枢纽复杂场景下无线超时问题优化方案

刘伟玲

（中国铁路南昌局集团有限公司电务部，南昌 330002）

随着高速铁路大规模的建设和开通，CTCS-3（简称C3）级列控系统得到大规模的运用，实现最高运营速度350 km/h，大大提高铁路的运输效率及安全。为保障列控信息传输的可靠性及安全性，C3列控系统根据计算机联锁（CBI）、临时限速服务器（TSRS）、无线闭塞中心(RBC)、调度集中（CTC）和列控车载设备（ATP）等提供的信息，生成列车行车许可（MA）等信息，并通过铁路数字移动通信（GSM-R）网络进行车-地信息交互，并辅以无线通信超时判断机制。因此，研究和减少无线通信超时故障，对保障动车组的持续安全运行具有重要意义。

为实现C3级列控系统跨线运行，在枢纽地区多线交汇车站需设置相邻RBC切换边界以实现列车控制权的安全切换，但枢纽站场情况复杂易导致C3与CTCS-2（简称C2）行车许可不一致而引发无线超时问题。以合福高铁上饶枢纽上饶站至上饶线路所段为背景，对在该段RBC移交过程中CTCS3-300T型ATP车载设备C3与C2行车许可不一致引发无线超时问题进行深入分析，探寻无线超时发生前各相关系统设备逻辑演化过程，以研究并比选解决问题的最优技术方案。

1 枢纽多线交汇车站上饶站C3级列控系统管辖情况

C3 级列控系统是基于 GSM-R无线通信实现车-地信息双向传输，由RBC生成MA，轨道电路实现列车占用检查，应答器实现列车定位，并兼具 C2 级功能的列车运行控制系统。当车载设备以C3级完全模式运行时，车载设备按周期或事件触发（如最近相关应答器组有更新等）向RBC发送位置信息，RBC按周期或事件触发发送一般消息，维系车-地正常通信。车载设备依据RBC分配参数值（默认20 s）来监督车-地的通信状态，如超过20 s没有收到RBC消息，则判断无线通信超时并输出最大常用制动；无线通信超时超过40 s未恢复且列车速度低于后台C2允许速度，或40 s内列车速度小于50 km/h且低于后台C2允许速度，则会提示司机降级，司机确认后降级为C2等级运行。在C3级线路，车载设备以C2等级控车最高允许速度下降为300 km/h，对运营效率带来一定影响。

上饶站是杭长高铁、合福高铁线多线交汇枢纽车站。其中，合福高铁上饶合福场由合福RBC6管辖，上饶线路所为杭长RBC4管辖，合福高铁上饶合福场经上饶东南联络线与杭长高铁上饶线路所连接。上饶枢纽RBC管辖如图1所示，上行线RBC管辖分界点为上饶东南联络线48信号点（坐标L2K4+831）、下行线RBC管辖分界点为上饶东南联络线49信号点（坐标L1K4+950）。列车由上饶合福场向上饶线路所运行时，需由合福RBC6（移交RBC）向杭长RBC4（接收RBC）进行移交，移交切换点即为管辖分界点。

2 枢纽多线交汇车站上饶站无线通信超时产生原因

无线通信超时产生原因较为复杂，涉及通信、信号等多个专业，按不同故障原因归类，C3无线通信超时产生的原因有车载设备故障、公网运营商外部干扰、GSM-R网内直放站多径干扰、通信设备（含基站、基站控制器、码变换和速率适配单元、移动交换中心设备及传输、电源等配套设备，部分区段还包含光纤直放站区间中继设备)故障以及RBC设备故障。

以上5类故障基本涵盖目前无线通信超时故障类别。区别于上述描述，基于上饶枢纽杭长高铁与合福高铁交汇、两线RBC切换点设置在上饶东南联络线的特殊设计，在特定的情况下列车运行在上饶东南联络线上、下行线均会发生无线通信超时降级问题。例如：2021年3月25日G1676次、5月3日G1638次，在上饶东南联络线上行线发生无线通信超时降级问题；2022年1月25日G1639次在上饶东南联络线下行线发生无线通信超时降级问题。以2021年3月25日G1676次为例，深入分析基于枢纽特殊场景下无线超时产生的机理。

2.1 概况

2021年3月25日12:20:30，G1676次(CRH 380AL-2545）从合福高铁上饶合福场出站，经上饶东南联络上行线运行至上饶线路所区间（上饶线路所 L2K4+780）时，ATP提示“与C2行车许可不一致”，12:22:01触发无线超时制动，后续降级C2运行。

2.2 分析

无线通信超时降级故障产生原因较为复杂，需综合通信、信号等多专业联合分析。因GSM-R网络承载ATP与RBC通信服务，以GSM-R网接口监测数据为突破口，可快速定位无线超时大致方向。

2.2.1 接口监测定位分析

当日G1676次无线通信超时发生位置在ShangRao_BUB小区（设备厂家及型号：华为DBS3900），现场组网及动车组运行情况如图2所示。

分析PRI接口电台呼叫记录，如图3所示，G1676次MT1（14981873541）在12:20:27异常挂断，于12:26:48起呼恢复C3模式运行；进一步分析PRI接口信令数据如图4所示，在车-地数据交互正常且未下发包含结束会晤包的M24消息的情况下，车载电台异常向杭长RBC4（接收）发送M156消息结束无线会话，期间电台测量报告显示通信网络正常，现场排查网络情况正常。

2.2.2 ATP与杭长RBC4主动拆链原因分析

ATP与杭长RBC4主动拆链原因需从RBC移交流程开始，查看对应时段的ATP记录文件及RBC日志文件，如图5所示。

1）RBC移交

12:19:56，G1676次上饶合福场S6出站压入发车进路道岔区段，而此时前车G1652次刚压入上饶线路所进站尾部占用接近区段48G。根据码序追踪原则，此时G1676次运行至上饶合福场道岔区段跟随L21LQG发送U码。

同时，合福RBC6判断距离移交边界长度满足条件向G1676次发送包含杭长RBC4电话号码的P131包，通知ATP可以使用备用电台提前呼叫杭长RBC4，做好双电台RBC正常移交准备，12:20:11，G1676次备用电台与杭长RBC4正常建立通信。

2） C3行车许可与C2行车许可比较

查看RBC日志，12:20:13前车G1652次完全压入上饶线路所进站信号机内方出清接近区段48G后，12:20:15合福RBC6收到杭长RBC4发送的M221授权相关消息，显示延伸MA长度1 171 m。12:20:19合福 RBC6计算本 RBC管辖范围 2 574 m 加上杭长 RBC4 管辖范围 1 171 m，向G1676次发送长度为3 745 m的MA（终点为上饶线路所S进站信号机）。车载JRU数据显示ATP收到RBC发来更新的M3，C3行车许可延升并越过杭长RBC4管辖管界。ATP接收机车信号仍为U码(地面设备码序保持，不因前车出清48G而变化 )，C2行车许可长度为 2 547 m。C3行车许可与C2行车许可对比差值1 171 m（比对情况如表1所示）。

表1 C3与C2行车许可比对Tab.1 Comparison of C3 and C2 MAs

根据《CTCS-3级ATP行车许可结合轨道电路信息暂行技术条件》（TJ/DW200-2018）的规定，轨道电路信息为U码时，C3级ATP实时获取轨道电路信息许可长度并且与C3级MA长度进行实时比较。若C3级MA长度大于轨道电路信息许可长度且差值大于100 m，则C3级ATP将MA终点位置立即缩短至轨道电路信息许可终点处。在此条件下，C3行车许可与轨道电路信息许可（即C2行车许可）应立即进行比较，并缩短至轨道电路信息许可终点处。

3）异常拆链

C3与C2行车许可比较后，根据铁总工电[2018]18号规范，C3行车许可按C2行车许可截取为2 547 m。此时正处于RBC移交过程，因C3行车许可被大幅度截断导致无法覆盖移交边界，ATP删除截取后的MA终点以外的RBC移交预告信息，故断开与接收（杭长）RBC4连接。ATP异常与接收RBC4结束会话后，RBC4在70 s后会删除该车信息，并停止与移交RBC6的正常通信，7 s后移交RBC6停止向ATP发送应用消息，20 s后ATP触发无线超时制动，因当前列车速度低于50 km/h，车载设备提示降级。

通过上述分析，可以发现ATP主动与接收（杭长）RBC4拆链为本次无线通信超时降级故障的直接原因；C2与C3行车许可比较截取是引发ATP主动与接收（杭长）RBC4拆链的诱因；码序保持是C2与C3行车许可比较截取的触发条件。

2.2.3 码序保持原因分析

查看当时地面相关信号设备状态，发现C2行车许可不延伸原因为前车出清48G后G1676次所在岔区仍发送U码，存在码序保持现象。进一步查看发码电路并参照《列控中心技术规范》（科技运[2010]138号） 4.3.3.12条“对于列车进路，列车压入进站或出站信号机内方第一区段后，如信息变化为升级码序时，TCC应保持咽喉区发码不变……”印证了该处码序设计符合技术规范。

3 问题分析思考及优化方案

综上分析，各相关系统设备工作符合技术规范要求。通过该案例的分析反映出列控无线通信业务涉及专业面广，单一专业的分析往往无法准确的定位问题原因，必须综合相关专业分析才能最终查明原因。例如，本案例通过通信、信号专业（ATP/RBC）综合分析才定位为车、地系统在特殊场景下不匹配。只有通过梳理发生场景的特殊性，并针对性地提出优化方案方能克服此类问题。

查看故障发生时列车占用站场情况如图6所示，并结合RBC设备设置情况，可以清晰的发现该场景存在4点特殊性：1）RBC边界设在两站间少于4个区段的闭塞分区上；2）列车紧急追踪，列车出站后接收U码，前车出清RBC边界所在区段；3）岔区码序保持，因岔区码序保持导致列控车载设备触发C2与C3行车许可比较，C3行车许可截取后无法覆盖延伸至接收RBC，导致无线通信超时降级发生；4）ATP主动与接收RBC拆链，因C3行车许可被截断导致无法覆盖移交边界，ATP删除存储的MA终点以外的RBC移交预告信息，断开与接收RBC连接。以上4点都具备，该处即可触发无线通信超时降级。

3.1 优化方案比选

为从根本上解决该场景下无线通信超时降级的问题，只需针对以上4点之一进行优化，即可克服问题。下面将分别对应4点制定优化方案，并比选出最优方案。

方案一：RBC边界设置优化

工程设计时考虑RBC边界设置，避免将RBC边界设计在两站间少于4个区段的闭塞分区上，杜绝该场景下C3与C2行车许可比较。该方案适用于工程设计初期。

方案二：控制列车运行密度，避免列车紧追踪

该场景产生最基本原因为列车紧跟踪在U码条件下出站，在L3/L2/L/LU码序下紧跟踪出站，ATP只会输出报警提示不会主动与RBC断开通信连接。如对合福高铁上饶枢纽上饶合福场往上饶线路所方向列车运行优化行车组织，防止列车在U/HU码出站造成无线超时C3降级，但需人为调整计划时间卡控CTC进路自动触发时机较难实现。

方案三：岔区码序保持时间修改为4 s

合福高铁上饶合福场按照《列控中心技术规范》（科技运[2010]138号）进行占用道岔区段码序保持处理。如采用最新《列控中心技术条件》（TB/T 3439-2016）6.3.4“对于列车进路，列车压入进站或出站信号机内方第一区段后，如轨道电路信息变化为升级码序时，TCC应在列车占用并发送原低频码4 s后再改变咽喉区的低频码”要求修改，将道岔区段码序保持修改为4 s后升码，如车载设备解码及C2/C3行车许可截取动作需4 s，则可完美克服该问题。但实际上车载设备个体存在差异，解码及C2/C3行车许可截取动作普遍在2.5～4 s之间，该方案不能完全克服该场景下无线超时问题。

方案四：ATP处理逻辑优化，不主动与接收RBC拆链

修改ATP软件，在C3与C2双曲线比较缩短MA至RBC移交点前，不删除存储的MA终点以外的RBC移交预告信息。不主动与接收RBC拆链，仍保持与接收RBC连接，按C3截取后MA行车，待码序或位置更新后重新计算MA。ATP软件修改后可完美解决该场景下ATP异常拆链问题，从而避免引发无线超时。该方案适用性强，可解决全路其他同类枢纽站场存在的无线超时隐患。

通过比选分析可以得出结论，方案四为本案例的最优解决方案。

4 结束语

目前，全路无线通信超时问题仍较为突出，因涉及的专业及接口多，实际运用中仍有一定数量的无线通信超时故障原因不明。该案例融合各系统记录数据、对照相关规范，深入分析最终查明原因。可以预见，通过对设计源头持续优化并不断整治设备，全路CTCS-3级列控系统的无线超时问题必然能够得到有效控制。