安武霞

CTCS-3 級（以下簡稱C3）列控系統(tǒng)是基于無線通信實(shí)現(xiàn)車地信息雙向傳輸?shù)牧熊囘\(yùn)行控制系統(tǒng)，由車載設(shè)備根據(jù)RBC 發(fā)送的行車許可信息生成控車模式曲線［1］。當(dāng)發(fā)生無線故障時，會導(dǎo)致列控系統(tǒng)降級，甚至停車，極大地影響了運(yùn)輸效率。車載電臺MT 是車載系統(tǒng)中負(fù)責(zé)無線數(shù)據(jù)通信的設(shè)備，在整個C3 等級車地通信中起著至關(guān)重要的作用［2］。車載側(cè)設(shè)備單電臺是造成無線故障的重要原因，其中MT 模塊自身故障又分MT 軟件故障和硬件故障2 種情況。電臺自身軟件故障會導(dǎo)致車載設(shè)備單電臺移交過程中降級CTCS-2等級（以下簡稱C2）。

根據(jù)對合肥南動車所CTCS3-300T （簡稱300T）車載設(shè)備無線超時故障的統(tǒng)計，列車過RBC移交區(qū)時，由于單電臺軟件原因造成C3 降C2 的故障數(shù)量最多，影響運(yùn)營效率。本文通過總結(jié)單電臺軟件故障降級規(guī)律，分析以往采用重啟GSM-R 開關(guān)的應(yīng)急處置措施的弊端；通過對STU-V-N 模塊進(jìn)行軟件優(yōu)化，以降低單電臺軟件原因引起的故障。此次軟件優(yōu)化主要是在STU-V-N 模塊軟件V9.3.1版本中增加了AT 指令，利用AT 指令實(shí)現(xiàn)車載電臺軟重啟的功能。通過深入研究重啟原理，結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用效果和實(shí)際環(huán)境，提出進(jìn)一步優(yōu)化的建議和措施。

1 車載電臺MT 的主要功能

300T 型列控車載無線系統(tǒng)由STU-V 設(shè)備、GSM-R 單 元以及天 饋線組成，如圖1 所示［3］。

STU-V 是安全無線傳輸系統(tǒng)，負(fù)責(zé)車載側(cè)無線數(shù)據(jù)的加密解密和安全傳輸，包含STU-V-V 和STU-V-N 2 個模塊（舊平臺為COMC 和GCD）。STU-V-N 模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的安全傳輸，STU-V-V模塊負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密解密［4］。車載設(shè)備上電且STU-V 設(shè)備啟動成功后，STU-V-V 模塊在SDP設(shè)備上完成MVB 總線的注冊，ATPCU 根據(jù)運(yùn)行要求通過MVB 總線控制STU-V 設(shè)備與RBC 進(jìn)行安全連接與信息交互［5］。

圖1 CTCS3-300T 列控車載無線系統(tǒng)

GSM-R 單元車載電臺MT 的主要功能是通過天饋線進(jìn)行GSM-R 網(wǎng)絡(luò)注冊并建立車載設(shè)備與地面RBC 之間的通信會話，以實(shí)現(xiàn)車地之間的數(shù)據(jù)收 發(fā)［6］。MT 通 過RS-422 通 信 接 口 與STU-V-N模塊相連，是CTCS-3 級列控系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。車載電臺包括2 個移動終端（MT），2 個MT 在上電后均注冊到GSM-R 網(wǎng)絡(luò)，且在運(yùn)行中一般只有1 個MT 與RBC 建立連接。只有在進(jìn)行RBC 移交時［7］，處于空閑狀態(tài)下的MT 呼叫下一個RBC（接收RBC）并與其建立連接。當(dāng)列車（最小安全后端） 越過RBC 切換邊界后，原來工作的那個MT 與它連接的RBC（移交RBC） 斷開連接，此后處于空閑狀態(tài)，以備進(jìn)行下一次RBC 移交處理［6］。若車載電臺軟件異常造成電臺未注冊到網(wǎng)絡(luò)，不能與RBC 進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，將會導(dǎo)致無線超時甚至列控系統(tǒng)降級［8］。

2 應(yīng)急處置現(xiàn)狀分析

通過對單電臺原因?qū)е翪3 無線傳輸超時且降級的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)存在一些規(guī)律：①動車組以C3/C2等級交替運(yùn)行；②分析通信核心網(wǎng)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)一直只有同一個電臺起呼在用；③分析ATPCU LOG，發(fā)現(xiàn)注冊GSM-R 網(wǎng)絡(luò)的MT 模塊數(shù)少于2 路［9］；④分 析JRU 數(shù) 據(jù)，車 對 地 發(fā) 送 了M156（通信會話結(jié)束） 消息；⑤觀察MT 電臺指示燈，發(fā)現(xiàn)異常MT 電臺的綠燈、黃燈都在閃爍（MT 模塊正常運(yùn)行時的燈顯為綠燈閃，黃燈常亮）；⑥異常的MT 模塊送廠修，返回的報告中均反饋“未發(fā)現(xiàn)異常”。

總結(jié)C3 降級故障處置經(jīng)驗(yàn)，研究連續(xù)降級規(guī)律，結(jié)合MT 電臺工作原理，判斷此類降級是由于MT 模塊程序死機(jī)所致，應(yīng)屬于軟件異常問題。為此，對出現(xiàn)C3 無線超時降級的300T 設(shè)備，人工重啟GSM-R 網(wǎng)絡(luò)開關(guān)，使MT 模塊電臺進(jìn)行重新上電復(fù)位，按照此種方法處置，絕大多數(shù)情況下此類故障便可消除，并在后續(xù)的交路中運(yùn)行正常。雖然重啟GSM-R 網(wǎng)絡(luò)開關(guān)在一定程度上可以解決此類降級問題，但在實(shí)際操作中卻存在很多弊端。

1）不能及時解決降級問題。遇到長交路車輛在途中降級，應(yīng)急人員很難及時上車，等到應(yīng)急人員趕到，車輛可能已經(jīng)出現(xiàn)了多次降級，更有甚者已完成了整個交路的運(yùn)行。即使應(yīng)急人員上車添乘，在運(yùn)行途中也有可能找不到合適時機(jī)重啟GSM-R網(wǎng)絡(luò)開關(guān)，給處置工作帶來很大困難。

2）造成人力的極大浪費(fèi)。以往配屬的車輛一旦發(fā)生降級，安排應(yīng)急人員跟車添乘，再選擇適當(dāng)時機(jī)重啟GSM-R 網(wǎng)絡(luò)開關(guān)，對電臺進(jìn)行復(fù)位。但當(dāng)遇到遠(yuǎn)程車輛在途中降級，應(yīng)急人員上車處置完畢后很難及時返回，造成生產(chǎn)力的浪費(fèi)。

3）對運(yùn)行中的設(shè)備造成潛在風(fēng)險。列車在正常運(yùn)營中處于高速運(yùn)行狀態(tài)，中途重啟GSM-R 網(wǎng)絡(luò)開關(guān)，在一定程度上給設(shè)備帶來了一些未知風(fēng)險。一旦應(yīng)急人員處置不當(dāng)，極易造成更大的安全隱患。

4）造成備品浪費(fèi)和設(shè)備損耗。發(fā)現(xiàn)單電臺故障時，運(yùn)行途中采用重啟GSM-R 網(wǎng)絡(luò)開關(guān)消除故障，車輛回所后會用備品電臺替換異常電臺，檢測正常后再把備品電臺替換下來，這種反復(fù)操作易造成正常電臺損壞；同時因?yàn)閭淦冯娕_的占用，確實(shí)有故障電臺需用備品電臺替換時，卻沒有足夠的備品電臺來替換。

3 車載電臺軟重啟原理及應(yīng)用效果

針對MT 模塊程序死機(jī)導(dǎo)致的降級問題，以及現(xiàn)場重啟GSM-R 開關(guān)方式的弊端，提出MT 模塊軟件優(yōu)化建議。主要是在STU-V-N 模塊軟件V9.3.1 版本中增加了AT 指令控制車載電臺軟重啟的功能［10］。

3.1 AT 指令功能原理

3.1.1 功能原理

當(dāng)STU-V-N 監(jiān)測到電臺由于故障未注冊到網(wǎng)絡(luò)，并滿足以下3 個串聯(lián)條件時，STU-V-N 通過AT 指令控制未注冊到網(wǎng)絡(luò)的電臺重啟。

1）STU-V-N 監(jiān)測到雙電臺流控正常。

2）STU-V-N 監(jiān)測到“一個電臺注冊到網(wǎng)絡(luò)，且另外一個電臺未注冊到網(wǎng)絡(luò)”持續(xù)5 min 時間。

3）未注冊到網(wǎng)絡(luò)的電臺重啟次數(shù)未超過最大重啟次數(shù)（3 次）。

STU-V-N 向未注冊到網(wǎng)絡(luò)的電臺發(fā)送第一次軟重啟AT 指令后，如未重啟成功，則進(jìn)行第二次重啟。STU-V-N 發(fā)送軟重啟AT 指令后，應(yīng)對此進(jìn)行診斷維護(hù)記錄。STU-V-N 監(jiān)測到電臺正常注冊到網(wǎng)絡(luò)持續(xù)5 min 后，應(yīng)該清除該電臺的重啟次數(shù)［3］。

3.1.2 AT 指令軟重啟時機(jī)

車載有2 個電臺（MT1 和MT2），MT 的設(shè)置是對等的。動車組在C3 等級運(yùn)行時，2 個電臺交替使用，發(fā)揮的功能相同。現(xiàn)以300T 電臺2 為例說明發(fā)送AT 指令的各種時機(jī)，電臺1 采用同樣處置方式。

1） 電臺1 注冊到網(wǎng)絡(luò)，電臺2 未上電，ATP不向電臺2 發(fā)送重啟命令。

2） 電臺1 未注冊到網(wǎng)絡(luò)，電臺2 未注冊到網(wǎng)絡(luò)，ATP 不向電臺2 發(fā)送重啟命令。

3）電臺1 在5 min 內(nèi)先未注冊到網(wǎng)絡(luò)，后又注冊網(wǎng)絡(luò)成功，電臺2 未注冊到網(wǎng)絡(luò)，ATP 不向電臺2 發(fā)送重啟命令。

4）電臺1 注冊到網(wǎng)絡(luò)，電臺2 在5 min 內(nèi)注冊到網(wǎng)絡(luò)，ATP 不向電臺2 發(fā)送重啟命令。

5）電臺1 注冊到網(wǎng)絡(luò)，電臺2 在5 min 后注冊到網(wǎng)絡(luò)，ATP 向電臺2 發(fā)送重啟命令。

6）電臺1 注冊到網(wǎng)絡(luò)與RBC 建立連接，電臺2未注冊到網(wǎng)絡(luò)，ATP 向電臺2 發(fā)送重啟命令。

3.2 AT 指令應(yīng)用效果

2020 年4 月13 日，合肥電務(wù)段開始全路首列CRH2C-2098 動 車 組 進(jìn) 行300T 設(shè) 備V9.3.1 版STU-V 軟 件升級。4 月14 日 至4 月22 日，利 用DMS 對該動車組實(shí)施跟蹤，觀察設(shè)備上線5 000 km運(yùn)用狀態(tài)，無任何異常反應(yīng)。截至2020 年5 月30 日，完成合肥南所66 組132 套300T 設(shè)備的升級，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定正常，無任何異常反應(yīng)。

經(jīng)過統(tǒng)計，2020 年1 月1 日至3 月底，合肥南所配屬的66 組動車組C3 無線超時降級故障發(fā)生85 件，其中由MT 軟件故障造成的有43 件，故障占比約為50%。2020 年5 月30 日完成升級后，跟蹤觀察得出3 個月發(fā)生C3 無線超時降級故障25 件，由MT 軟件故障造成的只有2 件，故障占比為8%。通過對比發(fā)現(xiàn)MT 軟件故障率明顯降低，動車組運(yùn)行過程中出現(xiàn)連續(xù)降級的現(xiàn)象也有明顯改善。

此次STU-V-N 軟件V9.3.1 版升級，增加了AT 指令控制MT 軟件重啟的功能，解決了300T設(shè)備由于電臺自身軟件故障后無法自動恢復(fù)的問題，在很大程度上降低了由于電臺軟件問題造成的降級故障，提高了運(yùn)營效率。通過軟件自動重啟，不再需要人工進(jìn)行GSM-R 開關(guān)操作和反復(fù)拆裝電臺MT，減少人力及備品的浪費(fèi)，降低了生產(chǎn)成本，同時也避免了動車組運(yùn)行過程中重啟GSM-R開關(guān)設(shè)備的潛在風(fēng)險。

4 優(yōu)化建議

STU-V-N 軟件升級后，因MT 軟件故障引起的降級較以往有明顯降低，但未徹底消失。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際動車組運(yùn)行情況和RBC 小區(qū)劃分，結(jié)合AT指令控制電臺軟重啟原理，發(fā)現(xiàn)AT 指令時間配置不合理，在一些特殊場景下不利于發(fā)揮此次軟件修改的作用，建議進(jìn)一步優(yōu)化。

4.1 特殊場景分析

4.1.1 動車組處于RBC 區(qū)間的中間位置

2020 年5 月28 日，動車組CRH380B-3714-01端于17時22 分運(yùn)行至合福高鐵線旌德—績溪北合福場間K1258+87處，因無線連接超時由C3降級為C2運(yùn)行。結(jié)合AELOG 數(shù)據(jù)分析，列車在17：16：53運(yùn)行到中繼3位置（合福高鐵RBC3的小區(qū)范圍內(nèi)），發(fā)生了注冊網(wǎng)絡(luò)數(shù)不足，原因?yàn)镸T2 未注冊到網(wǎng)絡(luò)。從重啟時間節(jié)點(diǎn)可以看出，發(fā)生注冊網(wǎng)絡(luò)數(shù)不足5 min后，STU-V-N 模塊于17：21：52對MT2發(fā)出重啟指令，MT2 正在進(jìn)行軟重啟時，17：22：13到達(dá)RBC3 和RBC4 的移交區(qū)，但此時MT2 還未重啟完成，出現(xiàn)單電臺移交情況，導(dǎo)致無線超時降級。通過分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，第一次MT 軟重啟未成功，時隔約8 min 后進(jìn)行了第二次軟重啟，才復(fù)位成功。AT 指令時間配置5 min 太長，不利于列車到達(dá)RBC移交區(qū)前完成MT 的軟重啟。

4.1.2 動車組處于RBC 區(qū)間設(shè)置較短的線路

分析動車組實(shí)際運(yùn)行情況，當(dāng)發(fā)生電臺注冊數(shù)不足時，在RBC 區(qū)間設(shè)置較短的線路上不利于實(shí)現(xiàn)由于MT 軟件造成的單電臺故障的復(fù)位功能。

以圖2 所示的滬寧城際RBC 小區(qū)設(shè)置情況為例分析，RBC3 和RBC4 區(qū)間長度分別設(shè)置為40.629 km 和31.538 km。目前在高鐵線路動車組以C3 等級運(yùn)行時的頂棚速度為310 km/h，不考慮中間站停車的情況下，動車組基本保持以300～310 km/h 的速度運(yùn)行，以此計算，通過RBC3 和RBC4 的時間分別約為8 min 和6 min。而MT 軟重啟的時間約1 min，在捕捉到穩(wěn)定的MT 異常標(biāo)志位后，需要至少6 min 的時間進(jìn)行軟件復(fù)位，即便是小區(qū)始端出現(xiàn)MT 故障，動車組都已運(yùn)行過多個小區(qū)，而故障電臺也還沒有及時復(fù)位，同時按AT指令發(fā)送原理，采用5 min 的計時清零，造成實(shí)際時間遠(yuǎn)不止6 min，極端情況為11 min左右才能夠進(jìn)行第一次重啟（例如前述300T 電臺1 注冊到網(wǎng)絡(luò)，電臺2 在5 min 內(nèi)注冊到網(wǎng)絡(luò)，ATP 不向電臺2 發(fā)送重啟命令，計時清零。緊接著電臺2 又出現(xiàn)未注冊到網(wǎng)絡(luò)的情況，捕捉到電臺2 未注冊到網(wǎng)絡(luò)再持續(xù)5 min 才會發(fā)送重啟指令）。這種情況易導(dǎo)致在STU-V-N 模塊發(fā)出AT 指令之前，就會出現(xiàn)多次單電臺降級故障。并且第一次軟重啟不成功，需再間隔5 min 才進(jìn)行第二次軟重啟，電臺重啟完成的時間將會更長，而且未來高鐵對速度的要求也會更高，AT 指令時間配置5 min 太長，不利于故障電臺及時復(fù)位，以減少列控系統(tǒng)降級次數(shù)。

圖2 滬寧城際RBC 小區(qū)劃分圖

4.2 建議措施

綜合上述原因，建議將AT 指令配置時間（5 min）縮短，設(shè)定時間建議改為2～3 min。

1）目前MT 在沒有動車組換端重啟的情況下，STU-V-N 軟件V9.3.1 版本發(fā)出的AT 指令次數(shù)會被記錄且不會清除，由于設(shè)置了重啟3 次的上限限制，所以理論上不存在無限AT 指令重啟的問題，因此不存在安全隱患。

2）車載電臺MT 僅是用于C3 等級車載系統(tǒng)中負(fù)責(zé)無線數(shù)據(jù)通信的設(shè)備。在運(yùn)行過程中，如果一個電臺MT1 正常注冊，另外一個電臺MT2 未注冊到網(wǎng)絡(luò)，且正在使用正常電臺MT1，運(yùn)行模式為C3 等級，那么MT2 是否重啟并不會影響列車以C3 等級運(yùn)行，而且盡早軟重啟MT2 電臺，在小區(qū)切換前軟重啟成功就可以避免到達(dá)小區(qū)切換時降級的發(fā)生。即便由于MT2 電臺異常導(dǎo)致列車已經(jīng)降級到C2 運(yùn)行，此時的MT2 電臺也不影響C2 控車，盡早軟重啟成功，還可避免后續(xù)降級的發(fā)生，減少降級次數(shù)，避免長時間C2 運(yùn)行的情況，這樣可以更大程度地提高運(yùn)營效率。

目前上述建議已被采納，并計劃在300T 的新一版STU-V-N 軟件中進(jìn)行修改。

5 結(jié)束語

STU-V-N 軟件V9.3.1 版升級后在很大程度上解決了300T 設(shè)備由于電臺自身軟件故障后無法自動恢復(fù)的問題，極大地降低了由于ATP 車載側(cè)造成的無線超時故障。但是在實(shí)際使用過程中，個別參數(shù)還需要繼續(xù)優(yōu)化調(diào)整。下一步需要對C3無線超時的時間與降級時間進(jìn)行研究，降低車載側(cè)原因造成的C3 無線超時降級對動車組運(yùn)行的影響，確保動車組安全穩(wěn)定的運(yùn)行。