列控车载设备“无码”问题研究

何镭强，袁水平，王文涛，于宝庆

1 基本概念

车载关键设备轨道电路读取器（TCR）接收并解译轨道电路信息，若最终解码结果为有效的信息码并被ATP所接受，参与控车模式曲线计算，则该解码结果为有码；否则为无码。在CTCS列控车载设备安全逻辑处理中“无码”是一个很重要的状态。无码的基本定义：在应答器预告地面有码（载频不为0）的情况下，若车载设备未收到有效的轨道电路信息码或无可用的轨道电路信息码，则车载设备处于无码状态，简记为NC。

车载设备由无码变为有码俗称“上码”，由有码变为无码俗称“掉码”。根据车载设备相关技术条件，在地面轨道电路信息一直有码的情况下，信息接收应变时间不大于3.5 s；在地面轨道电路信息从有码到无码的情况下，信息接收应变时间不大于4.8 s［1-2］。无码结果直接显示在DMI上，当接收信息由HU码或H码变为无码时显示红灯（H），其他情况下无码显示白灯（B）。

2 无码的分类

无码可按预期和非预期分类。预期的无码是指专门设计的无码区段，属于正常情况，如站内进侧线岔区无码等；而非预期的无码是指因设备故障（包括车载和地面）、人为操作失误、解码算法失败或安全逻辑判别不通过等原因造成的无码，属于异常情况。本文重点讨论后者，并以在CTCS-2级下的应用作为主要研究对象。为便于分析，非预期的无码状态可简单归为：故障无码（NCA）；解码失败（NCB）；定义无码，虽解码成功，但按无码处理（NCC）；逻辑无码，虽解码成功，但ATP判定为无码（NCD）4类。

2.1 故障无码NCA

故障无码通常是由于设备故障或操作错误引起的，发生在灵敏度判别阶段，其主要特征为所接收的信息不满足灵敏度指标。如发码设备故障、TCR天线断线、传输通道短路或区间改方错误等。解决方案是从地面和车载两方面排查故障点，保证轨道电路正常发码并达到灵敏度要求。

2.2 解码失败NCB

解码失败发生在TCR解码阶段。在基于频域解码的算法中，若谱线位置、峰值和对称性等指标超出设定阈值或未解译出集内码时，则解码失败。需要特别关注的是，在有较强带内谐波干扰的情况下，时域和频域灵敏度判别均会受到影响：时域波形畸变，频域谱线散乱。在此种情况下，解码输出无码是较为安全的措施。

2.3 定义无码NCC

定义无码是车载设备技术条件中规定的按无码处理的低频码，如检测码（JC码）和锁频码（SP码）。作为特殊信息，JC码仅用于轨道电路检查；SP码是一个暂态码，用于机车信号设备的载频锁定或切换，其自身无显示含义［3］。在CTCS列控系统中JC码定义为反向码，仅当与［CTCS-3］包结合使用时作为有码处理；而SP码在C2或C3区段可视为集外码，等同无码。JC码和SP码的有效性及相关处理由ATP判定。车载设备对其他轨道电路信息的处理须符合TB/T 3060—2016的要求。

2.4 逻辑无码NCD

逻辑无码是指根据车载安全逻辑或特殊设计判定的无码，是最为复杂的无码情况。如所接收的轨道电路载频与应答器［CTCS-1］包定义的不一致时，可按无码处理。

车载设备无码状态的形成是ATP和TCR共同作用的结果。从接收轨道电路信息开始，ATP或TCR启动无码计时器，一旦超时，则车载设备进入无码状态。非预期无码的形成见图1。

图1 非预期无码的形成

3 处理原则和控制模式

无码的处理与车载设备的可用性和安全性密切相关。在车载安全处理逻辑中无码状态作为安全侧，一旦发生与轨道电路信息接收相关的非预期情况，则必须进行相应处理，确保故障导向安全。

3.1 基本原则

1）无码制动原则。在应答器预告地面有码（载频不为0）的情况下，如果地面轨道电路信息为无码或25.7 Hz、27.9 Hz，则进行如下处理：①若无码之前为允许码，则输出最大常用制动；②若无码之前为HU码，则输出紧急制动［4］。

2）无码限速原则。在完全监控（FS）模式下，轨道电路信息为无码或25.7 Hz、27.9 Hz时，车载设备最高允许速度不超过80 km/h（在［CTCS-3］包描述的反向区段运行时的27.9 Hz除外）。

3.2 车载控制模式

车载设备相关技术条件规定了在以下控制模式下无码的安全要求［1］。

1）在部分监控（PS）和机车信号（CS）模式下，UU/UUS变无码后的限速最多维持1 500 m，若1 500 m后仍无码，则列车限速降为0并输出最大常用制动命令。

2）在引导（CO）模式下，HU码变无码，宜输出紧急制动命令。

3）在目视行车（OS）和调车（SH）模式下，轨道电路无码时车载设备无反应。

3.3 反向运行

车载设备相关技术条件中有关反向运行的规定均是在FS模式下提出的［1-2］。当列车在［CTCS-3］包描述的反向区段以FS模式反向运行时，如果地面轨道电路信息为无码或25.7 Hz，则进行如下处理：①若之前为允许码，则输出最大常用制动；②若之前为HU码，则输出紧急制动；③若之前为27.9 Hz，则输出最大常用制动。

当列车在［CTCS-3］包描述的反向区段以FS模式反向运行时，如果地面轨道电路信息为27.9 Hz，行车许可终点（EoA）为当前闭塞分区终点［5］。

3.4 技术规范

根据TB/T 3483—2017中关于CTCS-2控制模式的规定以及TB/T3529—2018，总结出无码与CTCS-2级车载控制模式的关系分别见表1和表2。由表1、表2可以看出，C3车载设备和C2车载设备在CTCS-2级车载控制模式下，其在技术规范层面是有所差异的，需在工程应用中加以关注。

表1 无码与CTCS-2级车载控制模式逻辑关系（TB/T 3483—2017）

表2 无码与CTCS-2级车载控制模式逻辑关系（TB/T 3529—2018）

4 特殊控制逻辑

4.1 载频一致性判别

ATP应对TCR接收到的轨道电路信息进行载频核对，若TCR接收到的轨道电路载频与应答器描述的载频不一致，车载设备应采取安全措施。载频一致性判别的重点是有载频的区段（载频不为0）以及有载频与无载频的衔接段，若地面设计预告在UU/UUS后存在无码区段（载频为0），车载设备可直接跳过无码区段内的载频检查，直接按无载频处理。

4.2 侧线接发车逻辑

根据文献［1］，在侧线接发车时应答器预告地面无码（载频为0）的情况下，在载频为0的轨道区段收到无码（含25.7 Hz、27.9 Hz），应认为行车许可终点为本闭塞分区末端。根据文献［2］，在接收UU码或UUS码之后，列车进入道岔区段，车载设备接收的轨道电路信息转为无信号时，将本闭塞的终点作为停车目标点计算。二者的差异是，前者强调了侧线接发车场景和无码的预期性，而后者强调只要满足UU/UUS后的无码场景即可。

4.3 轨道区段合并原则

当应答器组描述的数据超出应答器容量时，可将数据冗余部分由远及近地对各闭塞分区内的轨道区段进行合并，合并后的各闭塞分区载频为“无载频”，闭塞分区点不得进行合并［8］。这种特殊设计的“无载频”区段属于预期无码，但不宜设计在正线。因为在车载设备相关规范中规定，仅有条件地接受UU/UUS码后的无码，拒绝其他无码，即使是有应答器［CTCS-1］包描述“载频为0”。

5 NCD实例分析

本节通过CTCS-2级列控车载设备典型无码故障，重点分析无码成因以及车载设备的无码处理原则［9-10］。

5.1 预期无码触发的制动

以图2为例，列车（装备CTCS2-200C车载设备）从某站8G发车至本站21G接车，当列车进入21G后，触发最大常用制动后随即缓解。根据车载设备SAM记录数据初步分析：故障为FS模式下的无码触发的制动。

图2 无码故障触发制动示意图

列车接收到SH信号机处应答器组（038-1-04-002）［CTCS-1］包信息，预告列车走行35 m后为1 437 m的无载频区段，见图3。车载记录在无码状态下走行1 449 m后触发最大常用制动，接收到HU码后随即缓解。

图3 ［CTCS-1］包数据

进一步分析发现，地面设计的无码区段未超出1 500 m，符合相关规范。但由于车载上码和掉码的响应时间延迟和测速测距误差，加之地面其他响应时间延迟等因素，从车载角度难以精确地定位无码区段的长度，从而判定在有载频区段未接收到有效低频码，最终由预期无码演变为非预期无码而触发最大常用制动。

5.2 短轨道区段触发的制动

列车（装备CTCS2-200C车载设备）在某站发车后由L5码掉码，触发最大常用制动。列车速度为71.5 km/h，掉码2 s后正常上码，制动自动缓解。

5.2.1 ATP处理逻辑

200C车载设备轨道区段数据更新须满足以下条件之一：①当列车最小安全前端越过当前轨道区段终点+50 m时，列车所在当前轨道区段更新为下一轨道区段；②当ATP接收到下一个轨道区段载频并且下一个轨道区段进入更新窗口，列车所在当前轨道区段更新为下一轨道区段。

轨道区段更新窗口最小值Wmin为

轨道区段更新窗口最大值Wmax为

式中：Ptrain为列车位置；Emin为最小测距误差；Emax为最大测距误差；D1为TCR天线到车头距离；d为窗口参数，取值100 m。

5.2.2 故障分析

发生故障的轨道区段如图4所示，根据［CTCS-1］描述的轨道区段信息，车载设备依次通过轨道区段A（129 m/2 000 Hz）、B（177 m/2 300 Hz）、C（745 m/2 000 Hz）。

图4 L5掉码示意图

列车由A区段运行至B区段，当车载主控单元判断列车最小安全前端位置大于B区段起点时，发出锁频命令：上行变为下行；轨道电路信息接收单元此时开始B区段译码并保持A区段译码结果（L5/2 000 Hz）；在TCR尚未完成B区段译码过程，ATP已经开启下一轨道区段载频搜索的窗口，TCR新收到的载频命令为上行，根据ATP锁频命令重新开始译码，最终因超过无码判定时间而导致掉码，触发制动。掉码分析逻辑关系见图5。

图5 L5掉码分析逻辑关系

综上所述，掉码的主要原因是200C车载设备载频一致性检查逻辑与较短的轨道区段连续上下行载频切换设置不匹配所致。为此，提出通过适度调整车载设备窗口参数来优化载频处理逻辑的方案，并进行了试验室仿真测试。测试结果表明，适度调整窗口参数可有效解决该问题。

上述案例说明，除轨道电路信息码因素外，在特定条件下应答器信息接收、列车运行速度、车载测速测距误差等因素均可能影响车载设备信息接收，甚至出现无码。因此，ATP逻辑和参数的选择应统筹考虑，在保证安全性的基础上考虑可用性。

6 结束语

在列控系统应用中，车载设备“无码”是一种常见故障，现场车载设备掉码的原因错综复杂，对相关规范及典型案例进行深入分析和研究，对提高列控车载设备的可用性和安全性具有重要意义。本文给出了无码的基本概念和分类，并重点分析了NCD类无码，系统梳理了规范中有关无码的相关条款，最后通过典型实例，从车载角度深度解读了无码的处理原则。