陶余永

(中國鐵路上海局集團有限公司合肥電務(wù)段，合肥 230011)

隨著京港、合杭、合安高鐵線路的開通運營，中國鐵路上海局集團有限公司合肥電務(wù)段（簡稱合肥電務(wù)段）管內(nèi)高鐵CTCS-3線路已有5條。CTCS-3無線超時降級為CTCS-2故障時有發(fā)生，尤其目前中國國家鐵路集團有限公司對CTCS-3無線超時整治高標(biāo)準(zhǔn)要求，CTCS-3無線超時需做到件件分析。本文梳理統(tǒng)計了2020年段管內(nèi)CTCS-3無線超時降級，分析典型案例，提出優(yōu)化措施，供借鑒參考。

1 CTCS-3工作原理和主要設(shè)備

CTCS-3的核心設(shè)備是無線閉塞中心（RBC），RBC根據(jù)所控制列車的狀態(tài)，以及其控制范圍內(nèi)的軌道電路、列車進路狀態(tài)、臨時限速命令、災(zāi)害防護和線路參數(shù)等信息，產(chǎn)生針對所控列車的移動授權(quán)（MA）信息，通過GSM-R無線通信系統(tǒng)傳輸給車載子系統(tǒng)，保證其管轄范圍內(nèi)列車運行安全。RBC設(shè)備主要包括無線閉塞單元（RBU）、ISDN服務(wù)器、VIA、維護終端等，CTCS-3車地通信鏈路組成如圖1所示。

圖1 CTCS-3車地通信鏈路組成示意Fig.1 Composition of CTCS-3 train-wayside communication link

2 2020年段管內(nèi)CTCS-3無線超時降級概況

梳理統(tǒng)計2020年CTCS-3無線超時降級，具體情況如下：通信49件，車載56件，RBC 7件，原因不明79件，總計191件。其中，通信問題主要是基站通信質(zhì)量不良，為通信設(shè)計問題；車載問題主要是單電臺移交、電臺故障、SIM卡故障、ATP故障、ATP軟件原因異常發(fā)送DR拆鏈等；RBC側(cè)7件降級包括京港RBC2與鄰局RBC通信問題1件，京港RBC3的ISDN4服務(wù)器工作異常1件，京港RBC4時間戳問題 1件，京港RBC6、RBC7的ISDN 軟件T1定時器問題 4件。

3 典型CTCS-3降級分析

1）案例1：“3.8”鄭阜線G3192次列車從京港RBC1，開往京港RBC2，在移交點發(fā)生無線超時降級，京港RBC1與京港RBC2連接關(guān)系如圖2所示。

圖2 京港RBC1與京港RBC2連接關(guān)系示意Fig.2 Schematic diagram of the connection relationship between Jinggang RBC1 and Jinggang RBC2

RBC間移交原理：當(dāng)列車運行至RBC邊界處時，需實現(xiàn)列車在兩個RBC間行車許可控制的安全切換過程。運行在CTCS-3級的列車，必須能不減速地通過相鄰RBC邊界。因此，移交RBC必須能向接收RBC發(fā)送移交預(yù)告信息、進路請求信息、移交通告信息、移交確認信息、移交取消信息等，接收RBC需向移交RBC發(fā)送進路信息、接管信息等，如圖3所示。

圖3 RBC移交（RBC1為移交RBC， RBC2為接收RBC）Fig.3 RBC handover (RBC1 is the handover RBC,RBC2 is the receiving RBC)

原因分析：京港RBC1是中國鄭州局鐵路集團公司管轄設(shè)備，京港RBC2是合肥電務(wù)段管轄設(shè)備，屬于兩個RBC廠家接口互聯(lián)互通問題。兩個廠家RBC設(shè)備由于處理時隙不同造成通信阻塞導(dǎo)致降級。

解決措施：兩個廠家均符合接口規(guī)范，經(jīng)過反復(fù)探討，對京港RBC2軟件進行升級，將相鄰RBC發(fā)送周期時間配置由2 s改為3 s，增加對設(shè)備處理延時和通信延時的容忍度，現(xiàn)場更換京港RBC2軟件得以解決。

2）案例2：列車在某RBC管轄范圍以CTCS-3級完全模式運行正常，列車運行至某處（啟動移交后）降為CTCS-2級模式運行。

原因分析：相鄰RBC時間戳在處理溢出時存在缺陷，導(dǎo)致相鄰RBC通信中斷，從而引起列車無線超時，移交RBC日志解析如圖4所示。

圖4 移交RBC日志解析Fig.4 Analysis of handover RBC log

由于RBC時間戳跳變，引起RBC丟棄相鄰RBC數(shù)據(jù)，RBC-RBC間通信超時，引起正在移交的列車移交失敗，導(dǎo)致車地?zé)o線超時降級運行。

解決措施：基礎(chǔ)軟件增加對時間戳溢出的防護邏輯，使得多條消息的時間戳能按照需求依次遞增且在時間戳溢出特殊場景下可以做出正確處理，目前廠家已經(jīng)對管內(nèi)RBC基礎(chǔ)軟件進行優(yōu)化，計劃升級軟件解決此問題。在軟件升級前，電務(wù)段通過每季度進行RBC雙系重啟，以便重置RBC時間戳，確保不發(fā)生CTCS-3無線超時降級。

3）案例3：3月13日G8327在合安線K1172+290處，因CTCS-3車地通信協(xié)議探尋/補發(fā)機制失效導(dǎo)致CTCS-3無線超時。

探尋/補發(fā)機制原理：根據(jù)ISO 7776標(biāo)準(zhǔn)要求，在車地數(shù)據(jù)交互過程中，發(fā)送方每次發(fā)送信息幀I幀后，應(yīng)啟動T1定時器（2 s）。若發(fā)送方在T1時間內(nèi)未收到正確的接收確認，發(fā)送方應(yīng)向接收方發(fā)送探尋幀，在收到接收方回復(fù)的響應(yīng)幀后，發(fā)送方補發(fā)丟失的信息幀，如圖5所示。

圖5 C3車地通信探尋/補發(fā)原理Fig.5 Schematic diagram of recovered mechanism in CTCS-3 radio train-wayside communication systems

原 因 分 析：15:52:34.840 RBC 發(fā) 送 M3消息，該包拆分為9個HDLC的I 幀（N(S)=49～N(S)=57）。15:52:37.547 車載發(fā)送 I幀，N(R)=53，說明N(S)=53～N(S)=57均未被車載正常接收到；T1時間超時后，RBC未向ATP發(fā)送探尋幀，導(dǎo)致車載收到I幀序列不完整，無法組成 M3 消息，20 s未收到應(yīng)用數(shù)據(jù)判斷與RBC超時，主動發(fā)送DI斷開通信連接，如圖6所示。

圖6 DI斷開消息日志解析Fig.6 DI disconnect message log analysis

經(jīng)分析，在因通信原因?qū)е露鄠€數(shù)據(jù)幀丟失時，如果車地通信交互數(shù)據(jù)較為密集，ISDN 服務(wù)器軟件在T1時間內(nèi)會持續(xù)收到車載的信息幀I幀或監(jiān)控幀（RR、RNR）。由于ISDN 服務(wù)器軟件實現(xiàn)存在缺陷，此時會錯誤地重置T1定時器，導(dǎo)致RBC未能及時發(fā)現(xiàn)有信息幀丟失，未能向車載及時探尋/補發(fā)丟失的信息幀。

解決措施：升級合安ISDN 服務(wù)器軟件，在車地密集交互數(shù)據(jù)時，保持T1定時器計時的持續(xù)性，使RBC可以及時發(fā)現(xiàn)因通信原因?qū)е碌男畔瑏G失，及時向車載探尋/重傳數(shù)據(jù)，確保車地通信的完整性、可靠性，此問題得以解決。

4）案例4：G1804/1次運行至合寧線合肥站-羅崗站下行線CTCS-3轉(zhuǎn)CTCS-2無線連接超時，所屬RBC設(shè)備為合蚌RBC2。

原因分析：經(jīng)過分析RBC數(shù)據(jù)，列車運行至XXK4+746處發(fā)生無線超時。根據(jù)列控工程數(shù)據(jù)表CTCS-3級動車組從合蚌客專進入合肥站股道停車后繼續(xù)向羅崗方向正向運行時，在合肥至羅崗區(qū)間B53應(yīng)答器組處進行CTCS-3級向CTCS-2級執(zhí)行轉(zhuǎn)換。切換應(yīng)答器組設(shè)計如表1所示。

表1 合肥新客線下行線應(yīng)答器位置Tab.1 Downlink transponder location table of Hefei New Passenger Line

降級位置未到達CTCS-3/CTCS-2級間切換點B53應(yīng)答器組所在的XXK5+380。通過分析通信GSM-R三接口數(shù)據(jù)，無線超時時間段下行通信質(zhì)量達到7級，屬于通信質(zhì)量不良情況，導(dǎo)致車載未收到RBC發(fā)送的信息，車載回執(zhí)大量無效信息，MSC主動拆鏈重置當(dāng)前通信鏈路，導(dǎo)致列車降級CTCS-2運行。

由于合寧線合肥站出站向羅崗方向?qū)儆贑TCS-2線路，向合肥北城方向?qū)儆贑TCS-3線路，合蚌RBC2在合寧線CTCS-3的管轄范圍延伸至合肥―羅崗區(qū)間，即CTCS-3/CTCS-2級間切換點在合肥―羅崗區(qū)間，但合肥―羅崗區(qū)間由于原屬C2線路，GSM-R未實現(xiàn)良好的冗余覆蓋。

解決措施：針對類似合肥站等復(fù)雜樞紐場景，涉及多方向出站，且列控等級不同，需將CTCS-2線路的級間切換點移設(shè)到合肥站CTCS-3線路方向，或在CTCS-2線路增設(shè)GSM-R基站進行增強覆蓋。后續(xù)應(yīng)加強通信信號兩個專業(yè)的聯(lián)動聯(lián)檢，提前介入，在前期開通中對設(shè)計方案進行充分論證，確保此類問題不再發(fā)生。

4 總結(jié)

高鐵線路CTCS-3安全穩(wěn)定，才能確保鐵路的運輸安全和運輸效率。隨著段管內(nèi)CTCS-3線路日益增多，為保證RBC設(shè)備的運用安全，減少CTCS-3降級的發(fā)生，后續(xù)將會同各廠家進行深入分析，提出針對性的優(yōu)化及整改措施，對電務(wù)CTCS-3無線超時降級分析以及RBC維修管理工作中起到一定的指導(dǎo)和借鑒作用。

CTCS-3無線超時涉及車地傳輸中ATP、RBC、GSM-R網(wǎng)絡(luò)等多個環(huán)節(jié)，各系統(tǒng)間接口又涉及到有線通信和無線通信，情況較為復(fù)雜。除加強設(shè)備維護和故障分析團隊培訓(xùn)外，還應(yīng)針對車地?zé)o線通信的多個環(huán)節(jié)，補強數(shù)據(jù)分析手段，積累案例庫，利用大數(shù)據(jù)分析、人工智能等先進技術(shù)，實現(xiàn)無線超時故障的自動化分析。