CTCS-2/CTCS-3級列控系統等級轉換基本原理與實現

陳鋒華 崔俊鋒

（北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

1 問題提出

CTCS-3級列控系統總體技術原則規定：“CTCS-3級列控系統滿足跨線運行的運營要求。”；“CTCS-2級作為CTCS-3級的后備系統。無線閉塞中心（RBC）故障或無線通信故障時，CTCS-2級列控系統控制列車運行。”[1]這就要求CTCS-3級列控系統（以下簡稱C3系統）不僅要集成CTCS-2級列控系統（以下簡稱C2系統）運行控制功能，而且要實現C2/C3等級轉換。

C2/C3等級轉換要求能夠在列車運行過程中自動完成，整個轉換過程不停車，即實現“無縫”轉換，滿足不停車跨線運行要求，或是不停車降級運行要求。從上面的描述可以看出，研究C3/C2等級轉換是C3系統的重要需求和關鍵課題之一。

2 C3/C2級間轉換原理

2.1 概述

與C2列控系統設計的C0/C2級間轉換功能類似，C3/C2級間轉換功能通過在線路上設計級間轉換點的方式實現。根據地面應答器位置布置以及在RBC中屬性定義，從C2向C3控制區域方向，分別設置RBC呼叫點（RL）、級間轉換預告點（LTA）、級間轉換執行點（LTO），如圖1所示[2]。

C2/C3級間轉換功能需要地面應答器、RBC設備、車載ATP設備（以下簡稱車載設備）3個列控子系統分工協作完成，各子系統的功能分配如下。

1）?地面應答器：提供列車定位信息和呼叫RBC信息。2）?RBC設備：向車載設備發送等級轉換命令。3）?車載設備：執行等級轉換命令，完成等級轉換過程。

以CTCS3-300T型車載設備為例，系統配置C3控制單元（簡稱ATP?CU）和C2控制單元（簡稱C2?CU），分別獨立執行C3和C2等級控制功能，ATP?CU和C2?CU通過控制總線相互通信，交換控制信息，執行等級轉換命令，完成等級轉換過程。

2.2 C2向C3等級轉換過程

一個典型的C2向C3等級轉換過程可以分為以下5個步驟。

1）?列車運行越過RL應答器，車載設備接收到RBC呼叫信息，通過GSM-R網絡，呼叫RBC建立通信會話連接。

2）?列車繼續運行越過LTA應答器，車載設備向RBC報告列車位置，RBC發送行車許可消息，該信息包含前方C2/C3等級轉換點命令。

3）?車載設備根據RBC發送的行車許可，生成C3等級下的速度-距離模式曲線，準備進行等級轉換進入C3等級運行。

4）?列車繼續運行接近等級轉換執行點LTO，DMI提示C2/C3等級切換，司機確認等級轉換信息。

5）?列車越過LTO應答器，車載設備自動轉換為C3等級運行，按照C3等級監控模式曲線繼續控制列車運行。

2.3 C3向C2等級切換過程

一個典型的C3向C2等級轉換過程也可以分為以下5個步驟。

1）?列車運行接近等級轉換執行點LTO，C3行車許可終點（EoA）越過LTO，?RBC發送的行車許可消息包含前方C3/C2等級轉換點命令。

2）?車載設備根據等級轉換命令，激活C2控制單元，生成C2等級下的速度-距離監控模式曲線，并持續向C3控制單元發送等級轉換點C2等級允許速度，準備轉換進入C2等級運行。

3）?列車繼續運行接近等級轉換執行點LTO，DMI提示C3/C2等級轉換，司機確認等級轉換信息。

4）?列車越過LTO應答器，車載設備自動轉換為C2等級運行，按照C2等級監控模式曲線繼續控制列車運行。

5）?RBC發送結束通信會話命令，車載設備關閉無線通信連接，釋放通信通道。

3 C3/C2級間切換信息交互

3.1 等級切換命令和消息

C3級列控系統中定義的P41和P42信息包是與C2/C3等級轉換相關的直接命令，具體內容和功能如下[3]。

1）?P41信息包：等級切換命令信息包，包含可用的準備切換的運行等級（M_LEVELTR）、距離轉換點長度（D_LEVELTR）等信息內容，用于命令車載設備進行C2/C3等級轉換，P41信息包可以由RBC或應答器向車載設備發送。

2）?P42信息包：通信會話管理包，包含RBC?ID（NID_RBC）和RBC電話號碼（NID_RAIDO）等信息內容，用于命令車載設備呼叫RBC建立通信會話，或結束通信會話，P42信息包可以由應答器或RBC向車載設備發送。

除了上述兩個命令信息包外，C3系統中還有多種類型的RBC/車載設備通信消息與等級轉換相關，具體內容和功能如下[4]。

1）?M155消息：啟動應用通信會話消息，在車載設備呼叫RBC建立GMS-R無線通信連接，并通過安全連接認證后，由車載設備發送給RBC的應用層消息，啟動應用層通信。

2）?M136消息：列車位置報告消息，由車載設備發送給RBC，報告列車位置，作為RBC生成行車許可、等級轉換等命令的依據。

3）?M3消息：行車許可消息，由RBC發送給車載設備，除了用于生成目標－距離模式曲線外，在C2/C3等級轉換過程中，還用于攜帶等級轉換命令P41包。

4）?M24消息：通用消息，由RBC發送給車載設備，除一般應用外，在C2/C3等級轉換過程中，還用于攜帶結束通信會話命令P42包，也可以攜帶等級轉換命令P41包。

5）?M156消息：結束應用通信會話消息，在車載設備成功完成等級轉換進入C2模式運行后，由車載設備發送給RBC的應用消息，用于結束應用通信會話，注銷列車并釋放GSM-R通信通道。

另外，C3控制單元和C2控制單元之間主要有3種類型STM信息包與等級轉換直接相關，具體內容和功能如下[5]。

1）?STM-14信息包：C2運行狀態轉換命令，由ATP?CU發送給C2?CU，主要有3種狀態指令：冷備（CS）、熱備（HS）和主控（DA）。

2）?STM-15信息包：C2運行狀態指示，由C2?CU發送給ATP?CU，同樣主要有3種狀態指示：?CS、HS和DA。

3）?STM-16信息包：C2最大允許速度，由C2?CU發送給ATP?CU，指示級間切換點C2最大允許速度。

3.2 C2→C3等級切換信息流程

典型的C2向C3等級切換過程信息交互流程，如圖2所示。

車載設備首先收到RL應答器發送的P42信息包，ATP?CU通過GSM-R網絡呼叫RBC并建立安全通信連接，然后向RBC發送M155，啟動并建立應用層通信會話，此后RBC與車載設備開始周期發送M24和M136消息。

列車繼續運行經過LTA應答器，該應答器屬性在RBC中被定義為等級轉換預告點，RBC收到以該位置為參考點（LRBG）的M136消息后，向ATP?CU發送M3。

RBC發送的M3信息中除了行車許可外，還包括P41信息包，ATP?CU根據P41等級轉換命令，確定前方需要轉換為C3等級運行，同時通過比較累計走行距離與P41包中的D_LEVELTR變量值，持續監視列車是否到達等級轉換點。

同時，ATP?CU依據行車許可生成C3控車模式曲線，但此時車載設備仍由C2?CU單元在前臺控制運行，按照C2運行模式曲線控車。當列車接近等級轉換點，?DMI提示司機前方車載設備將由C2等級轉換為C3等級運行，司機確認等級轉換提示。

列車繼續運行通過等級轉換點（LTO），ATP?CU取得列車制動等相關接口控制權，控制列車按照C3等級運行，同時向C2?CU發送“冷備”狀態命令（STM-14（CS））[5]，要求C2?CU進入后臺冷備運行，完成C2→C3等級轉換。

3.3 C3→C2等級切換信息流程

典型的C3向C2等級切換過程信息交互流程如圖3所示。

列車經過應答器更新M3消息，如果EoA越過C3/C2級間轉換點（LTO），則M3消息中將包含等級切換命令（P41包）。

ATP?CU收到P41包后，向C2?CU發送“熱備”命令（STM-14（HS））[5]，激活C2?CU進入熱備狀態。C2?CU根據軌道電路信息碼和應答器發送的線路數據，生成距離－模式控制曲線，準備轉換進入C2等級運行。

C2?CU向ATP?CU周期發送STM-16信息包，將等級轉換邊界點C2允許速度發送給ATP?CU，ATP?CU根據該速度值，持續調整C3監控模式曲線允許速度，以滿足列車到達等級轉換邊界時，實際運行速度不高于C2等級允許速度。

列車繼續運行越過等級轉換點，ATP?CU向C2?CU發送“主控”命令（STM-14（DA））[5]，C2?CU進入主控狀態，獲得制動輸出等列車接口控制權，列車轉換為C2等級運行。

ATP?CU繼續向RBC發送M136消息，報告列車位置和車載設備已經處于C2運行等級，RBC收到該信息后，向ATP?CU發送攜帶P42信息包的M24消息，命令車地無線通信會話結束。

ATP?CU收到P42命令后，向RBC發送M156消息，結束通信會話，完成C3→C2等級轉換。

4 結束語

C2/C3等級轉換是C3系統中需要研究設計的重要內容之一，本文所介紹的內容僅是實現C2/C3系統等級轉換功能的基本原理。如何在工程項目中設計應用等級轉換點，特別是在樞紐地區上下線運行，存在聯絡線短、敷設高速大號碼道岔等復雜情況下，等級轉換點的設置既要滿足列車運行距離約束，又要實現C2/C3單元模式曲線一致，滿足運輸效率和安全要求，仍需要結合具體工程項目深入研究，不斷豐富C2/C3等級轉換點設計應用案例。

[1]鐵科運[2008]34號 CTCS-3級列控系統總體技術方案[S].2008.

[2]運基信號[2011]170號 CTCS-2/CTCS-3級列控系統等級轉換應用原則（V1.0）[S].2011.

[3]科技運[2008]127號 CTCS-3級列控系統需求規范 第七章車地傳輸信息包格式[S].2008.

[4]科技運[2008]127號 CTCS-3級列控系統需求規范 第八章車地傳輸消息格式[S].2008.

[5]UNSIG Subset-035.ERTMS/ETCS Class 1；Specific Transmission Module FFFIS V2.1.1[S].2003.