tǒng)通信超時事件的表象原因初步判定為“上/下行質(zhì)量突降”，但根本原因仍界定不清，致使最終定位及解決問題存疑，需著力重點加強(qiáng)分析。主要思路如下：

（1）對發(fā)生上/下行質(zhì)量突降處的無線環(huán)境逐一進(jìn)行排查，匯總分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，確認(rèn)有無外網(wǎng)干擾。在多發(fā)地段相關(guān)基站臨時設(shè)置無線網(wǎng)監(jiān)測設(shè)備，對無線網(wǎng)絡(luò)開展持續(xù)監(jiān)控。

（2）用圖表顯示上/下行質(zhì)量突降處所與地理位置、車載設(shè)備、機(jī)車號等關(guān)聯(lián)信息，形成專項問題庫，通過積累數(shù)據(jù)，關(guān)聯(lián)分析研究有無規(guī)律性問題。

（3）加強(qiáng)周期數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，集中分析通信、信號設(shè)備結(jié)合部問題發(fā)生的變化情況，問題的發(fā)生有無傾向性變化及數(shù)量變化趨勢，為前瞻性發(fā)現(xiàn)、解決問題提供數(shù)據(jù)支持。

（4）充分利用廠家技術(shù)支持，盡快完善接口監(jiān)測系統(tǒng)功能，對接口監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，進(jìn)一步判斷隱患問題引發(fā)的根本原因。

4.6 研制C3系統(tǒng)大數(shù)據(jù)智能分析平臺，為系統(tǒng)質(zhì)量評判提供新手段

綜合利用各專業(yè)網(wǎng)管和監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)，充分利用近幾年積累的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，利用大數(shù)據(jù)分析手段，研制C3系統(tǒng)通信超時智能分析平臺，智能評判網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，提前預(yù)警。對常規(guī)故障進(jìn)行智能判斷，對疑難問題進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選，將網(wǎng)管技術(shù)人員從日常大量的常規(guī)數(shù)據(jù)分析中解放出來，集中精力追蹤分析疑難問題，有效提高工作效率，為疑難問題的深度分析解決創(chuàng)造條件。

5 結(jié)束語

C3系統(tǒng)是保障列車行車安全、提高列車運行效率的重要技術(shù)裝備，系統(tǒng)穩(wěn)定運用對于保障高速鐵路行車安全、提高運輸效率具有重大意義。通過近幾年C3系統(tǒng)通信超時聯(lián)合分析工作的開展及設(shè)備攻關(guān)整治，在解決大量現(xiàn)場問題的同時，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員積累了大量歷史數(shù)據(jù)，為不斷完善設(shè)備運用提供了寶貴依據(jù)。在堅持通信、信號專業(yè)聯(lián)合分析機(jī)制的基礎(chǔ)上，應(yīng)充分運用大數(shù)據(jù)、智能分析等手段，重點鎖定疑難問題的深度分析，排除設(shè)備技術(shù)結(jié)合部問題，為高速鐵路行車安全控制提供有力保障。

[1]科技運〔2008〕34號 CTCS-3級列控系統(tǒng)總體技術(shù) 方案[S].

[2]石先明. 高速鐵路CTCS-3級列控系統(tǒng)無線閉塞中心 工程設(shè)計[J]. 中國鐵路，2009(11)：1-6.

[3]科技運〔2008〕168號 CTCS-3級列控系統(tǒng)GSM-R網(wǎng) 絡(luò)需求規(guī)范（V1.0）[S].

[4]鐵總運〔2016〕15號 CTCS-3級列控車載設(shè)備Igsm-r、 Um接口監(jiān)測技術(shù)條件（V1.0）[S].

Fault Analysis and Corrective Measure for Communication Timeout and Downgrade Application in C3 Train Control System

DONG Li
（Electricity Division，China Railway Beijing Group Co Ltd，Beijing 100086，China）

CTCS-3 Train Control System (C3 System for short) is an essential technical equipment and key safety system used in the high-speed railway. The system could carry out a real-time control of operation interval for train safety and prevent trains from exceeding normal speed. In practical applications, downgrade caused by di ff erent reasons might a ff ect the safety and stability of the entire train control system. This paper gave an introduction to the composition, function and technical feature of C3 System and listed the main problems which exist during operation. Based on the analysis on typical cases of communication timeout and downgrade application in the C3 System, suggestions on improving its operation quality were proposed to suit the technical management on site.

CTCS-3 train control system；downgrade application；communication timeout；monitoring；intelligent analysis

U284；U285

A

1001-683X（2017）12-0045-06

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.12.045

董麗（1968—），女，提高待遇高級工程師。E-mail：dongli20236@126.com

責(zé)任編輯 盧敏

2017-05-03