劉曉亮，高利民，楊吉，楊樹忠

（中國鐵道科學(xué)研究院基礎(chǔ)設(shè)施檢測研究所，北京100081）

高速綜合檢測列車ATP監(jiān)測分析系統(tǒng)研究

劉曉亮，高利民，楊吉，楊樹忠

（中國鐵道科學(xué)研究院基礎(chǔ)設(shè)施檢測研究所，北京100081）

車載設(shè)備作為CTCS-3級列控系統(tǒng)的重要組成部分，是列車行車安全的重要保障，為實時監(jiān)測高速綜合檢測列車車載設(shè)備的運行狀態(tài)，專門研發(fā)了ATP監(jiān)測分析系統(tǒng)。介紹ATP監(jiān)測分析系統(tǒng)基本概況，重點描述系統(tǒng)的主要功能、關(guān)鍵技術(shù)及運用情況，該系統(tǒng)可協(xié)助發(fā)現(xiàn)列車運行過程中的異常情況，輔助分析軌道電路和應(yīng)答器問題。

高速綜合檢測列車；車載設(shè)備；ATP；監(jiān)測；司法記錄器

高速綜合檢測列車以高速動車組為載體，裝備專用的檢測系統(tǒng)，為時速200km及以上高速鐵路實施定期檢測，對軌道、接觸網(wǎng)、通信、信號等基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)變化規(guī)律做出評價。高速綜合檢測列車提升了基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)的檢測效率，可以指導(dǎo)基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)現(xiàn)場養(yǎng)修，對保障高速鐵路安全高效運營具有十分重要的作用[1-2]。

信號檢測系統(tǒng)作為高速綜合檢測列車檢測系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，具備對CTCS-3級（簡稱C3）兼容CTCS-2級（簡稱C2）軌道電路、補償電容、牽引回流、應(yīng)答器實時檢測及ATP監(jiān)測等功能，其中ATP監(jiān)測分析系統(tǒng)可實時監(jiān)測車載設(shè)備的運行狀態(tài)，將車載設(shè)備發(fā)生的各類故障事件進(jìn)行統(tǒng)計報警，并可輔助分析軌道電路和應(yīng)答器問題。

1 ATP監(jiān)測分析系統(tǒng)簡介

ATP監(jiān)測分析系統(tǒng)通過以太網(wǎng)線與列控設(shè)備動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（DMS）連接，采用TCP通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其中DMS為客戶端，ATP監(jiān)測分析系統(tǒng)為服務(wù)器，建立通信連接后，DMS將接收到的車載設(shè)備司法記錄器（JRU）數(shù)據(jù)實時傳輸給ATP監(jiān)測分析系統(tǒng)。ATP監(jiān)測分析系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)原理見圖1。

ATP監(jiān)測分析系統(tǒng)按照相應(yīng)規(guī)范[3-4]對接收到的JRU數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，得到列車實時運行狀態(tài)相關(guān)信息，包括列車運行速度、公里標(biāo)、時間、運行等級、工作模式、制動輸出等信息，并將車載設(shè)備的各類故障事件進(jìn)行統(tǒng)計報警。

圖1 ATP監(jiān)測分析系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)原理

2 主要功能

ATP監(jiān)測分析系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)、模塊化設(shè)計，易于擴(kuò)展和維護(hù)。其系統(tǒng)功能模塊見圖2。

圖2 ATP監(jiān)測分析系統(tǒng)功能模塊

各模塊功能如下：

（1）配置管理功能。系統(tǒng)具有配置數(shù)據(jù)，其中包含1端和8端接收數(shù)據(jù)的IP和端口，以及保存文件的目錄和檢測車車號等數(shù)據(jù)，系統(tǒng)在開始運行時應(yīng)讀取此配置數(shù)據(jù)。

（2）選端操作功能。系統(tǒng)在開始運行時，具有選擇列車運行端1端或8端的功能，根據(jù)選端結(jié)果接收相應(yīng)運行端數(shù)據(jù)，并在程序界面上顯示選端結(jié)果。

（3）數(shù)據(jù)接收功能。系統(tǒng)通過TCP通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，并可顯示數(shù)據(jù)接收狀態(tài)。

（4）實時分析功能。系統(tǒng)通過接收DMS轉(zhuǎn)發(fā)的JRU數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，將解析后的數(shù)據(jù)內(nèi)容實時顯示在系統(tǒng)界面上，監(jiān)測列車的運行狀態(tài)。

（5）回放分析功能。系統(tǒng)能打開歷史測試數(shù)據(jù)，并加載顯示此數(shù)據(jù)的所有信息，表格、圖形和文本可以聯(lián)動分析，并具有自動回放功能。

（6）數(shù)據(jù)保存功能。系統(tǒng)將接收到的數(shù)據(jù)保存在以一定格式命名的文件中，數(shù)據(jù)保存為.dat和.txt兩種格式。

（7）數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能。系統(tǒng)可將解析后的C2數(shù)據(jù)、C3數(shù)據(jù)、無線消息、應(yīng)答器、DMI文本及報警信息等數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 應(yīng)答器報文解析

應(yīng)答器報文由幀標(biāo)志、用戶信息包和信息結(jié)束組成，由于用戶信息包種類較多，且每條報文包含用戶信息包的數(shù)量不固定，應(yīng)答器報文解析的工作量和難度都較大，因此分析系統(tǒng)將應(yīng)答器報文的幀結(jié)構(gòu)和用戶信息包的每個變量以節(jié)點形式保存在XML文件中，并將每個變量的名稱、所占位數(shù)、說明及取值作為節(jié)點屬性。XML文件節(jié)點的屬性定義見表1。利用XML文件去解析應(yīng)答器報文，不僅可減少代碼量，降低解析報文難度，還可提高解析應(yīng)答器報文的效率。

表1 XML文件節(jié)點屬性定義

應(yīng)答器報文是由JRU數(shù)據(jù)中的JRU-30包（應(yīng)答器信息包1）和JRU-31包（應(yīng)答器信息包2）2包數(shù)據(jù)內(nèi)容組合而來，將組合的報文內(nèi)容轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制格式字符串，利用保存應(yīng)答器報文所有內(nèi)容格式的XML文件解析此字符串，就可正確完整地解析應(yīng)答器報文。具體應(yīng)答器報文解析流程見圖3。

圖3 應(yīng)答器報文解析流程

3.2 聯(lián)動分析

ATP監(jiān)測分析系統(tǒng)對歷史測試數(shù)據(jù)進(jìn)行回放分析時，為了準(zhǔn)確查找和定位故障發(fā)生的原因，必須對數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)動分析，即以時間為基準(zhǔn)，使文本、圖形和表格3個區(qū)域顯示同一時間的值，將3個區(qū)域同一時間的測試結(jié)果結(jié)合起來輔助故障查找、定位和分析。聯(lián)動分析共分為2種情況：

（1）當(dāng)點擊系統(tǒng)某一表格數(shù)據(jù)時，獲取此條數(shù)據(jù)的時間值，圖形顯示區(qū)域、文本區(qū)域及其他表格的數(shù)據(jù)應(yīng)跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)此時間值的位置；

（2）當(dāng)點擊系統(tǒng)圖形區(qū)域某位置時，獲取此位置的時間值，文本區(qū)域和所有表格應(yīng)跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)此時間值的位置。

3.3 自動報警

ATP監(jiān)測分析系統(tǒng)通過解析JRU數(shù)據(jù)，對JRU數(shù)據(jù)進(jìn)行初步診斷和分析，得到ATP發(fā)生的故障事件，記錄此故障事件的相關(guān)信息，并進(jìn)行自動報警，報警內(nèi)容主要包含4類：

（1）C3制動信息。包含車載設(shè)備C3主控單元輸出的緊急制動命令和常用制動命令，記錄這2類制動命令施加和緩解發(fā)生的時間和公里標(biāo)。

（2）C3轉(zhuǎn)C2。通過判斷列車運行等級的變化，記錄列車從C3降為C2的情況，包括列車降級發(fā)生的時間和公里標(biāo)。

（3）應(yīng)答器組錯誤。當(dāng)發(fā)生應(yīng)答器組錯誤的情況時，記錄發(fā)生錯誤的應(yīng)答器編號及錯誤類型、錯誤發(fā)生的時間和公里標(biāo)。

（4）無線消息錯誤。當(dāng)發(fā)生無線消息錯誤的情況時，記錄此無線消息的錯誤類型及錯誤發(fā)生的時間、公里標(biāo)。

ATP監(jiān)測分析系統(tǒng)將ATP異?；蚬收鲜录涗浽诒砀裰?，向檢測人員自動報警，不僅可大量節(jié)約人為分析故障的時間，還可盡快確定故障原因和提高檢測人員的工作效率。但ATP監(jiān)測分析系統(tǒng)只能對車載設(shè)備發(fā)生的故障進(jìn)行初步診斷、分析和報警，由于缺少地面設(shè)備數(shù)據(jù)，無法給出故障的具體原因。

4 系統(tǒng)運用及案例分析

4.1 系統(tǒng)運用

ATP監(jiān)測分析系統(tǒng)在高速綜合檢測列車上進(jìn)行了多次試用，能夠正常接收數(shù)據(jù)并解析，對車載設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)測，實時監(jiān)測顯示界面見圖4，界面主要分為文本、圖形和表格3個區(qū)域，監(jiān)測內(nèi)容分別如下：

（1）文本區(qū)域監(jiān)測內(nèi)容包含速度、公里標(biāo)、速度信息（包括列車當(dāng)前速度、緊急制動速度、常用制動速度、列車允許速度、列車目標(biāo)速度）、列車運營基礎(chǔ)信息（包括車次號、監(jiān)控模式、運營模式、機控狀態(tài)、上下行線和過應(yīng)答器）、軌道電路與應(yīng)答器信息（包括列車所在軌道電路載頻和低頻及應(yīng)答器編號）、距離信息（包括走行距離、目標(biāo)距離）、起始時間、結(jié)束時間、C2包數(shù)和C3包數(shù)。

（2）圖形區(qū)域監(jiān)測內(nèi)容主要包含速度信息、軌道電路信息（包含載頻和低頻）、應(yīng)答器、制動曲線（包含C2主控單元和C3主控單元輸出的制動信息）、列車運行等級、無線消息、公里標(biāo)。

（3）表格區(qū)域監(jiān)測內(nèi)容主要包含C2數(shù)據(jù)、C3數(shù)據(jù)、無線消息、應(yīng)答器、DMI文本、報警信息和錯誤數(shù)據(jù)。

ATP監(jiān)測分析系統(tǒng)通過對以上內(nèi)容的監(jiān)測，可實時監(jiān)測車載設(shè)備的運行狀態(tài)，獲取車載設(shè)備在運行過程中的故障，提高檢測工作效率，對保障列車運行安全起到了重要作用。

圖4 ATP監(jiān)測分析系統(tǒng)實時監(jiān)測顯示界面

4.2 案例分析

2016年1月14日，高速綜合檢測列車在運行過程中輸出緊急制動停車，利用ATP監(jiān)測分析系統(tǒng)對當(dāng)天測試數(shù)據(jù)進(jìn)行回放分析，發(fā)現(xiàn)車載設(shè)備DMI顯示文本“地面設(shè)備故障”，同時系統(tǒng)自動報警應(yīng)答器組錯誤，共有4組應(yīng)答器報錯，錯誤類型為鏈接錯誤（M_ERROR=0），自動報警顯示界面見圖5，隨即車載設(shè)備向無線閉塞中心（RBC）發(fā)送錯誤報告（P4包），報告應(yīng)答器鏈接位置或編號錯誤，RBC向列車發(fā)送有條件緊急停車命令M15，車載設(shè)備C3主控單元輸出緊急制動命令，導(dǎo)致列車停車。

圖5 自動報警顯示界面

對報錯的4組應(yīng)答器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，4組應(yīng)答器報文接收正確，但鏈接距離和列車走行距離不符。例如，應(yīng)答器076-3-04-026與上一應(yīng)答器鏈接距離為989m，但列車實際走行距離954m即接收到應(yīng)答器信息，導(dǎo)致此應(yīng)答器出窗。報錯的4組應(yīng)答器鏈接距離與列車走行距離的對比見表2。因此，判斷故障原因為應(yīng)答器出窗導(dǎo)致鏈接位置錯誤，從而車載設(shè)備報“地面設(shè)備故障”，導(dǎo)致RBC發(fā)送有條件緊急停車命令，列車緊急制動停車。

表2 報錯的4組應(yīng)答器鏈接距離與列車走行距離對比 m

5 結(jié)束語

ATP監(jiān)測分析系統(tǒng)作為高速綜合檢測列車信號檢測系統(tǒng)的重要組成部分，可實時監(jiān)測車載設(shè)備的運行狀態(tài)，協(xié)助檢測人員發(fā)現(xiàn)列車運行過程中的異常情況，減輕檢測人員勞動強度，對保障列車運行安全具有重要意義。ATP監(jiān)測分析系統(tǒng)已在高速綜合檢測列車上進(jìn)行了試用，系統(tǒng)穩(wěn)定，達(dá)到了使用水平，但還需進(jìn)一步研究車載設(shè)備的故障機理，增強系統(tǒng)智能分析、自動報警能力。

[1]康熊，王衛(wèi)東，李海浪．高速綜合檢測列車關(guān)鍵技 術(shù)研究[J]．中國鐵路，2012(10)：3-7．

[2]仲崇成，李恒奎，李鵬，等．高速綜合檢測列車綜 述[J]．中國鐵路，2013(6)：89-93．

[3]運基信號﹝2010﹞224號 CTCS-3級列控系統(tǒng)車載設(shè) 備司法記錄器數(shù)據(jù)下載接口規(guī)范（V1.0）[S]．

[4]科技運﹝2010﹞21號 CTCS-3級列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng) 用原則（V2.0）[S]．

Study on ATP Monitoring and Analyzing System for High Speed Comprehensive Inspection Train

LIU Xiaoliang，GAO Limin，YANG Ji，YANG Shuzhong
（Infrastructure Inspection Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

Being an important part of the CTCS-3 train control system, the onboard equipment has quite an influence on operation safety of train. In this background, the ATP monitoring and analyzing system is developed to monitor the working status of onboard equipment of high speed comprehensive inspection train.The paper introduces the basic information about the system, and describes the main function, key technology and application cases in detail. This system can make auxiliary detection of abnormal situations during train operation and make auxiliary analysis of the problems from track circuit and balise.

high speed comprehensive inspection train；onboard equipment；ATP；monitoring；juridical record unit (JRU)

U284.4

A

1001-683X（2017）10-0064-05

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.10.064

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）（2013CB329406）

劉曉亮（1988—），男，研究實習(xí)員，碩士。E-mail：liuxiaoliang@rails.cn

責(zé)任編輯 高紅義

2017-06-21