李永善

（上海鐵路通信工廠，上海 200436）

1 概述

CTCS-3級列控系統(tǒng)是采用無線傳輸方式來實現(xiàn)車地之間的雙向、大容量、實時的信息傳遞，實現(xiàn)了車地一體化的閉環(huán)控制系統(tǒng)。無線閉塞中心（RBC）系統(tǒng)是CTCS-3級列控系統(tǒng)的核心設(shè)備，RBC根據(jù)從地面列控系統(tǒng)和車載列控設(shè)備接收的信息，通過復(fù)雜的邏輯運(yùn)算，生成管轄范圍內(nèi)的每趟列車的行車許可（M A）并發(fā)送給列車，實現(xiàn)準(zhǔn)移動閉塞方式的間隔控制，保證列車安全、高效運(yùn)行。

2 RBC的功能和構(gòu)成

RBC同時管轄多趟列車，并且控制列車運(yùn)行，因此，對設(shè)備的安全性和可靠性要求極高。RBC系統(tǒng)是基于故障-安全計算機(jī)平臺的信號控制系統(tǒng)，RBC系統(tǒng)滿足不同站場和運(yùn)輸作業(yè)的需要，保證行車安全，提高運(yùn)輸效率，降低維護(hù)難度。

RBC設(shè)備采用硬件安全比較、主備雙系冗余結(jié)構(gòu)，由無線閉塞單元（RBU）、協(xié)議適配器（VIA）、RBC維護(hù)終端、司法記錄器（JRU）、ISDN服務(wù)器、本地終端和交換機(jī)等設(shè)備組成，RBC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

RBC系統(tǒng)根據(jù)車載子系統(tǒng)、列控地面子系統(tǒng)等提供的列車狀態(tài)、軌道占用、臨時限速命令、聯(lián)鎖進(jìn)路狀態(tài)、災(zāi)害防護(hù)等信息，產(chǎn)生針對所控列車的M A及線路描述、臨時限速等控制信息，通過GSM-R無線通信系統(tǒng)傳輸給車載子系統(tǒng)。同時，RBC系統(tǒng)向地面列控和其他外部系統(tǒng)提供來自車載子系統(tǒng)的信息。

3 RBC的接口分析

RBC與外部系統(tǒng)之間的物理通信接口都是通過以太網(wǎng)連接，我們重點分析RBC系統(tǒng)在應(yīng)用層面與外界的數(shù)據(jù)鏈路和應(yīng)用邏輯接口。RBC系統(tǒng)對所接收到的全部消息內(nèi)容進(jìn)行有效性檢查,所有內(nèi)容均有效，才接受并使用該消息。RBC通過安全接口或非安全接口與外部系統(tǒng)交換信息，安全接口的信息編碼和傳輸設(shè)計符合RSSP-2安全通信協(xié)議。RBC系統(tǒng)外部接口主要包括RBC與地面設(shè)備的接口、RBC與車地通信和車載設(shè)備的接口，如圖2所示。

3.1 地面設(shè)備間接口技術(shù)

地面設(shè)備間接口包括RBC-IL接口、RBCTSRS接口、RBC-CTC接口，RBC-CSM接口和RBC-NRBC接口。其中RBC-IL、RBC-TSRS通信接口通過客運(yùn)專線信號系統(tǒng)安全數(shù)據(jù)網(wǎng)實現(xiàn)，如圖3所示。

RBC-IL和RBC-TSRS是RBC的兩個最主要接口。在聯(lián)鎖接口中，RBC從車站聯(lián)鎖獲取地面進(jìn)路信息，包括站內(nèi)進(jìn)路狀態(tài)和區(qū)間閉塞分區(qū)狀態(tài)，作為控制行車的進(jìn)路依據(jù)，同時向聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)送各段進(jìn)路內(nèi)的列車狀態(tài)信息。RBC系統(tǒng)的主、備系均從IL的主系接收信號授權(quán)信息和緊急停車區(qū)域信息。RBC接收來自IL的周期性信號授權(quán)信息，主要包括進(jìn)路信息、降級狀態(tài)、溜入狀態(tài)等。RBC系統(tǒng)移交區(qū)的信號授權(quán)信息，通過IL傳遞。RBC系統(tǒng)從IL周期性接收緊急停車區(qū)域信息。若CTCS-3列車在RBC的控制范圍內(nèi)，則RBC向IL發(fā)送的信息包括列車狀態(tài)、行車許可狀態(tài)、列車位置、列車速度、CTCS-3列車的長度等信息。每次列車狀態(tài)發(fā)生變化時，RBC系統(tǒng)的主系通過冗余網(wǎng)絡(luò)向IL的主系和備系發(fā)送列車信息。RBC向列車發(fā)送M A后，RBC系統(tǒng)向IL報告。如果多趟列車在同一信號授權(quán)（SA）區(qū)段，RBC系統(tǒng)按一定的優(yōu)先順序選擇發(fā)送列車信息。

在臨時限速（TSR）接口中，RBC從TSRS獲取地面限速信息，線路涉及臨時限速命令時，操作員在CTC終端上進(jìn)行擬定、設(shè)置、取消等操作，CTC系統(tǒng)將操作命令發(fā)送TSRS設(shè)備，再由TSRS統(tǒng)一實現(xiàn)對RBC和列控中心的限速信息交互，并保證列車在CTCS-2、CTCS-3不同等級下運(yùn)行時限速一致。RBC從TSRS接收臨時限速命令、臨時限速狀態(tài)請求和生命信號,包括TSR刷新請求、初始化命令、驗證TSR、執(zhí)行TSR、TSRS生命信息。RBC向TSR服務(wù)器發(fā)送臨時限速狀態(tài)，包括TSR成功狀態(tài)、TSR錯誤回執(zhí)、RBC初始化狀態(tài)信息。RBC系統(tǒng)接收到1條TSR命令：若接受該命令，返回相應(yīng)的TSR狀態(tài)；若不接受該命令，則RBC向TSR服務(wù)器返回1個包含錯誤碼的錯誤消息；若RBC接收到1個不符合順序的TSR消息，則向TSR服務(wù)器返回1個包含錯誤碼的錯誤消息。若接受來自TSR服務(wù)器的刷新請求，則應(yīng)向TSR服務(wù)器發(fā)送全部激活的TSR狀態(tài)。

在CTC接口中，RBC系統(tǒng)從CTC設(shè)備獲取時鐘信息，同時向CTC報告列車的靜態(tài)信息和動態(tài)信息。靜態(tài)信息主要包括列車固有的狀態(tài)消息，如列車ID、車次號、列車等級、列車長度等參數(shù)。動態(tài)信息包括列車完整性、列車速度、列車模式、CTCS等級、位置狀態(tài)、無線通信狀態(tài)等實時信息。該接口不直接影響行車。在特殊情況下，調(diào)度員可通過CTC向RBC發(fā)送緊急停車命令。RBC-CTC之間的通信網(wǎng)絡(luò)使用封閉的冗余以太網(wǎng)，但是在接入CTC網(wǎng)絡(luò)時，采用2 M通道接入，所以，RBC通過接口服務(wù)器（V IA）的以太網(wǎng)接口轉(zhuǎn)換成2 M數(shù)字通道接入，如圖4所示。

RBC的主、備系應(yīng)向CTC發(fā)送連接狀態(tài)。主系向CTC發(fā)送數(shù)據(jù)消息。若RBC與CTC之間的連接關(guān)閉，則RBC僅接受來自CTC的建立連接消息來建立連接。若RBC接受來自CTC的建立連接命令，則RBC應(yīng)向CTC發(fā)送RBC控制區(qū)域內(nèi)所有列車的靜態(tài)和動態(tài)狀態(tài)。若RBC接受來自CTC的連接檢查消息，或RBC已經(jīng)向CTC發(fā)送完畢全部的列車狀態(tài)，或發(fā)生接口服務(wù)器和RBC主備切換，則RBC應(yīng)向CTC發(fā)送連接狀態(tài)消息。若RBC中的列車信息更新，則RBC向CTC發(fā)送動態(tài)列車狀態(tài)。

CSM接口實現(xiàn)集中監(jiān)測系統(tǒng)對RBC的監(jiān)視、維護(hù)功能。RBC向CSM發(fā)送所有的內(nèi)外部接口狀態(tài)，包括司法記錄器、RBC本地終端和自身的報警信息。RBC在線單元向CSM發(fā)送數(shù)據(jù)消息。若RBC接受來自CSM的連接檢查消息，則RBC應(yīng)向CSM發(fā)送連接狀態(tài)消息。RBC應(yīng)能響應(yīng)來自CSM的狀態(tài)請求命令。RBC的主備系都向CSM發(fā)送連接狀態(tài)消息。若RBC與CSM之間的連接關(guān)閉，則RBC應(yīng)僅接受來自CSM的建立連接消息來建立連接。若RBC接受來自CSM的連接檢查消息，或發(fā)生接口服務(wù)器或RBC主備切換，則RBC向CSM發(fā)送連接狀態(tài)消息。若RBC從CSM接受的消息包含反饋請求，則RBC應(yīng)在要求時間內(nèi)向CSM發(fā)送1條包含反饋碼的反饋消息。

RBC系統(tǒng)通過信號安全數(shù)據(jù)網(wǎng)接口，以完成列車在兩個RBC之間控制功能的移交。

3.2 車地接口

RBC車地接口包括RBC與GSM-R系統(tǒng)接口以及RBC與車載設(shè)備間應(yīng)用層面的邏輯接口。RBC與列車的通信在數(shù)據(jù)傳輸方面可分為兩部分：一是RBC與GSM-R系統(tǒng)的通信，屬于RBC設(shè)備對核心網(wǎng)機(jī)房的地面有線通信；二是GSM-R與列車的通信，屬于列車對地面基站的無線通信。RBC與GSM-R網(wǎng)絡(luò)的接口比較特殊，RBC其他接口都采用封閉傳輸網(wǎng)絡(luò)來傳輸列控信息，而RBC與GSM-R是利用開放的通信環(huán)境（GSM-R）來傳輸列控信息，RBC通過ISDN接口連接到GSM-R網(wǎng)絡(luò)，保持與其管轄范圍內(nèi)所有列車的無線數(shù)據(jù)通信，獲得列車狀態(tài)信息，向列車發(fā)送行車授權(quán)。RBC通過GSM-R網(wǎng)絡(luò)與車載子系統(tǒng)建立、保持、釋放通信會話連接，并交換數(shù)據(jù)。同時，RBC通過GSM-R無線通信系統(tǒng)接收車載子系統(tǒng)的消息。

1套RBC系統(tǒng)中所有ISDN PR I接口的電話號碼相同。每臺ISDN服務(wù)器應(yīng)支持ETS 300 011所規(guī)定的歐洲30B-信道、符合N T1 PR I接口的ISDN PR I標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)依照ITU I.431（適用于1層，2 048 kbit/s）、ITU V.110和ITU X.30等標(biāo)準(zhǔn)。

對車載子系統(tǒng)發(fā)送的請求消息進(jìn)行響應(yīng)，接收列車數(shù)據(jù)、位置報告、確認(rèn)信息等作為邏輯處理的依據(jù)。RBC和列車之間的傳輸層接口符合ITU-T X.224要求。RBC和列車之間的網(wǎng)絡(luò)層接口符合ITU-T T.90要求。RBC和列車之間的數(shù)據(jù)鏈路層接口符合ISO/IEC 3309、ISO/IEC 4335、ISO/IEC 7809要求。僅RBC的在線單元向列車發(fā)送TSR信息。若RBC在規(guī)定時間內(nèi)未收到列車對有應(yīng)答要求的消息反饋，則RBC應(yīng)重復(fù)發(fā)送該消息，直到達(dá)到規(guī)定的次數(shù)為止。RBC基于本務(wù)端車載設(shè)備的CTCS ID來標(biāo)識列車，在向列車發(fā)送行車許可的同時，發(fā)送永久和臨時限速、線路坡度、軌道條件、進(jìn)路適宜性等信息。RBC向列車發(fā)送MA的同時，還發(fā)送包括覆蓋M A定義的整個線路的描述。線路描述包括鏈接信息、坡度曲線、靜態(tài)速度曲線、軸重速度曲線、臨時限速和軌道條件等信息。若RBC向列車發(fā)送1個“縮短行車許可”命令，則RBC要求接收確認(rèn)。若RBC向列車發(fā)送緊急消息，則該消息中應(yīng)包含由RBC確定的標(biāo)識號。若RBC重復(fù)發(fā)送緊急消息，則RBC應(yīng)使用與原消息相同的標(biāo)識號。

4 RBC在高速鐵路的應(yīng)用

目前，國內(nèi)基于CTCS-3級列控系統(tǒng)已經(jīng)建成的高速鐵路有武廣客運(yùn)專線、鄭西客運(yùn)專線和滬寧城際。圖5所示為武廣客運(yùn)專線的RBC及其接口配置框圖。

通過RBC在武廣客運(yùn)專線的成功應(yīng)用，可以得到RBC設(shè)備的一般應(yīng)用配置原則，RBC的控制范圍分界點設(shè)計在區(qū)間，原則上與列控中心（TCC）控制范圍分界點保持一致，不宜跨越鐵路局邊界，還應(yīng)考慮樞紐站及大站線路發(fā)展、維修、管理等方面因素。在設(shè)計控制范圍時需重點考慮以下幾個系統(tǒng)容量參數(shù)：（1）可能同時存在已注冊的CTCS-3級列車數(shù)量不超過系統(tǒng)設(shè)計容量；（2）同時存在已設(shè)置的進(jìn)路數(shù)；（3）同時存在已激活的臨時限速區(qū)域數(shù)；（4）可能同時存在已激活的緊急區(qū)域數(shù)；（5）同時與RBC接口的聯(lián)鎖系統(tǒng)數(shù)量；（6）同時與RBC接口的ISDN PR I線路數(shù)量；（7）同時與RBC接口的臨時限速服務(wù)器數(shù)量。

5 前景展望

當(dāng)前，我國鐵路建設(shè)處于高速發(fā)展時期。京津城際、武廣客運(yùn)專線、鄭西客運(yùn)專線成功開行時速350 km的動車組，取得了舉世矚目的成績，滬寧城際、滬杭城際開通在即。未來幾年，高速鐵路建設(shè)步伐將更快，CTCS-3級列控系統(tǒng)的應(yīng)用將得到更大面積的推廣，RBC的技術(shù)和應(yīng)用也必將隨著中國高速鐵路的發(fā)展方興未艾。

[1]張曙光．CTCS-3級列控系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新總體方案[M]．北京:中國鐵道出版社, 2008.

[2]科技運(yùn)[2008]113號 CTCS-3級列控系統(tǒng)功能需求規(guī)范（FRS）（V1.0） [S]．2008.

[3]科技運(yùn)[2008]127號 CTCS-3級列控系統(tǒng)需求規(guī)范（SRS）（V1.0） [S]．2008.

[4] ERTMS/ETCS SUBSET-026 （V2.3.0） ERTMS/ETCS System Requirements Specification [S]．UNISG，2006.