RBC-CBI接口優(yōu)化研究

麻江帆 楊 韜

(1．北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070；2．北京市高速鐵路運行控制系統(tǒng)工程技術研究中心，北京 100070)

從2009 年第一條采用CTCS-3 級列車運行控制系統(tǒng)的武漢-廣州客運專線開通至今，已建成CTCS-3 級線路近2 萬km。為了解決部分核心部件和核心技術仍被國外廠商壟斷的問題，國內各主要廠商均開始研制完全自主知識產權的CTCS-3級列車運行控制系統(tǒng)。在2 萬km 豐富的運營經驗基礎上，作為CTCS-3 級列車運行控制系統(tǒng)地面核心設備的自主化無線閉塞中心（Radio Block Center，RBC）進行了一系列優(yōu)化設計。

RBC 用于實時計算列車移動授權并通過無線指揮行車，其所需基礎線路信號授權信息來自于計算機聯(lián)鎖（Computer Based Interlocking，CBI），因此兩者之間的接口在CTCS-3 級列控系統(tǒng)中起著極其重要的作用。而在現(xiàn)場運營過程中，曾出現(xiàn)因CBI 數(shù)據(jù)配置錯誤，導致CBI 給RBC 發(fā)送的進路和實際設置的進路不一致，RBC 給列車發(fā)送錯誤的移動授權（Movement Authority，MA）信息，發(fā)生了重大的安全隱患。

針對RBC-CBI 接口進行詳細分析，并提出接口優(yōu)化解決方案。

1 問題定位

CBI 接口數(shù)據(jù)是RBC 進行安全邏輯運算的基礎，用于移動授權、緊急停車等核心功能，其正確性決定了RBC 的安全性和可靠性。

按照當前RBC-CBI 接口協(xié)議，CBI 傳送以下信息給RBC。

1）站內軌道電路信息；

2）區(qū)間閉塞分區(qū)信息；

3）區(qū)間閉塞方向信息；

4）列車進路信息；

5）緊急區(qū)信息。

如圖1 所示，基于以上CBI 信息，當CBI 數(shù)據(jù)配置錯誤時，CBI 給RBC 發(fā)送的進路（XH →37）和實際設置的進路（X →7）不一致，RBC 根據(jù)接收到的CBI 數(shù)據(jù)給列車發(fā)送錯誤的MA 信息，此時道岔開向與MA 不一致，列車有脫軌的風險。

圖1 CBI數(shù)據(jù)配置錯誤風險示意圖Fig.1 Schematic diagram of CBI data configuration error risk

通過上述案例可知，除了CBI 數(shù)據(jù)配置錯誤本身的問題外，從補強接口的角度，目前的RBCCBI 接口中存在以下問題。

1）因CBI 發(fā)送的站內軌道電路、閉塞區(qū)間、列車進路、緊急區(qū)等信息為單一來源，RBC 無法對上述信息進行充分校核，只能完全信任CBI 接口數(shù)據(jù)。

2）RBC 發(fā)送給列車的行車許可范圍內，若存在道岔和信號機真實狀態(tài)與進路設置不一致的情況，不能及時縮短行車許可，存在極大的安全風險。

3）RBC 在道岔和信號機真實狀態(tài)與進路設置不一致的情況下，錯誤給列車延伸行車許可，存在極大的安全風險。

為了避免上述安全風險，本文對RBC-CBI 接口協(xié)議和RBC 處理邏輯進行優(yōu)化研究，消除安全隱患。

2 借鑒原理

對于上述問題，借鑒道路導航軟件設計方案：駕車出行時，僅獲知道路名稱，但對道路的起始點、路口數(shù)量及路口轉向（路徑）、支路擁堵程度（路權）等關鍵信息不充分掌握，可能導致走向錯誤的方向。如圖2 所示。

圖2 借鑒道路導航軟件示意圖Fig.2 Schematic diagram of leaning from road navigation software

通過多重關鍵信息的融合校驗，核對道路方向、街道名稱、路口信息、標志性建筑、擁堵情況等多重信息，駕駛員可以保證行駛方向和路線的正確性。借鑒上述方案，可在RBC-CBI 接口中增加路權和路徑等關鍵信息，RBC 對行車許可范圍內的關鍵信息進行信息融合處理和校核，從而確保列車行車安全。

3 接口優(yōu)化方案

3.1 接口協(xié)議優(yōu)化目標

降低對數(shù)據(jù)配置、測試人員的依賴，降低對數(shù)據(jù)配置工具可靠性和測試案例完整度的依賴；提高對現(xiàn)場復雜運營環(huán)境的適應性；故障處理反應迅速有效，安全程度高。

3.2 接口協(xié)議優(yōu)化

RBC-CBI 接口信息的本質是信號授權，即CBI 告知RBC 管轄范圍內的哪些進路可以用來給列車分配移動授權。

根據(jù)第2 節(jié)的原理，與路徑相關的信息包括原協(xié)議中的站內列車進路、站內軌道電路和區(qū)間閉塞分區(qū)等信息。其中區(qū)間為一維幾何結構，區(qū)間閉塞分區(qū)起點到終點之間的路徑唯一。因存在道岔，站內為二維幾何結構，在站內列車進路和站內軌道電路基礎上，考慮在協(xié)議中增加道岔，用于站內列車進路的路徑描述。

與路權相關的信息包括原協(xié)議中的站內列車進路和區(qū)間閉塞分區(qū)等信息，同樣因幾何結構的原因，在此基礎上，考慮在協(xié)議中增加進路對應的信號狀態(tài)信息，用于站內列車進路的路權描述。

具體地，分別對道岔信息和站內列車信號狀態(tài)信息進行碼位定義。其中道岔信息分別設置未知、定位、反位、預留4 種狀態(tài)，站內列車信號狀態(tài)分別設置信號關閉、正常、引導3 種狀態(tài)。

對RBC-CBI 接口進行優(yōu)化后CBI 向RBC 發(fā)送的應用信息，其中包含新增的道岔信息和站內列車狀態(tài)信息如表1 所示。

3.3 R B C接口邏輯處理優(yōu)化

根據(jù)上述接口協(xié)議優(yōu)化，RBC 在接口層面獲取了更豐富的信息，如何將這部分信息精準使用在RBC控車邏輯上是下一個需要解決的問題。

為了對增加的接口信息實現(xiàn)精準處理，以RBC 自身的配置信息為基準，檢查接口信息并進行安全處理。本文提出兩種接口邏輯處理方案。

1）完全否定故障源方案

CBI 發(fā)送的信息校驗不通過，設置RBC 與CBI 通信中斷，完全不信任CBI，使得整個CBI 管內所有列車緊急停車。

方案優(yōu)點：對故障源零容忍，反應迅速。

方案缺點：對現(xiàn)場運營效率和舒適度影響很大。

2）故障進路精準安全處理方案

CBI 發(fā)送的信息中，某進路信息校驗不通過，僅對校核不通過的進路進行處理，對出現(xiàn)問題進路進行精準的安全側處理，及時通知列車緊急停車，并進行報警提示。

方案優(yōu)點：精準化處理可避免過度防護，有效減少對現(xiàn)場運營效率影響。

方案缺點：對故障無容忍，但對故障源有一定容忍度。

表1 RBC-CBI接口協(xié)議優(yōu)化后的應用信息Tab.1 Application information after RBC-CBI interface protocol optimization

綜上所述，兩種方案都可以實現(xiàn)對故障的安全處理，區(qū)別在于：第一種方案完全否定故障源，安全性非常高，但對運營效率會造成影響；第二種方案對故障進路進行精準處理，避免了過度防護，對運營效率的影響較第一種方案較小。因此，在兩種方案都可以滿足對故障安全處理的情況下，優(yōu)選第二種方案——故障進路精準安全處理方案。

3.4 故障進路精準安全處理方案

對于故障進路精準安全處理方案，牽涉到數(shù)據(jù)配置、主機處理邏輯等的修改，如圖3 所示。

圖3 故障進路精準安全處理邏輯Fig.3 Fault route accurate processing logic

1）增加配置數(shù)據(jù)：在RBC 靜態(tài)數(shù)據(jù)中，增加道岔定反位與進路關聯(lián)的配置信息，增加進路起點信號機與進路關聯(lián)的配置信息，增加站內軌道電路與進路關聯(lián)的配置信息。

2）RBC 軟件邏輯安全處理：RBC 故障進路處理機制根據(jù)列車所處位置、故障發(fā)生位置、故障來源等對故障情況采取不同的安全側處理方式。

a.當進路狀態(tài)與道岔狀態(tài)或信號狀態(tài)不匹配，若故障進路在MA 范圍內，則RBC 發(fā)送縮短MA至故障進路前；若故障進路在MA 范圍外，則RBC不延伸MA 至故障進路。

b.當進路狀態(tài)與站內軌道電路狀態(tài)不匹配，若故障進路為列車前方首條進路，則RBC 發(fā)送有條件緊急停車；若故障進路為列車前方非首條進路，則RBC 縮短MA 至故障進路前。

4 總結

針對現(xiàn)有RBC-CBI 接口協(xié)議進行缺陷分析，并根據(jù)借鑒原理，提出RBC-CBI 接口協(xié)議優(yōu)化解決方案。首先，提出接口協(xié)議優(yōu)化方案，新增部分RBC-CBI 協(xié)議數(shù)據(jù)；其次，提出兩種RBC 接口邏輯優(yōu)化方案，從中優(yōu)選故障進路精準安全處理方案。最后，對故障進路精準安全處理方案進行詳細闡述。該項技術目前已經在CTCS-3 級列控系統(tǒng)核心設備無線閉塞中心工程化實施中開始使用，極大的降低了現(xiàn)場運行的安全風險。