應(yīng)答器報文容量超限解決方案探討

任強，劉江沙

應(yīng)答器是鐵路信號系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備,是一種點式信息傳輸設(shè)備［1］,主要用于向列車車載發(fā)送相關(guān)的上行鏈路數(shù)據(jù)（報文）。地面應(yīng)答器包括無源應(yīng)答器和有源應(yīng)答器,其中有源應(yīng)答器發(fā)送的報文包括應(yīng)答器鏈接、線路速度、軌道區(qū)段、臨時限速、默認、目視行車危險等信息包［2］。

在標準站內(nèi)建立側(cè)線通過進路、發(fā)車進路時,進站、出站應(yīng)答器需發(fā)送［ETCS-5］、［ETCS-27］、［ETCS-68］、［CTCS-1］、［CTCS-2］信息包,各信息包內(nèi)容如下。

1）［ETCS-5］:應(yīng)答器鏈接信息包［3］。主要內(nèi)容為被鏈接應(yīng)答器的相關(guān)信息,如應(yīng)答器組與前一組的地區(qū)關(guān)系、是否鏈接成功等。

2）［ETCS-27］:線路速度信息包。主要內(nèi)容為所描述的速度信息起始點的坐標、線路最大允許列車運行速度等。

3）［ETCS-68］:特殊區(qū)段信息包。主要內(nèi)容為特殊軌道區(qū)段的長度、特殊軌道區(qū)段定義等,可以反映前方分相區(qū)信息。

4）［CTCS-1］:軌道區(qū)段信息包［4］。主要內(nèi)容為描述的軌道區(qū)段起始點的坐標、軌道區(qū)段數(shù)量、軌道區(qū)段長度、軌道區(qū)段載頻等。

5）［CTCS-2］:臨時限速信息包［5］。主要內(nèi)容為臨時限速信息有效區(qū)段長度、到臨時限速區(qū)段的距離、臨時限速區(qū)段長度、臨時限速的限制速度等。

1 應(yīng)答器報文容量超限問題

在高鐵線路和普速鐵路線路的連接車站,由于軌道區(qū)段過多,且存在分相區(qū)［6］,在排列彎進直出進路時,會出現(xiàn)進站應(yīng)答器報文容量超限的情況。當正線股道布置出站有源應(yīng)答器且股道設(shè)置高站臺時,建立發(fā)車進路,在區(qū)間發(fā)車口下達多條臨時限速,正線出站有源應(yīng)答器報文將會出現(xiàn)容量超限問題,若此時按照側(cè)線進行縮回處理,在特定場景下車載會觸發(fā)緊急制動,影響行車效率。本文就此問題進行分析,提出擴展［CTCS-2］信息包的解決方案,在下達多條限速時正常發(fā)送臨時限速,不會出現(xiàn)按照側(cè)線應(yīng)答器信息實施限速縮回處理［7］的場景。這里只針對目前存在的特定場景下的應(yīng)答器報文容量超限問題,提出解決方案；在其他實際場景的應(yīng)用中,需進一步結(jié)合周圍環(huán)境,分析并選擇相應(yīng)的實施方案。

2 進站應(yīng)答器容量超限解決方案

在CTCS-3級某客專線路中,A站是高鐵線路與普速鐵路的連接車站,其車站平面示意見圖1。A站共含4條正線,與B站、C站、D站相鄰,其中C站、D站為高速站,B站為線路所。A站的XX和XXF口為普速聯(lián)絡(luò)線正線進站口,連接普速線路邊界車站B站（線路所）；SI和SII處由于存在圖定轉(zhuǎn)線作業(yè),已分別增加設(shè)置一個有源應(yīng)答器BSI和BSII。由于A站軌道區(qū)段較多,且存在分相區(qū),此時排列彎進直出進路時存在應(yīng)答器報文容量超過最大允許容量的情況,需要對此提出解決方案。

圖1 A站站場平面示意

2.1 進站應(yīng)答器報文容量分析

A站在排列XX-IG-SF進路時,有源應(yīng)答器BXX需填寫［ETCS-5］、［ETCS-27］、［ETCS-68］、［CTCS-1］、［CTCS-2］信息包［8］。其中:［ETCS-5］包 需 鏈 接4個 應(yīng) 答 器,共186位；［ETCS-27］包 描 述3段 速 度 信 息,共114位；［ETCS-68］包 描 述1個 分 相 區(qū),共65位；［CTCS-1］包需要描述10個軌道區(qū)段信息（包括已合并后的軌道區(qū)段）,共309位；［CTCS-2］包需打包1條限速,共107位；合計781位。

目前最大用戶信息包位數(shù)為772位,若此時依然按照最大數(shù)量填寫,將超出應(yīng)答器最大位數(shù),只能壓縮［CTCS-1］包。［CTCS-1］包的描述范圍至0575G,距SF發(fā)車口4 459 m,描述軌道區(qū)段信息共9個,見圖2。

圖2 有源應(yīng)答器BXX的［CTCS-1］包描述范圍示意

在縮減［CTCS-1］包的描述范圍后,通過車載實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn):排列XX-IG-SF進路后,有源應(yīng)答器BXX信息包長度描述不足導致減速（255＞219）,影響行車效率。

為解決有源應(yīng)答器數(shù)據(jù)包容量超限問題,可以從“擴展［CTCS-1］包”和“縮短［CTCS-1］包”2個角度出發(fā)。“擴展［CTCS-1］包”:壓縮其他數(shù)據(jù)包空間,為［CTCS-1］包保留位數(shù)?！翱s短［CTCS-1］包”:縮短所需要的［CTCS-1］包的長度,使當前描述的長度滿足不降速運行要求。根據(jù)以上2個思路,提出以下方案。

2.2 擴展[CTCS-1]包

為了解決車載降速問題,需增加BXX應(yīng)答器中［CTCS-1］包的描述范圍。經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn),當［CTCS-1］包描述范圍至0601G時,可滿足不降速條件。此時BXX應(yīng)答器中［CTCS-1］包描述范圍為6 341 m,描述軌道區(qū)段信息共10個,見圖3。

圖3 增加BXX應(yīng)答器［CTCS-1］包描述范圍

為了給BXX應(yīng)答器［CTCS-1］包保留足夠的位數(shù),需要削減其余各包的數(shù)量。新增一段軌道區(qū)段信息需要24 bits。因此,需要至少刪減其他包的24 bits數(shù)據(jù)。

1）刪除BXX應(yīng)答器［ETCS-68］包信息。有源應(yīng)答器BXX的［ETCS-68］包主要是描述前方分相區(qū)的信息。在本站內(nèi)當前進路方向,BSF應(yīng)答組和B0573應(yīng)答組中的無源應(yīng)答器內(nèi)也含描述正向有效［ETCS-68］包,BSF應(yīng)答器組到分相區(qū)的距離為3 011 m,足以保證列車過分相信息描述；且該進路中XI信號機防護唯一發(fā)車進路,可在正線出站無源應(yīng)答器BXI中增加正向有效的［ETCS-68］包,來進行分相區(qū)的信息描述。由于在通過進路內(nèi)存在其他2個應(yīng)答器組冗余描述了前方分相區(qū)信息,可選擇刪除BXX應(yīng)答器中的［ETCS-68］包,以擴展［CTCS-1］包。

［ETCS-68］包共65 bits,容量超出了［CTCS-1］包需要增加的24 bits,此時可以保證BXX應(yīng)答器描述的軌道區(qū)段信息包長度,保證列車不降速。

在A站實際應(yīng)用中采用了此方案,刪除了BXX應(yīng)答器的［ETCS-68包］,由無源應(yīng)答器補充相應(yīng)的［ETCS-68］包信息,在實際車站動態(tài)試驗過程中,可保證列車不降速通過。

2）縮 減BXX應(yīng) 答器［ETCS-5］包 信息。BXX的［ETCS-5］包覆蓋BXX至BSF（含）范圍內(nèi)所有的應(yīng)答器組,共計4個應(yīng)答器鏈接信息?？蓪ⅲ跡TCS-5］包縮短至反出站有源應(yīng)答器處（BSI）,由無源應(yīng)答器BSI增加［ETCS-5］包,鏈接范圍至BSF（含）。此時BXX應(yīng)答器中［ETCS-5］包只保留一個應(yīng)答器鏈接信息。

一個應(yīng)答器鏈接信息共39 bits,刪除兩個鏈接信息即可增加78 bits,超出［CTCS-1］包需要增加的24 bits,此時可以保證BXX應(yīng)答器描述的軌道區(qū)段信息包長度,保證列車不降速。

2.3 縮短[CTCS-1]包

針對A站圖定轉(zhuǎn)線作業(yè)的特定場景,由于反出站設(shè)置一個有源應(yīng)答器,因此可以通過在反出站應(yīng)答器組中新增列控中心補充發(fā)送有源應(yīng)答器信息,其中BSI、BXX應(yīng)答器［CTCS-1］包信息范圍見圖4。

圖4 A站圖定轉(zhuǎn)線作業(yè)特定場景示意

BXX應(yīng)答器報文在不修改［CTCS-1］信息包及其他各信息包的條件下,可以在BSI中增加［CTCS-1］包補充信息,即排列XX-IG進路時,BSI應(yīng)答器除了發(fā)送往SI方向絕對停車包外,增加往XI方向的［CTCS-1］包信息,覆蓋范圍至0601G。

此時,車載將在BSI應(yīng)答器處更新［CTCS-1］包信息,更新后的軌道區(qū)段信息可以覆蓋0601G,保證車載不降速。

3 出站應(yīng)答器容量超限解決方案

在某客專線路中,E站正線股道設(shè)置有源應(yīng)答器,其車站平面示意圖見圖5。E站共含2條正線,排列發(fā)車進路后,XF口外方下達限速時,出站應(yīng)答器報文容量超過最大允許容量,會按照側(cè)線出站有源應(yīng)答器進行限速回縮［9］處理,車載將觸發(fā)緊急制動,需要對此提出解決方案。

圖5 E站站場平面示意

E站在排列SII-XF進路時,有源應(yīng)答器BSII需填寫［ETCS-5］、［ETCS-27］、［ETCS-68］、［CTCS-1］、［CTCS-2］信息包。其中:［ETCS-5］包需鏈接1個應(yīng)答器,共69位；［ETCS-27］包描述4段速度信息,共142位；［ETCS-68］包描述1個分相區(qū),共65位；［CTCS-1］包需要描述12個軌道區(qū)段信息,共357位；［CTCS-2］包至少打包1條限速,共107位；合計748位。

目前最大用戶信息包位數(shù)為772位,此時還未超出應(yīng)答器位數(shù),但是建立SII-XF發(fā)車進路后,當在進路內(nèi)下達限速命令時,每增加一條限速命令需要38 bits；當下達2條限速命令時,超出了應(yīng)答器信息包位數(shù)的最大范圍,故按照側(cè)線出站有源應(yīng)答器限速縮回處理。［CTCS-2］包限速范圍見圖6、圖7。當車載設(shè)備在進站應(yīng)答器處獲取實際距離、長度的限速命令時,正線限速提前縮回將導致列車制動［10］。

圖6 實際限速范圍

圖7 回縮后限速范圍

為了解決車載限速范圍回縮的問題,且提高行車效率,需增加BSII應(yīng)答器中［CTCS-2］包內(nèi)包含的限速條數(shù)。根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求,［CTCS-2］包需保留4條限速信息的位數(shù)。為了給BSII應(yīng)答器［CTCS-2］包保留足夠的位數(shù),則需要減少其余各包的數(shù)量。新增一段限速信息需要38 bits,按要求需要增加3條限速,因此,需要至少刪減其他包的114 bits數(shù)據(jù)。

1）刪除［ETCS-68］包信息。有源應(yīng)答器BSII的［ETCS-68］包主要是描述前方分相區(qū)的信息。由于SII信號機只防護唯一發(fā)車進路,在BSII組內(nèi)的無源應(yīng)答器中增加的正向有效的［ETCS-68］包,來進行分相區(qū)的信息描述,同時在BXF組中的無源應(yīng)答器內(nèi)也含描述正向有效的［ETCS-68］包,足以保證列車過分相信息冗余,因此可選擇刪除BSII有源應(yīng)答器中的［ETCS-68］包,以擴展［CTCS-2］包。

2）合并［ETCS-27］包信息。出站應(yīng)答器BSII的［ETCS-27］包的范圍見圖8。在本站內(nèi),建立SII-XF正線發(fā)車進路,當［ETCS-27］包中遠端閉塞分區(qū)內(nèi)存在多個速度變化點,且遠端的允許速度高于近端的允許速度時,為了可以給［CTCS-2］包預(yù)留空間,可以將遠端的軌道區(qū)段按照低速進行合并,如圖9所示。其中［ETCS-27］中一個速度信息是28 bits,可以給［CTCS-2］包預(yù)留出28 bits。

圖8 BSII應(yīng)答器軌道區(qū)段合并前［ETCS-27］包范圍

圖9 BSII應(yīng)答器軌道區(qū)段合并后［ETCS-27］包范圍

3）合并［CTCS-1］包信息。出站應(yīng)答器BSII的［CTCS-1］包的范圍如圖10所示,為了可以給［CTCS-2］包預(yù)留空間,BSII應(yīng)答器組中可對數(shù)據(jù)冗余部分由遠及近對各閉塞分區(qū)內(nèi)的軌道區(qū)段進行合并,但應(yīng)至少保留離去區(qū)段的信息。在本站內(nèi),遠端的兩個閉塞分區(qū)內(nèi)均存在多個軌道區(qū)段,因此可以將同一個閉塞分區(qū)內(nèi)的軌道區(qū)段進行合并,如圖11所示,可以預(yù)留出3個軌道區(qū)段,一個軌道區(qū)段是24 bits,與刪除的［ETCS-68］包、合并的［ETCS-27］包一共可以空出165 bits,此時可以保證BSII應(yīng)答器［CTCS-2］包的限速范圍。

圖10 BSII應(yīng)答器軌道區(qū)段合并前［CTCS-1］包范圍

圖11 BSII應(yīng)答器軌道區(qū)段合并后［CTCS-1］包范圍

4 結(jié)論

本文對不同場景下的應(yīng)答器報文超限問題進行分析。排列彎進直出進路,進站應(yīng)答器容量超限時,提出保證列車不降速通過的解決方案,從刪減其他信息包和新增軌道區(qū)段范圍入手,分別針對不同場景實現(xiàn)了存在分相區(qū)和圖定轉(zhuǎn)線場景下的數(shù)據(jù)包壓縮方案和軌道區(qū)段包延長方案。正線股道布置有源應(yīng)答器且股道設(shè)置高站臺,報文容量超限時,為了不進行側(cè)線限速縮回處理,提出擴展［CTCS-2］包的解決方案。