闞 峰 高利民 吳 楠

目前全路大多電務(wù)試驗車的主要信號檢測設(shè)備都配備了軌道電路檢測、補償電容檢測和應(yīng)答器報文檢測系統(tǒng)，而新研制的高速綜合檢測列車除此之外，還對應(yīng)答器電氣特性、牽引不平衡電流、車載無線通信接口監(jiān)測等做了嘗試。但無論是綜合檢測車還是電務(wù)試驗車，針對高速鐵路的CTCS－3級列控系統(tǒng)檢測設(shè)備的研制應(yīng)用尚屬探索階段。

由于在實際CTCS－3級線路運行過程中，不斷出現(xiàn) “通信超時”、“車載和地面設(shè)備故障”、“車－地信息不一致”等現(xiàn)象，因此結(jié)合高速鐵路的維修特點，迫切需要研發(fā)系統(tǒng)級的CTCS－3級列控綜合檢測系統(tǒng)，以實現(xiàn)電務(wù)設(shè)備維修和線路安全保障。同時，通過高速鐵路列控系統(tǒng)綜合檢測和聯(lián)調(diào)聯(lián)試，對相關(guān)裝備和設(shè)施進(jìn)行綜合測試、評估，可以加快我國高速鐵路列控系統(tǒng)新技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)高速鐵路列控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展。

圖1 CTCS－3級列控系統(tǒng)簡圖

1 CTCS－3級列控系統(tǒng)功能分析

CTCS－3級列控系統(tǒng)在功能實現(xiàn)上，從車載到地面經(jīng)過多個環(huán)節(jié)和節(jié)點，每個環(huán)節(jié)接口都承擔(dān)不同的任務(wù)和功能，如圖1所示。

從圖1看到，除Igsm－r、Um和Ifix接口外，其他都是控制系統(tǒng)內(nèi)部接口，也有很多需要監(jiān)測的信息 （如車載端 DCU、ODL、JRU 等，地面的CTC、TSR、IL等）。Ifix接口又包含Abis接口、A接口和PRI接口，見圖2。從整個CTCS－3級列控系統(tǒng)功能分析，CTCS－3級列控動態(tài)檢測系統(tǒng)應(yīng)能滿足以下需求。

1．適用于車載列控系統(tǒng)，或者新建線路的綜合試驗及聯(lián)調(diào)聯(lián)試。

2．適用于高鐵互聯(lián)互通試驗驗證；針對列控系統(tǒng)運用過程中發(fā)生故障，或者出現(xiàn)車－地不兼容的問題，分析問題的真實原因。

圖2 CTCS－3級列控系統(tǒng)接口簡圖

3．適用于地面固定設(shè)備工作狀態(tài)的常規(guī)檢測。

4．適用于檢測過程中問題定位和問題查找，輔助高速鐵路線路信號設(shè)備維護(hù)維修。

2 CTCS－3級列控動態(tài)檢測項目分析

從功能和測試內(nèi)容，CTCS－3級列控動態(tài)檢測系統(tǒng)應(yīng)包含地面信號設(shè)備檢測、CTCS－3級列控通道綜合檢測、車載設(shè)備監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析。

2．1 地面信號設(shè)備檢測

由于應(yīng)答器、軌道電路、補償電容、調(diào)諧單元等設(shè)備中，均有機械部件與鋼軌或者道床連接，所以此類機械部件故障在地面信號設(shè)備故障中占很大的比例。軌道扣件與鋼軌的絕緣程度、無砟道床的錯誤接地、站內(nèi)與區(qū)間軌道電路的絕緣節(jié)、鋼軌跳線等，均會影響軌道電路的正常工作。采用車載檢測系統(tǒng)對軌道電路和應(yīng)答器檢測，不僅能在新建線路聯(lián)調(diào)聯(lián)試時發(fā)揮重要作用，而且對日常運用中預(yù)防事故發(fā)生，保障運輸效率都有重要意義。

1．軌道電路綜合檢測。CTCS－3級列控系統(tǒng)中，軌道電路實現(xiàn)列車占用檢查，為RBC生成行車許可提供基礎(chǔ)信息。平均約1km設(shè)置一個區(qū)段，區(qū)段內(nèi)約隔100m設(shè)置一個補償電容，區(qū)間每段軌道電路兩端均設(shè)置電氣調(diào)諧單元 （BA、SVA）。由于在高速條件下，高電壓、大電流、整體道床中復(fù)雜電磁環(huán)境都會對軌道電路產(chǎn)生較大影響，因此，在總結(jié)分析了軌道電路各影響因素后，應(yīng)對軌道電路的出入口電壓、軌道電路傳輸特性、分路不良、鋼軌絕緣、補償電容狀態(tài)、鋼軌不平衡電流等進(jìn)行檢測和分析，并結(jié)合車載ATP信息的實時輸入和輸出，分析判斷地面設(shè)備工作狀態(tài)和輔助分析列控中心工作狀態(tài)。

軌道電路測試分析系統(tǒng)能夠根據(jù)檢測結(jié)果參數(shù)和列控數(shù)據(jù)基礎(chǔ)信息，如制式、長度、電容 （容值）設(shè)置、道砟電阻、出口電壓等，通過仿真繪制軌道電路標(biāo)準(zhǔn)傳輸曲線，建立軌道電路區(qū)段模型，將檢測結(jié)果曲線與標(biāo)準(zhǔn)傳輸曲線進(jìn)行對比，分析軌道電路傳輸特性，進(jìn)而對補償電容容值下降、失效，漏泄過大等原因進(jìn)行智能化判斷。

2．應(yīng)答器綜合檢測。CTCS－3級列控系統(tǒng)中，應(yīng)答器主要用于向列控系統(tǒng)車載設(shè)備提供位置、等級轉(zhuǎn)換、建立無線通信等信息，同時向車載設(shè)備提供線路速度、線路坡度、軌道電路、臨時限速等線路參數(shù)信息，滿足后備系統(tǒng)需要。應(yīng)答器的質(zhì)量和報文數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，直接決定了車載列控系統(tǒng)安全運行及其效率。應(yīng)答器檢測應(yīng)對其技術(shù)條件進(jìn)行分析和研究，并在此基礎(chǔ)上對應(yīng)答器位置、用途、速度信息覆蓋范圍、鏈接關(guān)系、邏輯關(guān)系，以及上傳電平和頻率進(jìn)行分析。

應(yīng)答器綜合檢測包括應(yīng)答器電氣特性檢測，報文正確性、完整性和線路數(shù)據(jù)一致性，以及應(yīng)答器丟失和外觀檢測。需要結(jié)合車載ATP輸入和輸出情況，綜合判斷應(yīng)答器性能或車載設(shè)備運行狀況，并按照CTCS－3應(yīng)答器應(yīng)用原則，對應(yīng)答器默認(rèn)報文和非法報文進(jìn)行識別。

2．2 列控通道綜合檢測

CTCS－3級列控通道綜合檢測主要是為了檢測列控數(shù)據(jù)傳輸通道的工作質(zhì)量和通道中各接口及設(shè)備的工作狀態(tài)。應(yīng)包含GSM－R無線通信質(zhì)量檢測、GSM－R無線空中接口 （Um接口）監(jiān)測、車載Igsm－r接口監(jiān)測3個部分。

1．GSM－R無線通信質(zhì)量檢測。目前CTCS－3級線路中常發(fā)現(xiàn)的故障多數(shù)由于通信質(zhì)量引起，如小區(qū)切換異常，導(dǎo)致無線超時故障 （小區(qū)內(nèi)不停的乒乓切換），表現(xiàn)形式主要為小區(qū)與MT間的無線鏈路失敗，接收電平超標(biāo)，通信質(zhì)量嚴(yán)重惡化；列車當(dāng)前占用的信道被釋放，車載與RBC通信中斷，C3降級為C2。對GSM－R無線通信質(zhì)量進(jìn)行檢測，能夠判斷車載列控設(shè)備降級等故障是否由于通信質(zhì)量造成。

2．GSM－R無線空中接口 （Um接口）監(jiān)測。Um接口是列控?zé)o線終端與基站BTS間的數(shù)據(jù)傳輸通道。為了滿足GSM－R的傳輸機制，在這個接口中還包含了移動網(wǎng)絡(luò)的控制信息、測量信息等。

不同的通信終端可能會在測量報告和某些信息處理方面有所不同，會導(dǎo)致在同樣的無線環(huán)境下執(zhí)行不同的操作，其中有些操作可能會干擾正常的通信并影響數(shù)據(jù)傳輸。采用Um接口監(jiān)測，可以接收到列控?zé)o線數(shù)據(jù)傳輸終端所有上行信令和BTS發(fā)給無線終端的下行信號，并以此確認(rèn)無線終端向BTS上報的測量報告。由于MSC要根據(jù)移動終端的測量報告 （下行接收狀態(tài)）和上行基站測量報告確定切換，因此通過監(jiān)測就可以發(fā)現(xiàn)移動終端本身的故障問題。另一方面，通過解調(diào)用戶層信息，可以與Igsm－r接口的信息 （上行）和地面PRI接口（下行）對比，判斷無線終端是否發(fā)生信息失真。

3．車載Igsm－r接口監(jiān)測。Igsm－r接口連接了控制終端到無線傳輸終端，其接口監(jiān)測應(yīng)能確保連接的可靠和無源，避免影響列控運營。通過Igsm－r接口監(jiān)測，可以采集車載控制端與無線終端間發(fā)送和接收的所有數(shù)據(jù)。這個接口的上傳數(shù)據(jù)應(yīng)該與到達(dá)地面RBC的數(shù)據(jù)一致，如果有變化或丟失，一定是傳輸過程中出現(xiàn)故障；相反的通道也是一樣。因此監(jiān)測通道數(shù)據(jù)主要是為了判斷列控傳輸通道是否正常傳輸了車載控制端和RBC間的各種信息。

2．3 車載運行記錄監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析

在日常行車過程中，經(jīng)常出現(xiàn)ATP故障和報警，現(xiàn)象表示有：車載設(shè)備運行中DMI報 “安全軟件失敗”、“主機與DMI通信中斷”、 “ATPCU故障、與主叫通信中斷”、“CTCS－2故障”、“應(yīng)答器報文錯誤”、“BTM故障”、DMI速度表顯示波動大等。另外由于特殊場景導(dǎo)致的列車運行異?，F(xiàn)象也時有發(fā)生。由于高速鐵路 “天窗”修時間基本安排在夜間，因此應(yīng)結(jié)合高鐵電務(wù)設(shè)備的實際情況，對現(xiàn)場維修進(jìn)行調(diào)查，認(rèn)為在車載運行記錄監(jiān)測中，應(yīng)對ATP運行行為、表現(xiàn)及場景做好記錄和分析，從而有助于完善列控系統(tǒng)及輔助信號設(shè)備維護(hù)維修。

車載運行記錄監(jiān)測應(yīng)能實現(xiàn)車載列控設(shè)備記錄監(jiān)測，包括：①車載列控設(shè)備 （各類報警在內(nèi)）的工作狀態(tài)記錄功能；②車載列控設(shè)備采集軌道電路、應(yīng)答器、車－地通信 （車載GSM－R通信單元－地面RBC）等各類數(shù)據(jù)記錄監(jiān)測功能；③車載DMI司機操作等各類操作記錄功能；④車載安全計算機運算過程數(shù)據(jù)及運算結(jié)果數(shù)據(jù)記錄功能。

通過分析應(yīng)能實現(xiàn)：①根據(jù)運行記錄提取標(biāo)準(zhǔn)的場景，以用于生成規(guī)范測試序列；②根據(jù)CTCS－3級列控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范，建立完整標(biāo)準(zhǔn)測試案例庫；③根據(jù)CTCS－3級列控系統(tǒng)規(guī)范條件，創(chuàng)建測試評判方法并實現(xiàn)其功能；④根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)測試案例庫和列車運行中的場景，將列車運行過程中生成的測試序列通過規(guī)范執(zhí)行程序，對比、判斷、分析測試結(jié)果，分析是否一致，并根據(jù)分析情況，輸出執(zhí)行過程、消息接收流程圖，自動輸出測試報告，以分析監(jiān)測結(jié)果；⑤根據(jù)GSM－R無線通信質(zhì)量檢測、GSM－R無線空中接口 （Um接口）監(jiān)測、車載ATP無線接收模塊監(jiān)測和車載Igsm－r接口監(jiān)測對異常情況進(jìn)行定位。

3 結(jié)論

目前，應(yīng)答器電氣特性、車載無線通信接口、CTCS－3級列控通道綜合檢測已在高速綜合檢測列車上進(jìn)行了安裝，并進(jìn)行了初步的試驗，為CTCS－3級列控系統(tǒng)故障檢查和設(shè)備維修提供了依據(jù)和條件。隨著高速鐵路對鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測、數(shù)據(jù)分析和安全評價提出的更高要求，需充分利用各檢測、監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行深入分析和研究，不斷探索新設(shè)備的特性、特征和規(guī)律，及時總結(jié)積累故障處理方法、經(jīng)驗，提高故障處理業(yè)務(wù)水平，確保CTCS－3級列控系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和安全性。

［1］ 謝雨飛，唐濤，徐田華，趙林．CTCS－3級列控系統(tǒng)規(guī)范的建模與形式化驗證方法研究［J］．鐵道學(xué)報，2011（7）．

［2］ 劉海波．GSM－R通信切換事件對CTCS－3級轉(zhuǎn)CTCS－2級列控的影響［J］．鐵道通信信號工程技術(shù)，2012（01）．