应答器报文容量超限解决方案探讨

任强，刘江沙

应答器是铁路信号系统的基础设备,是一种点式信息传输设备［1］,主要用于向列车车载发送相关的上行链路数据（报文）。地面应答器包括无源应答器和有源应答器,其中有源应答器发送的报文包括应答器链接、线路速度、轨道区段、临时限速、默认、目视行车危险等信息包［2］。

在标准站内建立侧线通过进路、发车进路时,进站、出站应答器需发送［ETCS-5］、［ETCS-27］、［ETCS-68］、［CTCS-1］、［CTCS-2］信息包,各信息包内容如下。

1）［ETCS-5］:应答器链接信息包［3］。主要内容为被链接应答器的相关信息,如应答器组与前一组的地区关系、是否链接成功等。

2）［ETCS-27］:线路速度信息包。主要内容为所描述的速度信息起始点的坐标、线路最大允许列车运行速度等。

3）［ETCS-68］:特殊区段信息包。主要内容为特殊轨道区段的长度、特殊轨道区段定义等,可以反映前方分相区信息。

4）［CTCS-1］:轨道区段信息包［4］。主要内容为描述的轨道区段起始点的坐标、轨道区段数量、轨道区段长度、轨道区段载频等。

5）［CTCS-2］:临时限速信息包［5］。主要内容为临时限速信息有效区段长度、到临时限速区段的距离、临时限速区段长度、临时限速的限制速度等。

1 应答器报文容量超限问题

在高铁线路和普速铁路线路的连接车站,由于轨道区段过多,且存在分相区［6］,在排列弯进直出进路时,会出现进站应答器报文容量超限的情况。当正线股道布置出站有源应答器且股道设置高站台时,建立发车进路,在区间发车口下达多条临时限速,正线出站有源应答器报文将会出现容量超限问题,若此时按照侧线进行缩回处理,在特定场景下车载会触发紧急制动,影响行车效率。本文就此问题进行分析,提出扩展［CTCS-2］信息包的解决方案,在下达多条限速时正常发送临时限速,不会出现按照侧线应答器信息实施限速缩回处理［7］的场景。这里只针对目前存在的特定场景下的应答器报文容量超限问题,提出解决方案；在其他实际场景的应用中,需进一步结合周围环境,分析并选择相应的实施方案。

2 进站应答器容量超限解决方案

在CTCS-3级某客专线路中,A站是高铁线路与普速铁路的连接车站,其车站平面示意见图1。A站共含4条正线,与B站、C站、D站相邻,其中C站、D站为高速站,B站为线路所。A站的XX和XXF口为普速联络线正线进站口,连接普速线路边界车站B站（线路所）；SI和SII处由于存在图定转线作业,已分别增加设置一个有源应答器BSI和BSII。由于A站轨道区段较多,且存在分相区,此时排列弯进直出进路时存在应答器报文容量超过最大允许容量的情况,需要对此提出解决方案。

图1 A站站场平面示意

2.1 进站应答器报文容量分析

A站在排列XX-IG-SF进路时,有源应答器BXX需填写［ETCS-5］、［ETCS-27］、［ETCS-68］、［CTCS-1］、［CTCS-2］信息包［8］。其中:［ETCS-5］包 需 链 接4个 应 答 器,共186位；［ETCS-27］包 描 述3段 速 度 信 息,共114位；［ETCS-68］包 描 述1个 分 相 区,共65位；［CTCS-1］包需要描述10个轨道区段信息（包括已合并后的轨道区段）,共309位；［CTCS-2］包需打包1条限速,共107位；合计781位。

目前最大用户信息包位数为772位,若此时依然按照最大数量填写,将超出应答器最大位数,只能压缩［CTCS-1］包。［CTCS-1］包的描述范围至0575G,距SF发车口4 459 m,描述轨道区段信息共9个,见图2。

图2 有源应答器BXX的［CTCS-1］包描述范围示意

在缩减［CTCS-1］包的描述范围后,通过车载实验结果发现:排列XX-IG-SF进路后,有源应答器BXX信息包长度描述不足导致减速（255＞219）,影响行车效率。

为解决有源应答器数据包容量超限问题,可以从“扩展［CTCS-1］包”和“缩短［CTCS-1］包”2个角度出发。“扩展［CTCS-1］包”:压缩其他数据包空间,为［CTCS-1］包保留位数。“缩短［CTCS-1］包”:缩短所需要的［CTCS-1］包的长度,使当前描述的长度满足不降速运行要求。根据以上2个思路,提出以下方案。

2.2 扩展[CTCS-1]包

为了解决车载降速问题,需增加BXX应答器中［CTCS-1］包的描述范围。经过试验发现,当［CTCS-1］包描述范围至0601G时,可满足不降速条件。此时BXX应答器中［CTCS-1］包描述范围为6 341 m,描述轨道区段信息共10个,见图3。

图3 增加BXX应答器［CTCS-1］包描述范围

为了给BXX应答器［CTCS-1］包保留足够的位数,需要削减其余各包的数量。新增一段轨道区段信息需要24 bits。因此,需要至少删减其他包的24 bits数据。

1）删除BXX应答器［ETCS-68］包信息。有源应答器BXX的［ETCS-68］包主要是描述前方分相区的信息。在本站内当前进路方向,BSF应答组和B0573应答组中的无源应答器内也含描述正向有效［ETCS-68］包,BSF应答器组到分相区的距离为3 011 m,足以保证列车过分相信息描述；且该进路中XI信号机防护唯一发车进路,可在正线出站无源应答器BXI中增加正向有效的［ETCS-68］包,来进行分相区的信息描述。由于在通过进路内存在其他2个应答器组冗余描述了前方分相区信息,可选择删除BXX应答器中的［ETCS-68］包,以扩展［CTCS-1］包。

［ETCS-68］包共65 bits,容量超出了［CTCS-1］包需要增加的24 bits,此时可以保证BXX应答器描述的轨道区段信息包长度,保证列车不降速。

在A站实际应用中采用了此方案,删除了BXX应答器的［ETCS-68包］,由无源应答器补充相应的［ETCS-68］包信息,在实际车站动态试验过程中,可保证列车不降速通过。

2）缩 减BXX应 答器［ETCS-5］包 信息。BXX的［ETCS-5］包覆盖BXX至BSF（含）范围内所有的应答器组,共计4个应答器链接信息。可将［ETCS-5］包缩短至反出站有源应答器处（BSI）,由无源应答器BSI增加［ETCS-5］包,链接范围至BSF（含）。此时BXX应答器中［ETCS-5］包只保留一个应答器链接信息。

一个应答器链接信息共39 bits,删除两个链接信息即可增加78 bits,超出［CTCS-1］包需要增加的24 bits,此时可以保证BXX应答器描述的轨道区段信息包长度,保证列车不降速。

2.3 缩短[CTCS-1]包

针对A站图定转线作业的特定场景,由于反出站设置一个有源应答器,因此可以通过在反出站应答器组中新增列控中心补充发送有源应答器信息,其中BSI、BXX应答器［CTCS-1］包信息范围见图4。

图4 A站图定转线作业特定场景示意

BXX应答器报文在不修改［CTCS-1］信息包及其他各信息包的条件下,可以在BSI中增加［CTCS-1］包补充信息,即排列XX-IG进路时,BSI应答器除了发送往SI方向绝对停车包外,增加往XI方向的［CTCS-1］包信息,覆盖范围至0601G。

此时,车载将在BSI应答器处更新［CTCS-1］包信息,更新后的轨道区段信息可以覆盖0601G,保证车载不降速。

3 出站应答器容量超限解决方案

在某客专线路中,E站正线股道设置有源应答器,其车站平面示意图见图5。E站共含2条正线,排列发车进路后,XF口外方下达限速时,出站应答器报文容量超过最大允许容量,会按照侧线出站有源应答器进行限速回缩［9］处理,车载将触发紧急制动,需要对此提出解决方案。

图5 E站站场平面示意

E站在排列SII-XF进路时,有源应答器BSII需填写［ETCS-5］、［ETCS-27］、［ETCS-68］、［CTCS-1］、［CTCS-2］信息包。其中:［ETCS-5］包需链接1个应答器,共69位；［ETCS-27］包描述4段速度信息,共142位；［ETCS-68］包描述1个分相区,共65位；［CTCS-1］包需要描述12个轨道区段信息,共357位；［CTCS-2］包至少打包1条限速,共107位；合计748位。

目前最大用户信息包位数为772位,此时还未超出应答器位数,但是建立SII-XF发车进路后,当在进路内下达限速命令时,每增加一条限速命令需要38 bits；当下达2条限速命令时,超出了应答器信息包位数的最大范围,故按照侧线出站有源应答器限速缩回处理。［CTCS-2］包限速范围见图6、图7。当车载设备在进站应答器处获取实际距离、长度的限速命令时,正线限速提前缩回将导致列车制动［10］。

图6 实际限速范围

图7 回缩后限速范围

为了解决车载限速范围回缩的问题,且提高行车效率,需增加BSII应答器中［CTCS-2］包内包含的限速条数。根据相关规范要求,［CTCS-2］包需保留4条限速信息的位数。为了给BSII应答器［CTCS-2］包保留足够的位数,则需要减少其余各包的数量。新增一段限速信息需要38 bits,按要求需要增加3条限速,因此,需要至少删减其他包的114 bits数据。

1）删除［ETCS-68］包信息。有源应答器BSII的［ETCS-68］包主要是描述前方分相区的信息。由于SII信号机只防护唯一发车进路,在BSII组内的无源应答器中增加的正向有效的［ETCS-68］包,来进行分相区的信息描述,同时在BXF组中的无源应答器内也含描述正向有效的［ETCS-68］包,足以保证列车过分相信息冗余,因此可选择删除BSII有源应答器中的［ETCS-68］包,以扩展［CTCS-2］包。

2）合并［ETCS-27］包信息。出站应答器BSII的［ETCS-27］包的范围见图8。在本站内,建立SII-XF正线发车进路,当［ETCS-27］包中远端闭塞分区内存在多个速度变化点,且远端的允许速度高于近端的允许速度时,为了可以给［CTCS-2］包预留空间,可以将远端的轨道区段按照低速进行合并,如图9所示。其中［ETCS-27］中一个速度信息是28 bits,可以给［CTCS-2］包预留出28 bits。

图8 BSII应答器轨道区段合并前［ETCS-27］包范围

图9 BSII应答器轨道区段合并后［ETCS-27］包范围

3）合并［CTCS-1］包信息。出站应答器BSII的［CTCS-1］包的范围如图10所示,为了可以给［CTCS-2］包预留空间,BSII应答器组中可对数据冗余部分由远及近对各闭塞分区内的轨道区段进行合并,但应至少保留离去区段的信息。在本站内,远端的两个闭塞分区内均存在多个轨道区段,因此可以将同一个闭塞分区内的轨道区段进行合并,如图11所示,可以预留出3个轨道区段,一个轨道区段是24 bits,与删除的［ETCS-68］包、合并的［ETCS-27］包一共可以空出165 bits,此时可以保证BSII应答器［CTCS-2］包的限速范围。

图10 BSII应答器轨道区段合并前［CTCS-1］包范围

图11 BSII应答器轨道区段合并后［CTCS-1］包范围

4 结论

本文对不同场景下的应答器报文超限问题进行分析。排列弯进直出进路,进站应答器容量超限时,提出保证列车不降速通过的解决方案,从删减其他信息包和新增轨道区段范围入手,分别针对不同场景实现了存在分相区和图定转线场景下的数据包压缩方案和轨道区段包延长方案。正线股道布置有源应答器且股道设置高站台,报文容量超限时,为了不进行侧线限速缩回处理,提出扩展［CTCS-2］包的解决方案。