CTCS-2至CTCS-3等级转换的研究及仿真

曹雅鑫

（西南交通大学 信息科学与技术学院， 成都 610031）

CTCS-2至CTCS-3等级转换的研究及仿真

曹雅鑫

（西南交通大学 信息科学与技术学院， 成都 610031）

分析CTCS-2级转换至CTCS-3级的具体流程以及转换过程中的车地信息交互。以西南交通大学CTCS-3级列控系统仿真平台为研究对象，针对该系统CTCS-2级至CTCS-3级等级转换的功能空缺，在车载子系统中增加等级转换控制模块，完善地面子系统相关功能，并对CTCS-2级至CTCS-3级的等级转换功能进行仿真测试。结果表明，该平台能够正确地完成CTCS-2级至CTCS-3级的等级转换，实现等级转换过程中超速防护功能及司机提示功能，并对等级转换过程中车地仿真消息进行实时记录和显示。

CTCS；等级转换；仿真平台

CTCS-3级（简称：C3）列控系统与CTCS-2级（简称：C2）列控系统是中国列车运行控制系统（CTCS，Chinese Train Control System）的重要组成部分。C3级列控系统集成C2级列控系统，在一定线路条件下，要进行C2级与C3级列控系统的等级转换。C3级列控系统总体技术原则将等级转换场景作为14个主要场景之一，并给出车载设备等级转换过程和列控系统应遵守的原则[1]。本文对C2级至C3级等级转换流程以及等级切换过程中车地信息交互进行了详细研究。以西南交通大学C3级列控系统仿真平台为依托，开发等级转换仿真平台，对 C2级至C3级的正常转换过程进行了仿真。

1 C2至C3等级转换原理

1.1 C2级切换至C3级流程

C2级转换至C3级过程中需设置GSM-R网络连接注册信息应答器组（GRE）、无线闭塞中心（RBC）、连接应答器组 （RL），等级转换预告应答器组（YG）、等级转换执行应答器组（ZX）。

当列车经过GRE应答器组时，车载设备根据GRE应答器组报文信息注册到正确的GSM-R网络。

当列车运行至RL应答器组时，车载设备按照RL的信息呼叫RBC，之后RBC会向车载系统发送位置报告参数和行车许可参数，车载系统向RBC反馈确认信息并报告列车位置，至此车载设备与RBC的连接建立完成。

列车经过YG应答器组，车载设备收到YG发送的定位信息后向RBC报告列车位置，RBC向车载发送行车许可以及等级转换信息。

在通过ZX应答器组时系统执行等级转换，切换为C3级控车单元，此后以C3级速度–距离模式曲线进行超速防护，至此C2级至C3级的等级转换完成。

1.2 等级转换过程中超速防护和司机提示

在C2级转换为C3级过程中，当列车距转换边界一定距离（列车需走行5 s），车载设备将请求司机确认即将进行的转换，列车等级转换后5 s内允许司机继续进行确认。若司机在整个过程中不进行确认，则触发最大常用制动，司机确认后缓解[2]。

在等级转换过程中，当前控车单元与目标控车单元实时通信，当前控车单元将实际速度与目标控车单元计算的允许速度相比较，当实际速度高于允许速度时，则由当前控车单元触发常用制动，待实际速度降至目标控车单元允许速度以下再进行等级切换。

2 C2级转换至C3级的数据交互流程

C3级列控系统中，车地传输信息基于变量、信息包、消息和报文[3]。C2级向C3级转换时，车地信息主要通过RBC和应答器来传输。列车到达GRE应答器组，收到P45信息包，利用其中的无线网络标示号NID_MN注册相应的GSM-R网络。

之后列车到达RL应答器组，收到P42信息包，车载设备利用其中的RBC标识号NID_RBC和无线电话号码NID_RADIO向RBC发送连接请求，之后经过3个无线消息M155、M32、M159交互后与RBC建立连接。

紧接着RBC通过M24消息中包含的P57，P58信息包向车载传递行车许可参数和位置报告参数，列车收到该消息后通过M129中的P0信息包向RBC报告位置。之后RBC通过M24中的P3信息包向车载传递其它配置参数。在参数配置完成后车载设备和RBC周期发送M136和M24消息，等待列车到达YG应答器组。

当列车收到YG应答器组的P79信息包后，车载设备根据此信息包中的位置信息向RBC报告列车位置。RBC随后向列车发送M3消息，此消息包含等级转换命令信息包P41，该信息包中变量D_ LEVELTR和M_LECELTR分别表示距等级转换点的距离和将要切换的等级，列车在到达ZX时根据此信息自动执行等级转换。在M3消息中还包含行车许可信息包P15，此为转换过程中列车第1次收到RBC的行车许可信息。

列车到达ZX应答器组后接收ZX应答器组发送的P79信息包，列车根据已经接收到的等级转换信息在此处执行等级转换。至此等级转换完成。在等级转换过程中，YG与ZX应答器组均不传递等级转换信息，仅传递定位信息。C2级切换至C3级的数据交互如图1所示。

图1 C2级切换至C3级数据交互示意图

3 等级转换仿真平台的设计与实现

3.1 等级转换仿真平台结构

C3级列控仿真平台包括车载子系统与地面子系统。车载子系统可以对列车运行过程中动力学参数仿真计算，根据相关信息生成超速防护曲线，并通过列车界面显示模块显示相关信息。地面子系统实现车站及区间的轨道电路编码、移动授权的计算、车站进路控制、临时限速管理、应答器报文的存储与发送、全线运行显示等功能。

本文以C3级列控仿真平台为基础，为其增加等级转换功能。在地面子系统的列控中心模块中增加与等级转换相关的应答器组。在车载子系统中增加等级转换控制模块，该模块根据接收的地面信息实现C2至C3控车单元的切换、速度比较和司机提示功能，亦可实时显示等级转换过程中列车状态参数和车地信息交互内容。等级转换仿真平台的总体框架图如图2所示。

图2 等级转换仿真平台的总体框架图

3.2 等级转换仿真平台应答器设置

在系统原有应答器的基础上，增设与等级转换相关的应答器组。列车等级切换应避免在制动过程中进行，故等级转换区域应该尽量设置在区间。假设列车以C2级列控系统的最高速度250 km/h运行，依据CTCS-3级技术规范中无线覆盖范围的要求，并结合仿真线路相关参数条件，确定相关应答器位置。仿真线路上等级转换相关应答器设置如表1所示。

表1 等级转换应答器设置表

3.3 等级转换仿真平台仿真消息设计

在实际的列车等级转换过程中涉及到一系列的信息交互，仿真系统中地面应答器报文在原有系统中已经设计，因此本文重点设计RBC与车载设备的仿真消息。在等级转换仿真平台中设计4个仿真消息，其中，D1用来与RBC建立连接并传递相关配置参数，D2向RBC报告列车位置，D3传递等级转换命令信息，D4用于列车注册GSM-R网络。系统中车地通信通过Socket实现，各仿真消息中变量以字符串形式传递。仿真消息设计如表2所示。

表2 仿真消息设计表

3.4 仿真平台等级转换流程

在C2级转换至C3级的仿真过程中，车载设备收到GRE应答器组报文后向地面发送D4消息注册GSM-R网络。收到RL应答器组报文后通过接收地面发送的D1消息与RBC建立连接，由等级转换控制模块启动C3控车单元。列车收到YG应答器组的报文后向地面发送D2消息报告列车位置，RBC向车载设备发送D3消息报告等级转换信息。列车到达ZX应答器组所在位置后，等级转换控制模块关闭C2控车单元，等级转换完成。C2级至C3级等级转换流程如图3所示。

图3 C2级至C3级等级转换流程

3.5 等级转换控制模块工作流程

等级转换控制模块在车载系统接收到地面发送的D1消息后启动C3控车单元，C3控车单元为列车计算C3级超速防护曲线。之后等级转换控制模块会比较列车行驶速度与C3级控制单元的允许速度，如果当前列车速度超过允许速度，则等级转换控制模块通过C2级控车单元使列车制动，直至列车速度低于允许速度。同时，等级转换控制模块还实时监测列车位置，当列车位置处于司机提示区时通过文字和报警音在车载界面显示模块中给出相应表示，若司机始终未进行确认，则列车触发最大常用制动。等级转换控制模块工作流程如图4所示。

图4 等级转换控制模块工作流程图

3.6 等级转换仿真平台测试

测试过程中首先启动地面子系统，初始化地面子系统中的线路以及相关应答器信息。之后启动车载子系统，车载子系统启动时等级为C2级，此时车载界面显示模块中显示控车单元为CTCS-2，无RBC连接，最大允许速度250 km/h，移动授权的长度为10个闭塞分区长度。当切换完成后，车载界面显示模块显示此时控车单元为CTCS-3，与RBC建立连接，最大允许速度为350 km/h，移动授权距离增加至15个闭塞分区的长度。当列车处于司机确认区，要通过文字和警报音对司机进行提示，司机需按压右侧警惕按钮对等级转换操作进行确认。列车等级转换前后DMI对比如图5所示。

图5 等级转换前后车载显示界面

在等级转换仿真平台运行过程中，等级转换控制模块实时记录等级转换过程中的车地信息交互以及列车状态等信息，可以对等级转换过程中各模块的工作情况进行实时记录研究。

4 结束语

本文对C2级至C3级转换流程、车地信息交互等问题进行了详细的研究，以西南交通大学C3级列控仿真平台为依托，实现了C2级至C3级等级转换功能，可仿真列车从C2级转换至C3级的全过程，转换过程中根据虚拟消息对控车单元进行切换，对列车进行超速防护，并提示司机对等级转换进行确认。该平台为今后研究列车等级转换过程提供了参考。

[1] 中华人民共和国铁道部.科技运34号 CTCS-3级列控系统总体技术方案[S].北京：中华人民共和国铁道部，2008.

[2] 中华人民共和国铁道部.运基信号170号 CTCS-2/CTCS-3级列控系统等级转换应用原则(V1.0)[S].北京：中华人民共和国铁道部，2011.

[3] 中华人民共和国铁道部.科技运127号 CTCS-3级列控系统需求规范(SRS)[S].北京：中华人民共和国铁道部，2008.

责任编辑 陈 蓉

Level transition from CTCS-2 to CTCS-3

CAO Yaxin
( School of Information Science and Technology,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China)

The detail information exchange and the process of the level transition from CTCS-2 to CTCS-3 were expounded in this article.The simulation platform of the CTCS-3 was taken as the research object.Because the existing system was lack of the level transition function,the level transition controlling module was added into the train-mount system to improve relevant functions of the ground system.The simulation test showed that the simulation platform could correctly complete the level transition from CTCS-2 to CTCS-3,implement the function of speed protection and driver confrmation in the process of level transition,record and display the simulation message between the train and ground equipment.

CTCS;level transition;simulation platform

U284.48∶TP39

A

1005-8451（2016）01-0044-04

2015-06-04

曹雅鑫，在读硕士研究生。