臧一佩，開(kāi)祥寶，魯劍峰，郭 偉，錢(qián)金龍

（1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 研究生部，北京 100081；2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 通信信號(hào)研究所，北京 100081）

計(jì)算機(jī)與通信信號(hào)

有源應(yīng)答器報(bào)文自動(dòng)生成方法的設(shè)計(jì)與研究

臧一佩1，開(kāi)祥寶2，魯劍峰2，郭 偉2，錢(qián)金龍2

（1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 研究生部，北京 100081；2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 通信信號(hào)研究所，北京 100081）

有源應(yīng)答器報(bào)文是列控中心的重要組成部分，本文針對(duì)有源應(yīng)答器報(bào)文編制過(guò)程中遇到的困難，對(duì)報(bào)文的編制方式進(jìn)行深入的研究，并介紹了一種報(bào)文的自動(dòng)生成方法，以此來(lái)提高報(bào)文的編制效率，并加入關(guān)鍵數(shù)據(jù)校核模塊，對(duì)列控基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中的主要內(nèi)容進(jìn)行校驗(yàn)，來(lái)提高報(bào)文編制的準(zhǔn)確率，并減少人為造成的錯(cuò)誤。

列控中心；應(yīng)答器；有源應(yīng)答器；報(bào)文

高速鐵路已在我國(guó)被廣泛推廣，列車控制（以下簡(jiǎn)稱：列控）中心是高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)主要組成部分，其軟件發(fā)布周期與線路開(kāi)通時(shí)間密切相關(guān)。列控中心為了滿足高速鐵路所需的運(yùn)算效率，一般采用預(yù)存有源應(yīng)答器報(bào)文的方式。車站列控中心根據(jù)臨時(shí)限速設(shè)置、站內(nèi)進(jìn)路狀態(tài)、軌道區(qū)段占用狀態(tài)、區(qū)間閉塞方向以及落物防護(hù)區(qū)段報(bào)警等信息生成（或選擇）有源應(yīng)答器報(bào)文，通過(guò)電子單元（LEU）將所選報(bào)文傳至相應(yīng)的有源應(yīng)答器，因此，有源應(yīng)答器報(bào)文編制的效率和準(zhǔn)確率直接影響列控中心軟件的發(fā)布周期。傳統(tǒng)的報(bào)文編制方法，需要手工介入多，造成工作量大，易造成人為錯(cuò)誤，且編制周期長(zhǎng)，已不能滿足當(dāng)今高速鐵路工程大規(guī)模建設(shè)的需要。加之列控中心投入使用之前需要對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不斷地修改，造成列控中心報(bào)文多次修改，由于人為疏忽造成錯(cuò)誤的概率極大增加，且需要消耗大量的人力成本。在這種情況下，對(duì)傳統(tǒng)的報(bào)文生成方法進(jìn)行優(yōu)化是十分必要的。

本文對(duì)有源應(yīng)答器報(bào)文的編制方式進(jìn)行了深入的研究，提出了一種報(bào)文自動(dòng)生成的方法，并在工程實(shí)際中對(duì)該方法進(jìn)行了全面的驗(yàn)證。

1 應(yīng)答器報(bào)文概述

CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)主要地面設(shè)備及其關(guān)系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)主要地面設(shè)備及其關(guān)系結(jié)構(gòu)

CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)是基于點(diǎn)式應(yīng)答器和軌道電路傳輸列車運(yùn)行控制信息的點(diǎn)-連式系統(tǒng)。CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)包括地面設(shè)備和車載設(shè)備。軌道電路和車站電碼化設(shè)備傳輸連續(xù)列控信息，點(diǎn)式應(yīng)答器和車站列控中心傳輸點(diǎn)式列控信息。

應(yīng)答器的上行鏈路信號(hào)是由用戶信息通過(guò)BCH編碼生成應(yīng)答器報(bào)文，再以2FSK方式被調(diào)制而生成的。應(yīng)答器平時(shí)處于休眠狀態(tài)，當(dāng)列車通過(guò)地面應(yīng)答器時(shí)，發(fā)送27 MHz的能量激活應(yīng)答器，應(yīng)答器向車載天線發(fā)送上行鏈路信號(hào)，車載天線將接收到的上行鏈路信號(hào)傳給應(yīng)答器傳輸模塊（BTM），由其對(duì)上行鏈路信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、譯碼，恢復(fù)成原始用戶信息。

車載設(shè)備根據(jù)地面提供的動(dòng)態(tài)信息、線路靜態(tài)參數(shù)、臨時(shí)限速信息及有關(guān)列車數(shù)據(jù), 生成控制速度和目標(biāo)-距離模式曲線，監(jiān)督列車運(yùn)行安全運(yùn)行。

應(yīng)答器報(bào)文主要分為兩種。

（1）無(wú)源應(yīng)答器報(bào)文：固定存儲(chǔ)在無(wú)源應(yīng)答器中，內(nèi)容主要包括：線路速度、線路坡度、特殊區(qū)段信息、文本信息、里程信息、等級(jí)切換、軌道電路參數(shù)等信息。

（2）有源應(yīng)答器報(bào)文：正常工作情況下，由車站列控中心生成，主要內(nèi)容包括：應(yīng)答器鏈接、線路速度、軌道參數(shù)、臨時(shí)限速等信息，除此之外，有源應(yīng)答器和軌旁電子單元LEU中還分別存儲(chǔ)了一條默認(rèn)報(bào)文。

有源應(yīng)答器報(bào)文以傳輸線路動(dòng)態(tài)信息為主，如：站內(nèi)接發(fā)車進(jìn)路的信息以及臨時(shí)限速信息，因此，能將CTC下達(dá)的臨時(shí)限速信息傳遞給車載設(shè)備。無(wú)源應(yīng)答器報(bào)文以傳輸線路靜態(tài)信息為主。以下對(duì)有源應(yīng)答器報(bào)文的生成進(jìn)行詳細(xì)研究。

2 有源應(yīng)答器報(bào)文的自動(dòng)生成

2.1 有源應(yīng)答器報(bào)文分析

有源應(yīng)答器報(bào)文的信息來(lái)自于設(shè)計(jì)單位提供的列控工程數(shù)據(jù)表，列控工程數(shù)據(jù)表包括：進(jìn)路信息數(shù)據(jù)表、應(yīng)答器位置表、信號(hào)點(diǎn)及軌道區(qū)段數(shù)據(jù)表、線路速度表、線路坡度表、線路里程斷鏈明細(xì)表等。

列控工程數(shù)據(jù)表以Excel文件格式保存和發(fā)布。Excel格式雖便于查看，但由于格式開(kāi)放、無(wú)輸入類型檢查，在設(shè)計(jì)中極易引入編輯錯(cuò)誤。用戶數(shù)據(jù)表各子表之間存在一定的關(guān)聯(lián)，多處都有對(duì)同一對(duì)象或同一屬性的描述信息，必須對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行校核，否則，錯(cuò)誤和安全隱患將擴(kuò)散到應(yīng)答器報(bào)文中。

有源應(yīng)答器報(bào)文由幀標(biāo)志（包頭50 bit）、用戶數(shù)據(jù)包（722 bit）和報(bào)文結(jié)束標(biāo)志（ETCS-255，8 bit）構(gòu)成，772 bit用戶數(shù)據(jù)由應(yīng)答器鏈接包、軌道區(qū)段包、線路速度包、臨時(shí)限速包等信息構(gòu)成。

有源應(yīng)答器報(bào)文根據(jù)進(jìn)路類型的不同，又可以分為：側(cè)線接發(fā)車報(bào)文和正線接發(fā)車報(bào)文，兩者內(nèi)容存在一定的差異。

2.1.1 側(cè)線接發(fā)車報(bào)文組成

（1）應(yīng)答器鏈接[ETCS-5]：側(cè)線接車-1應(yīng)該鏈接到進(jìn)路末端出站信號(hào)機(jī)對(duì)應(yīng)的應(yīng)答器，側(cè)線接車-2和側(cè)線接車-3應(yīng)該連接到對(duì)應(yīng)的出站口位置的應(yīng)答器；側(cè)線發(fā)車進(jìn)路均需要鏈接到出站口對(duì)應(yīng)的應(yīng)答器。

（2）軌道區(qū)段[CTCT-1]：側(cè)線接車-1應(yīng)該描述對(duì)應(yīng)進(jìn)路上的軌道區(qū)段信息，側(cè)線接車-2和側(cè)線接車-3除需要描述對(duì)應(yīng)進(jìn)路上的軌道區(qū)段信息外，還需要描述對(duì)應(yīng)出站口外一個(gè)制動(dòng)距離的線路軌道區(qū)段信息；側(cè)線發(fā)車進(jìn)路要描述站內(nèi)對(duì)應(yīng)進(jìn)路的軌道區(qū)段信息，再加上出站口外一個(gè)制動(dòng)距離的軌道區(qū)段信息。

（3）線路速度[ETCS-27]：需要描述軌道區(qū)段包中描述的線路的速度信息。

（4）臨時(shí)限速[CTCS-2]：側(cè)線接車-1覆蓋范圍是從進(jìn)站口應(yīng)答器開(kāi)始至進(jìn)路末端并延伸80 m，側(cè)線接車-2和側(cè)線接車-3覆蓋范圍是從進(jìn)站口應(yīng)答器開(kāi)始至出站口應(yīng)答器再加80 m。

2.1.2 正線接發(fā)車報(bào)文組成

（1）應(yīng)答器鏈接[ETCS-5]：本進(jìn)站應(yīng)答器至區(qū)間第一架通過(guò)信號(hào)機(jī)范圍內(nèi)的所有應(yīng)答器。

（2）臨時(shí)限速[CTCS-2]：本進(jìn)站應(yīng)答器開(kāi)始至下一個(gè)車站出站口（中繼站第2個(gè)有源應(yīng)答器），加8個(gè)閉塞分區(qū)的范圍，再加上100 m，還需要加上設(shè)置的100 m的45 km/h限速區(qū)。

可知，車站進(jìn)路不同與其對(duì)應(yīng)的有源應(yīng)答器報(bào)文的組成也將有所區(qū)別，各個(gè)包的內(nèi)容也有差異。因此，需要考慮所有可能的進(jìn)路情況，并根據(jù)相應(yīng)的進(jìn)路，以及各限速等級(jí)編制對(duì)應(yīng)的報(bào)文，這也是自動(dòng)生成系統(tǒng)需要解決的主要問(wèn)題。

2.2 有源報(bào)文自動(dòng)生成的實(shí)現(xiàn)

報(bào)文自動(dòng)生成系統(tǒng)針對(duì)側(cè)線報(bào)文和正線報(bào)文內(nèi)容的不同，依據(jù)進(jìn)路信息數(shù)據(jù)表提供的進(jìn)路信息為基礎(chǔ)，將正線報(bào)文和側(cè)線報(bào)文分開(kāi)處理，分別生成側(cè)線報(bào)文和正線報(bào)文，最后再將兩者組合到一起，形成一個(gè)完整站場(chǎng)的報(bào)文。

有源應(yīng)答器報(bào)文自動(dòng)生成系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 有源應(yīng)答器報(bào)文自動(dòng)生成系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖

將用戶數(shù)據(jù)表導(dǎo)入系統(tǒng)之后，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析模塊會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)格式，以及主要數(shù)據(jù)的一致性進(jìn)行判斷，若存在不符合常規(guī)的數(shù)據(jù)則進(jìn)行提示，由人工判斷數(shù)據(jù)的合理性。圖3為人工進(jìn)行線路信息配置的界面。圖4為協(xié)議組幀模塊數(shù)據(jù)處理流程。

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)配置界面

系統(tǒng)依據(jù)已經(jīng)處理好的數(shù)據(jù)，以及人工進(jìn)行的配置，生成車站數(shù)據(jù)模板，將車站數(shù)據(jù)模板再次讀入系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)協(xié)議組幀模塊處理，輸出車站報(bào)文，并能夠通過(guò)報(bào)文內(nèi)容顯示模塊查看生產(chǎn)的報(bào)文。圖5為系統(tǒng)對(duì)有源應(yīng)答器報(bào)文顯示的界面。

圖4 協(xié)議組幀模塊數(shù)據(jù)處理流程

編碼流程生成的有源應(yīng)答器報(bào)文有長(zhǎng)幀和短幀兩種格式，長(zhǎng)幀為1 023 bit，表示為[b1022b1021…b1b0]；短幀為341 bit ，表示為[ b340b339…b1b0]。其編碼前的用戶信息長(zhǎng)度：長(zhǎng)幀為830 bit，短幀為210 bit 。最后經(jīng)過(guò)對(duì)用戶信息進(jìn)行加擾和整形形成用戶報(bào)文。

車站數(shù)據(jù)模板是依據(jù)用戶數(shù)據(jù)表生成的，其在報(bào)文編譯過(guò)程中，屬于中間過(guò)程，包含車站進(jìn)路的所有信息，當(dāng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行局部范圍的修改時(shí)，可以根據(jù)數(shù)據(jù)修改的內(nèi)容來(lái)對(duì)車站數(shù)據(jù)模板中的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的修改，由于，車站數(shù)據(jù)模板中的數(shù)據(jù)不存在重復(fù)項(xiàng)，因此，對(duì)每一項(xiàng)數(shù)據(jù)僅需修改一次，縮短了數(shù)據(jù)修改的工作量，極大的降低了由于人為疏忽，而造成錯(cuò)誤的可能性。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文主要針對(duì)有源應(yīng)答器報(bào)文的自動(dòng)生成方法進(jìn)行深入研究，采用軟件自動(dòng)化技術(shù)，對(duì)列控工程數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成報(bào)文，由于能夠輸出車站數(shù)據(jù)模板這一中間過(guò)程，在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行部分修改的時(shí)候，只需對(duì)車站數(shù)據(jù)模板進(jìn)行相應(yīng)的修改，無(wú)需再將數(shù)據(jù)重新導(dǎo)入并對(duì)導(dǎo)入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，給報(bào)文的修改帶來(lái)了極大的方便。固定數(shù)據(jù)位的數(shù)值檢測(cè)功能，極大地降低了由于人為疏忽導(dǎo)致錯(cuò)誤的概率。經(jīng)過(guò)實(shí)際工程的驗(yàn)證表明，該系統(tǒng)對(duì)提高列控中心報(bào)文編制效率，減少報(bào)文修改工作量，降低報(bào)文錯(cuò)誤率方面具有顯著作用。

圖5 報(bào)文內(nèi)容顯示界面

[1] 鐵道部科學(xué)技術(shù)司.科技運(yùn)[2010]136號(hào)CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則V2.0[S].北京：鐵道部科學(xué)技術(shù)司.

[2] 鐵道部科學(xué)技術(shù)司.科技運(yùn)[2010]138號(hào)列控中心技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：鐵道部科學(xué)技術(shù)司.

[3] 鐵道部科學(xué)技術(shù)司.科技運(yùn)[2008]151號(hào)客專臨時(shí)限速技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：鐵道部科學(xué)技術(shù)司.

[4]肖 甜，趙會(huì)兵.歐洲應(yīng)答器編碼策略的安全性研究[J].鐵道學(xué)報(bào)，2008（2）：127-13.

責(zé)任編輯 徐侃春

Automatic generation method of active balise telegram

ZANG Yipei, KAI Xiangbao, LU Jianfeng, GUO Wei, QIAN Jinlong
( 1.Graduate Department, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China; 2.Communication and Signaling Research Institute, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China )

Active balise telegram was a very important part of the train control center(TCC). This paper analyzed the diff i culties that were in generating the telegram of active balise, introduced an automatic generation method of the active balise telegram to improve eff i ciency of generating the telegram. The module of the data verif i cation was used to check the key element of the basic data, enhance the accuracy, reduce the mistake of human-caused.

train control center(TCC); balise; active balise; telegram

U284.482∶TP39

A

1005-8451（2015）05-0034-04

2014-10-10

臧一佩， 碩士研究生； 開(kāi)祥寶，研究員。