鄭西客運專線CTCS-3級列控系統及其用戶需求驗證

何春明 馬鐵剛

（北京和利時系統工程有限公司，北京 100176）

1 CTCS-3級列控系統用戶需求

CTCS-3級列控系統滿足運營速度350 km/h、最小追蹤間隔3 min的運營要求，正向按自動閉塞追蹤運行，反向按自動站間閉塞運行。全線無線閉塞中心（RBC）設備集中設置，列控系統車載設備采用連續目標距離模式曲線、設備制動優先的控制方式監控列車安全運行，CTCS-2級作為CTCS-3級的后備模式，無線閉塞中心或無線通信故障時，以CTCS-2模式控制列車運行。

CTCS-3級列控系統運營場景包括注冊與啟動、注銷、級間轉換、RBC-RBC切換、行車許可、重聯與摘解、調車作業、進出動車段、自動過分相、臨時限速、災害防護、特殊進路、人工解鎖進路、降級運行共14個運營場景。

CTCS-3級列控系統各設備功能特征滿足CTCS-3級列控系統系統需求規范（SRS）中的要求。

2 鄭西線CTCS-3級列控系統

2.1 構成

基于CTCS-3級列控系統需求，結合鄭州-西安客運專線（以下簡稱鄭西線）的特點，構建了本線的信號系統。鄭西線信號系統主要由下列子系統設備構成：調度集中控制子系統（CTC）、列控子系統（CTCS-3級列控系統含CTCS-2級列控功能）、聯鎖子系統、集中監測子系統、電源子系統。

其中，列控子系統由地面設備和車載設備構成。地面設備由無線閉塞中心（RBC）、列控中心（TCC）、臨時限速服務器（TSRS）等組成，如圖1所示。車載設備由車載安全計算機、GSM-R無線通信單元、軌道電路信息接收單元、應答器信息接收單元、記錄單元、人機界面和列車接口單元等組成，如圖2所示。

2.2 基本原理

無線閉塞中心（RBC）是CTCS-3級列控系統的核心設備，RBC通過與車站聯鎖系統的接口獲取軌道電路、聯鎖進路等信息并生成行車許可，通過與臨時限速服務器接口獲取臨時限速信息，通過GSM-R無線通信系統將行車許可、臨時限速和線路參數等傳輸給CTCS-3級列控車載設備，同時接收車載設備發送的位置和列車數據等信息。CTCS-3級列控系統包含CTCS-2級列控模式，由列控中心負責軌道電路編碼、應答器報文生成、臨時限速報文生成等功能。臨時限速服務器負責臨時限速的全面管理，包括與RBC接口實現對CTCS-3級臨時限速的管理和與TCC接口實現對CTCS-2級臨時限速的管理。CTCS-3級車載設備包含CTCS-2級功能作為后備模式，兩種等級間可實現不停車轉換。

2.3 設備實現

鄭西線RBC采用三取二的冗余安全結構，設備間通信大量采用基于適用于開放網絡的安全通信協議，遵循Subset-098。RBC可實現車載設備注冊、臨時限速管理、移動授權的生成、延長及縮短等基本功能。并以RBC與RBC設備直連方式，實現RBC交權過程中線路數據的平滑銜接，支持車載設備單電臺情況下RBC交權的特殊功能要求，配備安全鍵盤，具備人工輸入安全信息的安全管理功能。全線配備10個大屏幕顯示器，5個主用和5個備用，實現對全線行車狀態的監視。

TCC采用二乘二取二安全冗余結構，設備間通信采用多種安全通信協議。TCC實現應答器報文控制、軌道電路編碼、軌道電路方向控制、區間方向控制、臨時限速管理等基本功能，應答器報文采用實時組幀方式實現，臨時限速在技術上可以以m為單位設置。

TSRS采用二乘二取二安全冗余結構，設備間通信采用多種安全通信協議。TSRS實現接收并保存臨時限速命令計劃，撤銷待執行的臨時限速命令，對全線臨時限速命令的存儲、校驗、撤銷、拆分、設置和取消等基本功能。

車載設備采用二乘二取二安全冗余結構，設備間通信采用安全通信協議。車載設備具有模式曲線計算、運行模式管理、過RBC交權區管理、無線通信連接管理、應答器信息接收、軌道電路信息接收、列車測速與定位、行車許可管理、制動命令管理、自動過分相命令管理、列車接口管理、司機界面等基本功能。并包含有作為后備的CTCS-2級控車模式。

表1 鄭西線CTCS-3級列控系統測試序列舉例

3 鄭西線CTCS-3級列控系統用戶需求驗證

3.1 測試階段的劃分

按照系統生命周期的“V”字模型描述方法，CTCS-3級列控系統的設計開發過程和測試驗證過程具有以下對應關系，如圖3所示，其中，聯調聯試和試運行環節重點是對用戶需求進行驗證和確認。

3.2 驗證用戶需求的測試案例

為驗證CTCS-3級列控系統用戶需求的各項功能特征，結合聯調聯試和試運行的系統級試驗特點，按照鄭西線實際工程情況，編制了23個測試序列。表1為鄭西線CTCS-3級列控系統的一個測試序列，通過該序列的測試，可驗證列車注冊與啟動、行車許可延長和縮短、臨時限速設置和取消、注銷4個運營場景及17項列控系統功能特征。

續表

3.3 用戶需求的驗證信息

用戶需求的驗證宏觀上依托于列控車載設備的設備動作，用戶可根據車載設備人機界面的顯示或車載設備的制動輸出，對測試項目進行評估和異常記錄；而用戶需求的最終判定，來自于列控系統各子系統記錄的交互信息。通過記錄信息的數據回放分析，可以更加清晰、準確地掌握到數據流向和數據內容，判斷系統需求完成的正確性、系統需求完成程度或系統異常的故障點，如圖4、5所示。

4 進一步完善CTCS-3級列控系統標準規范的建議

通過鄭西線聯調聯試及試運行期間進行的測試，不僅完成了鄭西線列控系統用戶需求驗證，同時更進一步驗證了中國鐵路CTCS-3級列控系統各項標準、規范的可行性。根據實際測試的結果，我們可以得出結論：CTCS-3級列控系統用戶需求明確、系統架構合理、各種設備性能構成合理，但作者認為在實現系統需求的個別具體方法上，CTCS-3級列控系統也存在進一步優化的空間，如表2所示。希望文章中給出的幾點小建議，對進一步完善CTCS-3級列控系統標準規范能起到作用。

表2 完善CTCS-3級列控系統標準規范建議

[1]張曙光．CTCS-3級列控系統總體技術方案[M].北京：中國鐵道出版社，2008.

[2]科技運[2008]127號 CTCS-3級列控系統系統需求規范（SRS）[S]．

[3]科技運[2009]59號 CTCS-3級列控系統系統測試案例[S].

[4]科技運[2010]21號 CTCS-3級列控系統應答器應用原則（V2.0）[S].