CTCS-3級(jí)應(yīng)答器報(bào)文信息解碼仿真研究

劉 洋

（蘭州交通大學(xué) 自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院，碩士研究生，甘肅 蘭州 730070）

隨著我國(guó)高速鐵路的迅速發(fā)展，在目前開通的線路中已經(jīng)運(yùn)用了CTCS-3級(jí)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（Chinese Train Control System，簡(jiǎn)稱 CTCS），所以列車的行車安全變得尤為重要。在現(xiàn)在的CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)的地面應(yīng)答器仿真平臺(tái)中，報(bào)文信息展現(xiàn)的結(jié)果往往很復(fù)雜，不夠清晰、明了、準(zhǔn)確，這就使對(duì)行車安全產(chǎn)生極大的隱患，所以研究一個(gè)交互界面，去把這些報(bào)文信息更直觀地展現(xiàn)出來(lái)，從而降低工作量，能夠直觀、明了地了解報(bào)文信息，成為一個(gè)重要的課題。

對(duì)此，我國(guó)的科研學(xué)者們做了大量的研究（見參考文獻(xiàn)[1]～[4]），其中文獻(xiàn)[1]對(duì)CTCS-3級(jí)的仿真平臺(tái)系統(tǒng)作了研究，文獻(xiàn)[2]～[4]都對(duì)應(yīng)答器報(bào)文的編制做了一定的研究。本文從CTCS-3級(jí)的應(yīng)答器報(bào)文信息的結(jié)構(gòu)分析入手，并利用Visual C#平臺(tái)對(duì)應(yīng)答器的報(bào)文信息解碼進(jìn)行仿真研究。仿真結(jié)果證明，利用Visual C#平臺(tái)可以使報(bào)文信息更加直觀地顯示出來(lái)。

1 應(yīng)答器報(bào)文信息的結(jié)構(gòu)組成

1.1 CTCS-3級(jí)系統(tǒng)中的應(yīng)答器 在CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)中，地面應(yīng)答器是一種可以發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文的高速數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備[5]。應(yīng)答器安裝在軌道中間，通過它的天線環(huán)路接收列車上的應(yīng)答器天線傳輸?shù)碾姶拍芰俊．?dāng)列車經(jīng)過時(shí)，應(yīng)答器會(huì)以編碼信息的形式將信息送到車載應(yīng)答器系統(tǒng)。

應(yīng)答器分無(wú)源應(yīng)答器和有源應(yīng)答器2種。其中無(wú)源應(yīng)答器提供的信息主要包括線路的坡度、閉塞分區(qū)或軌道電路長(zhǎng)度、載頻、線路固定限速等信息；有源應(yīng)答器接收車站列車控制中心的信息，并向列車傳送，信息包括進(jìn)路信息和臨時(shí)限速信息，地面電子單元（LEU）相當(dāng)于功率放大器。而每一個(gè)應(yīng)答器在全國(guó)鐵路網(wǎng)上具有唯一性，鐵道部專門制定了點(diǎn)式應(yīng)答器編碼規(guī)則，包括信息包定義、報(bào)文設(shè)計(jì)原則、應(yīng)答器用戶報(bào)文構(gòu)成等。

1.2 CTCS-3級(jí)應(yīng)答器中的報(bào)文信息結(jié)構(gòu) 應(yīng)答器報(bào)文信息又叫做信息幀。應(yīng)答器用戶報(bào)文信息結(jié)構(gòu)，由幀標(biāo)志、用戶信息包、信息結(jié)束組成。其中幀標(biāo)志由10個(gè)變量組成，共50 bits位。包括信息傳送方向、版本編號(hào)、信息傳輸媒介、本應(yīng)答器在組中的位置等信息；用戶信息包有772 bits位，包括信息包標(biāo)識(shí)碼NID_PACKET、驗(yàn)證方向Q_DIR、信息包位數(shù)L_PACKET、距離/長(zhǎng)度的分辨率Q_SCALE和其它表示信息的一系列變量；信息結(jié)束為11111111表示報(bào)文（信息幀）結(jié)束，總共830 bits。

報(bào)文的主體部分是用戶信息包，根據(jù)實(shí)際需要有下面的1個(gè)或幾個(gè)不同的信息模塊組成。應(yīng)答器鏈接、線路坡度、線路速度、等級(jí)轉(zhuǎn)換、特殊區(qū)段、調(diào)車危險(xiǎn)、軌道區(qū)段、臨時(shí)限速、反向運(yùn)行、大號(hào)碼道岔、默認(rèn)報(bào)文。其中主體信息模塊包括應(yīng)答器鏈接、軌道區(qū)段、臨時(shí)限速等部分。

2 應(yīng)答器報(bào)文信息解碼的實(shí)現(xiàn)過程

2.1 應(yīng)答器報(bào)文信息解碼的流程 根據(jù)應(yīng)答器報(bào)文信息的結(jié)構(gòu)以及鐵道部編制的應(yīng)答器報(bào)文信息組成規(guī)范，設(shè)計(jì)出報(bào)文信息的解碼流程（見圖1），將應(yīng)答器報(bào)文信息的字符串解碼。

圖1 應(yīng)答器報(bào)文信息解碼流程圖

2.2 基于Visua lC#的報(bào)文信息解碼編程的實(shí)現(xiàn) Vi?sual C#是一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言，其功能強(qiáng)大，類型安全，在界面顯示方面較其他編程語(yǔ)言有較大的優(yōu)勢(shì)，所以利用Visual C#對(duì)應(yīng)答器報(bào)文信息進(jìn)行編程，可以達(dá)到直觀清晰顯示的效果。

由解碼的流程圖和編程的總體框架，利用Visu?al C#平臺(tái)對(duì)應(yīng)答器的報(bào)文信息編程。解碼程序由外部輸入按要求的字符串，首先判斷每個(gè)字符是否是要求的0-9，A-F；然后舍去其他字符，將符合要求的字符轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼；而后開始解析這個(gè)報(bào)文的信息幀；解碼過程是用照取數(shù)據(jù)的方法，按CTCS-3的應(yīng)答器報(bào)文定義，按照位數(shù)取數(shù)據(jù)并賦值，將信息幀解析出來(lái)后切除解碼完的數(shù)據(jù)；而后判斷下面8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)是哪個(gè)信息包的信息表示碼，判斷之后進(jìn)入符合的信息包（例如應(yīng)答器鏈接，其他的解碼部分相同）進(jìn)行按位取數(shù)據(jù)并賦值的方法解碼，并在這個(gè)信息包結(jié)束后判斷下面8位是哪個(gè)信息包的包頭，如果是CTCS數(shù)據(jù)包，則取出CTCS數(shù)據(jù)包中的CTCS數(shù)據(jù)的信息標(biāo)識(shí)碼9位轉(zhuǎn)入CTCS判斷過程，判斷之后進(jìn)入相應(yīng)的CTCS信息包進(jìn)行解碼，解碼過程與應(yīng)答器鏈接相同，直到有一個(gè)包結(jié)束后8位是“11111111”，解碼結(jié)束。

實(shí)際上，解碼程序就是一個(gè)截取數(shù)據(jù)并賦值，而后把已經(jīng)賦值的數(shù)據(jù)切除，反復(fù)的截取-賦值-切除，最后將所有的賦值存儲(chǔ)下來(lái)的過程。在最開始解碼每個(gè)信息包的時(shí)候，由于會(huì)出現(xiàn)循環(huán)套循環(huán)的復(fù)雜情況，曾有2種截取數(shù)據(jù)的方法：一種是計(jì)算需要的數(shù)據(jù)，定義一些變量，以每次循環(huán)后變化變量的值，變化下一次截取數(shù)據(jù)的起始和結(jié)束，在信息包結(jié)尾將此包的數(shù)據(jù)切除；另一種方法是每截取一點(diǎn)就切除一點(diǎn)，邊解碼邊切除，保證每次截取的起始位都是第一位。

2.3 基于Visua lC#的報(bào)文信息解碼的界面搭建 根據(jù)應(yīng)答器的報(bào)文信息，先在Visual C#中建立應(yīng)用程序，將信息包中的各個(gè)組件以控件的形式搭建在界面上，并創(chuàng)建輸入控件和輸出控件，建立人機(jī)交互界面。其界面形式如圖2所示。

圖2 應(yīng)答器報(bào)文信息解碼界面

3 仿真結(jié)果和分析

將編寫好的程序加載到界面當(dāng)中，輸入一段實(shí)測(cè)的報(bào)文信息，例如輸入消息：

輸入后的顯示結(jié)果，如圖3所示。

圖3 應(yīng)答器報(bào)文信息解碼仿真結(jié)果

根據(jù)仿真結(jié)果，此報(bào)文信息的基本組成可以在圖3中得知。在應(yīng)答器信息概覽中可以看到此報(bào)文信息中包括5個(gè)信息包，分別是應(yīng)答器鏈接包、坡度信息包、線路速度包、文本信息包和里程信息包。在信息幀中可以看出應(yīng)答器的種類、大區(qū)編號(hào)、分區(qū)編號(hào)、應(yīng)答器組編號(hào)等信息。在應(yīng)答器的各個(gè)信息包中，也可以看到包括驗(yàn)證方向、信息報(bào)位數(shù)、距離/長(zhǎng)度分辨率等信息，以及每個(gè)信息包中所包含的特有信息。例如應(yīng)答器鏈接包中顯示了應(yīng)答器組的編號(hào)、列車通過被鏈接應(yīng)答器組時(shí)的運(yùn)行方向、當(dāng)鏈接失敗時(shí)ATP采取的措施等；坡度信息包中包含了坡度識(shí)別信息和安全坡度信息；線路速度包中包含了線路最大允許列車運(yùn)行速度的信息；文本信息包中包含了顯示消息的種類、應(yīng)顯示文本的區(qū)域長(zhǎng)度、文本顯示的時(shí)間等信息；里程信息包中包含了線路公里標(biāo)距離參考應(yīng)答器的偏移量信息、線路公里標(biāo)計(jì)數(shù)方向以及線路公里標(biāo)參考點(diǎn)信息。經(jīng)過實(shí)測(cè)驗(yàn)證，結(jié)果完全正確。

仿真結(jié)果顯示，程序能夠正確的顯示出應(yīng)答器報(bào)文信息的內(nèi)容，并且根據(jù)不同的選項(xiàng)卡顯示不同的報(bào)文信息內(nèi)容；在報(bào)文顯示方面，也非常的清晰和簡(jiǎn)潔，相比于傳統(tǒng)的報(bào)文顯示方法有一定的提高。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)用戶對(duì)應(yīng)答器報(bào)文的顯示需求，我們提出解決方案，即利用C#編程，使用基本C語(yǔ)言語(yǔ)句，對(duì)于編解碼程序進(jìn)行構(gòu)思，畫出流程圖。將編寫好的程序和界面，展示報(bào)文信息編解碼的過程。從仿真結(jié)果可以看出，通過界面的顯示，報(bào)文信息更加的直觀和清晰，效果更好。

[1]季學(xué)勝，唐濤.CTCS-3級(jí)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)綜合測(cè)試平臺(tái)研究[J].鐵道通信信號(hào)，2007，43（7）：1-3

[2]王磊.應(yīng)答器報(bào)文在CTCS中的定義與應(yīng)用[C].北京交通大學(xué)機(jī)電學(xué)院，2007

[3]劉志剛.CTCS-2級(jí)應(yīng)答器報(bào)文編解碼系統(tǒng)的仿真研究[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2010，19（4）：4-7

[4]龐東明.應(yīng)答器報(bào)文編制與管理軟件的研究[C].北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院，2008.

[5]成登高.中國(guó)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（CTCS）技術(shù)簡(jiǎn)介[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2007，17（32）：275-276