城际铁路C2+ATO互联互通测试关键技术研究

汪　洋

(中国铁道科学研究院通信信号研究所，北京　100081)



城际铁路C2+ATO互联互通测试关键技术研究

汪洋

(中国铁道科学研究院通信信号研究所，北京100081)

为了保证莞惠城际铁路多个厂家C2+ATO设备的正常运行，需对各厂家设备进行互联互通测试。研究莞惠城际铁路C2+ATO列控系统的实验室及现场互联互通测试的关键技术。首先分别对实验室互联互通试验环境的搭建、测试内容、测试方法这3部分内容进行详细分析；其次针对现场互联互通测试发现的问题，总结互联互通测试经验；最后探讨目前城际铁路C2+ATO列控系统技术规范方面的问题。

城际铁路;C2+ATO；CTCS-2；互联互通；测试；

城际铁路的CTCS2+ATO(以下简称C2+ATO)列控系统，以CTCS-2系统为基础，车载设置ATO设备，地面具备站台门地面控制相关设备及接口，使用GSM-R网络[1]提供车地双向传输通道。在CTCS-2级列控系统上，扩展了ATO功能，具备站间自动运行、车站定点停车及车站通过、折返作业、列车运行自动调整[2]、车门/站台门防护及联动、列车运行节能控制等自动运行相关功能。地面设置专用的精确定位应答器(JD)实现站台区域列车精确定位停车，设置通信控制服务器(以下简称CCS)实现站台门控制和运行计划处理[3]。

莞惠城际铁路[4]作为中国第一条采用C2+ATO的线路具有现实意义和示范作用。列控系统的互联互通测试是自主化研究的重要组成部分，目前参照的标准只有《城际铁路CTCS2+ATO列控系统暂行总体技术方案》(铁总科技[2013]79号TJ/DW149-2013)[5]。莞惠城际铁路列控系统地面设备和车载设备涉及多个厂家，因此，需要通过互联互通技术实现不同厂家间的互联互通，实现设备间的兼容性。本文通过研究C2+ATO互联互通测试技术，验证C2+ATO系统的互联互通功能，对于C2+ATO设备的统型化具有重要意义。

1　实验室测试环境及测试方法

1.1实验室测试环境

互联互通测试的基础是一个厂家的地面、车载设备配合正常，然后研究不同厂家设备间的互联互通，即不同厂家的地面设备和车载设备的配合工作。

基于仿真实验室完成互联互通工作，C2+ATO仿真实验室应满足城际铁路信号系统的测试需求。主要功能应包括：对CCS、列控中心等地面设备进行功能验证、接口测试；对车载ATP+ATO设备进行功能验证；模拟现场线路运行，提前发现数据及设计方面的缺陷，提高现场试验效率；对地面与列车的数据传输进行验证，确保传输的可靠性；验证车门和安全门联控、ATO运行计划、精准定位停车等功能；具备扩展功能，可实现互联互通测试。

为了满足城际ATO项目的实验室互联互通测试，需要定义GSM-R网的互联互通方案及实验室接口、设备需求。GSM-R系统包括移动交换子系统(MSC/VLR/HLR)、基站子系统(BSC/BTS)、媒体网关(以下简称MGW)等。互联互通测试时需要连接两家GSM-R无线通信网络，租用数据通道将各自网络的MSC/VLR设备进行互连[6]。GSM-R系统与接口设备及应用系统的连接结构见图1。

图1　互联互通网络连接示意

B厂家车载设置车载网关(以下简称OBGW)通过公共以太网(固定IP)与A厂家仿真网络连接。A厂家设置地面网关(以下简称WSGW)与公网连接，以实现列控系统仿真平台与其他厂家的车载网关的连接。B厂家的CCS通过2M通道接入A厂家的MGW接口，进而接入A厂家的G网，A厂家需提供一张SIM卡，并告知其B厂家其CCS号码，B厂家需要生成车载密钥与CCS号码相匹配。具体环境结构见图2。

图2　环境结构

1.2实验室互联互通试验方法

为了达到城际铁路信号系统不同实验室之间互联互通的目的，需要对各设备厂家传输的数据流进行分析。根据C2+ATO列控系统的特点，可将数据流分为如下3类。

ATO计划数据流：调度集中控制系统(以下简称CTC)仿真下达列车调度计划到CCS，由CCS转发调度计划信息到指定列车，列车确认后，向CCS返回确认信息，由CCS发送给CTC仿真确认信息。

站台门开关门控制数据流：车载设备发送站台门开关门命令到CCS，CCS生成相应继电器的驱动命令发送给TCC，TCC将继电器驱动命令发送给I/O仿真，由I/O仿真反馈继电器状态给TCC，TCC转发给CCS，再由CCS将继电器状态信息转发给CTC仿真和车载设备。

CTCS-2运行控制数据流：车载设备将列车位置信息传送给轨道电路仿真，轨道电路仿真通过该信息设置轨道电路的占用/空闲状态，并将轨道电路状态传给TCC设备，TCC设备生成轨道电路的低频码，并通过轨道电路反馈给车载仿真，同时TCC生成应答器报文，传给LEU仿真，LEU仿真将应答器报文信息传给车载仿真。车载仿真根据列车位置信息和测试脚本将轨道电路信息和应答器报文信息发送给车载设备[7]。

数据流分析清晰后，车地厂家需要各自开发网关软件，实现车地信息的传输。互联互通采用的网关通信协议，是以CTCS-3级[8]的互联互通试验方案[9]为基础的。借鉴CTCS-3级互联互通试验方案中，车载设备及OBGW网关，地面设备及网关为独立组成WSGW单元，位于不同的实验室。

城际铁路信号系统在C2系统基础上增加GSM-R通信接口，增加站台门控制接口(CCS控制，TCC驱动、采集，联锁采集)，增加车载ATO设备及接口，其中，站台门控制接口为地面设备及WSGW内部接口，不影响OBGW和WSGW之间通信协议；ATO接口为车载设备及OBGW网关内部接口，不影响OBGW和WSGW之间的通信协议。互联互通方案结构见图3。

图3　互联互通方案结构

网关通信帧类型见表1。

以ACTIVATE_TRAIN为例简单介绍一下通信帧的定义，该帧类型描述见表2。

以ucDirection为例，该帧的作用是确定列车的运行方向，地面轨道电路和应答器数据的发送必须是列车运行前方的数据，定义见表3。

表1　网关通信帧类别

通过该信息列车的初始位置和地面轨道信息进行了关联，测试脚本中设定发车位置后，车载可根据测速测距计算列车走行距离，地面仿真设备也可以根据该帧确定地面数据的发送起点，参考车载设备传输的列车走行距离信息连续发送轨道电路载频和低频，使车地达到联动的目的。

表2　ACTIVATE_TRAIN帧描述

表3　ucDirection帧描述

通信流程见图4。

图4　通信流程

试验开始前车载仿真网关链接地面仿真网关，交互车载设备试验前需要的一些参数，然后实验开始后地面网关通过车载网关传递列车运行信息，发送测试场景匹配的地面数据，满足列车运行需要，试验结束后删除该车辆。

1.3实验室互联互通测试问题及分析

实验室互联互通测试主要内容是列车注册与启动、注销列车与关闭车载电源、列车自动运行、折返作业、车门/站台门防护及联动控制、列车运行自动调整、自动过分相、临时限速等场景，共进行39个案例的测试。

举例说明互联互通发现的问题：各厂家对计划有效性的判定标准不一样，计划有效的判断是否有C1包覆盖下一车站的出站口。但规范中没有明确计划有效性的判定；各厂家对DMI的显示方面也存在差异，如ATO控车时DMI是否需要有列车开关门的图标，同样需要规范进一步明确；ATO处于分相区执行惰行策略，在特殊位置，如进站口等特殊情况下，可能出现超速制动问题，也需要进一步细化技术规范。最终统计需要规范明确的差异性问题有17条左右，不再逐一列举。

通过互联互通测试，发现了较多厂家设备间的差异，一方面需要相关规范进一步细化明确，一方面也要求各厂家做好软件统型化。通过实验室互联互通测试，提前发现了现场互联互通测试中可能遇到的问题，为现场互联互通测试的顺利开展创造了条件。

2　C2+ATO互联互通现场测试研究

2.1互联互通现场试验段测试环境

互联互通现场测试地点为莞惠城际铁路试验段，现场测试重点定位在实验室仿真环境无法实现的方面，如实验室互联互通仿真测试中车地信息传输为网线传输，延迟可忽略不计。但现场车地信息的交互受轨道电路译码时间、应答器报文接收译码时间、列车测速测距误差、设备安装误差、安全门安装情况等影响，存在各种无法预知问题。

各设备厂家互联互通接口协议等问题已经在实验室仿真测试中解决，为现场设备实物互联互通打下了坚实基础。现场互联互通需要解决的重点是实际系统/设备间的物理连接，实验室前期各工作极大节省了现场互联互通时间和降低了难度。莞惠城际铁路试验段示意见图5。

图5　莞惠城际铁路试验段试验线路示意(单位：km)

列控地面设备与现有CTCS-2级列控设备结构相同，不再赘述，只简略介绍因ATO设备引入及互联互通需求导致的施工变更。扩展ATO功能的CTCS-2列控系统采用GSM-R作为车地双向通信传输介质。现场试验段测试时4个厂家的CCS设备分时段先后装设于沥林站试验。4个厂家的TCC设备分别选取试验段4个车站进行安装，正线区段应答器按CTCS-2级列控系统规范要求布置，各车站停车股道增设精确定位应答器组。由此引起的现有设备软件变更参照《铁路信号软件变更暂行管理办法》[10](铁运[2012]293号)执行。

2.2现场互联互通测试问题及分析

测试内容主要包括ATO系统功能测试(常规ATO功能测试，如停准停稳、车门安全门联动、自动控制等)、CTCS2+ATO列控系统工作模式及模式转换测试、通信指标测试、接口测试等内容。

现场互联互通与实验室仿真测试的最大差异是C2+ATO车载跟实际城际动车组的配合，不仅限于实际列车接口的物理连接，也包括由于真实动车组的引入产生的车辆牵引制动性能方面的差异及其他方面的问题，具体问题如下。

(1)ATP/ATO与车辆相关问题

①转入自动驾驶模式AM后，车辆警惕信号不生效，但计时器仍在工作，当退出ATO时，司机未进行警惕操作，警惕信号可能立即生效，导致车辆输出紧急制动EB。

②CRH6A型动车组整车激活后，首次ATP自动过分相时，车辆不能正确响应ATP自动过分相指令。

③ATP判定停准停稳给出开门允许后，车辆仅在10s内有效，超过10s无法在ATP防护下开门。

④CRH6A型动车组驾驶室车门未纳入车门联锁，车辆HMI无该车门状态提示。

(2)各厂家ATP/ATO差异性

①ATP站内停车安全防护距离不统一，建议规范进行明确。

②ATO发车时，各厂家对于发车按钮按压时间的要求不同。

(3)CTC系统

①为满足ATO对行车计划的应用需求，运行图应具备根据列车早、晚点进行自动调整功能。

②接受停准、停稳信息，作为进路办理及发车表示的前提条件。

(4)车门及屏蔽门相关问题

①车载与地面未交换屏蔽门旁路状态信息，屏蔽门旁路时，车载无相关提示，建议后续通信协议增加。

②车门与安全门开关联动同步问题。

设备统型化是目前中国高铁发展的大趋势，各设备厂家应加快统型化的步伐。现场互联互通测试，进一步反映了各厂家设备间的差异性，其中有设计问题和设备问题，也有规范方面的问题。互联互通测试对于消除这些差异，指导相关规范的修订具有重要意义。

3　结论

莞惠城际铁路作为中国第一条C2+ATO线路意义重大。当前城际铁路列控领域只有很少规范和标准，实验室互联互通和莞惠城际铁路现场试验可以发现问题并完善、细化现有标准；指导厂家规范接口和处理逻辑，加快统型化步伐。从长远来看，国家“十三五”规划中新增3000 km城市轨道交通，包括珠三角、长三角、京津冀地区将大力发展城际轨道交通。莞惠城际铁路列控系统互联互通测试的成功经验，对其他城际铁路列控系统互联互通测试也具有指导意义。

[1]铁道部科学技术司.科技运[2009]19号CTCS-3级列控系统与GSM-R网络接口规范(V1.0)[S].北京:中国铁道出版社，2009.

[2]魏倩，陈永刚.城轨列车运行调整问题的模糊优化设计研究[J].铁道标准设计，2013(3):125-128.

[3]国家铁路局.TB10623—2014城际铁路设计规范[S].北京:中国铁道出版社，2015.

[4]铁道部运输局.运电高信函[2012]426号珠三角城际轨道交通ATO系统用户需求[Z].北京:铁道部运输局，2012.

[5]中国铁路总公司.铁总科技[2013]79号TJ/DW149-2013城际铁路CTCS2+ATO列控系统暂行总体技术方案[S].北京:中国铁道出版社，2013.

[6]铁道部科学技术司.科技运[2006]119号GSM-R数字移动通信网编号计划V2.0[S].北京:铁道部科学技术司，2006.

[7]中华人民共和国铁道部.铁运[2014]29号CTCS-2级列控车载暂行技术规范[S].北京:中国铁道出版社，2014.

[8]中华人民共和国铁道部.铁运[2012]293号铁路信号软件变更暂行管理办法[S].北京:中国铁道出版社，2012.

[9]刘雨，唐涛，李开成，等.CTCS-3级列控车载设备实验室互联互通测试方法[J].铁道通信信号，2011(12):4-7.

[10]中华人民共和国铁道部.铁运[2012]211号CTCS-3级列控车载设备技术规范(暂行)[S].北京:中国铁道出版社，2012.

Research on Key Technologies in Interoperability Test of C2+ATO Train Control System of Intercity Railway

WANG Yang

(Sciences Signal and Communication Research Institute，China Academy of Railway，Beijing 100081，China)

In order to ensure the normal operation of C2+ATO equipment provided by different manufacturers on Guan-Hui intercity rail，it is necessary to carry out the interconnection test.This paper introduces the laboratory and spot interoperability test of C2+ATO train control system of Guan-Hui intercity railway，including the analysis of laboratory interoperability test environment，test contents and test method.In the light of the problems discovered in spot interoperability test，the experiences in interoperability test are summarized and the problems related to the current technical specifications of C2+ATO train control system of intercity railway are discussed.

Intercity railway; C2+ATO; CTCS-2; Interoperability; Test

2016-03-17；

2016-03-31

中国铁路总公司科技研究开发计划课题(2014X003-E)

汪洋(1981—)，男，助理研究员，2008年毕业于中国铁道科学研究院交通信息工程及控制专业，工学硕士，E-mail：wangyang_cars@sina.com。

1004-2954(2016)10-0132-04

U239.5

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2016.10.029