高速综合检测列车ATP监测分析系统研究

刘晓亮，高利民，杨吉，杨树忠

（中国铁道科学研究院基础设施检测研究所，北京100081）

高速综合检测列车ATP监测分析系统研究

刘晓亮，高利民，杨吉，杨树忠

（中国铁道科学研究院基础设施检测研究所，北京100081）

车载设备作为CTCS-3级列控系统的重要组成部分，是列车行车安全的重要保障，为实时监测高速综合检测列车车载设备的运行状态，专门研发了ATP监测分析系统。介绍ATP监测分析系统基本概况，重点描述系统的主要功能、关键技术及运用情况，该系统可协助发现列车运行过程中的异常情况，辅助分析轨道电路和应答器问题。

高速综合检测列车；车载设备；ATP；监测；司法记录器

高速综合检测列车以高速动车组为载体，装备专用的检测系统，为时速200km及以上高速铁路实施定期检测，对轨道、接触网、通信、信号等基础设施状态变化规律做出评价。高速综合检测列车提升了基础设施状态的检测效率，可以指导基础设施状态现场养修，对保障高速铁路安全高效运营具有十分重要的作用[1-2]。

信号检测系统作为高速综合检测列车检测系统的一个子系统，具备对CTCS-3级（简称C3）兼容CTCS-2级（简称C2）轨道电路、补偿电容、牵引回流、应答器实时检测及ATP监测等功能，其中ATP监测分析系统可实时监测车载设备的运行状态，将车载设备发生的各类故障事件进行统计报警，并可辅助分析轨道电路和应答器问题。

1 ATP监测分析系统简介

ATP监测分析系统通过以太网线与列控设备动态监测系统（DMS）连接，采用TCP通信协议进行数据传输，其中DMS为客户端，ATP监测分析系统为服务器，建立通信连接后，DMS将接收到的车载设备司法记录器（JRU）数据实时传输给ATP监测分析系统。ATP监测分析系统接收数据原理见图1。

ATP监测分析系统按照相应规范[3-4]对接收到的JRU数据进行解析，得到列车实时运行状态相关信息，包括列车运行速度、公里标、时间、运行等级、工作模式、制动输出等信息，并将车载设备的各类故障事件进行统计报警。

图1 ATP监测分析系统接收数据原理

2 主要功能

ATP监测分析系统采用分层结构、模块化设计，易于扩展和维护。其系统功能模块见图2。

图2 ATP监测分析系统功能模块

各模块功能如下：

（1）配置管理功能。系统具有配置数据，其中包含1端和8端接收数据的IP和端口，以及保存文件的目录和检测车车号等数据，系统在开始运行时应读取此配置数据。

（2）选端操作功能。系统在开始运行时，具有选择列车运行端1端或8端的功能，根据选端结果接收相应运行端数据，并在程序界面上显示选端结果。

（3）数据接收功能。系统通过TCP通信协议进行数据接收，并可显示数据接收状态。

（4）实时分析功能。系统通过接收DMS转发的JRU数据，并对数据进行解析，将解析后的数据内容实时显示在系统界面上，监测列车的运行状态。

（5）回放分析功能。系统能打开历史测试数据，并加载显示此数据的所有信息，表格、图形和文本可以联动分析，并具有自动回放功能。

（6）数据保存功能。系统将接收到的数据保存在以一定格式命名的文件中，数据保存为.dat和.txt两种格式。

（7）数据导出功能。系统可将解析后的C2数据、C3数据、无线消息、应答器、DMI文本及报警信息等数据导出。

3 关键技术

3.1 应答器报文解析

应答器报文由帧标志、用户信息包和信息结束组成，由于用户信息包种类较多，且每条报文包含用户信息包的数量不固定，应答器报文解析的工作量和难度都较大，因此分析系统将应答器报文的帧结构和用户信息包的每个变量以节点形式保存在XML文件中，并将每个变量的名称、所占位数、说明及取值作为节点属性。XML文件节点的属性定义见表1。利用XML文件去解析应答器报文，不仅可减少代码量，降低解析报文难度，还可提高解析应答器报文的效率。

表1 XML文件节点属性定义

应答器报文是由JRU数据中的JRU-30包（应答器信息包1）和JRU-31包（应答器信息包2）2包数据内容组合而来，将组合的报文内容转化为二进制格式字符串，利用保存应答器报文所有内容格式的XML文件解析此字符串，就可正确完整地解析应答器报文。具体应答器报文解析流程见图3。

图3 应答器报文解析流程

3.2 联动分析

ATP监测分析系统对历史测试数据进行回放分析时，为了准确查找和定位故障发生的原因，必须对数据进行联动分析，即以时间为基准，使文本、图形和表格3个区域显示同一时间的值，将3个区域同一时间的测试结果结合起来辅助故障查找、定位和分析。联动分析共分为2种情况：

（1）当点击系统某一表格数据时，获取此条数据的时间值，图形显示区域、文本区域及其他表格的数据应跳转到对应此时间值的位置；

（2）当点击系统图形区域某位置时，获取此位置的时间值，文本区域和所有表格应跳转到对应此时间值的位置。

3.3 自动报警

ATP监测分析系统通过解析JRU数据，对JRU数据进行初步诊断和分析，得到ATP发生的故障事件，记录此故障事件的相关信息，并进行自动报警，报警内容主要包含4类：

（1）C3制动信息。包含车载设备C3主控单元输出的紧急制动命令和常用制动命令，记录这2类制动命令施加和缓解发生的时间和公里标。

（2）C3转C2。通过判断列车运行等级的变化，记录列车从C3降为C2的情况，包括列车降级发生的时间和公里标。

（3）应答器组错误。当发生应答器组错误的情况时，记录发生错误的应答器编号及错误类型、错误发生的时间和公里标。

（4）无线消息错误。当发生无线消息错误的情况时，记录此无线消息的错误类型及错误发生的时间、公里标。

ATP监测分析系统将ATP异常或故障事件记录在表格中，向检测人员自动报警，不仅可大量节约人为分析故障的时间，还可尽快确定故障原因和提高检测人员的工作效率。但ATP监测分析系统只能对车载设备发生的故障进行初步诊断、分析和报警，由于缺少地面设备数据，无法给出故障的具体原因。

4 系统运用及案例分析

4.1 系统运用

ATP监测分析系统在高速综合检测列车上进行了多次试用，能够正常接收数据并解析，对车载设备进行实时监测，实时监测显示界面见图4，界面主要分为文本、图形和表格3个区域，监测内容分别如下：

（1）文本区域监测内容包含速度、公里标、速度信息（包括列车当前速度、紧急制动速度、常用制动速度、列车允许速度、列车目标速度）、列车运营基础信息（包括车次号、监控模式、运营模式、机控状态、上下行线和过应答器）、轨道电路与应答器信息（包括列车所在轨道电路载频和低频及应答器编号）、距离信息（包括走行距离、目标距离）、起始时间、结束时间、C2包数和C3包数。

（2）图形区域监测内容主要包含速度信息、轨道电路信息（包含载频和低频）、应答器、制动曲线（包含C2主控单元和C3主控单元输出的制动信息）、列车运行等级、无线消息、公里标。

（3）表格区域监测内容主要包含C2数据、C3数据、无线消息、应答器、DMI文本、报警信息和错误数据。

ATP监测分析系统通过对以上内容的监测，可实时监测车载设备的运行状态，获取车载设备在运行过程中的故障，提高检测工作效率，对保障列车运行安全起到了重要作用。

图4 ATP监测分析系统实时监测显示界面

4.2 案例分析

2016年1月14日，高速综合检测列车在运行过程中输出紧急制动停车，利用ATP监测分析系统对当天测试数据进行回放分析，发现车载设备DMI显示文本“地面设备故障”，同时系统自动报警应答器组错误，共有4组应答器报错，错误类型为链接错误（M_ERROR=0），自动报警显示界面见图5，随即车载设备向无线闭塞中心（RBC）发送错误报告（P4包），报告应答器链接位置或编号错误，RBC向列车发送有条件紧急停车命令M15，车载设备C3主控单元输出紧急制动命令，导致列车停车。

图5 自动报警显示界面

对报错的4组应答器数据进行分析，4组应答器报文接收正确，但链接距离和列车走行距离不符。例如，应答器076-3-04-026与上一应答器链接距离为989m，但列车实际走行距离954m即接收到应答器信息，导致此应答器出窗。报错的4组应答器链接距离与列车走行距离的对比见表2。因此，判断故障原因为应答器出窗导致链接位置错误，从而车载设备报“地面设备故障”，导致RBC发送有条件紧急停车命令，列车紧急制动停车。

表2 报错的4组应答器链接距离与列车走行距离对比 m

5 结束语

ATP监测分析系统作为高速综合检测列车信号检测系统的重要组成部分，可实时监测车载设备的运行状态，协助检测人员发现列车运行过程中的异常情况，减轻检测人员劳动强度，对保障列车运行安全具有重要意义。ATP监测分析系统已在高速综合检测列车上进行了试用，系统稳定，达到了使用水平，但还需进一步研究车载设备的故障机理，增强系统智能分析、自动报警能力。

[1]康熊，王卫东，李海浪．高速综合检测列车关键技 术研究[J]．中国铁路，2012(10)：3-7．

[2]仲崇成，李恒奎，李鹏，等．高速综合检测列车综 述[J]．中国铁路，2013(6)：89-93．

[3]运基信号﹝2010﹞224号 CTCS-3级列控系统车载设 备司法记录器数据下载接口规范（V1.0）[S]．

[4]科技运﹝2010﹞21号 CTCS-3级列控系统应答器应 用原则（V2.0）[S]．

Study on ATP Monitoring and Analyzing System for High Speed Comprehensive Inspection Train

LIU Xiaoliang，GAO Limin，YANG Ji，YANG Shuzhong
（Infrastructure Inspection Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

Being an important part of the CTCS-3 train control system, the onboard equipment has quite an influence on operation safety of train. In this background, the ATP monitoring and analyzing system is developed to monitor the working status of onboard equipment of high speed comprehensive inspection train.The paper introduces the basic information about the system, and describes the main function, key technology and application cases in detail. This system can make auxiliary detection of abnormal situations during train operation and make auxiliary analysis of the problems from track circuit and balise.

high speed comprehensive inspection train；onboard equipment；ATP；monitoring；juridical record unit (JRU)

U284.4

A

1001-683X（2017）10-0064-05

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.10.064

国家重点基础研究发展计划（973计划）（2013CB329406）

刘晓亮（1988—），男，研究实习员，硕士。E-mail：liuxiaoliang@rails.cn

责任编辑 高红义

2017-06-21