闞 峰 高利民 吳 楠

目前全路大多電務試驗車的主要信號檢測設備都配備了軌道電路檢測、補償電容檢測和應答器報文檢測系統(tǒng)，而新研制的高速綜合檢測列車除此之外，還對應答器電氣特性、牽引不平衡電流、車載無線通信接口監(jiān)測等做了嘗試。但無論是綜合檢測車還是電務試驗車，針對高速鐵路的CTCS－3級列控系統(tǒng)檢測設備的研制應用尚屬探索階段。

由于在實際CTCS－3級線路運行過程中，不斷出現(xiàn) “通信超時”、“車載和地面設備故障”、“車－地信息不一致”等現(xiàn)象，因此結合高速鐵路的維修特點，迫切需要研發(fā)系統(tǒng)級的CTCS－3級列控綜合檢測系統(tǒng)，以實現(xiàn)電務設備維修和線路安全保障。同時，通過高速鐵路列控系統(tǒng)綜合檢測和聯(lián)調(diào)聯(lián)試，對相關裝備和設施進行綜合測試、評估，可以加快我國高速鐵路列控系統(tǒng)新技術成果的轉化，促進高速鐵路列控系統(tǒng)關鍵技術的發(fā)展。

圖1 CTCS－3級列控系統(tǒng)簡圖

1 CTCS－3級列控系統(tǒng)功能分析

CTCS－3級列控系統(tǒng)在功能實現(xiàn)上，從車載到地面經(jīng)過多個環(huán)節(jié)和節(jié)點，每個環(huán)節(jié)接口都承擔不同的任務和功能，如圖1所示。

從圖1看到，除Igsm－r、Um和Ifix接口外，其他都是控制系統(tǒng)內(nèi)部接口，也有很多需要監(jiān)測的信息 （如車載端 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，見圖2。從整個CTCS－3級列控系統(tǒng)功能分析，CTCS－3級列控動態(tài)檢測系統(tǒng)應能滿足以下需求。

1．適用于車載列控系統(tǒng)，或者新建線路的綜合試驗及聯(lián)調(diào)聯(lián)試。

2．適用于高鐵互聯(lián)互通試驗驗證；針對列控系統(tǒng)運用過程中發(fā)生故障，或者出現(xiàn)車－地不兼容的問題，分析問題的真實原因。

圖2 CTCS－3級列控系統(tǒng)接口簡圖

3．適用于地面固定設備工作狀態(tài)的常規(guī)檢測。

4．適用于檢測過程中問題定位和問題查找，輔助高速鐵路線路信號設備維護維修。

2 CTCS－3級列控動態(tài)檢測項目分析

從功能和測試內(nèi)容，CTCS－3級列控動態(tài)檢測系統(tǒng)應包含地面信號設備檢測、CTCS－3級列控通道綜合檢測、車載設備監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析。

2．1 地面信號設備檢測

由于應答器、軌道電路、補償電容、調(diào)諧單元等設備中，均有機械部件與鋼軌或者道床連接，所以此類機械部件故障在地面信號設備故障中占很大的比例。軌道扣件與鋼軌的絕緣程度、無砟道床的錯誤接地、站內(nèi)與區(qū)間軌道電路的絕緣節(jié)、鋼軌跳線等，均會影響軌道電路的正常工作。采用車載檢測系統(tǒng)對軌道電路和應答器檢測，不僅能在新建線路聯(lián)調(diào)聯(lián)試時發(fā)揮重要作用，而且對日常運用中預防事故發(fā)生，保障運輸效率都有重要意義。

1．軌道電路綜合檢測。CTCS－3級列控系統(tǒng)中，軌道電路實現(xiàn)列車占用檢查，為RBC生成行車許可提供基礎信息。平均約1km設置一個區(qū)段，區(qū)段內(nèi)約隔100m設置一個補償電容，區(qū)間每段軌道電路兩端均設置電氣調(diào)諧單元 （BA、SVA）。由于在高速條件下，高電壓、大電流、整體道床中復雜電磁環(huán)境都會對軌道電路產(chǎn)生較大影響，因此，在總結分析了軌道電路各影響因素后，應對軌道電路的出入口電壓、軌道電路傳輸特性、分路不良、鋼軌絕緣、補償電容狀態(tài)、鋼軌不平衡電流等進行檢測和分析，并結合車載ATP信息的實時輸入和輸出，分析判斷地面設備工作狀態(tài)和輔助分析列控中心工作狀態(tài)。

軌道電路測試分析系統(tǒng)能夠根據(jù)檢測結果參數(shù)和列控數(shù)據(jù)基礎信息，如制式、長度、電容 （容值）設置、道砟電阻、出口電壓等，通過仿真繪制軌道電路標準傳輸曲線，建立軌道電路區(qū)段模型，將檢測結果曲線與標準傳輸曲線進行對比，分析軌道電路傳輸特性，進而對補償電容容值下降、失效，漏泄過大等原因進行智能化判斷。

2．應答器綜合檢測。CTCS－3級列控系統(tǒng)中，應答器主要用于向列控系統(tǒng)車載設備提供位置、等級轉換、建立無線通信等信息，同時向車載設備提供線路速度、線路坡度、軌道電路、臨時限速等線路參數(shù)信息，滿足后備系統(tǒng)需要。應答器的質量和報文數(shù)據(jù)的準確性，直接決定了車載列控系統(tǒng)安全運行及其效率。應答器檢測應對其技術條件進行分析和研究，并在此基礎上對應答器位置、用途、速度信息覆蓋范圍、鏈接關系、邏輯關系，以及上傳電平和頻率進行分析。

應答器綜合檢測包括應答器電氣特性檢測，報文正確性、完整性和線路數(shù)據(jù)一致性，以及應答器丟失和外觀檢測。需要結合車載ATP輸入和輸出情況，綜合判斷應答器性能或車載設備運行狀況，并按照CTCS－3應答器應用原則，對應答器默認報文和非法報文進行識別。

2．2 列控通道綜合檢測

CTCS－3級列控通道綜合檢測主要是為了檢測列控數(shù)據(jù)傳輸通道的工作質量和通道中各接口及設備的工作狀態(tài)。應包含GSM－R無線通信質量檢測、GSM－R無線空中接口 （Um接口）監(jiān)測、車載Igsm－r接口監(jiān)測3個部分。

1．GSM－R無線通信質量檢測。目前CTCS－3級線路中常發(fā)現(xiàn)的故障多數(shù)由于通信質量引起，如小區(qū)切換異常，導致無線超時故障 （小區(qū)內(nèi)不停的乒乓切換），表現(xiàn)形式主要為小區(qū)與MT間的無線鏈路失敗，接收電平超標，通信質量嚴重惡化；列車當前占用的信道被釋放，車載與RBC通信中斷，C3降級為C2。對GSM－R無線通信質量進行檢測，能夠判斷車載列控設備降級等故障是否由于通信質量造成。

2．GSM－R無線空中接口 （Um接口）監(jiān)測。Um接口是列控無線終端與基站BTS間的數(shù)據(jù)傳輸通道。為了滿足GSM－R的傳輸機制，在這個接口中還包含了移動網(wǎng)絡的控制信息、測量信息等。

不同的通信終端可能會在測量報告和某些信息處理方面有所不同，會導致在同樣的無線環(huán)境下執(zhí)行不同的操作，其中有些操作可能會干擾正常的通信并影響數(shù)據(jù)傳輸。采用Um接口監(jiān)測，可以接收到列控無線數(shù)據(jù)傳輸終端所有上行信令和BTS發(fā)給無線終端的下行信號，并以此確認無線終端向BTS上報的測量報告。由于MSC要根據(jù)移動終端的測量報告 （下行接收狀態(tài)）和上行基站測量報告確定切換，因此通過監(jiān)測就可以發(fā)現(xiàn)移動終端本身的故障問題。另一方面，通過解調(diào)用戶層信息，可以與Igsm－r接口的信息 （上行）和地面PRI接口（下行）對比，判斷無線終端是否發(fā)生信息失真。

3．車載Igsm－r接口監(jiān)測。Igsm－r接口連接了控制終端到無線傳輸終端，其接口監(jiān)測應能確保連接的可靠和無源，避免影響列控運營。通過Igsm－r接口監(jiān)測，可以采集車載控制端與無線終端間發(fā)送和接收的所有數(shù)據(jù)。這個接口的上傳數(shù)據(jù)應該與到達地面RBC的數(shù)據(jù)一致，如果有變化或丟失，一定是傳輸過程中出現(xiàn)故障；相反的通道也是一樣。因此監(jiān)測通道數(shù)據(jù)主要是為了判斷列控傳輸通道是否正常傳輸了車載控制端和RBC間的各種信息。

2．3 車載運行記錄監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析

在日常行車過程中，經(jīng)常出現(xiàn)ATP故障和報警，現(xiàn)象表示有：車載設備運行中DMI報 “安全軟件失敗”、“主機與DMI通信中斷”、 “ATPCU故障、與主叫通信中斷”、“CTCS－2故障”、“應答器報文錯誤”、“BTM故障”、DMI速度表顯示波動大等。另外由于特殊場景導致的列車運行異?，F(xiàn)象也時有發(fā)生。由于高速鐵路 “天窗”修時間基本安排在夜間，因此應結合高鐵電務設備的實際情況，對現(xiàn)場維修進行調(diào)查，認為在車載運行記錄監(jiān)測中，應對ATP運行行為、表現(xiàn)及場景做好記錄和分析，從而有助于完善列控系統(tǒng)及輔助信號設備維護維修。

車載運行記錄監(jiān)測應能實現(xiàn)車載列控設備記錄監(jiān)測，包括：①車載列控設備 （各類報警在內(nèi)）的工作狀態(tài)記錄功能；②車載列控設備采集軌道電路、應答器、車－地通信 （車載GSM－R通信單元－地面RBC）等各類數(shù)據(jù)記錄監(jiān)測功能；③車載DMI司機操作等各類操作記錄功能；④車載安全計算機運算過程數(shù)據(jù)及運算結果數(shù)據(jù)記錄功能。

通過分析應能實現(xiàn)：①根據(jù)運行記錄提取標準的場景，以用于生成規(guī)范測試序列；②根據(jù)CTCS－3級列控系統(tǒng)技術規(guī)范，建立完整標準測試案例庫；③根據(jù)CTCS－3級列控系統(tǒng)規(guī)范條件，創(chuàng)建測試評判方法并實現(xiàn)其功能；④根據(jù)標準測試案例庫和列車運行中的場景，將列車運行過程中生成的測試序列通過規(guī)范執(zhí)行程序，對比、判斷、分析測試結果，分析是否一致，并根據(jù)分析情況，輸出執(zhí)行過程、消息接收流程圖，自動輸出測試報告，以分析監(jiān)測結果；⑤根據(jù)GSM－R無線通信質量檢測、GSM－R無線空中接口 （Um接口）監(jiān)測、車載ATP無線接收模塊監(jiān)測和車載Igsm－r接口監(jiān)測對異常情況進行定位。

3 結論

目前，應答器電氣特性、車載無線通信接口、CTCS－3級列控通道綜合檢測已在高速綜合檢測列車上進行了安裝，并進行了初步的試驗，為CTCS－3級列控系統(tǒng)故障檢查和設備維修提供了依據(jù)和條件。隨著高速鐵路對鐵路基礎設施檢測、數(shù)據(jù)分析和安全評價提出的更高要求，需充分利用各檢測、監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對其進行深入分析和研究，不斷探索新設備的特性、特征和規(guī)律，及時總結積累故障處理方法、經(jīng)驗，提高故障處理業(yè)務水平，確保CTCS－3級列控系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和安全性。

［1］ 謝雨飛，唐濤，徐田華，趙林．CTCS－3級列控系統(tǒng)規(guī)范的建模與形式化驗證方法研究［J］．鐵道學報，2011（7）．

［2］ 劉海波．GSM－R通信切換事件對CTCS－3級轉CTCS－2級列控的影響［J］．鐵道通信信號工程技術，2012（01）．