CTCS-3级应答器报文信息解码仿真研究

刘 洋

（兰州交通大学 自动化与电气工程学院，硕士研究生，甘肃 兰州 730070）

随着我国高速铁路的迅速发展，在目前开通的线路中已经运用了CTCS-3级列车运行控制系统（Chinese Train Control System，简称 CTCS），所以列车的行车安全变得尤为重要。在现在的CTCS-3级列控系统的地面应答器仿真平台中，报文信息展现的结果往往很复杂，不够清晰、明了、准确，这就使对行车安全产生极大的隐患，所以研究一个交互界面，去把这些报文信息更直观地展现出来，从而降低工作量，能够直观、明了地了解报文信息，成为一个重要的课题。

对此，我国的科研学者们做了大量的研究（见参考文献[1]～[4]），其中文献[1]对CTCS-3级的仿真平台系统作了研究，文献[2]～[4]都对应答器报文的编制做了一定的研究。本文从CTCS-3级的应答器报文信息的结构分析入手，并利用Visual C#平台对应答器的报文信息解码进行仿真研究。仿真结果证明，利用Visual C#平台可以使报文信息更加直观地显示出来。

1 应答器报文信息的结构组成

1.1 CTCS-3级系统中的应答器 在CTCS-3级列控系统中，地面应答器是一种可以发送数据报文的高速数据传输设备[5]。应答器安装在轨道中间，通过它的天线环路接收列车上的应答器天线传输的电磁能量。当列车经过时，应答器会以编码信息的形式将信息送到车载应答器系统。

应答器分无源应答器和有源应答器2种。其中无源应答器提供的信息主要包括线路的坡度、闭塞分区或轨道电路长度、载频、线路固定限速等信息；有源应答器接收车站列车控制中心的信息，并向列车传送，信息包括进路信息和临时限速信息，地面电子单元（LEU）相当于功率放大器。而每一个应答器在全国铁路网上具有唯一性，铁道部专门制定了点式应答器编码规则，包括信息包定义、报文设计原则、应答器用户报文构成等。

1.2 CTCS-3级应答器中的报文信息结构 应答器报文信息又叫做信息帧。应答器用户报文信息结构，由帧标志、用户信息包、信息结束组成。其中帧标志由10个变量组成，共50 bits位。包括信息传送方向、版本编号、信息传输媒介、本应答器在组中的位置等信息；用户信息包有772 bits位，包括信息包标识码NID_PACKET、验证方向Q_DIR、信息包位数L_PACKET、距离/长度的分辨率Q_SCALE和其它表示信息的一系列变量；信息结束为11111111表示报文（信息帧）结束，总共830 bits。

报文的主体部分是用户信息包，根据实际需要有下面的1个或几个不同的信息模块组成。应答器链接、线路坡度、线路速度、等级转换、特殊区段、调车危险、轨道区段、临时限速、反向运行、大号码道岔、默认报文。其中主体信息模块包括应答器链接、轨道区段、临时限速等部分。

2 应答器报文信息解码的实现过程

2.1 应答器报文信息解码的流程 根据应答器报文信息的结构以及铁道部编制的应答器报文信息组成规范，设计出报文信息的解码流程（见图1），将应答器报文信息的字符串解码。

图1 应答器报文信息解码流程图

2.2 基于Visua lC#的报文信息解码编程的实现 Vi⁃sual C#是一种面向对象的编程语言，其功能强大，类型安全，在界面显示方面较其他编程语言有较大的优势，所以利用Visual C#对应答器报文信息进行编程，可以达到直观清晰显示的效果。

由解码的流程图和编程的总体框架，利用Visu⁃al C#平台对应答器的报文信息编程。解码程序由外部输入按要求的字符串，首先判断每个字符是否是要求的0-9，A-F；然后舍去其他字符，将符合要求的字符转换成二进制代码；而后开始解析这个报文的信息帧；解码过程是用照取数据的方法，按CTCS-3的应答器报文定义，按照位数取数据并赋值，将信息帧解析出来后切除解码完的数据；而后判断下面8位二进制数据是哪个信息包的信息表示码，判断之后进入符合的信息包（例如应答器链接，其他的解码部分相同）进行按位取数据并赋值的方法解码，并在这个信息包结束后判断下面8位是哪个信息包的包头，如果是CTCS数据包，则取出CTCS数据包中的CTCS数据的信息标识码9位转入CTCS判断过程，判断之后进入相应的CTCS信息包进行解码，解码过程与应答器链接相同，直到有一个包结束后8位是“11111111”，解码结束。

实际上，解码程序就是一个截取数据并赋值，而后把已经赋值的数据切除，反复的截取-赋值-切除，最后将所有的赋值存储下来的过程。在最开始解码每个信息包的时候，由于会出现循环套循环的复杂情况，曾有2种截取数据的方法：一种是计算需要的数据，定义一些变量，以每次循环后变化变量的值，变化下一次截取数据的起始和结束，在信息包结尾将此包的数据切除；另一种方法是每截取一点就切除一点，边解码边切除，保证每次截取的起始位都是第一位。

2.3 基于Visua lC#的报文信息解码的界面搭建 根据应答器的报文信息，先在Visual C#中建立应用程序，将信息包中的各个组件以控件的形式搭建在界面上，并创建输入控件和输出控件，建立人机交互界面。其界面形式如图2所示。

图2 应答器报文信息解码界面

3 仿真结果和分析

将编写好的程序加载到界面当中，输入一段实测的报文信息，例如输入消息：

输入后的显示结果，如图3所示。

图3 应答器报文信息解码仿真结果

根据仿真结果，此报文信息的基本组成可以在图3中得知。在应答器信息概览中可以看到此报文信息中包括5个信息包，分别是应答器链接包、坡度信息包、线路速度包、文本信息包和里程信息包。在信息帧中可以看出应答器的种类、大区编号、分区编号、应答器组编号等信息。在应答器的各个信息包中，也可以看到包括验证方向、信息报位数、距离/长度分辨率等信息，以及每个信息包中所包含的特有信息。例如应答器链接包中显示了应答器组的编号、列车通过被链接应答器组时的运行方向、当链接失败时ATP采取的措施等；坡度信息包中包含了坡度识别信息和安全坡度信息；线路速度包中包含了线路最大允许列车运行速度的信息；文本信息包中包含了显示消息的种类、应显示文本的区域长度、文本显示的时间等信息；里程信息包中包含了线路公里标距离参考应答器的偏移量信息、线路公里标计数方向以及线路公里标参考点信息。经过实测验证，结果完全正确。

仿真结果显示，程序能够正确的显示出应答器报文信息的内容，并且根据不同的选项卡显示不同的报文信息内容；在报文显示方面，也非常的清晰和简洁，相比于传统的报文显示方法有一定的提高。

4 结束语

根据用户对应答器报文的显示需求，我们提出解决方案，即利用C#编程，使用基本C语言语句，对于编解码程序进行构思，画出流程图。将编写好的程序和界面，展示报文信息编解码的过程。从仿真结果可以看出，通过界面的显示，报文信息更加的直观和清晰，效果更好。

[1]季学胜，唐涛.CTCS-3级列车运行控制系统综合测试平台研究[J].铁道通信信号，2007，43（7）：1-3

[2]王磊.应答器报文在CTCS中的定义与应用[C].北京交通大学机电学院，2007

[3]刘志刚.CTCS-2级应答器报文编解码系统的仿真研究[J].铁路计算机应用，2010，19（4）：4-7

[4]庞东明.应答器报文编制与管理软件的研究[C].北京交通大学电子信息工程学院，2008.

[5]成登高.中国列车运行控制系统（CTCS）技术简介[J].科技情报开发与经济，2007，17（32）：275-276