高鐵CTCS-3降級(jí)典型故障案例分析及優(yōu)化措施

陶余永

(中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司合肥電務(wù)段，合肥 230011)

隨著京港、合杭、合安高鐵線(xiàn)路的開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司合肥電務(wù)段（簡(jiǎn)稱(chēng)合肥電務(wù)段）管內(nèi)高鐵CTCS-3線(xiàn)路已有5條。CTCS-3無(wú)線(xiàn)超時(shí)降級(jí)為CTCS-2故障時(shí)有發(fā)生，尤其目前中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司對(duì)CTCS-3無(wú)線(xiàn)超時(shí)整治高標(biāo)準(zhǔn)要求，CTCS-3無(wú)線(xiàn)超時(shí)需做到件件分析。本文梳理統(tǒng)計(jì)了2020年段管內(nèi)CTCS-3無(wú)線(xiàn)超時(shí)降級(jí)，分析典型案例，提出優(yōu)化措施，供借鑒參考。

1 CTCS-3工作原理和主要設(shè)備

CTCS-3的核心設(shè)備是無(wú)線(xiàn)閉塞中心（RBC），RBC根據(jù)所控制列車(chē)的狀態(tài)，以及其控制范圍內(nèi)的軌道電路、列車(chē)進(jìn)路狀態(tài)、臨時(shí)限速命令、災(zāi)害防護(hù)和線(xiàn)路參數(shù)等信息，產(chǎn)生針對(duì)所控列車(chē)的移動(dòng)授權(quán)（MA）信息，通過(guò)GSM-R無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)傳輸給車(chē)載子系統(tǒng)，保證其管轄范圍內(nèi)列車(chē)運(yùn)行安全。RBC設(shè)備主要包括無(wú)線(xiàn)閉塞單元（RBU）、ISDN服務(wù)器、VIA、維護(hù)終端等，CTCS-3車(chē)地通信鏈路組成如圖1所示。

圖1 CTCS-3車(chē)地通信鏈路組成示意Fig.1 Composition of CTCS-3 train-wayside communication link

2 2020年段管內(nèi)CTCS-3無(wú)線(xiàn)超時(shí)降級(jí)概況

梳理統(tǒng)計(jì)2020年CTCS-3無(wú)線(xiàn)超時(shí)降級(jí)，具體情況如下：通信49件，車(chē)載56件，RBC 7件，原因不明79件，總計(jì)191件。其中，通信問(wèn)題主要是基站通信質(zhì)量不良，為通信設(shè)計(jì)問(wèn)題；車(chē)載問(wèn)題主要是單電臺(tái)移交、電臺(tái)故障、SIM卡故障、ATP故障、ATP軟件原因異常發(fā)送DR拆鏈等；RBC側(cè)7件降級(jí)包括京港RBC2與鄰局RBC通信問(wèn)題1件，京港RBC3的ISDN4服務(wù)器工作異常1件，京港RBC4時(shí)間戳問(wèn)題 1件，京港RBC6、RBC7的ISDN 軟件T1定時(shí)器問(wèn)題 4件。

3 典型CTCS-3降級(jí)分析

1）案例1：“3.8”鄭阜線(xiàn)G3192次列車(chē)從京港RBC1，開(kāi)往京港RBC2，在移交點(diǎn)發(fā)生無(wú)線(xiàn)超時(shí)降級(jí)，京港RBC1與京港RBC2連接關(guān)系如圖2所示。

圖2 京港RBC1與京港RBC2連接關(guān)系示意Fig.2 Schematic diagram of the connection relationship between Jinggang RBC1 and Jinggang RBC2

RBC間移交原理：當(dāng)列車(chē)運(yùn)行至RBC邊界處時(shí)，需實(shí)現(xiàn)列車(chē)在兩個(gè)RBC間行車(chē)許可控制的安全切換過(guò)程。運(yùn)行在CTCS-3級(jí)的列車(chē)，必須能不減速地通過(guò)相鄰RBC邊界。因此，移交RBC必須能向接收RBC發(fā)送移交預(yù)告信息、進(jìn)路請(qǐng)求信息、移交通告信息、移交確認(rèn)信息、移交取消信息等，接收RBC需向移交RBC發(fā)送進(jìn)路信息、接管信息等，如圖3所示。

圖3 RBC移交（RBC1為移交RBC， RBC2為接收RBC）Fig.3 RBC handover (RBC1 is the handover RBC,RBC2 is the receiving RBC)

原因分析：京港RBC1是中國(guó)鄭州局鐵路集團(tuán)公司管轄設(shè)備，京港RBC2是合肥電務(wù)段管轄設(shè)備，屬于兩個(gè)RBC廠(chǎng)家接口互聯(lián)互通問(wèn)題。兩個(gè)廠(chǎng)家RBC設(shè)備由于處理時(shí)隙不同造成通信阻塞導(dǎo)致降級(jí)。

解決措施：兩個(gè)廠(chǎng)家均符合接口規(guī)范，經(jīng)過(guò)反復(fù)探討，對(duì)京港RBC2軟件進(jìn)行升級(jí)，將相鄰RBC發(fā)送周期時(shí)間配置由2 s改為3 s，增加對(duì)設(shè)備處理延時(shí)和通信延時(shí)的容忍度，現(xiàn)場(chǎng)更換京港RBC2軟件得以解決。

2）案例2：列車(chē)在某RBC管轄范圍以CTCS-3級(jí)完全模式運(yùn)行正常，列車(chē)運(yùn)行至某處（啟動(dòng)移交后）降為CTCS-2級(jí)模式運(yùn)行。

原因分析：相鄰RBC時(shí)間戳在處理溢出時(shí)存在缺陷，導(dǎo)致相鄰RBC通信中斷，從而引起列車(chē)無(wú)線(xiàn)超時(shí)，移交RBC日志解析如圖4所示。

圖4 移交RBC日志解析Fig.4 Analysis of handover RBC log

由于RBC時(shí)間戳跳變，引起RBC丟棄相鄰RBC數(shù)據(jù)，RBC-RBC間通信超時(shí)，引起正在移交的列車(chē)移交失敗，導(dǎo)致車(chē)地?zé)o線(xiàn)超時(shí)降級(jí)運(yùn)行。

解決措施：基礎(chǔ)軟件增加對(duì)時(shí)間戳溢出的防護(hù)邏輯，使得多條消息的時(shí)間戳能按照需求依次遞增且在時(shí)間戳溢出特殊場(chǎng)景下可以做出正確處理，目前廠(chǎng)家已經(jīng)對(duì)管內(nèi)RBC基礎(chǔ)軟件進(jìn)行優(yōu)化，計(jì)劃升級(jí)軟件解決此問(wèn)題。在軟件升級(jí)前，電務(wù)段通過(guò)每季度進(jìn)行RBC雙系重啟，以便重置RBC時(shí)間戳，確保不發(fā)生CTCS-3無(wú)線(xiàn)超時(shí)降級(jí)。

3）案例3：3月13日G8327在合安線(xiàn)K1172+290處，因CTCS-3車(chē)地通信協(xié)議探尋/補(bǔ)發(fā)機(jī)制失效導(dǎo)致CTCS-3無(wú)線(xiàn)超時(shí)。

探尋/補(bǔ)發(fā)機(jī)制原理：根據(jù)ISO 7776標(biāo)準(zhǔn)要求，在車(chē)地?cái)?shù)據(jù)交互過(guò)程中，發(fā)送方每次發(fā)送信息幀I幀后，應(yīng)啟動(dòng)T1定時(shí)器（2 s）。若發(fā)送方在T1時(shí)間內(nèi)未收到正確的接收確認(rèn)，發(fā)送方應(yīng)向接收方發(fā)送探尋幀，在收到接收方回復(fù)的響應(yīng)幀后，發(fā)送方補(bǔ)發(fā)丟失的信息幀，如圖5所示。

圖5 C3車(chē)地通信探尋/補(bǔ)發(fā)原理Fig.5 Schematic diagram of recovered mechanism in CTCS-3 radio train-wayside communication systems

原 因 分 析：15:52:34.840 RBC 發(fā) 送 M3消息，該包拆分為9個(gè)HDLC的I 幀（N(S)=49～N(S)=57）。15:52:37.547 車(chē)載發(fā)送 I幀，N(R)=53，說(shuō)明N(S)=53～N(S)=57均未被車(chē)載正常接收到；T1時(shí)間超時(shí)后，RBC未向ATP發(fā)送探尋幀，導(dǎo)致車(chē)載收到I幀序列不完整，無(wú)法組成 M3 消息，20 s未收到應(yīng)用數(shù)據(jù)判斷與RBC超時(shí)，主動(dòng)發(fā)送DI斷開(kāi)通信連接，如圖6所示。

圖6 DI斷開(kāi)消息日志解析Fig.6 DI disconnect message log analysis

經(jīng)分析，在因通信原因?qū)е露鄠€(gè)數(shù)據(jù)幀丟失時(shí)，如果車(chē)地通信交互數(shù)據(jù)較為密集，ISDN 服務(wù)器軟件在T1時(shí)間內(nèi)會(huì)持續(xù)收到車(chē)載的信息幀I幀或監(jiān)控幀（RR、RNR）。由于ISDN 服務(wù)器軟件實(shí)現(xiàn)存在缺陷，此時(shí)會(huì)錯(cuò)誤地重置T1定時(shí)器，導(dǎo)致RBC未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)有信息幀丟失，未能向車(chē)載及時(shí)探尋/補(bǔ)發(fā)丟失的信息幀。

解決措施：升級(jí)合安ISDN 服務(wù)器軟件，在車(chē)地密集交互數(shù)據(jù)時(shí)，保持T1定時(shí)器計(jì)時(shí)的持續(xù)性，使RBC可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)因通信原因?qū)е碌男畔瑏G失，及時(shí)向車(chē)載探尋/重傳數(shù)據(jù)，確保車(chē)地通信的完整性、可靠性，此問(wèn)題得以解決。

4）案例4：G1804/1次運(yùn)行至合寧線(xiàn)合肥站-羅崗站下行線(xiàn)CTCS-3轉(zhuǎn)CTCS-2無(wú)線(xiàn)連接超時(shí)，所屬RBC設(shè)備為合蚌RBC2。

原因分析：經(jīng)過(guò)分析RBC數(shù)據(jù)，列車(chē)運(yùn)行至XXK4+746處發(fā)生無(wú)線(xiàn)超時(shí)。根據(jù)列控工程數(shù)據(jù)表CTCS-3級(jí)動(dòng)車(chē)組從合蚌客專(zhuān)進(jìn)入合肥站股道停車(chē)后繼續(xù)向羅崗方向正向運(yùn)行時(shí)，在合肥至羅崗區(qū)間B53應(yīng)答器組處進(jìn)行CTCS-3級(jí)向CTCS-2級(jí)執(zhí)行轉(zhuǎn)換。切換應(yīng)答器組設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 合肥新客線(xiàn)下行線(xiàn)應(yīng)答器位置Tab.1 Downlink transponder location table of Hefei New Passenger Line

降級(jí)位置未到達(dá)CTCS-3/CTCS-2級(jí)間切換點(diǎn)B53應(yīng)答器組所在的XXK5+380。通過(guò)分析通信GSM-R三接口數(shù)據(jù)，無(wú)線(xiàn)超時(shí)時(shí)間段下行通信質(zhì)量達(dá)到7級(jí)，屬于通信質(zhì)量不良情況，導(dǎo)致車(chē)載未收到RBC發(fā)送的信息，車(chē)載回執(zhí)大量無(wú)效信息，MSC主動(dòng)拆鏈重置當(dāng)前通信鏈路，導(dǎo)致列車(chē)降級(jí)CTCS-2運(yùn)行。

由于合寧線(xiàn)合肥站出站向羅崗方向?qū)儆贑TCS-2線(xiàn)路，向合肥北城方向?qū)儆贑TCS-3線(xiàn)路，合蚌RBC2在合寧線(xiàn)CTCS-3的管轄范圍延伸至合肥―羅崗區(qū)間，即CTCS-3/CTCS-2級(jí)間切換點(diǎn)在合肥―羅崗區(qū)間，但合肥―羅崗區(qū)間由于原屬C2線(xiàn)路，GSM-R未實(shí)現(xiàn)良好的冗余覆蓋。

解決措施：針對(duì)類(lèi)似合肥站等復(fù)雜樞紐場(chǎng)景，涉及多方向出站，且列控等級(jí)不同，需將CTCS-2線(xiàn)路的級(jí)間切換點(diǎn)移設(shè)到合肥站CTCS-3線(xiàn)路方向，或在CTCS-2線(xiàn)路增設(shè)GSM-R基站進(jìn)行增強(qiáng)覆蓋。后續(xù)應(yīng)加強(qiáng)通信信號(hào)兩個(gè)專(zhuān)業(yè)的聯(lián)動(dòng)聯(lián)檢，提前介入，在前期開(kāi)通中對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行充分論證，確保此類(lèi)問(wèn)題不再發(fā)生。

4 總結(jié)

高鐵線(xiàn)路CTCS-3安全穩(wěn)定，才能確保鐵路的運(yùn)輸安全和運(yùn)輸效率。隨著段管內(nèi)CTCS-3線(xiàn)路日益增多，為保證RBC設(shè)備的運(yùn)用安全，減少CTCS-3降級(jí)的發(fā)生，后續(xù)將會(huì)同各廠(chǎng)家進(jìn)行深入分析，提出針對(duì)性的優(yōu)化及整改措施，對(duì)電務(wù)CTCS-3無(wú)線(xiàn)超時(shí)降級(jí)分析以及RBC維修管理工作中起到一定的指導(dǎo)和借鑒作用。

CTCS-3無(wú)線(xiàn)超時(shí)涉及車(chē)地傳輸中ATP、RBC、GSM-R網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)環(huán)節(jié)，各系統(tǒng)間接口又涉及到有線(xiàn)通信和無(wú)線(xiàn)通信，情況較為復(fù)雜。除加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)和故障分析團(tuán)隊(duì)培訓(xùn)外，還應(yīng)針對(duì)車(chē)地?zé)o線(xiàn)通信的多個(gè)環(huán)節(jié)，補(bǔ)強(qiáng)數(shù)據(jù)分析手段，積累案例庫(kù)，利用大數(shù)據(jù)分析、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)超時(shí)故障的自動(dòng)化分析。