郑西客运专线CTCS-3级列控系统及其用户需求验证

2011-05-08何春明马铁刚

铁路通信信号工程技术 2011年1期

何春明马铁刚

（北京和利时系统工程有限公司，北京 100176）

1 CTCS-3级列控系统用户需求

CTCS-3级列控系统满足运营速度350 km/h、最小追踪间隔3 min的运营要求，正向按自动闭塞追踪运行，反向按自动站间闭塞运行。全线无线闭塞中心（RBC）设备集中设置，列控系统车载设备采用连续目标距离模式曲线、设备制动优先的控制方式监控列车安全运行，CTCS-2级作为CTCS-3级的后备模式，无线闭塞中心或无线通信故障时，以CTCS-2模式控制列车运行。

CTCS-3级列控系统运营场景包括注册与启动、注销、级间转换、RBC-RBC切换、行车许可、重联与摘解、调车作业、进出动车段、自动过分相、临时限速、灾害防护、特殊进路、人工解锁进路、降级运行共14个运营场景。

CTCS-3级列控系统各设备功能特征满足CTCS-3级列控系统系统需求规范（SRS）中的要求。

2 郑西线CTCS-3级列控系统

2.1 构成

基于CTCS-3级列控系统需求，结合郑州-西安客运专线（以下简称郑西线）的特点，构建了本线的信号系统。郑西线信号系统主要由下列子系统设备构成：调度集中控制子系统（CTC）、列控子系统（CTCS-3级列控系统含CTCS-2级列控功能）、联锁子系统、集中监测子系统、电源子系统。

其中，列控子系统由地面设备和车载设备构成。地面设备由无线闭塞中心（RBC）、列控中心（TCC）、临时限速服务器（TSRS）等组成，如图1所示。车载设备由车载安全计算机、GSM-R无线通信单元、轨道电路信息接收单元、应答器信息接收单元、记录单元、人机界面和列车接口单元等组成，如图2所示。

2.2 基本原理

无线闭塞中心（RBC）是CTCS-3级列控系统的核心设备，RBC通过与车站联锁系统的接口获取轨道电路、联锁进路等信息并生成行车许可，通过与临时限速服务器接口获取临时限速信息，通过GSM-R无线通信系统将行车许可、临时限速和线路参数等传输给CTCS-3级列控车载设备，同时接收车载设备发送的位置和列车数据等信息。CTCS-3级列控系统包含CTCS-2级列控模式，由列控中心负责轨道电路编码、应答器报文生成、临时限速报文生成等功能。临时限速服务器负责临时限速的全面管理，包括与RBC接口实现对CTCS-3级临时限速的管理和与TCC接口实现对CTCS-2级临时限速的管理。CTCS-3级车载设备包含CTCS-2级功能作为后备模式，两种等级间可实现不停车转换。

2.3 设备实现

郑西线RBC采用三取二的冗余安全结构，设备间通信大量采用基于适用于开放网络的安全通信协议，遵循Subset-098。RBC可实现车载设备注册、临时限速管理、移动授权的生成、延长及缩短等基本功能。并以RBC与RBC设备直连方式，实现RBC交权过程中线路数据的平滑衔接，支持车载设备单电台情况下RBC交权的特殊功能要求，配备安全键盘，具备人工输入安全信息的安全管理功能。全线配备10个大屏幕显示器，5个主用和5个备用，实现对全线行车状态的监视。

TCC采用二乘二取二安全冗余结构，设备间通信采用多种安全通信协议。TCC实现应答器报文控制、轨道电路编码、轨道电路方向控制、区间方向控制、临时限速管理等基本功能，应答器报文采用实时组帧方式实现，临时限速在技术上可以以m为单位设置。

TSRS采用二乘二取二安全冗余结构，设备间通信采用多种安全通信协议。TSRS实现接收并保存临时限速命令计划，撤销待执行的临时限速命令，对全线临时限速命令的存储、校验、撤销、拆分、设置和取消等基本功能。

车载设备采用二乘二取二安全冗余结构，设备间通信采用安全通信协议。车载设备具有模式曲线计算、运行模式管理、过RBC交权区管理、无线通信连接管理、应答器信息接收、轨道电路信息接收、列车测速与定位、行车许可管理、制动命令管理、自动过分相命令管理、列车接口管理、司机界面等基本功能。并包含有作为后备的CTCS-2级控车模式。

表1 郑西线CTCS-3级列控系统测试序列举例

3 郑西线CTCS-3级列控系统用户需求验证

3.1 测试阶段的划分

按照系统生命周期的“V”字模型描述方法，CTCS-3级列控系统的设计开发过程和测试验证过程具有以下对应关系，如图3所示，其中，联调联试和试运行环节重点是对用户需求进行验证和确认。

3.2 验证用户需求的测试案例

为验证CTCS-3级列控系统用户需求的各项功能特征，结合联调联试和试运行的系统级试验特点，按照郑西线实际工程情况，编制了23个测试序列。表1为郑西线CTCS-3级列控系统的一个测试序列，通过该序列的测试，可验证列车注册与启动、行车许可延长和缩短、临时限速设置和取消、注销4个运营场景及17项列控系统功能特征。

续表

3.3 用户需求的验证信息

用户需求的验证宏观上依托于列控车载设备的设备动作，用户可根据车载设备人机界面的显示或车载设备的制动输出，对测试项目进行评估和异常记录；而用户需求的最终判定，来自于列控系统各子系统记录的交互信息。通过记录信息的数据回放分析，可以更加清晰、准确地掌握到数据流向和数据内容，判断系统需求完成的正确性、系统需求完成程度或系统异常的故障点，如图4、5所示。

4 进一步完善CTCS-3级列控系统标准规范的建议

通过郑西线联调联试及试运行期间进行的测试，不仅完成了郑西线列控系统用户需求验证，同时更进一步验证了中国铁路CTCS-3级列控系统各项标准、规范的可行性。根据实际测试的结果，我们可以得出结论：CTCS-3级列控系统用户需求明确、系统架构合理、各种设备性能构成合理，但作者认为在实现系统需求的个别具体方法上，CTCS-3级列控系统也存在进一步优化的空间，如表2所示。希望文章中给出的几点小建议，对进一步完善CTCS-3级列控系统标准规范能起到作用。