CTCS－3级列控动态检测技术探讨

阚 峰 高利民 吴 楠

目前全路大多电务试验车的主要信号检测设备都配备了轨道电路检测、补偿电容检测和应答器报文检测系统，而新研制的高速综合检测列车除此之外，还对应答器电气特性、牵引不平衡电流、车载无线通信接口监测等做了尝试。但无论是综合检测车还是电务试验车，针对高速铁路的CTCS－3级列控系统检测设备的研制应用尚属探索阶段。

由于在实际CTCS－3级线路运行过程中，不断出现 “通信超时”、“车载和地面设备故障”、“车－地信息不一致”等现象，因此结合高速铁路的维修特点，迫切需要研发系统级的CTCS－3级列控综合检测系统，以实现电务设备维修和线路安全保障。同时，通过高速铁路列控系统综合检测和联调联试，对相关装备和设施进行综合测试、评估，可以加快我国高速铁路列控系统新技术成果的转化，促进高速铁路列控系统关键技术的发展。

图1 CTCS－3级列控系统简图

1 CTCS－3级列控系统功能分析

CTCS－3级列控系统在功能实现上，从车载到地面经过多个环节和节点，每个环节接口都承担不同的任务和功能，如图1所示。

从图1看到，除Igsm－r、Um和Ifix接口外，其他都是控制系统内部接口，也有很多需要监测的信息 （如车载端 DCU、ODL、JRU 等，地面的CTC、TSR、IL等）。Ifix接口又包含Abis接口、A接口和PRI接口，见图2。从整个CTCS－3级列控系统功能分析，CTCS－3级列控动态检测系统应能满足以下需求。

1．适用于车载列控系统，或者新建线路的综合试验及联调联试。

2．适用于高铁互联互通试验验证；针对列控系统运用过程中发生故障，或者出现车－地不兼容的问题，分析问题的真实原因。

图2 CTCS－3级列控系统接口简图

3．适用于地面固定设备工作状态的常规检测。

4．适用于检测过程中问题定位和问题查找，辅助高速铁路线路信号设备维护维修。

2 CTCS－3级列控动态检测项目分析

从功能和测试内容，CTCS－3级列控动态检测系统应包含地面信号设备检测、CTCS－3级列控通道综合检测、车载设备监测及数据分析。

2．1 地面信号设备检测

由于应答器、轨道电路、补偿电容、调谐单元等设备中，均有机械部件与钢轨或者道床连接，所以此类机械部件故障在地面信号设备故障中占很大的比例。轨道扣件与钢轨的绝缘程度、无砟道床的错误接地、站内与区间轨道电路的绝缘节、钢轨跳线等，均会影响轨道电路的正常工作。采用车载检测系统对轨道电路和应答器检测，不仅能在新建线路联调联试时发挥重要作用，而且对日常运用中预防事故发生，保障运输效率都有重要意义。

1．轨道电路综合检测。CTCS－3级列控系统中，轨道电路实现列车占用检查，为RBC生成行车许可提供基础信息。平均约1km设置一个区段，区段内约隔100m设置一个补偿电容，区间每段轨道电路两端均设置电气调谐单元 （BA、SVA）。由于在高速条件下，高电压、大电流、整体道床中复杂电磁环境都会对轨道电路产生较大影响，因此，在总结分析了轨道电路各影响因素后，应对轨道电路的出入口电压、轨道电路传输特性、分路不良、钢轨绝缘、补偿电容状态、钢轨不平衡电流等进行检测和分析，并结合车载ATP信息的实时输入和输出，分析判断地面设备工作状态和辅助分析列控中心工作状态。

轨道电路测试分析系统能够根据检测结果参数和列控数据基础信息，如制式、长度、电容 （容值）设置、道砟电阻、出口电压等，通过仿真绘制轨道电路标准传输曲线，建立轨道电路区段模型，将检测结果曲线与标准传输曲线进行对比，分析轨道电路传输特性，进而对补偿电容容值下降、失效，漏泄过大等原因进行智能化判断。

2．应答器综合检测。CTCS－3级列控系统中，应答器主要用于向列控系统车载设备提供位置、等级转换、建立无线通信等信息，同时向车载设备提供线路速度、线路坡度、轨道电路、临时限速等线路参数信息，满足后备系统需要。应答器的质量和报文数据的准确性，直接决定了车载列控系统安全运行及其效率。应答器检测应对其技术条件进行分析和研究，并在此基础上对应答器位置、用途、速度信息覆盖范围、链接关系、逻辑关系，以及上传电平和频率进行分析。

应答器综合检测包括应答器电气特性检测，报文正确性、完整性和线路数据一致性，以及应答器丢失和外观检测。需要结合车载ATP输入和输出情况，综合判断应答器性能或车载设备运行状况，并按照CTCS－3应答器应用原则，对应答器默认报文和非法报文进行识别。

2．2 列控通道综合检测

CTCS－3级列控通道综合检测主要是为了检测列控数据传输通道的工作质量和通道中各接口及设备的工作状态。应包含GSM－R无线通信质量检测、GSM－R无线空中接口 （Um接口）监测、车载Igsm－r接口监测3个部分。

1．GSM－R无线通信质量检测。目前CTCS－3级线路中常发现的故障多数由于通信质量引起，如小区切换异常，导致无线超时故障 （小区内不停的乒乓切换），表现形式主要为小区与MT间的无线链路失败，接收电平超标，通信质量严重恶化；列车当前占用的信道被释放，车载与RBC通信中断，C3降级为C2。对GSM－R无线通信质量进行检测，能够判断车载列控设备降级等故障是否由于通信质量造成。

2．GSM－R无线空中接口 （Um接口）监测。Um接口是列控无线终端与基站BTS间的数据传输通道。为了满足GSM－R的传输机制，在这个接口中还包含了移动网络的控制信息、测量信息等。

不同的通信终端可能会在测量报告和某些信息处理方面有所不同，会导致在同样的无线环境下执行不同的操作，其中有些操作可能会干扰正常的通信并影响数据传输。采用Um接口监测，可以接收到列控无线数据传输终端所有上行信令和BTS发给无线终端的下行信号，并以此确认无线终端向BTS上报的测量报告。由于MSC要根据移动终端的测量报告 （下行接收状态）和上行基站测量报告确定切换，因此通过监测就可以发现移动终端本身的故障问题。另一方面，通过解调用户层信息，可以与Igsm－r接口的信息 （上行）和地面PRI接口（下行）对比，判断无线终端是否发生信息失真。

3．车载Igsm－r接口监测。Igsm－r接口连接了控制终端到无线传输终端，其接口监测应能确保连接的可靠和无源，避免影响列控运营。通过Igsm－r接口监测，可以采集车载控制端与无线终端间发送和接收的所有数据。这个接口的上传数据应该与到达地面RBC的数据一致，如果有变化或丢失，一定是传输过程中出现故障；相反的通道也是一样。因此监测通道数据主要是为了判断列控传输通道是否正常传输了车载控制端和RBC间的各种信息。

2．3 车载运行记录监测及数据分析

在日常行车过程中，经常出现ATP故障和报警，现象表示有：车载设备运行中DMI报 “安全软件失败”、“主机与DMI通信中断”、 “ATPCU故障、与主叫通信中断”、“CTCS－2故障”、“应答器报文错误”、“BTM故障”、DMI速度表显示波动大等。另外由于特殊场景导致的列车运行异常现象也时有发生。由于高速铁路 “天窗”修时间基本安排在夜间，因此应结合高铁电务设备的实际情况，对现场维修进行调查，认为在车载运行记录监测中，应对ATP运行行为、表现及场景做好记录和分析，从而有助于完善列控系统及辅助信号设备维护维修。

车载运行记录监测应能实现车载列控设备记录监测，包括：①车载列控设备 （各类报警在内）的工作状态记录功能；②车载列控设备采集轨道电路、应答器、车－地通信 （车载GSM－R通信单元－地面RBC）等各类数据记录监测功能；③车载DMI司机操作等各类操作记录功能；④车载安全计算机运算过程数据及运算结果数据记录功能。

通过分析应能实现：①根据运行记录提取标准的场景，以用于生成规范测试序列；②根据CTCS－3级列控系统技术规范，建立完整标准测试案例库；③根据CTCS－3级列控系统规范条件，创建测试评判方法并实现其功能；④根据标准测试案例库和列车运行中的场景，将列车运行过程中生成的测试序列通过规范执行程序，对比、判断、分析测试结果，分析是否一致，并根据分析情况，输出执行过程、消息接收流程图，自动输出测试报告，以分析监测结果；⑤根据GSM－R无线通信质量检测、GSM－R无线空中接口 （Um接口）监测、车载ATP无线接收模块监测和车载Igsm－r接口监测对异常情况进行定位。

3 结论

目前，应答器电气特性、车载无线通信接口、CTCS－3级列控通道综合检测已在高速综合检测列车上进行了安装，并进行了初步的试验，为CTCS－3级列控系统故障检查和设备维修提供了依据和条件。随着高速铁路对铁路基础设施检测、数据分析和安全评价提出的更高要求，需充分利用各检测、监测数据，并对其进行深入分析和研究，不断探索新设备的特性、特征和规律，及时总结积累故障处理方法、经验，提高故障处理业务水平，确保CTCS－3级列控系统的稳定运行和安全性。

［1］ 谢雨飞，唐涛，徐田华，赵林．CTCS－3级列控系统规范的建模与形式化验证方法研究［J］．铁道学报，2011（7）．

［2］ 刘海波．GSM－R通信切换事件对CTCS－3级转CTCS－2级列控的影响［J］．铁道通信信号工程技术，2012（01）．