基于信号动态检测的高速铁路CTCS降级问题分析

高利民 刘玉江 孟景辉 马良德

在一个完整的CTCS-3级列控系统中，设备与设备、设备与子系统、子系统与子系统之间构成了若干个接口，通过对接口数据的监测分析就可以验证列控系统的工作性能。目前已经实现监测的接口如图1所示。

1.车载ATP无线 (Igsm-r)接口，定义为车载ATP设备GCD与MT之间通信接口。

2.Abis接口，定义为基站子系统的2个功能实体，基站控制器 (BSC)和基站收发信台(BTS)之间的通信接口。

图1 CTCS-3级列控系统接口示意图

3.A接口，定义为网路子系统 (NSS)与基站子系统 (BSS)之间 (MSC至TRAU之间)的通信接口。

4.PRI接口，定义为CTCS-3级列控系统RBC与GSM-R系统之间的通信接口。

CTCS-3级列控接口监测系统通过对Abis、A、PRI接口的信令和用户数据进行采集、存储与解析，实现对在线列控用户与GSM-R网络状态的实时监测、统计与分析，并基于采集数据对CTCS-3级系统无线通信异常状态进行综合分析，对网络服务质量进行评估。为GSM-R无线网络优化、列控系统运营维护和故障定位提供依据，为列控业务无线通信状态异常原因分析提供有力手段。

1 降级问题类型

目前发现的列控系统降级运行主要是由于车-地信息传输超时，通常称为“无线超时”。问题发生时，车载在规定时间内未收到任何来自RBC的应用层消息，DMI提示司机无线超时，ATP控制列车输出最大常用制动。如果在允许时间内未能恢复，根据故障导向安全原则，ATP判断满足降级CTCS-2级的条件且经司机确认，则系统降为CTCS-2级运行。

通过对高速铁路联调联试和日常运营发现的降级问题分析，并且根据设备供应商总结的故障案例集，得出以下几个无线超时导致降级原因。

1.车载设备侧相关问题。包括单MT过RBC移交区发生无线超时、非RBC移交区车载异常发送DISC拆链、移交区车载异常发送DISC拆链、车载ATP软件问题、车载MT等设备故障、人为操作问题、MT模块频繁越区切换失败，以及MT接收电平低等。

2.GSM-R网络侧相关问题。BTS类单通、无线干扰、诺西BSC与MSC连接问题、基站退服、BSC板卡故障、单设备模块故障、无可用的 CSD通道等。

3.RBC侧相关问题。移交过程中 RBC-RBC通信超时、RBC设备异常、RBC与其他设备通信中断等。

4.其他类问题:小区内切换失败、上下行接收电平不平衡、越区切换失败等。

2 案例一

2.1 问题描述

2013年1月14日，CRH2-150C高速综合检测列车由郑州至北京检测过程中发生降级，具体情况为:综合检测列车在经过榆林洺河特大桥后，车载监测系统于21:31:53显示车载ATP与RBC无安全连接，并准备切换至CTCS-2级登记;21:32:01产生常用制动，速度由295 km/h降至280 km/h并转至CTCS-2级控车。

2.2 动态检测数据分析

1.车载ATP监测数据分析。如图2所示，标记处为列车发生降级的位置，可以明显看出列车运行等级由L-C3降为L-C2。对运行数据进行分析，车载EVC于当日21:31:44发送至RBC位置信息包136消息，后继续在21:31:50发送至RBC位置信息包136消息;在此过程中一直未收到来自于地面RBC的消息;21:32:00输出降级信息，列车产生常用制动 (CTCS-3降级CTCS-2)，列车运行转为CTCS-2级系统控车。

图2 ATP监测数据分析

2.无线通信服务质量检测数据分析。对京广高铁通信质量进行了跟踪测试，测试的指标包括电路域传输时延和干扰率，同时进行了服务小区/邻小区电平、载干比C/I、话音质量RxQual以及时间提前量TA等动态曲线的跟踪测试。在列车降级的相同时间段内，无线通信质量检测结果发现:在列车越过邯郸东站以后，载干比和话音质量在450～449 km区间变得很差，话音质量达到7级，载干比接近于0，最终导致掉话，同时表现在列控数据传输时延测试过程中，则出现连续的数据帧传输错误，如图3所示。

2.3 问题处理与分析

在综合检测列车检测到发生降级问题后，与相关铁路局进行了沟通，对问题进行了分析与整改。经检查，造成网络服务质量不良的原因为中国移动河北分公司在京广高铁K409+400、K412+900附近设置的GSM系统基站，对京广高铁GSM-R基站构成三阶互调干扰，随后对相关基站进行了频点优化，现场复测，干扰消除。

图3 无线通信服务质量检测截图

3 案例二

3.1 问题描述

2013年2月25日，CRH2-150C高速综合检测列车在京沪高铁检测过程中发生降级，具体情况为:8:29和9:36车载监测系统显示，车载ATP与RBC无安全连接转至CTCS-2级控车。

3.2 动态检测数据分析

通过车载ATP监测数据回放分析，如图4，标记处为列车发生降级的位置，可以明显的看出列车运行等级由L-C3降为L-C2，列车运行转为CTCS-2级系统控车。

图4 ATP监测数据分析

3.3 问题处理与分析

在综合检测列车发生降级问题后，根据车上添乘人员汇报，电务段列控车载设备维护工区接到车间调度关于ATP设备异常信息，对问题进行了初步分析，结合地面检测数据确认问题存在情况，2013年1月28日的沪宁测试时，通过接口监测数据中看到MT1已经出现故障，导致移交点处移交不成发生降级，并确认SIM卡号为14984173505MT的设备工作异常，及时更换设备，并进行了静态呼叫试验正常。

4 案例三

4.1 问题描述

2013年4月3日，CRH2-150C高速综合检测列车在京沪高铁检测过程中发生降级，具体情况为:22:59和23:23车载监测系统显示车载ATP与RBC无安全连接转至CTCS-2级控车。

4.2 动态检测数据分析

通过车载ATP监测数据回放分析，标记处为列车发生降级的位置，可以明显的看出列车运行等级由L-C3降为L-C2，列车运行转为CTCS-2级系统控车。

4.3 问题处理与分析

在检测列车发生降级问题后，电务段列控车载设备维护工区值班人员立即对DMS进行分析，并询问核心网工作故障情况，结合地面检测数据，确认SIM卡号为14984173507MT的设备与RBC连接中断，导致交权区单MT无法交权。

5 结论

我国高速铁路的发展对铁路基础设施检测技术、数据分析技术和安全评价技术提出了更高的要求，信号系统列控设备维修维护理念和方式也发生了根本的变化，实行“精检细修”，高速铁路要“严检慎修”，充分利用信号动态检测，做好检测、监测数据的分析研究工作，不断摸索、不断开拓。信号列控系统故障分析、处理相对复杂，各建设单位、维护单位、检测单位应经常相互交流，及时总结故障处理方法、经验，不断提高故障处理业务水平，数据分析水平，继续深入研究高速铁路降级问题，确保CTCS-3级列控系统的稳定运行和安全性。

［1］ 中华人民共和国铁道部.铁运【2012】211号.CTCS-3级列控车载设备规范(暂行)［S］.2012.

［2］ 杨宏图，许贵阳，侯卫星.高速铁路综合检测数据分析关键技术研究［J］.铁道运输与经济，2010(1).

［3］ 黎国清，杨爱红，许贵阳.既有线提速综合检测技术与应用［J］.中国铁路，2008(5).

［4］ 许贵阳.客运专线综合检测列车技术方案的研究和应用［J］.铁道建筑，2008(2).