关于CTCS-3级车地通信机制的分析探讨

尹洪志

（中国铁路上海局集团有限公司南京电务段，上海 210011）

中国列车控制系统（Chinese Train Control System，CTCS）主要功能是保证列车安全运行，根据不同的线路条件和功能、不同的信息传输方式和闭塞技术，可以将CTCS系统划分为5个等级，依次为CTCS-0～CTCS-4级。本文基于CTCS-3级列控系统工作原理以及车地通信工作机制，以300H型ATP设备CTCS-3模式通信异常为例，就车地通信各个环节进行逐层分析探讨，总结归纳通信故障处置流程，为日常设备维护和异常处理提供参考。

1 CTCS-3级列控系统组成及工作原理

CTCS-3级列控系统组成分为车载、地面两大部分，地面核心设备是无线闭塞中心（RBC），其主要功能是通过综合联锁、轨道电路传输的信息生成行车许可（MA），通过GSM-R无线网络发送给CTCS-3级车载设备。车载设备的核心是安全计算机，负责监控列车的安全运行，并与RBC进行双向信息传输，通过GSM-R无线通信系统报告列车位置、列车参数以及行车许可请求。CTCS-3级列控系统数据流如图1所示。

图1 CTCS-3级列控系统数据流

无线消息信息走向：无线闭塞中心与车载设备之间交互无线消息，车载设备向RBC发送：司机选择输入和确认的数据，列车固有性质数据以及在RBC的注册、注销等有关信息，定期向RBC报告正常时的列车状态、非正常时的车载设备故障类型以及列车的位置、速度等；RBC主要实现向车载设备发送列车行车许可信息，主要包括列车运行的目标距离、目标速度以及危险点相关信息等。

列车位置信息：列车位置的确定主要是通过车载设备参照应答器组来实现，通常将被参照的应答器组定义为最近相关应答器组（LRBG）。车载设备通过综合最近相关应答器组及列车速度等信息参数向RBC发送位置报告。列车位置信息定义为列车前端与LRBG的位置关系，车载设备依据RBC发送的位置报告参数，按照时间（或空间）周期性报告、或当列车的最大安全前端或最小安全末端已通过一个指定的位置时报告、或每经过一个应答器组报告、或立即报告等触发条件给RBC发送位置报告。

行车许可（MA）：行车许可是指RBC授权每辆列车可以运行的行车路径和安全距离，是列车运行的行车凭证和安全保证；其主要是依据列车当前运行方向、以列车位置报告的最近相关应答器组为基点，以闭塞分区为基本单位的格式给出，它包括若干个区段的信息，区间里是指闭塞分区，站内是指一条进路。

2 CTCS-3级车地通信机制

GSM-R网络作为CTCS-3级列控系统车地传输的通道，实现车地之间安全信息的双向传输。CTCS-3级列控系统与GSM-R网络之间的接口为IFIX接口、IGSM-R接口，如图2所示。

图2 CTCS-3级列控系统与GSM-R网络通信接口示意图

列车注册：车载设备启动后，司机需手动输入呼叫RBC的电话号码和编号，以及车次号、列车长度等关键参数。列车注册流程主要描述了列车自上电开始至行车许可请求的整个过程，如图3所示。

图3 列车注册流程

任务启动：车载设备在RBC注册成功后，司机按压“目视”键，即以目视模式行车。CTCS-3模式任务启动流程如图4所示。

图4 CTCS-3模式任务启动流程

车地通信会话管理：车载设备上电或接收呼叫RBC命令后，建立与RBC的通信会话。呼叫RBC的内容包括RBC编号、电话号码和将要执行的操作。通信会话一旦建立后，如果出现安全连接偶然中断，但地面设备没有发出断开连接的指令时，车载设备认为通信会话仍然是建立的。当安全连接中断时，车载设备将进行反复的连接尝试。当接收到终止通信会话命令，或者检测到需要终止通信会话的错误，或者在任务开始阶段RBC拒绝列车呼叫时，车载设备将终止通信会话。通信会话建立、终止过程如图5所示。

图5 通信会话建立、终止过程

3 CTCS-3级车地通信异常案例分析

2017年x月x号，CRH380CL-5624列 车（300H型ATP设备）在宁杭高铁进行动调试验，于23：20：45正常停车，后续运行因RBC行车许可一直未更新，导致该车用尽行车许可后异常停车。通过下载PC卡数据分析如下。

1）CRH380-5624列 车 在 23：20：15收 到RBC发送的行车许可M3包，如图6所示，最近相关应答器组（LRBG）的编号为71-5-13-28，传输数据的有效性方向为正向；

图6 23：20：15RBC发送的行车许可M3包

2）该车在后续运行过程中，车载设备正常向RBC发送列车位置报告，以23：28：24时间点为例，如图7所示，通过分析可以确认车载设备与RBC双向通信正常，即车地通信通道正常、车载GSM-R无线传输单元以及无线闭塞中心RBC工作状态良好；进一步查看列车位置报告，此时位置定位仍然是基于71-5-13-28最近相关应答器组，由于该车已越过多组应答器，且处于250 km/h的速度运行状态，可以判断信息交互时列车最近相关应答器组一直处于未更新状态，基于RBC工作机制，无线闭塞中心没有发送新的行车许可M3包。

图7 23：28：24列车向RBC发送列车位置报告

3）该车在00：01：30，司机重新启动设备，列车运行越过应答器组71-5-11-6后，于00：16：24车载设备向RBC发送位置信息更新，00：16：44时，列车收到新的行车许可M3包，如图8所示，此后列车正常运行。

图8 0：16：44列车收到新的行车许可M3包

4）通过对该车数据进一步查找分析，在23：21：32该车触发7级防溜逸制动，依据300H型ATP设备控车逻辑，当列车触发溜逸防护制动后，该车无论如何运行，列车将不再发送列车实时位置更新，此时必须进行ATP设备重启后方可正常运用。溜逸防护制动如图9所示。

图9 23：21：32列车触发溜逸防护制动

5）通过以上案例分析可以看出，导致CTCS-3级车地通信异常存在多个环节、多个方面，首先在确认车地通信通道、车载GSM-R电台以及RBC工作状态是否正常外，还应重点查看有无异常制动等其他情况，依据ATP设备类型，充分考虑其控车逻辑等内在因素后进一步分析，找出导致车地通信异常的真实原因。基于以上分析，CTCS-3级车地通信异常处置流程如图10所示。

图10 CTCS-3级车地通信异常处置流程图

4 结束语

本文对CTCS-3 级列控系统工作原理进行介绍，详细描述CTCS-3系统中各种设备之间的联系以及数据流走向，尤其对无线闭塞中心与CTCS-3级车载设备双向通信的内容进行整理归类；对CTCS-3级车地通信机制有关环节进行分析，重点就列车注册、CTCS-3模式任务启动流程以及车地通信会话管理等方面作了初步探讨；以300H型ATP设备CTCS-3模式通信异常为例，对车地通信各环节进行了逐层剖析，总结归纳通信异常处置流程，为日常设备维护和异常处理提供一定的借鉴参考。

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