CTCS-3级列控系统无线闭塞中心功能需求研究

刘中田，孙伟亮

（北京交通大学 电子信息工程学院，北京 100044）

列车运行控制系统（简称列控系统）是保障高速铁路行车安全、提高运输效率的核心。CTCS-3级列控系统是中国列车运行控制系统（CTCS）的重要组成部分之一，它采用铁路专用全球移动通信网（GSM-R）实现列车－地面之间连续、双向的信息传输[1]。由于列控设备现场测试往往工程花费巨大，有些测试项具有危险性或不可再现性等原因，建立CTCS-3级列控系统的仿真测试平台具有重要意义。无线闭塞中心（RBC）是控制列车行车的关键设备，该设备的功能完整性直接决定了CTCS-3级列控系统的控车安全性和控车效率。因此，为了构建CTCS-3级列控系统仿真测试平台，急需开展RBC功能样机的研究与实现工作。本文正是针对这一需求，重点研究RBC的功能需求、信息流及外部接口等。

1 CTCS-3级列控系统分析

CTCS-3级列控系统依照规范设计，是利用查询应答器进行列车定位及位置校正，通过GSM-R传输列车与地面间交互信息，并采用轨道电路进行列车完整性检测的列车运行控制系统。车载设备主要包括：车载安全计算机、无线通信车载接口设备、应答器接收模块(Ba l i se Tr ansmission Module，BTM)等；地面设备主要包括：无线闭塞中心（RBC）、列控中心（TCC）、轨旁电子单元（LEU）、地面应答器等。

RBC是CTCS-3级列控系统的核心地面设备，它根据从外部地面系统（列控中心、联锁设备、临时限速服务器等）接收到的信息（轨道区段占用、进路状态、临时限速等），以及从车载设备获得的信息（列车参数、位置报告等），生成发送给列车的控制命令，提供行车许可（MA），使列车在RBC管辖范围内的线路上安全运行。在CTCS-3级列控系统中，车载设备与无线闭塞中心设备的功能完整性是保证整个系统安全、高效运行的关键。

2 无线闭塞中心功能分析

无线闭塞中心（RBC）设备是一个基于计算机的系统，它在CTCS-3级地面子系统中与外部设备的连接情况如图1。与RBC相连的外部设备主要包括：调度集中（CTC）系统、列控中心、联锁系统、相邻RBC、监控工作站、维护工作站、GSMR接入服务器等。

图1 RBC与外部设备的连接图

RBC是CTCS-3级列控系统的地面核心设备，完成的主要功能有：（1）无线通信管理；（2）行车许可计算；（3）RBC交接管理；（4）列车信息管理；（5）车载设备模式管理；（6）内部数据库管理等。

2.1 无线通信管理功能

无线闭塞中心设备应能够与车载设备共同完成建立通信会晤、保持通信会晤和终止通信会晤这3个功能。

建立通信会晤应由车载设备发起，按照如下步骤进行：

（1）车载设备应请求与地面设备建立安全连接，不断重复请求直到连接成功或超过规定的次数为止。

（2） 一旦建立安全连接，车载设备应立即向RBC发送通信会晤初始化信息。

（3）一旦RBC接收到初始化信息，应立即发送系统版本信息。

（4）车载设备收到系统版本号信息，向RBC发送一个包含车载设备电话号码的会晤已建立的报告。

如果没有故障发生，通信会晤一旦建立，将一直保持，直到列车完成运行任务。如果存在无线通信盲区，RBC应预先将盲区的起始位置和结束位置通知车载设备，由车载设备在无线盲区末端尝试恢复无线通信。

车载设备应按下列步骤终止通信会晤：

（1） 车载设备应发送终止通信会晤的消息。

（2）一旦接收到终止通信会晤消息，RBC应认为通信会晤已终止并向车载设备发送确认信息。

（3）当接收到确认信息，车载设备应认为通信会晤已终止并要求释放与RBC的安全连接。

2.2 行车许可计算功能

2.2.1 行车许可计算概述

R B C基于下列信息为列车生成行车许可（MA）：

（1） 进路信息（由联锁系统获得）。（2） 线路信息（由静态数据库获得）。（3）轨道电路状态信息（由轨道电路和自动闭塞设备获得）。（4）RBC交界点附近的线路数据（由相邻RBC获得）。（5）临时限速（由CTC获得）。

2.2.2 行车许可的授予和更新

RBC对管辖范围内的CTCS-3级列车的MA进行控制，MA决定了是否允许列车运行以及允许运行的距离。

RBC利用与前一个MA相同的最新相关应答器组（LRBG）或一个新的LRBG来延伸MA：

（1） 给出一个新的闭塞分区。（2）给出两个或更多的闭塞分区。

2.3 RBC交接管理

当列车从一个RBC区域进入另一个RBC区域时，这两个RBC需要对列车控制权限进行切换。正常情况下，列车从一个RBC切换到另一个RBC无需司机干涉，且不应引起列车制动。当“移交”RBC检测到列车接近切换边界而无法延伸MA时，“移交”RBC通过与“接收”RBC通信，得到延伸MA必要的地面信息，同时通知“接收”RBC有列车需要登录。通过“移交”RBC与“接收”RBC之间的通信，实现列车的无缝切换。

2.4 列车信息管理

RBC的列车信息管理包括：列车数据管理和列车位置管理。

RBC管理的列车数据包括：列车种类；列车长度；最大允许速度；载重；轴重；列车能接受的牵引电压；气密系统；列车车次号。

RBC应当根据车载设备的位置报告实时更新列车位置数据。RBC应检查列车位置信息，确认列车在本RBC的管辖范围内。如果超出了管辖范围，则向车载设备发送报警信息并向车载发送断开连接的命令。

2.5 车载设备模式管理

RBC应支持以下的车载设备模式：完全监督模式（FS）；目视行车模式（OS）；人工驾驶模式（SR）；调车模式（SH）；待机模式（SB）；冒进防护模式（TR）；后冒进防护模式（PT）；隔离模式（IS）；退行模式（RV）；系统故障模式 （SF LKJ后备）。

RBC应监督列车的运行模式，在某些情况下，RBC可以关联不同的模式曲线建议列车改变运行模式，但司机必须介入。

2.6 内部数据库管理

RBC内部数据库管理功能主要完成数据管理、查询和记录功能。RBC内部数据库主要包含线路静态数据库、列车数据数据库、线路动态数据库以及诊断/记录数据库等。

2.6.1 RBC内部数据库数据管理功能

管理RBC完成CTCS功能需要的各种相关数据。包括数据的创建、数据的离线处理等。在本RBC数据库设计中，采用文本文件的形式管理数据。在数据编辑阶段按车站和区间分别建立文本数据文件，即针对每一个车站建立一个车站文本数据文件，针对每一个站间区间建立区间文本数据文件，从而便于数据的管理。考虑到设备读写文件的效率和安全性，完成数据库的文本数据文件后，再离线用程序将这些数据库文本文件处理成二进制数据文件，此二进制数据文件为RBC设备使用的数据库文件。

2.6.2 RBC内部数据库数据查询功能

提供RBC完成CTCS功能需要的各种相关查询函数。RBC的各个其他功能模块不可直接操作数据库文件，采用数据查询函数获取自己需要的各种数据。查询函数按其他功能模块的要求完成相应的查询功能。

2.6.3 RBC内部数据库数据记录功能

记录RBC完成CTCS功能需要记录的各项数据。这些数据包括RBC的运行状况，紧急控制命令，故障状态相关输入输出信息和一些RBC运行需要记录的动态数据等。

3 无线闭塞中心信息流及接口分析

无线闭塞中心和外部设备之间的信息流如图2。

图2 RBC与外部设备之间的信息流

无线闭塞中心与计算机联锁系统、CTC系统、列控中心、GSM-R接入服务器、相邻RBC、RBC维护机和监测系统通过外部接口交互信息。无线闭塞中心的外部接口如下所述：

（1）与计算机联锁系统的接口：RBC由联锁系统获得进路信息。接口类型：以太网通信连接。

（2）与CTC系统的接口：RBC由CTC系统获得临时限速信息，并实时将运行状态信息反馈给CTC系统。接口类型：以太网连接。

（3）与列控中心的接口：RBC通过列控中心获得轨道占用信息。接口类型：以太网通信连接。

（4）与GSM-R接入服务器的接口：车载设备通过GSM-R系统向RBC汇报列车状态信息，包括位置信息、速度信息、列车长度和列车重量等。RBC通过GSM-R系统向列车发送行车许可等信息。接口类型：以太网连接。

（5）与相邻RBC的接口：RBC通过该接口交换列车交放权信息、线路信息、列车状态信息等。接口类型：以太网连接。

（6）与维护机之间的接口：RBC向维护机汇报运行信息，包括临时限速、行车许可、进路信息、运行状态等。接口类型：串口通信连接。

（7）与监测系统之间的接口：RBC向监测系统汇报运行信息、故障处理信息等。接口类型：串口通信连接。

4 结束语

本文重点研究了无线闭塞中心（RBC）的功能需求、信息流及外部接口等。通过对CTCS-3级列控系统的系统需求进行规范深入的分析，得出RBC应具有的主要功能。在仿真平台中实际应用表明，本文所述的RBC功能需求、信息流及外部接口等能够满足CTCS-3级列控系统仿真测试平台建设需求。

[1] 范丽君. ETCS技术在列控系统中应用的探讨[J].中国铁道科学，2003，24（3）：11-16.

[2] Pasquale di Tommaso, Francesco Flammini , Armando Lazzaro,Raffaele Pellecchia, Angela Sanseviero, The Simulation of Anomalies in the Functional Testing of the ERTMS/ETCS Trackside System[C]. Proceedings of the Ninth IEEE International Symposium on High-Assurance Systems Engineering(HASE’05),2005.

[3] 宋沛东，张 勇. CTCS 3仿真测试平台—RBC仿真子系统的设计与实现[J]. 中国科技信息，2008（1）： 100-101.

[4] 王春花. 无线闭塞中心的测试方法研究[D]. 北京：北京交通大学硕士论文，2008，6.

[5] 章 慧，张 勇. CTCS3级列控系统车载设备测试方法研究[J]. 铁路计算机应用，2008，17（4）：23-27.

[6] 徐 丽，张 勇. CTCS3级列控系统车载设备仿真子系统的设计与实现[J]. 铁路计算机应用，2008，17（5）：8-11.