樞紐復(fù)雜場(chǎng)景下無(wú)線超時(shí)問題優(yōu)化方案

劉偉玲

（中國(guó)鐵路南昌局集團(tuán)有限公司電務(wù)部，南昌 330002）

隨著高速鐵路大規(guī)模的建設(shè)和開通，CTCS-3（簡(jiǎn)稱C3）級(jí)列控系統(tǒng)得到大規(guī)模的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)最高運(yùn)營(yíng)速度350 km/h，大大提高鐵路的運(yùn)輸效率及安全。為保障列控信息傳輸?shù)目煽啃约鞍踩?，C3列控系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖（CBI）、臨時(shí)限速服務(wù)器（TSRS）、無(wú)線閉塞中心(RBC)、調(diào)度集中（CTC）和列控車載設(shè)備（ATP）等提供的信息，生成列車行車許可（MA）等信息，并通過鐵路數(shù)字移動(dòng)通信（GSM-R）網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行車-地信息交互，并輔以無(wú)線通信超時(shí)判斷機(jī)制。因此，研究和減少無(wú)線通信超時(shí)故障，對(duì)保障動(dòng)車組的持續(xù)安全運(yùn)行具有重要意義。

為實(shí)現(xiàn)C3級(jí)列控系統(tǒng)跨線運(yùn)行，在樞紐地區(qū)多線交匯車站需設(shè)置相鄰RBC切換邊界以實(shí)現(xiàn)列車控制權(quán)的安全切換，但樞紐站場(chǎng)情況復(fù)雜易導(dǎo)致C3與CTCS-2（簡(jiǎn)稱C2）行車許可不一致而引發(fā)無(wú)線超時(shí)問題。以合福高鐵上饒樞紐上饒站至上饒線路所段為背景，對(duì)在該段RBC移交過程中CTCS3-300T型ATP車載設(shè)備C3與C2行車許可不一致引發(fā)無(wú)線超時(shí)問題進(jìn)行深入分析，探尋無(wú)線超時(shí)發(fā)生前各相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備邏輯演化過程，以研究并比選解決問題的最優(yōu)技術(shù)方案。

1 樞紐多線交匯車站上饒站C3級(jí)列控系統(tǒng)管轄情況

C3 級(jí)列控系統(tǒng)是基于 GSM-R無(wú)線通信實(shí)現(xiàn)車-地信息雙向傳輸，由RBC生成MA，軌道電路實(shí)現(xiàn)列車占用檢查，應(yīng)答器實(shí)現(xiàn)列車定位，并兼具 C2 級(jí)功能的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。當(dāng)車載設(shè)備以C3級(jí)完全模式運(yùn)行時(shí)，車載設(shè)備按周期或事件觸發(fā)（如最近相關(guān)應(yīng)答器組有更新等）向RBC發(fā)送位置信息，RBC按周期或事件觸發(fā)發(fā)送一般消息，維系車-地正常通信。車載設(shè)備依據(jù)RBC分配參數(shù)值（默認(rèn)20 s）來(lái)監(jiān)督車-地的通信狀態(tài)，如超過20 s沒有收到RBC消息，則判斷無(wú)線通信超時(shí)并輸出最大常用制動(dòng)；無(wú)線通信超時(shí)超過40 s未恢復(fù)且列車速度低于后臺(tái)C2允許速度，或40 s內(nèi)列車速度小于50 km/h且低于后臺(tái)C2允許速度，則會(huì)提示司機(jī)降級(jí)，司機(jī)確認(rèn)后降級(jí)為C2等級(jí)運(yùn)行。在C3級(jí)線路，車載設(shè)備以C2等級(jí)控車最高允許速度下降為300 km/h，對(duì)運(yùn)營(yíng)效率帶來(lái)一定影響。

上饒站是杭長(zhǎng)高鐵、合福高鐵線多線交匯樞紐車站。其中，合福高鐵上饒合福場(chǎng)由合福RBC6管轄，上饒線路所為杭長(zhǎng)RBC4管轄，合福高鐵上饒合福場(chǎng)經(jīng)上饒東南聯(lián)絡(luò)線與杭長(zhǎng)高鐵上饒線路所連接。上饒樞紐RBC管轄如圖1所示，上行線RBC管轄分界點(diǎn)為上饒東南聯(lián)絡(luò)線48信號(hào)點(diǎn)（坐標(biāo)L2K4+831）、下行線RBC管轄分界點(diǎn)為上饒東南聯(lián)絡(luò)線49信號(hào)點(diǎn)（坐標(biāo)L1K4+950）。列車由上饒合福場(chǎng)向上饒線路所運(yùn)行時(shí)，需由合福RBC6（移交RBC）向杭長(zhǎng)RBC4（接收RBC）進(jìn)行移交，移交切換點(diǎn)即為管轄分界點(diǎn)。

2 樞紐多線交匯車站上饒站無(wú)線通信超時(shí)產(chǎn)生原因

無(wú)線通信超時(shí)產(chǎn)生原因較為復(fù)雜，涉及通信、信號(hào)等多個(gè)專業(yè)，按不同故障原因歸類，C3無(wú)線通信超時(shí)產(chǎn)生的原因有車載設(shè)備故障、公網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商外部干擾、GSM-R網(wǎng)內(nèi)直放站多徑干擾、通信設(shè)備（含基站、基站控制器、碼變換和速率適配單元、移動(dòng)交換中心設(shè)備及傳輸、電源等配套設(shè)備，部分區(qū)段還包含光纖直放站區(qū)間中繼設(shè)備)故障以及RBC設(shè)備故障。

以上5類故障基本涵蓋目前無(wú)線通信超時(shí)故障類別。區(qū)別于上述描述，基于上饒樞紐杭長(zhǎng)高鐵與合福高鐵交匯、兩線RBC切換點(diǎn)設(shè)置在上饒東南聯(lián)絡(luò)線的特殊設(shè)計(jì)，在特定的情況下列車運(yùn)行在上饒東南聯(lián)絡(luò)線上、下行線均會(huì)發(fā)生無(wú)線通信超時(shí)降級(jí)問題。例如：2021年3月25日G1676次、5月3日G1638次，在上饒東南聯(lián)絡(luò)線上行線發(fā)生無(wú)線通信超時(shí)降級(jí)問題；2022年1月25日G1639次在上饒東南聯(lián)絡(luò)線下行線發(fā)生無(wú)線通信超時(shí)降級(jí)問題。以2021年3月25日G1676次為例，深入分析基于樞紐特殊場(chǎng)景下無(wú)線超時(shí)產(chǎn)生的機(jī)理。

2.1 概況

2021年3月25日12:20:30，G1676次(CRH 380AL-2545）從合福高鐵上饒合福場(chǎng)出站，經(jīng)上饒東南聯(lián)絡(luò)上行線運(yùn)行至上饒線路所區(qū)間（上饒線路所 L2K4+780）時(shí)，ATP提示“與C2行車許可不一致”，12:22:01觸發(fā)無(wú)線超時(shí)制動(dòng)，后續(xù)降級(jí)C2運(yùn)行。

2.2 分析

無(wú)線通信超時(shí)降級(jí)故障產(chǎn)生原因較為復(fù)雜，需綜合通信、信號(hào)等多專業(yè)聯(lián)合分析。因GSM-R網(wǎng)絡(luò)承載ATP與RBC通信服務(wù)，以GSM-R網(wǎng)接口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為突破口，可快速定位無(wú)線超時(shí)大致方向。

2.2.1 接口監(jiān)測(cè)定位分析

當(dāng)日G1676次無(wú)線通信超時(shí)發(fā)生位置在ShangRao_BUB小區(qū)（設(shè)備廠家及型號(hào)：華為DBS3900），現(xiàn)場(chǎng)組網(wǎng)及動(dòng)車組運(yùn)行情況如圖2所示。

分析PRI接口電臺(tái)呼叫記錄，如圖3所示，G1676次MT1（14981873541）在12:20:27異常掛斷，于12:26:48起呼恢復(fù)C3模式運(yùn)行；進(jìn)一步分析PRI接口信令數(shù)據(jù)如圖4所示，在車-地?cái)?shù)據(jù)交互正常且未下發(fā)包含結(jié)束會(huì)晤包的M24消息的情況下，車載電臺(tái)異常向杭長(zhǎng)RBC4（接收）發(fā)送M156消息結(jié)束無(wú)線會(huì)話，期間電臺(tái)測(cè)量報(bào)告顯示通信網(wǎng)絡(luò)正常，現(xiàn)場(chǎng)排查網(wǎng)絡(luò)情況正常。

2.2.2 ATP與杭長(zhǎng)RBC4主動(dòng)拆鏈原因分析

ATP與杭長(zhǎng)RBC4主動(dòng)拆鏈原因需從RBC移交流程開始，查看對(duì)應(yīng)時(shí)段的ATP記錄文件及RBC日志文件，如圖5所示。

1）RBC移交

12:19:56，G1676次上饒合福場(chǎng)S6出站壓入發(fā)車進(jìn)路道岔區(qū)段，而此時(shí)前車G1652次剛壓入上饒線路所進(jìn)站尾部占用接近區(qū)段48G。根據(jù)碼序追蹤原則，此時(shí)G1676次運(yùn)行至上饒合福場(chǎng)道岔區(qū)段跟隨L21LQG發(fā)送U碼。

同時(shí)，合福RBC6判斷距離移交邊界長(zhǎng)度滿足條件向G1676次發(fā)送包含杭長(zhǎng)RBC4電話號(hào)碼的P131包，通知ATP可以使用備用電臺(tái)提前呼叫杭長(zhǎng)RBC4，做好雙電臺(tái)RBC正常移交準(zhǔn)備，12:20:11，G1676次備用電臺(tái)與杭長(zhǎng)RBC4正常建立通信。

2） C3行車許可與C2行車許可比較

查看RBC日志，12:20:13前車G1652次完全壓入上饒線路所進(jìn)站信號(hào)機(jī)內(nèi)方出清接近區(qū)段48G后，12:20:15合福RBC6收到杭長(zhǎng)RBC4發(fā)送的M221授權(quán)相關(guān)消息，顯示延伸MA長(zhǎng)度1 171 m。12:20:19合福 RBC6計(jì)算本 RBC管轄范圍 2 574 m 加上杭長(zhǎng) RBC4 管轄范圍 1 171 m，向G1676次發(fā)送長(zhǎng)度為3 745 m的MA（終點(diǎn)為上饒線路所S進(jìn)站信號(hào)機(jī)）。車載JRU數(shù)據(jù)顯示ATP收到RBC發(fā)來(lái)更新的M3，C3行車許可延升并越過杭長(zhǎng)RBC4管轄管界。ATP接收機(jī)車信號(hào)仍為U碼(地面設(shè)備碼序保持，不因前車出清48G而變化 )，C2行車許可長(zhǎng)度為 2 547 m。C3行車許可與C2行車許可對(duì)比差值1 171 m（比對(duì)情況如表1所示）。

表1 C3與C2行車許可比對(duì)Tab.1 Comparison of C3 and C2 MAs

根據(jù)《CTCS-3級(jí)ATP行車許可結(jié)合軌道電路信息暫行技術(shù)條件》（TJ/DW200-2018）的規(guī)定，軌道電路信息為U碼時(shí)，C3級(jí)ATP實(shí)時(shí)獲取軌道電路信息許可長(zhǎng)度并且與C3級(jí)MA長(zhǎng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)比較。若C3級(jí)MA長(zhǎng)度大于軌道電路信息許可長(zhǎng)度且差值大于100 m，則C3級(jí)ATP將MA終點(diǎn)位置立即縮短至軌道電路信息許可終點(diǎn)處。在此條件下，C3行車許可與軌道電路信息許可（即C2行車許可）應(yīng)立即進(jìn)行比較，并縮短至軌道電路信息許可終點(diǎn)處。

3）異常拆鏈

C3與C2行車許可比較后，根據(jù)鐵總工電[2018]18號(hào)規(guī)范，C3行車許可按C2行車許可截取為2 547 m。此時(shí)正處于RBC移交過程，因C3行車許可被大幅度截?cái)鄬?dǎo)致無(wú)法覆蓋移交邊界，ATP刪除截取后的MA終點(diǎn)以外的RBC移交預(yù)告信息，故斷開與接收（杭長(zhǎng)）RBC4連接。ATP異常與接收RBC4結(jié)束會(huì)話后，RBC4在70 s后會(huì)刪除該車信息，并停止與移交RBC6的正常通信，7 s后移交RBC6停止向ATP發(fā)送應(yīng)用消息，20 s后ATP觸發(fā)無(wú)線超時(shí)制動(dòng)，因當(dāng)前列車速度低于50 km/h，車載設(shè)備提示降級(jí)。

通過上述分析，可以發(fā)現(xiàn)ATP主動(dòng)與接收（杭長(zhǎng)）RBC4拆鏈為本次無(wú)線通信超時(shí)降級(jí)故障的直接原因；C2與C3行車許可比較截取是引發(fā)ATP主動(dòng)與接收（杭長(zhǎng)）RBC4拆鏈的誘因；碼序保持是C2與C3行車許可比較截取的觸發(fā)條件。

2.2.3 碼序保持原因分析

查看當(dāng)時(shí)地面相關(guān)信號(hào)設(shè)備狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)C2行車許可不延伸原因?yàn)榍败嚦銮?8G后G1676次所在岔區(qū)仍發(fā)送U碼，存在碼序保持現(xiàn)象。進(jìn)一步查看發(fā)碼電路并參照《列控中心技術(shù)規(guī)范》（科技運(yùn)[2010]138號(hào)） 4.3.3.12條“對(duì)于列車進(jìn)路，列車壓入進(jìn)站或出站信號(hào)機(jī)內(nèi)方第一區(qū)段后，如信息變化為升級(jí)碼序時(shí)，TCC應(yīng)保持咽喉區(qū)發(fā)碼不變……”印證了該處碼序設(shè)計(jì)符合技術(shù)規(guī)范。

3 問題分析思考及優(yōu)化方案

綜上分析，各相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備工作符合技術(shù)規(guī)范要求。通過該案例的分析反映出列控?zé)o線通信業(yè)務(wù)涉及專業(yè)面廣，單一專業(yè)的分析往往無(wú)法準(zhǔn)確的定位問題原因，必須綜合相關(guān)專業(yè)分析才能最終查明原因。例如，本案例通過通信、信號(hào)專業(yè)（ATP/RBC）綜合分析才定位為車、地系統(tǒng)在特殊場(chǎng)景下不匹配。只有通過梳理發(fā)生場(chǎng)景的特殊性，并針對(duì)性地提出優(yōu)化方案方能克服此類問題。

查看故障發(fā)生時(shí)列車占用站場(chǎng)情況如圖6所示，并結(jié)合RBC設(shè)備設(shè)置情況，可以清晰的發(fā)現(xiàn)該場(chǎng)景存在4點(diǎn)特殊性：1）RBC邊界設(shè)在兩站間少于4個(gè)區(qū)段的閉塞分區(qū)上；2）列車緊急追蹤，列車出站后接收U碼，前車出清RBC邊界所在區(qū)段；3）岔區(qū)碼序保持，因岔區(qū)碼序保持導(dǎo)致列控車載設(shè)備觸發(fā)C2與C3行車許可比較，C3行車許可截取后無(wú)法覆蓋延伸至接收RBC，導(dǎo)致無(wú)線通信超時(shí)降級(jí)發(fā)生；4）ATP主動(dòng)與接收RBC拆鏈，因C3行車許可被截?cái)鄬?dǎo)致無(wú)法覆蓋移交邊界，ATP刪除存儲(chǔ)的MA終點(diǎn)以外的RBC移交預(yù)告信息，斷開與接收RBC連接。以上4點(diǎn)都具備，該處即可觸發(fā)無(wú)線通信超時(shí)降級(jí)。

3.1 優(yōu)化方案比選

為從根本上解決該場(chǎng)景下無(wú)線通信超時(shí)降級(jí)的問題，只需針對(duì)以上4點(diǎn)之一進(jìn)行優(yōu)化，即可克服問題。下面將分別對(duì)應(yīng)4點(diǎn)制定優(yōu)化方案，并比選出最優(yōu)方案。

方案一：RBC邊界設(shè)置優(yōu)化

工程設(shè)計(jì)時(shí)考慮RBC邊界設(shè)置，避免將RBC邊界設(shè)計(jì)在兩站間少于4個(gè)區(qū)段的閉塞分區(qū)上，杜絕該場(chǎng)景下C3與C2行車許可比較。該方案適用于工程設(shè)計(jì)初期。

方案二：控制列車運(yùn)行密度，避免列車緊追蹤

該場(chǎng)景產(chǎn)生最基本原因?yàn)榱熊嚲o跟蹤在U碼條件下出站，在L3/L2/L/LU碼序下緊跟蹤出站，ATP只會(huì)輸出報(bào)警提示不會(huì)主動(dòng)與RBC斷開通信連接。如對(duì)合福高鐵上饒樞紐上饒合福場(chǎng)往上饒線路所方向列車運(yùn)行優(yōu)化行車組織，防止列車在U/HU碼出站造成無(wú)線超時(shí)C3降級(jí)，但需人為調(diào)整計(jì)劃時(shí)間卡控CTC進(jìn)路自動(dòng)觸發(fā)時(shí)機(jī)較難實(shí)現(xiàn)。

方案三：岔區(qū)碼序保持時(shí)間修改為4 s

合福高鐵上饒合福場(chǎng)按照《列控中心技術(shù)規(guī)范》（科技運(yùn)[2010]138號(hào)）進(jìn)行占用道岔區(qū)段碼序保持處理。如采用最新《列控中心技術(shù)條件》（TB/T 3439-2016）6.3.4“對(duì)于列車進(jìn)路，列車壓入進(jìn)站或出站信號(hào)機(jī)內(nèi)方第一區(qū)段后，如軌道電路信息變化為升級(jí)碼序時(shí)，TCC應(yīng)在列車占用并發(fā)送原低頻碼4 s后再改變咽喉區(qū)的低頻碼”要求修改，將道岔區(qū)段碼序保持修改為4 s后升碼，如車載設(shè)備解碼及C2/C3行車許可截取動(dòng)作需4 s，則可完美克服該問題。但實(shí)際上車載設(shè)備個(gè)體存在差異，解碼及C2/C3行車許可截取動(dòng)作普遍在2.5～4 s之間，該方案不能完全克服該場(chǎng)景下無(wú)線超時(shí)問題。

方案四：ATP處理邏輯優(yōu)化，不主動(dòng)與接收RBC拆鏈

修改ATP軟件，在C3與C2雙曲線比較縮短MA至RBC移交點(diǎn)前，不刪除存儲(chǔ)的MA終點(diǎn)以外的RBC移交預(yù)告信息。不主動(dòng)與接收RBC拆鏈，仍保持與接收RBC連接，按C3截取后MA行車，待碼序或位置更新后重新計(jì)算MA。ATP軟件修改后可完美解決該場(chǎng)景下ATP異常拆鏈問題，從而避免引發(fā)無(wú)線超時(shí)。該方案適用性強(qiáng)，可解決全路其他同類樞紐站場(chǎng)存在的無(wú)線超時(shí)隱患。

通過比選分析可以得出結(jié)論，方案四為本案例的最優(yōu)解決方案。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，全路無(wú)線通信超時(shí)問題仍較為突出，因涉及的專業(yè)及接口多，實(shí)際運(yùn)用中仍有一定數(shù)量的無(wú)線通信超時(shí)故障原因不明。該案例融合各系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)、對(duì)照相關(guān)規(guī)范，深入分析最終查明原因?？梢灶A(yù)見，通過對(duì)設(shè)計(jì)源頭持續(xù)優(yōu)化并不斷整治設(shè)備，全路CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)的無(wú)線超時(shí)問題必然能夠得到有效控制。