關于CTCS-3級車地通信機制的分析探討

尹洪志

（中國鐵路上海局集團有限公司南京電務段，上海 210011）

中國列車控制系統（Chinese Train Control System，CTCS）主要功能是保證列車安全運行，根據不同的線路條件和功能、不同的信息傳輸方式和閉塞技術，可以將CTCS系統劃分為5個等級，依次為CTCS-0～CTCS-4級。本文基于CTCS-3級列控系統工作原理以及車地通信工作機制，以300H型ATP設備CTCS-3模式通信異常為例，就車地通信各個環節進行逐層分析探討，總結歸納通信故障處置流程，為日常設備維護和異常處理提供參考。

1 CTCS-3級列控系統組成及工作原理

CTCS-3級列控系統組成分為車載、地面兩大部分，地面核心設備是無線閉塞中心（RBC），其主要功能是通過綜合聯鎖、軌道電路傳輸的信息生成行車許可（MA），通過GSM-R無線網絡發送給CTCS-3級車載設備。車載設備的核心是安全計算機，負責監控列車的安全運行，并與RBC進行雙向信息傳輸，通過GSM-R無線通信系統報告列車位置、列車參數以及行車許可請求。CTCS-3級列控系統數據流如圖1所示。

圖1 CTCS-3級列控系統數據流

無線消息信息走向：無線閉塞中心與車載設備之間交互無線消息，車載設備向RBC發送：司機選擇輸入和確認的數據，列車固有性質數據以及在RBC的注冊、注銷等有關信息，定期向RBC報告正常時的列車狀態、非正常時的車載設備故障類型以及列車的位置、速度等；RBC主要實現向車載設備發送列車行車許可信息，主要包括列車運行的目標距離、目標速度以及危險點相關信息等。

列車位置信息：列車位置的確定主要是通過車載設備參照應答器組來實現，通常將被參照的應答器組定義為最近相關應答器組（LRBG）。車載設備通過綜合最近相關應答器組及列車速度等信息參數向RBC發送位置報告。列車位置信息定義為列車前端與LRBG的位置關系，車載設備依據RBC發送的位置報告參數，按照時間（或空間）周期性報告、或當列車的最大安全前端或最小安全末端已通過一個指定的位置時報告、或每經過一個應答器組報告、或立即報告等觸發條件給RBC發送位置報告。

行車許可（MA）：行車許可是指RBC授權每輛列車可以運行的行車路徑和安全距離，是列車運行的行車憑證和安全保證；其主要是依據列車當前運行方向、以列車位置報告的最近相關應答器組為基點，以閉塞分區為基本單位的格式給出，它包括若干個區段的信息，區間里是指閉塞分區，站內是指一條進路。

2 CTCS-3級車地通信機制

GSM-R網絡作為CTCS-3級列控系統車地傳輸的通道，實現車地之間安全信息的雙向傳輸。CTCS-3級列控系統與GSM-R網絡之間的接口為IFIX接口、IGSM-R接口，如圖2所示。

圖2 CTCS-3級列控系統與GSM-R網絡通信接口示意圖

列車注冊：車載設備啟動后，司機需手動輸入呼叫RBC的電話號碼和編號，以及車次號、列車長度等關鍵參數。列車注冊流程主要描述了列車自上電開始至行車許可請求的整個過程，如圖3所示。

圖3 列車注冊流程

任務啟動：車載設備在RBC注冊成功后，司機按壓“目視”鍵，即以目視模式行車。CTCS-3模式任務啟動流程如圖4所示。

圖4 CTCS-3模式任務啟動流程

車地通信會話管理：車載設備上電或接收呼叫RBC命令后，建立與RBC的通信會話。呼叫RBC的內容包括RBC編號、電話號碼和將要執行的操作。通信會話一旦建立后，如果出現安全連接偶然中斷，但地面設備沒有發出斷開連接的指令時，車載設備認為通信會話仍然是建立的。當安全連接中斷時，車載設備將進行反復的連接嘗試。當接收到終止通信會話命令，或者檢測到需要終止通信會話的錯誤，或者在任務開始階段RBC拒絕列車呼叫時，車載設備將終止通信會話。通信會話建立、終止過程如圖5所示。

圖5 通信會話建立、終止過程

3 CTCS-3級車地通信異常案例分析

2017年x月x號，CRH380CL-5624列 車（300H型ATP設備）在寧杭高鐵進行動調試驗，于23：20：45正常停車，后續運行因RBC行車許可一直未更新，導致該車用盡行車許可后異常停車。通過下載PC卡數據分析如下。

1）CRH380-5624列 車 在 23：20：15收 到RBC發送的行車許可M3包，如圖6所示，最近相關應答器組（LRBG）的編號為71-5-13-28，傳輸數據的有效性方向為正向；

圖6 23：20：15RBC發送的行車許可M3包

2）該車在后續運行過程中，車載設備正常向RBC發送列車位置報告，以23：28：24時間點為例，如圖7所示，通過分析可以確認車載設備與RBC雙向通信正常，即車地通信通道正常、車載GSM-R無線傳輸單元以及無線閉塞中心RBC工作狀態良好；進一步查看列車位置報告，此時位置定位仍然是基于71-5-13-28最近相關應答器組，由于該車已越過多組應答器，且處于250 km/h的速度運行狀態，可以判斷信息交互時列車最近相關應答器組一直處于未更新狀態，基于RBC工作機制，無線閉塞中心沒有發送新的行車許可M3包。

圖7 23：28：24列車向RBC發送列車位置報告

3）該車在00：01：30，司機重新啟動設備，列車運行越過應答器組71-5-11-6后，于00：16：24車載設備向RBC發送位置信息更新，00：16：44時，列車收到新的行車許可M3包，如圖8所示，此后列車正常運行。

圖8 0：16：44列車收到新的行車許可M3包

4）通過對該車數據進一步查找分析，在23：21：32該車觸發7級防溜逸制動，依據300H型ATP設備控車邏輯，當列車觸發溜逸防護制動后，該車無論如何運行，列車將不再發送列車實時位置更新，此時必須進行ATP設備重啟后方可正常運用。溜逸防護制動如圖9所示。

圖9 23：21：32列車觸發溜逸防護制動

5）通過以上案例分析可以看出，導致CTCS-3級車地通信異常存在多個環節、多個方面，首先在確認車地通信通道、車載GSM-R電臺以及RBC工作狀態是否正常外，還應重點查看有無異常制動等其他情況，依據ATP設備類型，充分考慮其控車邏輯等內在因素后進一步分析，找出導致車地通信異常的真實原因。基于以上分析，CTCS-3級車地通信異常處置流程如圖10所示。

圖10 CTCS-3級車地通信異常處置流程圖

4 結束語

本文對CTCS-3 級列控系統工作原理進行介紹，詳細描述CTCS-3系統中各種設備之間的聯系以及數據流走向，尤其對無線閉塞中心與CTCS-3級車載設備雙向通信的內容進行整理歸類；對CTCS-3級車地通信機制有關環節進行分析，重點就列車注冊、CTCS-3模式任務啟動流程以及車地通信會話管理等方面作了初步探討；以300H型ATP設備CTCS-3模式通信異常為例，對車地通信各環節進行了逐層剖析，總結歸納通信異常處置流程，為日常設備維護和異常處理提供一定的借鑒參考。

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