董丽
（中国铁路北京局集团有限公司 电务处，北京 100086）
摘 要：CTCS-3级列车运行控制系统（简称C3系统）是实时控制列车安全运行间隔、防止列车超速运行的高速铁路核心技术装备和安全关键系统，在实际运用中存在由于各种原因导致降级，影响列控系统整体安全稳定运用的问题。介绍C3系统组成、功能和技术特点，梳理运用中存在的主要问题，通过分析典型C3系统通信超时及降级运用案例，结合现场技术管理工作实际，提出有效提升C3系统运用质量的相关建议。
关键词：CTCS-3列控系统；C3系统；降级运用；通信超时；监测；智能分析
CTCS-3级列车运行控制系统（简称C3系统）包括车载设备和地面设备两大部分。车载设备负责接收地面命令，生成速度模式曲线，监控列车运行，保证列车运行安全。地面设备主要根据联锁办理的进路，给车载设备发出行车许可等命令，其中，列车超速防护系统（ATP）和无线闭塞中心（RBC）是C3系统的关键设备[1-2]。RBC根据轨道电路、联锁进路等信息生成行车许可，并通过GSM-R无线通信系统将行车许可、线路参数、临时限速传输给车载ATP；同时通过GSM-R无线通信系统接收车载设备发送的位置和列车数据等信息。ATP根据地面设备提供的行车许可、线路参数、临时限速等信息和动车组参数，按照目标距离连续速度控制模式生成动态速度曲线，监控列车安全运行，实现超速防护[3]。C3系统主要设备组成及信息交互示意见图1。
C3系统满足运营速度350 km/h，最小追踪间隔3 min，正向按自动闭塞追踪运行、反向按自动站间闭塞运行的运营要求。车载设备采用目标距离连续速度控制、设备制动优先的方式监控列车安全运行。CTCS-2级列车运行控制系统（简称C2系统）作为后备系统，当RBC设备或无线通信故障时控制列车运行[1]。
RBC设备集中设置，GSM-R无线通信覆盖包括大站在内的全线所有车站。系统采用应答器实现自动过分相。
C3系统采用统一接口标准，安全信息传输采用标准安全通信协议[4]，关键设备冗余配置。系统安全性、可靠性、可用性、可维护性满足相关标准的要求。
图1 C3系统主要设备组成及信息交互示意图
（1）技术进步，系统性能显著提高。C2系统依靠点式应答器传输线路数据、联锁进路和临时限速等信息，而C3系统通过GSM-R无线网络，可实现信息连续传输，实时性更强。同时，由于具有双向传输通道，地面系统可以实时接收列车发送的列车数据、列车状态等信息，用于地面系统运算及对列车监控，系统性能显著提高。
（2）技术综合，控制条件复杂。C3系统综合应用计算机、现代通信和自动控制等技术，在组成结构、功能层次、功能执行过程和状态转换等方面较复杂，各种随机失效和系统失效均可能导致严重后果，与传统铁路信号系统相比需要更高的安全要求。
（3）兼容C2系统，控车导向安全。列控系统在C3系统控车过程中，一旦发生RBC、ATP等子系统故障、无线通信中断等情况，列控系统将产生通信超时，车载设备与地面设备的定期联系将中断，列车自动输出制动，并降级为C2系统控车运行，系统控车判定整体导向安全。
通信超时情况时有发生，部分事件影响行车。在C3系统实际运用中，由于ATP设备运用不稳定、RBC或ATP软件缺陷、通信G网设备障碍、外部无线电磁环境干扰等各种原因均会引起C3系统通信超时情况发生。由于C3/C2模式均支持时速300 km行车，发生C3系统降级运行过程中基本不影响列车时速，但在列车出发、降速区段等低速运行情况下，或列车以时速350 km行车时，将影响行车。
C3系统实现方式复杂，引发通信超时因素多，原因不明事件占一定比重。按照系统组成及设备属性，C3系统通信超时原因分为通信设备故障、信号设备故障以及原因不明等，其中通信设备原因包括外网无线干扰、基站设备故障等；信号设备原因包括信号车载设备故障、RBC设备故障等；原因不明类是指虽可初步判定为下行质量突降、上行质量突降、乒乓切换、越区切换、回切等，但无法确认引发现象的根本原因。
由于系统设备分属不同厂家，虽各厂家遵循标准技术条件、统一接口标准，但仍存在专业设备结合部技术问题。在已发生C3系统通信超时原因分析中，原因不明类占比较高，致使问题的准确定位存疑，影响问题的根本解决。
以某铁路局为例，2016年C3系统通信超时问题分类统计见表1。统计数据显示，信号车载设备问题较突出，通信无线干扰为影响超时的主要问题，而且原因不明事件占较大比重。
表1 某铁路局2016年C3系统通信超时问题统计
通信原因 信号原因 原因不明无线干扰项目 无线设备通信光缆 RBC 车载设备数量/次 77 1 1 47 215 140小计/次 79 262 140占比/% 97.5 1.3 1.3 17.9 82.1总占比/% 16.4 54.5 29.1
监测手段仍显不足，缺乏部分关键单元日志数据和告警监测信息。
（1）目前ATP车载设备大部分不具备信息传送监测记录功能，无法记录发生通信超时情况时传送数据的具体信息。
（2）设置在车载侧或基站侧的无线空口监测设备可有效记录车-地间数据传送消息，是进一步判定C3系统通信超时的辅助手段，但由于监测设备目前只在部分动车组装备，致使一些C3系统通信超时的日志数据缺失，发生问题的真正原因不能确定，专业结合问题判定存疑。
（3）在通信网络方面，核心网交换机、全路共有设备等网元未进行7号信令监测，既有接口监测系统的A口、Abis接口只监控分析信令数据，缺乏业务数据监测分析，监测数据信息及分析不足。
目前发生的部分C3系统通信超时事件属外局机车，在初步定位是车载设备原因后，由于数据追踪分析闭环管理机制执行不到位，缺少外局车载设备记录数据，致使进行过初步分析的一些问题，其真正原因无法确定。
C3系统业务运用涉及信号、通信2个专业，跨专业分析水平仍需提高。信号专业负责车载设备及地面RBC设备，而通信专业负责提供车-地之间信息传送网络通道，在实际运用过程中，由于2个专业对对方专业认知不足，整体分析深度不够，部分疑难问题仍待继续观察分析。
以某铁路局2016年C3系统通信超时原因中通信原因占比统计为例，运营商基站干扰占比高达97.5%。此类问题通常由通信人员组织现场干扰排查、协调相关运营商进行清频处理。由于部分运营商对其基站干扰对铁路行车造成的影响认知不足，配合解决问题不够彻底，致使部分问题反复发生，耗费了较多人力物力。
某高铁列车进站停车过程中，因ATP由C3级转为C2级，制动停车，制动缓解后开车。网管人员利用现有DMS网管及GSM-R接口监测等分析手段，对故障进行原因分析。
接口监测网管Abis接口在发生故障时段与该车相关信息见图2—图4。
图2 MT（14982173721）Abis接口信令信息
图3 MT（14982173721）Abis接口切换记录
图4 MT（14982173721）Abis接口测量报告
Abis接口信令数据显示：08：47：47.096发生“Downlink quality” （下行链路质量问题）；08：47：48.404发生“Handover access failure”（切换接入失败）；08：47：52.373发生“Uplink quality”（上行链路质量问题）。
切换记录显示：08：47：52.404发生“Handover access failure”。
测量报告显示：08：47：46.131—08：47：47.091显示下行电平值正常，下行质量连续2个7级，随后上行电平质量恶化。
接口监测网管A接口在发生故障时段与该车相关信息见图5。
图5 MT（14982173721）A接口信令信息
A接口信令数据显示：在前期终端掉线后，08：48：18.918再次发起位置更新请求并成功。
接口监测网管PRI接口在发生故障时段与该车相关信息见图6、图7。
图6 PRI接口呼叫记录
图7 PRI接口信令记录
PRI接口呼叫记录显示：车载（14982173721）MT设备在08：18：22起呼JH-RBC1，在08：47：52异常挂断，RBC主动发起拆链。PRI接口信令查询显示：08：47：42 MT发“136号位置报告包”、RBC正常接收，08：47：43 RBC发“24号确认包”、MT正常接收。之后RBC与MT交互出现多个错误包，于08：47：52发生断链。
该车DMS网管相关信息见图8。
图8 DMS网管信息
（1）综合分析A、Abis、PRI接口监测数据，该列车车载（14982173721）ATP在08：18：22起呼，JHRBC1在08：47：52异常挂断，MSC发起拆链，发生C3系统降级。期间，测量报告显示下行无线质量正常，下行质量连续2个7级，随后上行质量劣化。
（2）结合PRI接口和DMS终端查询，在车-地间交互正常的情况下，08：47：43后突发RBC与ATP交互出现多个错误包，期间，断链后DMS网管显示08：48：03上报“备系：无线连接超时；主系：无线连接超时”故障信息。
（3）对车载设备和RBC设备、相关通信设备进行检查，相关设备未发现异常。
由于空口监测、ATP工作日志、接口监测系统监测信息不足，综合上述情况分析，初步判断为北京南基站—DCD01号基站间可能存在外界偶发无线干扰，造成列车在进站过程中发生C3系统降级故障。
经后期对该区域无线网络质量监测，验证了网管监测数据分析，在该地区确实存在偶发干扰源，对GSM-R无线质量造成偶发影响，经协调当地无线电管理委员会进行清频处理，该问题彻底解决。
某铁路局2015—2016年C3系统通信超时事件统计表明，通过近几年持续开展C3系统通信超时联合分析工作及设备攻关整治，发现并解决了大量设备缺陷问题，C3系统通信超时事件大幅下降，效果明显（见图9）。为进一步解决C3系统通信超时问题，结合实际经验，提出如下建议。
图9 某铁路局C3系统通信超时数量不同年份对比
（1）通信、信号2个专业应坚持联合协调组织分析的长效机制，进一步加强信息共享。
（2）联合分析应充分利用并共享GSM-R网络各专业网管、GSM-R接口监测数据、DMS动态监测系统终端、RBC网管等监控信息，以及部分ATP装备的记录单元数据，对疑难问题实施GSM-R网络信令跟踪分析，进一步定位原因，解决问题。
（3）做好分析数据的积累，为开展大数据智能分析提供基础数据。
根据中国铁路总公司关于加强电务系统安全监控技术体系建设的相关要求和系统设备技术条件，搭载高速铁路新线建设工程，进一步完善GSM-R网络无线空口监测和无线干扰监测、信号车载设备数据监测及G网网元间信令监测等手段，为分析C3系统通信超时提供更加准确的数据支撑，定位并深度挖掘长期悬而未决的结合部隐性问题原因。
相关单位完善分析处理流程，明确职责，密切配合处理跨局问题，事件的追踪分析执行闭环管理，以利于准确定位问题原因，解决问题。
通过近2年C3系统通信超时分析及整治活动的开展，准确定位了大量ATP硬件问题、RBC及ATP软件缺陷等问题，相关设备厂家在提升设备稳定性方面开展了大量工作，设备软、硬件升级整治等工作效果明显。后期，应继续组织设备厂家开展技术攻关，重点解决CSD链路异常、单MT、小区切换中恰遇CRC校验、RBC软件稳定性等疑难问题，进一步提高设备运用稳定性。
一部分C3系统通信超时事件的表象原因初步判定为“上/下行质量突降”，但根本原因仍界定不清，致使最终定位及解决问题存疑，需着力重点加强分析。主要思路如下：
（1）对发生上/下行质量突降处的无线环境逐一进行排查，汇总分析监测数据，确认有无外网干扰。在多发地段相关基站临时设置无线网监测设备，对无线网络开展持续监控。
（2）用图表显示上/下行质量突降处所与地理位置、车载设备、机车号等关联信息，形成专项问题库，通过积累数据，关联分析研究有无规律性问题。
（3）加强周期数据统计分析，集中分析通信、信号设备结合部问题发生的变化情况，问题的发生有无倾向性变化及数量变化趋势，为前瞻性发现、解决问题提供数据支持。
（4）充分利用厂家技术支持，尽快完善接口监测系统功能，对接口监测数据进行深度分析，进一步判断隐患问题引发的根本原因。
综合利用各专业网管和监控监测系统数据，充分利用近几年积累的数据分析结果，利用大数据分析手段，研制C3系统通信超时智能分析平台，智能评判网络质量，提前预警。对常规故障进行智能判断，对疑难问题进行数据筛选，将网管技术人员从日常大量的常规数据分析中解放出来，集中精力追踪分析疑难问题，有效提高工作效率，为疑难问题的深度分析解决创造条件。
C3系统是保障列车行车安全、提高列车运行效率的重要技术装备，系统稳定运用对于保障高速铁路行车安全、提高运输效率具有重大意义。通过近几年C3系统通信超时联合分析工作的开展及设备攻关整治，在解决大量现场问题的同时，网络维护人员积累了大量历史数据，为不断完善设备运用提供了宝贵依据。在坚持通信、信号专业联合分析机制的基础上，应充分运用大数据、智能分析等手段，重点锁定疑难问题的深度分析，排除设备技术结合部问题，为高速铁路行车安全控制提供有力保障。
参考文献
[1]科技运〔2008〕34号 CTCS-3级列控系统总体技术 方案[S].
[2]石先明. 高速铁路CTCS-3级列控系统无线闭塞中心 工程设计[J]. 中国铁路，2009(11)：1-6.
[3]科技运〔2008〕168号 CTCS-3级列控系统GSM-R网 络需求规范（V1.0）[S].
[4]铁总运〔2016〕15号 CTCS-3级列控车载设备Igsm-r、 Um接口监测技术条件（V1.0）[S].
Fault Analysis and Corrective Measure for Communication Timeout and Downgrade Application in C3 Train Control System
DONG Li
（Electricity Division，China Railway Beijing Group Co Ltd，Beijing 100086，China）
Abstract：CTCS-3 Train Control System (C3 System for short) is an essential technical equipment and key safety system used in the high-speed railway. The system could carry out a real-time control of operation interval for train safety and prevent trains from exceeding normal speed. In practical applications, downgrade caused by di ff erent reasons might a ff ect the safety and stability of the entire train control system. This paper gave an introduction to the composition, function and technical feature of C3 System and listed the main problems which exist during operation. Based on the analysis on typical cases of communication timeout and downgrade application in the C3 System, suggestions on improving its operation quality were proposed to suit the technical management on site.
Keywords：CTCS-3 train control system；downgrade application；communication timeout；monitoring；intelligent analysis
中图分类号：U284；U285
文献标识码：A
文章编号：1001-683X（2017）12-0045-06
DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2017.12.045
作者简介：董丽（1968—），女，提高待遇高级工程师。E-mail：dongli20236@126.com
责任编辑 卢敏
收稿日期 2017-05-03
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