RBC-CBI接口優(yōu)化研究

麻江帆 楊 韜

(1．北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070；2．北京市高速鐵路運(yùn)行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100070)

從2009 年第一條采用CTCS-3 級(jí)列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)的武漢-廣州客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)開(kāi)通至今，已建成CTCS-3 級(jí)線(xiàn)路近2 萬(wàn)km。為了解決部分核心部件和核心技術(shù)仍被國(guó)外廠(chǎng)商壟斷的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)各主要廠(chǎng)商均開(kāi)始研制完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CTCS-3級(jí)列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)。在2 萬(wàn)km 豐富的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，作為CTCS-3 級(jí)列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)地面核心設(shè)備的自主化無(wú)線(xiàn)閉塞中心（Radio Block Center，RBC）進(jìn)行了一系列優(yōu)化設(shè)計(jì)。

RBC 用于實(shí)時(shí)計(jì)算列車(chē)移動(dòng)授權(quán)并通過(guò)無(wú)線(xiàn)指揮行車(chē)，其所需基礎(chǔ)線(xiàn)路信號(hào)授權(quán)信息來(lái)自于計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖（Computer Based Interlocking，CBI），因此兩者之間的接口在CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)中起著極其重要的作用。而在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，曾出現(xiàn)因CBI 數(shù)據(jù)配置錯(cuò)誤，導(dǎo)致CBI 給RBC 發(fā)送的進(jìn)路和實(shí)際設(shè)置的進(jìn)路不一致，RBC 給列車(chē)發(fā)送錯(cuò)誤的移動(dòng)授權(quán)（Movement Authority，MA）信息，發(fā)生了重大的安全隱患。

針對(duì)RBC-CBI 接口進(jìn)行詳細(xì)分析，并提出接口優(yōu)化解決方案。

1 問(wèn)題定位

CBI 接口數(shù)據(jù)是RBC 進(jìn)行安全邏輯運(yùn)算的基礎(chǔ)，用于移動(dòng)授權(quán)、緊急停車(chē)等核心功能，其正確性決定了RBC 的安全性和可靠性。

按照當(dāng)前RBC-CBI 接口協(xié)議，CBI 傳送以下信息給RBC。

1）站內(nèi)軌道電路信息；

2）區(qū)間閉塞分區(qū)信息；

3）區(qū)間閉塞方向信息；

4）列車(chē)進(jìn)路信息；

5）緊急區(qū)信息。

如圖1 所示，基于以上CBI 信息，當(dāng)CBI 數(shù)據(jù)配置錯(cuò)誤時(shí)，CBI 給RBC 發(fā)送的進(jìn)路（XH →37）和實(shí)際設(shè)置的進(jìn)路（X →7）不一致，RBC 根據(jù)接收到的CBI 數(shù)據(jù)給列車(chē)發(fā)送錯(cuò)誤的MA 信息，此時(shí)道岔開(kāi)向與MA 不一致，列車(chē)有脫軌的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 CBI數(shù)據(jù)配置錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)示意圖Fig.1 Schematic diagram of CBI data configuration error risk

通過(guò)上述案例可知，除了CBI 數(shù)據(jù)配置錯(cuò)誤本身的問(wèn)題外，從補(bǔ)強(qiáng)接口的角度，目前的RBCCBI 接口中存在以下問(wèn)題。

1）因CBI 發(fā)送的站內(nèi)軌道電路、閉塞區(qū)間、列車(chē)進(jìn)路、緊急區(qū)等信息為單一來(lái)源，RBC 無(wú)法對(duì)上述信息進(jìn)行充分校核，只能完全信任CBI 接口數(shù)據(jù)。

2）RBC 發(fā)送給列車(chē)的行車(chē)許可范圍內(nèi)，若存在道岔和信號(hào)機(jī)真實(shí)狀態(tài)與進(jìn)路設(shè)置不一致的情況，不能及時(shí)縮短行車(chē)許可，存在極大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3）RBC 在道岔和信號(hào)機(jī)真實(shí)狀態(tài)與進(jìn)路設(shè)置不一致的情況下，錯(cuò)誤給列車(chē)延伸行車(chē)許可，存在極大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

為了避免上述安全風(fēng)險(xiǎn)，本文對(duì)RBC-CBI 接口協(xié)議和RBC 處理邏輯進(jìn)行優(yōu)化研究，消除安全隱患。

2 借鑒原理

對(duì)于上述問(wèn)題，借鑒道路導(dǎo)航軟件設(shè)計(jì)方案：駕車(chē)出行時(shí)，僅獲知道路名稱(chēng)，但對(duì)道路的起始點(diǎn)、路口數(shù)量及路口轉(zhuǎn)向（路徑）、支路擁堵程度（路權(quán)）等關(guān)鍵信息不充分掌握，可能導(dǎo)致走向錯(cuò)誤的方向。如圖2 所示。

圖2 借鑒道路導(dǎo)航軟件示意圖Fig.2 Schematic diagram of leaning from road navigation software

通過(guò)多重關(guān)鍵信息的融合校驗(yàn)，核對(duì)道路方向、街道名稱(chēng)、路口信息、標(biāo)志性建筑、擁堵情況等多重信息，駕駛員可以保證行駛方向和路線(xiàn)的正確性。借鑒上述方案，可在RBC-CBI 接口中增加路權(quán)和路徑等關(guān)鍵信息，RBC 對(duì)行車(chē)許可范圍內(nèi)的關(guān)鍵信息進(jìn)行信息融合處理和校核，從而確保列車(chē)行車(chē)安全。

3 接口優(yōu)化方案

3.1 接口協(xié)議優(yōu)化目標(biāo)

降低對(duì)數(shù)據(jù)配置、測(cè)試人員的依賴(lài)，降低對(duì)數(shù)據(jù)配置工具可靠性和測(cè)試案例完整度的依賴(lài)；提高對(duì)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜運(yùn)營(yíng)環(huán)境的適應(yīng)性；故障處理反應(yīng)迅速有效，安全程度高。

3.2 接口協(xié)議優(yōu)化

RBC-CBI 接口信息的本質(zhì)是信號(hào)授權(quán)，即CBI 告知RBC 管轄范圍內(nèi)的哪些進(jìn)路可以用來(lái)給列車(chē)分配移動(dòng)授權(quán)。

根據(jù)第2 節(jié)的原理，與路徑相關(guān)的信息包括原協(xié)議中的站內(nèi)列車(chē)進(jìn)路、站內(nèi)軌道電路和區(qū)間閉塞分區(qū)等信息。其中區(qū)間為一維幾何結(jié)構(gòu)，區(qū)間閉塞分區(qū)起點(diǎn)到終點(diǎn)之間的路徑唯一。因存在道岔，站內(nèi)為二維幾何結(jié)構(gòu)，在站內(nèi)列車(chē)進(jìn)路和站內(nèi)軌道電路基礎(chǔ)上，考慮在協(xié)議中增加道岔，用于站內(nèi)列車(chē)進(jìn)路的路徑描述。

與路權(quán)相關(guān)的信息包括原協(xié)議中的站內(nèi)列車(chē)進(jìn)路和區(qū)間閉塞分區(qū)等信息，同樣因幾何結(jié)構(gòu)的原因，在此基礎(chǔ)上，考慮在協(xié)議中增加進(jìn)路對(duì)應(yīng)的信號(hào)狀態(tài)信息，用于站內(nèi)列車(chē)進(jìn)路的路權(quán)描述。

具體地，分別對(duì)道岔信息和站內(nèi)列車(chē)信號(hào)狀態(tài)信息進(jìn)行碼位定義。其中道岔信息分別設(shè)置未知、定位、反位、預(yù)留4 種狀態(tài)，站內(nèi)列車(chē)信號(hào)狀態(tài)分別設(shè)置信號(hào)關(guān)閉、正常、引導(dǎo)3 種狀態(tài)。

對(duì)RBC-CBI 接口進(jìn)行優(yōu)化后CBI 向RBC 發(fā)送的應(yīng)用信息，其中包含新增的道岔信息和站內(nèi)列車(chē)狀態(tài)信息如表1 所示。

3.3 R B C接口邏輯處理優(yōu)化

根據(jù)上述接口協(xié)議優(yōu)化，RBC 在接口層面獲取了更豐富的信息，如何將這部分信息精準(zhǔn)使用在RBC控車(chē)邏輯上是下一個(gè)需要解決的問(wèn)題。

為了對(duì)增加的接口信息實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)處理，以RBC 自身的配置信息為基準(zhǔn)，檢查接口信息并進(jìn)行安全處理。本文提出兩種接口邏輯處理方案。

1）完全否定故障源方案

CBI 發(fā)送的信息校驗(yàn)不通過(guò)，設(shè)置RBC 與CBI 通信中斷，完全不信任CBI，使得整個(gè)CBI 管內(nèi)所有列車(chē)緊急停車(chē)。

方案優(yōu)點(diǎn)：對(duì)故障源零容忍，反應(yīng)迅速。

方案缺點(diǎn)：對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)效率和舒適度影響很大。

2）故障進(jìn)路精準(zhǔn)安全處理方案

CBI 發(fā)送的信息中，某進(jìn)路信息校驗(yàn)不通過(guò)，僅對(duì)校核不通過(guò)的進(jìn)路進(jìn)行處理，對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)路進(jìn)行精準(zhǔn)的安全側(cè)處理，及時(shí)通知列車(chē)緊急停車(chē)，并進(jìn)行報(bào)警提示。

方案優(yōu)點(diǎn)：精準(zhǔn)化處理可避免過(guò)度防護(hù)，有效減少對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)效率影響。

方案缺點(diǎn)：對(duì)故障無(wú)容忍，但對(duì)故障源有一定容忍度。

表1 RBC-CBI接口協(xié)議優(yōu)化后的應(yīng)用信息Tab.1 Application information after RBC-CBI interface protocol optimization

綜上所述，兩種方案都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的安全處理，區(qū)別在于：第一種方案完全否定故障源，安全性非常高，但對(duì)運(yùn)營(yíng)效率會(huì)造成影響；第二種方案對(duì)故障進(jìn)路進(jìn)行精準(zhǔn)處理，避免了過(guò)度防護(hù)，對(duì)運(yùn)營(yíng)效率的影響較第一種方案較小。因此，在兩種方案都可以滿(mǎn)足對(duì)故障安全處理的情況下，優(yōu)選第二種方案——故障進(jìn)路精準(zhǔn)安全處理方案。

3.4 故障進(jìn)路精準(zhǔn)安全處理方案

對(duì)于故障進(jìn)路精準(zhǔn)安全處理方案，牽涉到數(shù)據(jù)配置、主機(jī)處理邏輯等的修改，如圖3 所示。

圖3 故障進(jìn)路精準(zhǔn)安全處理邏輯Fig.3 Fault route accurate processing logic

1）增加配置數(shù)據(jù)：在RBC 靜態(tài)數(shù)據(jù)中，增加道岔定反位與進(jìn)路關(guān)聯(lián)的配置信息，增加進(jìn)路起點(diǎn)信號(hào)機(jī)與進(jìn)路關(guān)聯(lián)的配置信息，增加站內(nèi)軌道電路與進(jìn)路關(guān)聯(lián)的配置信息。

2）RBC 軟件邏輯安全處理：RBC 故障進(jìn)路處理機(jī)制根據(jù)列車(chē)所處位置、故障發(fā)生位置、故障來(lái)源等對(duì)故障情況采取不同的安全側(cè)處理方式。

a.當(dāng)進(jìn)路狀態(tài)與道岔狀態(tài)或信號(hào)狀態(tài)不匹配，若故障進(jìn)路在MA 范圍內(nèi)，則RBC 發(fā)送縮短MA至故障進(jìn)路前；若故障進(jìn)路在MA 范圍外，則RBC不延伸MA 至故障進(jìn)路。

b.當(dāng)進(jìn)路狀態(tài)與站內(nèi)軌道電路狀態(tài)不匹配，若故障進(jìn)路為列車(chē)前方首條進(jìn)路，則RBC 發(fā)送有條件緊急停車(chē)；若故障進(jìn)路為列車(chē)前方非首條進(jìn)路，則RBC 縮短MA 至故障進(jìn)路前。

4 總結(jié)

針對(duì)現(xiàn)有RBC-CBI 接口協(xié)議進(jìn)行缺陷分析，并根據(jù)借鑒原理，提出RBC-CBI 接口協(xié)議優(yōu)化解決方案。首先，提出接口協(xié)議優(yōu)化方案，新增部分RBC-CBI 協(xié)議數(shù)據(jù)；其次，提出兩種RBC 接口邏輯優(yōu)化方案，從中優(yōu)選故障進(jìn)路精準(zhǔn)安全處理方案。最后，對(duì)故障進(jìn)路精準(zhǔn)安全處理方案進(jìn)行詳細(xì)闡述。該項(xiàng)技術(shù)目前已經(jīng)在CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)核心設(shè)備無(wú)線(xiàn)閉塞中心工程化實(shí)施中開(kāi)始使用，極大的降低了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)。