何鐳強(qiáng)，袁水平，王文濤，于寶慶

1 基本概念

車載關(guān)鍵設(shè)備軌道電路讀取器（TCR）接收并解譯軌道電路信息，若最終解碼結(jié)果為有效的信息碼并被ATP所接受，參與控車模式曲線計(jì)算，則該解碼結(jié)果為有碼；否則為無碼。在CTCS列控車載設(shè)備安全邏輯處理中“無碼”是一個(gè)很重要的狀態(tài)。無碼的基本定義：在應(yīng)答器預(yù)告地面有碼（載頻不為0）的情況下，若車載設(shè)備未收到有效的軌道電路信息碼或無可用的軌道電路信息碼，則車載設(shè)備處于無碼狀態(tài)，簡(jiǎn)記為NC。

車載設(shè)備由無碼變?yōu)橛写a俗稱“上碼”，由有碼變?yōu)闊o碼俗稱“掉碼”。根據(jù)車載設(shè)備相關(guān)技術(shù)條件，在地面軌道電路信息一直有碼的情況下，信息接收應(yīng)變時(shí)間不大于3.5 s；在地面軌道電路信息從有碼到無碼的情況下，信息接收應(yīng)變時(shí)間不大于4.8 s［1-2］。無碼結(jié)果直接顯示在DMI上，當(dāng)接收信息由HU碼或H碼變?yōu)闊o碼時(shí)顯示紅燈（H），其他情況下無碼顯示白燈（B）。

2 無碼的分類

無碼可按預(yù)期和非預(yù)期分類。預(yù)期的無碼是指專門設(shè)計(jì)的無碼區(qū)段，屬于正常情況，如站內(nèi)進(jìn)側(cè)線岔區(qū)無碼等；而非預(yù)期的無碼是指因設(shè)備故障（包括車載和地面）、人為操作失誤、解碼算法失敗或安全邏輯判別不通過等原因造成的無碼，屬于異常情況。本文重點(diǎn)討論后者，并以在CTCS-2級(jí)下的應(yīng)用作為主要研究對(duì)象。為便于分析，非預(yù)期的無碼狀態(tài)可簡(jiǎn)單歸為：故障無碼（NCA）；解碼失?。∟CB）；定義無碼，雖解碼成功，但按無碼處理（NCC）；邏輯無碼，雖解碼成功，但ATP判定為無碼（NCD）4類。

2.1 故障無碼NCA

故障無碼通常是由于設(shè)備故障或操作錯(cuò)誤引起的，發(fā)生在靈敏度判別階段，其主要特征為所接收的信息不滿足靈敏度指標(biāo)。如發(fā)碼設(shè)備故障、TCR天線斷線、傳輸通道短路或區(qū)間改方錯(cuò)誤等。解決方案是從地面和車載兩方面排查故障點(diǎn)，保證軌道電路正常發(fā)碼并達(dá)到靈敏度要求。

2.2 解碼失敗NCB

解碼失敗發(fā)生在TCR解碼階段。在基于頻域解碼的算法中，若譜線位置、峰值和對(duì)稱性等指標(biāo)超出設(shè)定閾值或未解譯出集內(nèi)碼時(shí)，則解碼失敗。需要特別關(guān)注的是，在有較強(qiáng)帶內(nèi)諧波干擾的情況下，時(shí)域和頻域靈敏度判別均會(huì)受到影響：時(shí)域波形畸變，頻域譜線散亂。在此種情況下，解碼輸出無碼是較為安全的措施。

2.3 定義無碼NCC

定義無碼是車載設(shè)備技術(shù)條件中規(guī)定的按無碼處理的低頻碼，如檢測(cè)碼（JC碼）和鎖頻碼（SP碼）。作為特殊信息，JC碼僅用于軌道電路檢查；SP碼是一個(gè)暫態(tài)碼，用于機(jī)車信號(hào)設(shè)備的載頻鎖定或切換，其自身無顯示含義［3］。在CTCS列控系統(tǒng)中JC碼定義為反向碼，僅當(dāng)與［CTCS-3］包結(jié)合使用時(shí)作為有碼處理；而SP碼在C2或C3區(qū)段可視為集外碼，等同無碼。JC碼和SP碼的有效性及相關(guān)處理由ATP判定。車載設(shè)備對(duì)其他軌道電路信息的處理須符合TB/T 3060—2016的要求。

2.4 邏輯無碼NCD

邏輯無碼是指根據(jù)車載安全邏輯或特殊設(shè)計(jì)判定的無碼，是最為復(fù)雜的無碼情況。如所接收的軌道電路載頻與應(yīng)答器［CTCS-1］包定義的不一致時(shí)，可按無碼處理。

車載設(shè)備無碼狀態(tài)的形成是ATP和TCR共同作用的結(jié)果。從接收軌道電路信息開始，ATP或TCR啟動(dòng)無碼計(jì)時(shí)器，一旦超時(shí)，則車載設(shè)備進(jìn)入無碼狀態(tài)。非預(yù)期無碼的形成見圖1。

圖1 非預(yù)期無碼的形成

3 處理原則和控制模式

無碼的處理與車載設(shè)備的可用性和安全性密切相關(guān)。在車載安全處理邏輯中無碼狀態(tài)作為安全側(cè)，一旦發(fā)生與軌道電路信息接收相關(guān)的非預(yù)期情況，則必須進(jìn)行相應(yīng)處理，確保故障導(dǎo)向安全。

3.1 基本原則

1）無碼制動(dòng)原則。在應(yīng)答器預(yù)告地面有碼（載頻不為0）的情況下，如果地面軌道電路信息為無碼或25.7 Hz、27.9 Hz，則進(jìn)行如下處理：①若無碼之前為允許碼，則輸出最大常用制動(dòng)；②若無碼之前為HU碼，則輸出緊急制動(dòng)［4］。

2）無碼限速原則。在完全監(jiān)控（FS）模式下，軌道電路信息為無碼或25.7 Hz、27.9 Hz時(shí)，車載設(shè)備最高允許速度不超過80 km/h（在［CTCS-3］包描述的反向區(qū)段運(yùn)行時(shí)的27.9 Hz除外）。

3.2 車載控制模式

車載設(shè)備相關(guān)技術(shù)條件規(guī)定了在以下控制模式下無碼的安全要求［1］。

1）在部分監(jiān)控（PS）和機(jī)車信號(hào)（CS）模式下，UU/UUS變無碼后的限速最多維持1 500 m，若1 500 m后仍無碼，則列車限速降為0并輸出最大常用制動(dòng)命令。

2）在引導(dǎo)（CO）模式下，HU碼變無碼，宜輸出緊急制動(dòng)命令。

3）在目視行車（OS）和調(diào)車（SH）模式下，軌道電路無碼時(shí)車載設(shè)備無反應(yīng)。

3.3 反向運(yùn)行

車載設(shè)備相關(guān)技術(shù)條件中有關(guān)反向運(yùn)行的規(guī)定均是在FS模式下提出的［1-2］。當(dāng)列車在［CTCS-3］包描述的反向區(qū)段以FS模式反向運(yùn)行時(shí)，如果地面軌道電路信息為無碼或25.7 Hz，則進(jìn)行如下處理：①若之前為允許碼，則輸出最大常用制動(dòng)；②若之前為HU碼，則輸出緊急制動(dòng)；③若之前為27.9 Hz，則輸出最大常用制動(dòng)。

當(dāng)列車在［CTCS-3］包描述的反向區(qū)段以FS模式反向運(yùn)行時(shí)，如果地面軌道電路信息為27.9 Hz，行車許可終點(diǎn)（EoA）為當(dāng)前閉塞分區(qū)終點(diǎn)［5］。

3.4 技術(shù)規(guī)范

根據(jù)TB/T 3483—2017中關(guān)于CTCS-2控制模式的規(guī)定以及TB/T3529—2018，總結(jié)出無碼與CTCS-2級(jí)車載控制模式的關(guān)系分別見表1和表2。由表1、表2可以看出，C3車載設(shè)備和C2車載設(shè)備在CTCS-2級(jí)車載控制模式下，其在技術(shù)規(guī)范層面是有所差異的，需在工程應(yīng)用中加以關(guān)注。

表1 無碼與CTCS-2級(jí)車載控制模式邏輯關(guān)系（TB/T 3483—2017）

表2 無碼與CTCS-2級(jí)車載控制模式邏輯關(guān)系（TB/T 3529—2018）

4 特殊控制邏輯

4.1 載頻一致性判別

ATP應(yīng)對(duì)TCR接收到的軌道電路信息進(jìn)行載頻核對(duì)，若TCR接收到的軌道電路載頻與應(yīng)答器描述的載頻不一致，車載設(shè)備應(yīng)采取安全措施。載頻一致性判別的重點(diǎn)是有載頻的區(qū)段（載頻不為0）以及有載頻與無載頻的銜接段，若地面設(shè)計(jì)預(yù)告在UU/UUS后存在無碼區(qū)段（載頻為0），車載設(shè)備可直接跳過無碼區(qū)段內(nèi)的載頻檢查，直接按無載頻處理。

4.2 側(cè)線接發(fā)車邏輯

根據(jù)文獻(xiàn)［1］，在側(cè)線接發(fā)車時(shí)應(yīng)答器預(yù)告地面無碼（載頻為0）的情況下，在載頻為0的軌道區(qū)段收到無碼（含25.7 Hz、27.9 Hz），應(yīng)認(rèn)為行車許可終點(diǎn)為本閉塞分區(qū)末端。根據(jù)文獻(xiàn)［2］，在接收UU碼或UUS碼之后，列車進(jìn)入道岔區(qū)段，車載設(shè)備接收的軌道電路信息轉(zhuǎn)為無信號(hào)時(shí)，將本閉塞的終點(diǎn)作為停車目標(biāo)點(diǎn)計(jì)算。二者的差異是，前者強(qiáng)調(diào)了側(cè)線接發(fā)車場(chǎng)景和無碼的預(yù)期性，而后者強(qiáng)調(diào)只要滿足UU/UUS后的無碼場(chǎng)景即可。

4.3 軌道區(qū)段合并原則

當(dāng)應(yīng)答器組描述的數(shù)據(jù)超出應(yīng)答器容量時(shí)，可將數(shù)據(jù)冗余部分由遠(yuǎn)及近地對(duì)各閉塞分區(qū)內(nèi)的軌道區(qū)段進(jìn)行合并，合并后的各閉塞分區(qū)載頻為“無載頻”，閉塞分區(qū)點(diǎn)不得進(jìn)行合并［8］。這種特殊設(shè)計(jì)的“無載頻”區(qū)段屬于預(yù)期無碼，但不宜設(shè)計(jì)在正線。因?yàn)樵谲囕d設(shè)備相關(guān)規(guī)范中規(guī)定，僅有條件地接受UU/UUS碼后的無碼，拒絕其他無碼，即使是有應(yīng)答器［CTCS-1］包描述“載頻為0”。

5 NCD實(shí)例分析

本節(jié)通過CTCS-2級(jí)列控車載設(shè)備典型無碼故障，重點(diǎn)分析無碼成因以及車載設(shè)備的無碼處理原則［9-10］。

5.1 預(yù)期無碼觸發(fā)的制動(dòng)

以圖2為例，列車（裝備CTCS2-200C車載設(shè)備）從某站8G發(fā)車至本站21G接車，當(dāng)列車進(jìn)入21G后，觸發(fā)最大常用制動(dòng)后隨即緩解。根據(jù)車載設(shè)備SAM記錄數(shù)據(jù)初步分析：故障為FS模式下的無碼觸發(fā)的制動(dòng)。

圖2 無碼故障觸發(fā)制動(dòng)示意圖

列車接收到SH信號(hào)機(jī)處應(yīng)答器組（038-1-04-002）［CTCS-1］包信息，預(yù)告列車走行35 m后為1 437 m的無載頻區(qū)段，見圖3。車載記錄在無碼狀態(tài)下走行1 449 m后觸發(fā)最大常用制動(dòng)，接收到HU碼后隨即緩解。

圖3 ［CTCS-1］包數(shù)據(jù)

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，地面設(shè)計(jì)的無碼區(qū)段未超出1 500 m，符合相關(guān)規(guī)范。但由于車載上碼和掉碼的響應(yīng)時(shí)間延遲和測(cè)速測(cè)距誤差，加之地面其他響應(yīng)時(shí)間延遲等因素，從車載角度難以精確地定位無碼區(qū)段的長(zhǎng)度，從而判定在有載頻區(qū)段未接收到有效低頻碼，最終由預(yù)期無碼演變?yōu)榉穷A(yù)期無碼而觸發(fā)最大常用制動(dòng)。

5.2 短軌道區(qū)段觸發(fā)的制動(dòng)

列車（裝備CTCS2-200C車載設(shè)備）在某站發(fā)車后由L5碼掉碼，觸發(fā)最大常用制動(dòng)。列車速度為71.5 km/h，掉碼2 s后正常上碼，制動(dòng)自動(dòng)緩解。

5.2.1 ATP處理邏輯

200C車載設(shè)備軌道區(qū)段數(shù)據(jù)更新須滿足以下條件之一：①當(dāng)列車最小安全前端越過當(dāng)前軌道區(qū)段終點(diǎn)+50 m時(shí)，列車所在當(dāng)前軌道區(qū)段更新為下一軌道區(qū)段；②當(dāng)ATP接收到下一個(gè)軌道區(qū)段載頻并且下一個(gè)軌道區(qū)段進(jìn)入更新窗口，列車所在當(dāng)前軌道區(qū)段更新為下一軌道區(qū)段。

軌道區(qū)段更新窗口最小值Wmin為

軌道區(qū)段更新窗口最大值Wmax為

式中：Ptrain為列車位置；Emin為最小測(cè)距誤差；Emax為最大測(cè)距誤差；D1為TCR天線到車頭距離；d為窗口參數(shù)，取值100 m。

5.2.2 故障分析

發(fā)生故障的軌道區(qū)段如圖4所示，根據(jù)［CTCS-1］描述的軌道區(qū)段信息，車載設(shè)備依次通過軌道區(qū)段A（129 m/2 000 Hz）、B（177 m/2 300 Hz）、C（745 m/2 000 Hz）。

圖4 L5掉碼示意圖

列車由A區(qū)段運(yùn)行至B區(qū)段，當(dāng)車載主控單元判斷列車最小安全前端位置大于B區(qū)段起點(diǎn)時(shí)，發(fā)出鎖頻命令：上行變?yōu)橄滦?；軌道電路信息接收單元此時(shí)開始B區(qū)段譯碼并保持A區(qū)段譯碼結(jié)果（L5/2 000 Hz）；在TCR尚未完成B區(qū)段譯碼過程，ATP已經(jīng)開啟下一軌道區(qū)段載頻搜索的窗口，TCR新收到的載頻命令為上行，根據(jù)ATP鎖頻命令重新開始譯碼，最終因超過無碼判定時(shí)間而導(dǎo)致掉碼，觸發(fā)制動(dòng)。掉碼分析邏輯關(guān)系見圖5。

圖5 L5掉碼分析邏輯關(guān)系

綜上所述，掉碼的主要原因是200C車載設(shè)備載頻一致性檢查邏輯與較短的軌道區(qū)段連續(xù)上下行載頻切換設(shè)置不匹配所致。為此，提出通過適度調(diào)整車載設(shè)備窗口參數(shù)來優(yōu)化載頻處理邏輯的方案，并進(jìn)行了試驗(yàn)室仿真測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，適度調(diào)整窗口參數(shù)可有效解決該問題。

上述案例說明，除軌道電路信息碼因素外，在特定條件下應(yīng)答器信息接收、列車運(yùn)行速度、車載測(cè)速測(cè)距誤差等因素均可能影響車載設(shè)備信息接收，甚至出現(xiàn)無碼。因此，ATP邏輯和參數(shù)的選擇應(yīng)統(tǒng)籌考慮，在保證安全性的基礎(chǔ)上考慮可用性。

6 結(jié)束語

在列控系統(tǒng)應(yīng)用中，車載設(shè)備“無碼”是一種常見故障，現(xiàn)場(chǎng)車載設(shè)備掉碼的原因錯(cuò)綜復(fù)雜，對(duì)相關(guān)規(guī)范及典型案例進(jìn)行深入分析和研究，對(duì)提高列控車載設(shè)備的可用性和安全性具有重要意義。本文給出了無碼的基本概念和分類，并重點(diǎn)分析了NCD類無碼，系統(tǒng)梳理了規(guī)范中有關(guān)無碼的相關(guān)條款，最后通過典型實(shí)例，從車載角度深度解讀了無碼的處理原則。