胡衛(wèi)巖

鄭西高鐵動車組運(yùn)行場景分析

胡衛(wèi)巖

以正式開通運(yùn)營的G2001為例，通過報文和消息對鄭西高鐵動車組的一些運(yùn)行場景進(jìn)行了分析再現(xiàn)，比如ATP如何與地面無線閉塞中心RBC之間建立通信連接、發(fā)送行車許可的作用、以及ATP如何進(jìn)行級間轉(zhuǎn)換等。

消息;網(wǎng)絡(luò)注冊;行車許可;級間轉(zhuǎn)換

鄭西高鐵自2010年開通運(yùn)營以來，列控系統(tǒng)故障的分析判斷主要依據(jù)動車組的運(yùn)行日志，而運(yùn)行日志記錄的全部是車載ATP和地面RBC之間交互的信息。因此通過車-地之間傳送的報文和消息，還原動車組的運(yùn)營場景是進(jìn)行故障分析判斷的關(guān)鍵。本文以正式開通運(yùn)營的動車組G2001為例，通過報文和消息的內(nèi)容，對其運(yùn)營場景進(jìn)行分析再現(xiàn)。

1 鄭西高鐵G2001動車組的運(yùn)營場景

G2001從鄭州站12道以C2部分監(jiān)控模式發(fā)車，當(dāng)越過反方向進(jìn)站信號機(jī)SXF外方的應(yīng)答器組028-1-23-5后，自動轉(zhuǎn)為C2完全模式，隨后從鄭州西站1道通過。當(dāng)越過中繼1應(yīng)答器組069-2-1-13后，收到GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)注冊消息，于是列車開始進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)注冊。無線連接建立后，車載ATP開始和RBC1之間通過交換無線消息Message來建立通信連接。當(dāng)RBC1通過列車發(fā)送的位置報告獲悉G2001已經(jīng)運(yùn)行至級間轉(zhuǎn)換點(diǎn)時，列車依據(jù)RBC1向車載發(fā)送的級間轉(zhuǎn)換預(yù)告包Package自動轉(zhuǎn)為C3完全監(jiān)控模式。列車在西安北站終到停車前需要經(jīng)過4次RBC控制權(quán)切換。

2 通過報文和消息分析運(yùn)營場景

下面通過車載ATP與地面應(yīng)答器、RBC之間交換的報文和消息，詳細(xì)分析G2001與無線閉塞中心RBC1之間是如何建立通信連接的，RBC1向ATP發(fā)送的行車許可有什么作用，以及動車組ATP如何進(jìn)行級間轉(zhuǎn)換等運(yùn)營場景。運(yùn)營場景示意圖如圖1所示。

2.1 場景一:5797信號點(diǎn)處建立通信連接

動車組以CTCS-2級的完全監(jiān)控FS模式從鄭州西站I道通過。因069-2-1-13應(yīng)答器組內(nèi)第2個應(yīng)答器的報文中包含ETCS-42通信會話管理包，所以當(dāng)動車組越過該應(yīng)答器組后，收到應(yīng)答器報文，便開始根據(jù)報文提供的RBC電話號碼NID_ RADIO呼叫RBC1。

10 s后，大約運(yùn)行至K580+240處，車載電臺和地面通信設(shè)備建立起了無線連接，于是車載ATP開始向RBC1發(fā)出請求建立通信連接的消息Message155#，并建立通信連接，如圖2所示，具體過程如下。

車載設(shè)備向RBC1發(fā)送建立通信會話消息M155，告訴RBC本動車組的機(jī)車號NID_ENGINE。RBC1收到后，隨即向車載發(fā)送系統(tǒng)版本消息M32:版本號為M_VERS ION=16，并通過變量M_ACK=1要求車載設(shè)備收到該消息后回執(zhí)確認(rèn)。車載設(shè)備收到M32，認(rèn)為與RBC1之間的通信會話已建立，于是向RBC1發(fā)送M159通信會話已建立消息和M146確認(rèn)收到消息。

圖1 運(yùn)營場景示意圖

列車接著向RBC1發(fā)送經(jīng)過確認(rèn)的列車數(shù)據(jù)M129，其中包括:列車數(shù)據(jù)包P11，告訴RBC1本列車的車次號為NID_OPERTIONAL=G2001，列車類型為基本靜態(tài)曲線型NC_TRAIN=0，列車長度為L_TRAIN=210 m，最高限速V_MAXTRAIN= 350 km/h等;并通過位置報告包P0向RBC1報告其位置，告訴RBC1列車已經(jīng)過了NID_LRBG= 069-2-1-13應(yīng)答器組，列車運(yùn)行方向為正向，列車當(dāng)前速度為165 km/h等信息。

RBC1收到列車數(shù)據(jù)消息后，發(fā)送列車數(shù)據(jù)確認(rèn)消息M8，并要求車載設(shè)備收到M8后給予回復(fù)(變量M_ACK=1)，于是列車就按要求向RBC1發(fā)送確認(rèn)回執(zhí)消息M146。

圖2 建立通信連接的車-地信息

2.2 場景二:C2轉(zhuǎn)為C3級間轉(zhuǎn)換預(yù)告

如圖3所示，當(dāng)列車越過應(yīng)答器組069-2-1-15后，向RBC1發(fā)送列車位置報告消息M136報告其位置。通過列車位置報告包P0，告訴RBC1列車已經(jīng)越過069-2-1-15應(yīng)答器組，運(yùn)行方向正向，速度為V_TRAIN=165 km/h，模式為M_MODE=完全監(jiān)控，等級為M_LEVEL=CTCS-2級。

于是RBC1向列車發(fā)送通常消息M24，其中包含等級轉(zhuǎn)換命令包P41并要求回復(fù)，用來預(yù)告前方有等級轉(zhuǎn)換點(diǎn)，告訴列車從069-2-1-15應(yīng)答器組到等級轉(zhuǎn)換點(diǎn)距離為D_LEVELTR=4652 m，也就是命令列車運(yùn)行到前方級間轉(zhuǎn)換執(zhí)行應(yīng)答器組069-2-2-3處必須轉(zhuǎn)換為M_LEVELTR=CTCS-3級，確認(rèn)等級轉(zhuǎn)換區(qū)域長度為L_ACKLEVELTR=400m，如果轉(zhuǎn)換不成功，保持CTCS-2。

圖3 級間轉(zhuǎn)換預(yù)告的車-地信息

列車?yán)^續(xù)運(yùn)行，越過應(yīng)答器組069-2-1-17后，向RBC1發(fā)送位置報告M136(P0)報告其位置。并在收到級間轉(zhuǎn)換預(yù)告后，向RBC1發(fā)送回執(zhí)消息M146。

RBC1收到回執(zhí)后，就向車載設(shè)備發(fā)送通用消息M24，包括位置報告參數(shù)包P58、行車許可請求包P57、配置參數(shù)包P3，并要求列車回復(fù)。位置報告參數(shù)包命令列車每T_CYCLOC=6 s，以及在每個應(yīng)答器點(diǎn)處向RBC1報告其位置。行車許可請求包命令列車在到達(dá)授權(quán)終點(diǎn)EOA/LOA顯示界限前T_MAR=12 s，并且每T_CYCRQST=8 s重復(fù)一次向RBC1請求獲得行車許可。配置參數(shù)包告知列車從最近相關(guān)應(yīng)答器組LRBG處開始配置參數(shù)生效，調(diào)車模式的允許速度為V_NVSHUNT= 40 km/h，目視行車模式的允許速度為V_NVONSIGHT=40 km/h，引導(dǎo)模式的允許速度為V_ NVSTFF=40 km/h，開口速度V_NVREL=0，溜逸距離不能超過D_NVROLL=5 m;當(dāng)監(jiān)控制動到目標(biāo)點(diǎn)時，允許實施常用制動;只有停車時，才允許緊急制動緩解;不允許越過EOA;目視行車模式下最大運(yùn)行距離不受限制等。

列車收到后，發(fā)送對M24的確認(rèn)回執(zhí)消息M146。

2.3 場景三:RBC1發(fā)送第一個行車許可

如圖4所示，RBC1開始向車載設(shè)備發(fā)送行車許可(MA范圍內(nèi)包含一個臨時限速K592+872～K809+400，限速250 km/h)。RBC1已經(jīng)收到來自地面聯(lián)鎖的信息:滎陽南站已經(jīng)開放IG通過進(jìn)路，且區(qū)段空閑。于是RBC1向列車發(fā)送行車許可消息M3，提供從應(yīng)答器組069-2-1-17一直到5973信號點(diǎn)處的行車許可MA。

圖4 發(fā)送行車許可的車-地信息

行車許可消息M3，包括CTCS-3級的行車許可包P15，線路條件包P68，位置報告參數(shù)包P58，行車許可請求參數(shù)包P57，配置參數(shù)包P3，靜態(tài)速度曲線包P27，坡度曲線包P21，鏈接信息包P5。其中P58、P57、P3系重復(fù)發(fā)送。

行車許可包告知列車:出口速度為0，MA長度為L_ENDSECTION=6270 m;LRBG前方有一長度為L_TRACKCONDK(1)=98 m的分相區(qū)。

靜態(tài)速度曲線包告知線路允許速度情況依次為:速度200 km/h，5855 m;速度180 km/h，3400m;速度200 km/h，161 m;速度160 km/h，425 m;速度310 km/h，6429 m。

坡度曲線包告知前方坡度情況依次為:平坡，1064 m;3%上坡，1796 m;10%上坡，2658 m;平坡，1567 m;1%下坡，1235 m;3%上坡，1595 m;平坡，4620 m;11%上坡，1500 m;平坡，235m。

鏈接信息包:連接了16個應(yīng)答器組，前方499 m的應(yīng)答器組069-2-1-17;距離增量1961 m的應(yīng)答器組069-2-1-19;增量1922 m的應(yīng)答器組069-2-2-05;直到應(yīng)答器組069-2-2-31。

因為此MA范圍是從LRBG最近相關(guān)應(yīng)答器組069-2-1-17(K580+945)到5973信號點(diǎn)處(K597 +215)，所以長度為16270 m。而在此范圍內(nèi)包含從滎陽南站出發(fā)信號點(diǎn)X3處到5973信號點(diǎn)處，長4344 m的臨時限速區(qū)段，限速值為200 km/h。于是RBC1接著向車載發(fā)送了包含設(shè)置臨時限速信息包P65的M24消息，告知列車該臨時限速區(qū)段，并編為127號限速。

以上行車許可消息和包含臨時限速包的消息都要求列車回復(fù)。當(dāng)列車收到后，分別向RBC1發(fā)送了回執(zhí)M146。

根據(jù)RBC1發(fā)送給列車的位置報告參數(shù)包P58，每6s列車要向RBC1報告其位置，于是列車依據(jù)該要求向RBC1發(fā)送了位置報告M136(P0)，告訴RBC1此時列車已經(jīng)越過LRBG 069-2-1-17應(yīng)答器組。因為尚未到級間轉(zhuǎn)換執(zhí)行點(diǎn)，因此當(dāng)前等級仍為CTCS-2級。處于CTCS-2級的車載ATP雖然收到了來自RBC1的MA，但它仍然依據(jù)應(yīng)答器報文生成控車曲線。

2.4 場景四:級間轉(zhuǎn)換

當(dāng)列車到達(dá)069-2-2-3應(yīng)答器組(級間轉(zhuǎn)換執(zhí)行)后，按照前等級轉(zhuǎn)換預(yù)告包P41要求，列車在此處自動轉(zhuǎn)換為CTCS-3級，并向RBC1報告其位置，告知RBC1已經(jīng)越過069-2-2-3應(yīng)答器組，且等級為CTCS-3。列車越過069-2-2-005應(yīng)答器組后，RBC1收到位置報告后，更新了MA，不過仍然未到5973信號點(diǎn)處(K597+215)。

2.5 場景五:MA延長

當(dāng)列車越過應(yīng)答器組069-2-2-9(K587+236)，RBC1再次向列車發(fā)送MA，長度為11920 m，即從該應(yīng)答器處直到5991信號點(diǎn)處。也就是說隨著列車的運(yùn)行，將MA終點(diǎn)由5973信號點(diǎn)處延長到5991信號點(diǎn)處。同時，臨時限速區(qū)段也延長為6285 m(總長216528 m，從K592+872到K809+ 400)。

車載ATP和地面RBC是CTCS-3級列控系統(tǒng)的核心設(shè)備，而CTCS-3列控系統(tǒng)又是高速鐵路運(yùn)行的中樞神經(jīng)，如果沒有這套連接列車、調(diào)度中心、信號傳送線路和設(shè)備的系統(tǒng)，再先進(jìn)的機(jī)車和再精良的軌道也無法維持高速運(yùn)行。因此，只有深入研究CTCS-3列控系統(tǒng)的各種運(yùn)行場景，才能管好、用好、維護(hù)好這一先進(jìn)的系統(tǒng)，才能保證高鐵運(yùn)營的安全和效率。

［1］鐵道部科學(xué)技術(shù)司.科技運(yùn)［2008］127號.CTCS-3級列控系統(tǒng)系統(tǒng)需求規(guī)范(SRSV1.0)［S］.北京:鐵道部運(yùn)輸局，2008.

In the case of CRH G2001 in normal operation，several operation scenes of CRH EMU operating on Zhengzhou－Xi＇an PDL are analyzed and played back through interpreting the packets and messages，including ATP＇s establishing a communication link with RBC，the function of sending an AM，and ATP level conversion．

Message;Network registration;Authorization ofmovement;Conversion of level

胡衛(wèi)巖:鄭州鐵路局鄭州電務(wù)段高級工程師450052鄭州

2012-02-21

(責(zé)任編輯:溫志紅)