C3列控系統通信超時及降級運用的分析與措施

董麗

（中國鐵路北京局集團有限公司 電務處，北京 100086）

C3列控系統通信超時及降級運用的分析與措施

董麗

（中國鐵路北京局集團有限公司 電務處，北京 100086）

CTCS-3級列車運行控制系統（簡稱C3系統）是實時控制列車安全運行間隔、防止列車超速運行的高速鐵路核心技術裝備和安全關鍵系統，在實際運用中存在由于各種原因導致降級，影響列控系統整體安全穩定運用的問題。介紹C3系統組成、功能和技術特點，梳理運用中存在的主要問題，通過分析典型C3系統通信超時及降級運用案例，結合現場技術管理工作實際，提出有效提升C3系統運用質量的相關建議。

CTCS-3列控系統；C3系統；降級運用；通信超時；監測；智能分析

1 C3系統主要技術原則與運用特點

CTCS-3級列車運行控制系統（簡稱C3系統）包括車載設備和地面設備兩大部分。車載設備負責接收地面命令，生成速度模式曲線，監控列車運行，保證列車運行安全。地面設備主要根據聯鎖辦理的進路，給車載設備發出行車許可等命令，其中，列車超速防護系統（ATP）和無線閉塞中心（RBC）是C3系統的關鍵設備[1-2]。RBC根據軌道電路、聯鎖進路等信息生成行車許可，并通過GSM-R無線通信系統將行車許可、線路參數、臨時限速傳輸給車載ATP；同時通過GSM-R無線通信系統接收車載設備發送的位置和列車數據等信息。ATP根據地面設備提供的行車許可、線路參數、臨時限速等信息和動車組參數，按照目標距離連續速度控制模式生成動態速度曲線，監控列車安全運行，實現超速防護[3]。C3系統主要設備組成及信息交互示意見圖1。

1.1 主要技術原則

C3系統滿足運營速度350 km/h，最小追蹤間隔3 min，正向按自動閉塞追蹤運行、反向按自動站間閉塞運行的運營要求。車載設備采用目標距離連續速度控制、設備制動優先的方式監控列車安全運行。CTCS-2級列車運行控制系統（簡稱C2系統）作為后備系統，當RBC設備或無線通信故障時控制列車運行[1]。

RBC設備集中設置，GSM-R無線通信覆蓋包括大站在內的全線所有車站。系統采用應答器實現自動過分相。

C3系統采用統一接口標準，安全信息傳輸采用標準安全通信協議[4]，關鍵設備冗余配置。系統安全性、可靠性、可用性、可維護性滿足相關標準的要求。

圖1 C3系統主要設備組成及信息交互示意圖

1.2 運用特點

（1）技術進步，系統性能顯著提高。C2系統依靠點式應答器傳輸線路數據、聯鎖進路和臨時限速等信息，而C3系統通過GSM-R無線網絡，可實現信息連續傳輸，實時性更強。同時，由于具有雙向傳輸通道，地面系統可以實時接收列車發送的列車數據、列車狀態等信息，用于地面系統運算及對列車監控，系統性能顯著提高。

（2）技術綜合，控制條件復雜。C3系統綜合應用計算機、現代通信和自動控制等技術，在組成結構、功能層次、功能執行過程和狀態轉換等方面較復雜，各種隨機失效和系統失效均可能導致嚴重后果，與傳統鐵路信號系統相比需要更高的安全要求。

（3）兼容C2系統，控車導向安全。列控系統在C3系統控車過程中，一旦發生RBC、ATP等子系統故障、無線通信中斷等情況，列控系統將產生通信超時，車載設備與地面設備的定期聯系將中斷，列車自動輸出制動，并降級為C2系統控車運行，系統控車判定整體導向安全。

2 問題分析

2.1 部分通信超時事件影響行車

通信超時情況時有發生，部分事件影響行車。在C3系統實際運用中，由于ATP設備運用不穩定、RBC或ATP軟件缺陷、通信G網設備障礙、外部無線電磁環境干擾等各種原因均會引起C3系統通信超時情況發生。由于C3/C2模式均支持時速300 km行車，發生C3系統降級運行過程中基本不影響列車時速，但在列車出發、降速區段等低速運行情況下，或列車以時速350 km行車時，將影響行車。

2.2 原因不明事件占一定比重

C3系統實現方式復雜，引發通信超時因素多，原因不明事件占一定比重。按照系統組成及設備屬性，C3系統通信超時原因分為通信設備故障、信號設備故障以及原因不明等，其中通信設備原因包括外網無線干擾、基站設備故障等；信號設備原因包括信號車載設備故障、RBC設備故障等；原因不明類是指雖可初步判定為下行質量突降、上行質量突降、乒乓切換、越區切換、回切等，但無法確認引發現象的根本原因。

由于系統設備分屬不同廠家，雖各廠家遵循標準技術條件、統一接口標準，但仍存在專業設備結合部技術問題。在已發生C3系統通信超時原因分析中，原因不明類占比較高，致使問題的準確定位存疑，影響問題的根本解決。

以某鐵路局為例，2016年C3系統通信超時問題分類統計見表1。統計數據顯示，信號車載設備問題較突出，通信無線干擾為影響超時的主要問題，而且原因不明事件占較大比重。

表1 某鐵路局2016年C3系統通信超時問題統計

2.3 監測手段不足

監測手段仍顯不足，缺乏部分關鍵單元日志數據和告警監測信息。

（1）目前ATP車載設備大部分不具備信息傳送監測記錄功能，無法記錄發生通信超時情況時傳送數據的具體信息。

（2）設置在車載側或基站側的無線空口監測設備可有效記錄車-地間數據傳送消息，是進一步判定C3系統通信超時的輔助手段，但由于監測設備目前只在部分動車組裝備，致使一些C3系統通信超時的日志數據缺失，發生問題的真正原因不能確定，專業結合問題判定存疑。

（3）在通信網絡方面，核心網交換機、全路共有設備等網元未進行7號信令監測，既有接口監測系統的A口、Abis接口只監控分析信令數據，缺乏業務數據監測分析，監測數據信息及分析不足。

2.4 跨局協調分析機制有待進一步完善

目前發生的部分C3系統通信超時事件屬外局機車，在初步定位是車載設備原因后，由于數據追蹤分析閉環管理機制執行不到位，缺少外局車載設備記錄數據，致使進行過初步分析的一些問題，其真正原因無法確定。

2.5 跨專業分析水平仍需提高

C3系統業務運用涉及信號、通信2個專業，跨專業分析水平仍需提高。信號專業負責車載設備及地面RBC設備，而通信專業負責提供車-地之間信息傳送網絡通道，在實際運用過程中，由于2個專業對對方專業認知不足，整體分析深度不夠，部分疑難問題仍待繼續觀察分析。

2.6 無線干擾是主要問題

以某鐵路局2016年C3系統通信超時原因中通信原因占比統計為例，運營商基站干擾占比高達97.5%。此類問題通常由通信人員組織現場干擾排查、協調相關運營商進行清頻處理。由于部分運營商對其基站干擾對鐵路行車造成的影響認知不足，配合解決問題不夠徹底，致使部分問題反復發生，耗費了較多人力物力。

3 案例分析

某高鐵列車進站停車過程中，因ATP由C3級轉為C2級，制動停車，制動緩解后開車。網管人員利用現有DMS網管及GSM-R接口監測等分析手段，對故障進行原因分析。

3.1 Abis接口監測數據分析

接口監測網管Abis接口在發生故障時段與該車相關信息見圖2—圖4。

圖2 MT（14982173721）Abis接口信令信息

圖3 MT（14982173721）Abis接口切換記錄

圖4 MT（14982173721）Abis接口測量報告

Abis接口信令數據顯示：08：47：47.096發生“Downlink quality” （下行鏈路質量問題）；08：47：48.404發生“Handover access failure”（切換接入失?。?；08：47：52.373發生“Uplink quality”（上行鏈路質量問題）。

切換記錄顯示：08：47：52.404發生“Handover access failure”。

測量報告顯示：08：47：46.131—08：47：47.091顯示下行電平值正常，下行質量連續2個7級，隨后上行電平質量惡化。

3.2 A接口監測數據分析

接口監測網管A接口在發生故障時段與該車相關信息見圖5。

圖5 MT（14982173721）A接口信令信息

A接口信令數據顯示：在前期終端掉線后，08：48：18.918再次發起位置更新請求并成功。

3.3 PRI接口監測數據分析

接口監測網管PRI接口在發生故障時段與該車相關信息見圖6、圖7。

圖6 PRI接口呼叫記錄

圖7 PRI接口信令記錄

PRI接口呼叫記錄顯示：車載（14982173721）MT設備在08：18：22起呼JH-RBC1，在08：47：52異常掛斷，RBC主動發起拆鏈。PRI接口信令查詢顯示：08：47：42 MT發“136號位置報告包”、RBC正常接收，08：47：43 RBC發“24號確認包”、MT正常接收。之后RBC與MT交互出現多個錯誤包，于08：47：52發生斷鏈。

3.4 DMS網管信息

該車DMS網管相關信息見圖8。

圖8 DMS網管信息

3.5 綜合分析

（1）綜合分析A、Abis、PRI接口監測數據，該列車車載（14982173721）ATP在08：18：22起呼，JHRBC1在08：47：52異常掛斷，MSC發起拆鏈，發生C3系統降級。期間，測量報告顯示下行無線質量正常，下行質量連續2個7級，隨后上行質量劣化。

（2）結合PRI接口和DMS終端查詢，在車-地間交互正常的情況下，08：47：43后突發RBC與ATP交互出現多個錯誤包，期間，斷鏈后DMS網管顯示08：48：03上報“備系：無線連接超時；主系：無線連接超時”故障信息。

（3）對車載設備和RBC設備、相關通信設備進行檢查，相關設備未發現異常。

由于空口監測、ATP工作日志、接口監測系統監測信息不足，綜合上述情況分析，初步判斷為北京南基站—DCD01號基站間可能存在外界偶發無線干擾，造成列車在進站過程中發生C3系統降級故障。

經后期對該區域無線網絡質量監測，驗證了網管監測數據分析，在該地區確實存在偶發干擾源，對GSM-R無線質量造成偶發影響，經協調當地無線電管理委員會進行清頻處理，該問題徹底解決。

4 相關建議

某鐵路局2015—2016年C3系統通信超時事件統計表明，通過近幾年持續開展C3系統通信超時聯合分析工作及設備攻關整治，發現并解決了大量設備缺陷問題，C3系統通信超時事件大幅下降，效果明顯（見圖9）。為進一步解決C3系統通信超時問題，結合實際經驗，提出如下建議。

圖9 某鐵路局C3系統通信超時數量不同年份對比

4.1 充分利用各種網管數據，持續開展聯合分析

（1）通信、信號2個專業應堅持聯合協調組織分析的長效機制，進一步加強信息共享。

（2）聯合分析應充分利用并共享GSM-R網絡各專業網管、GSM-R接口監測數據、DMS動態監測系統終端、RBC網管等監控信息，以及部分ATP裝備的記錄單元數據，對疑難問題實施GSM-R網絡信令跟蹤分析，進一步定位原因，解決問題。

（3）做好分析數據的積累，為開展大數據智能分析提供基礎數據。

4.2 完善監測手段，為隱患問題深度分析提供方法

根據中國鐵路總公司關于加強電務系統安全監控技術體系建設的相關要求和系統設備技術條件，搭載高速鐵路新線建設工程，進一步完善GSM-R網絡無線空口監測和無線干擾監測、信號車載設備數據監測及G網網元間信令監測等手段，為分析C3系統通信超時提供更加準確的數據支撐，定位并深度挖掘長期懸而未決的結合部隱性問題原因。

4.3 落實問題分析閉環管理，進一步定位問題原因

相關單位完善分析處理流程，明確職責，密切配合處理跨局問題，事件的追蹤分析執行閉環管理，以利于準確定位問題原因，解決問題。

4.4 繼續組織設備缺陷整治，提高設備運用質量

通過近2年C3系統通信超時分析及整治活動的開展，準確定位了大量ATP硬件問題、RBC及ATP軟件缺陷等問題，相關設備廠家在提升設備穩定性方面開展了大量工作，設備軟、硬件升級整治等工作效果明顯。后期，應繼續組織設備廠家開展技術攻關，重點解決CSD鏈路異常、單MT、小區切換中恰遇CRC校驗、RBC軟件穩定性等疑難問題，進一步提高設備運用穩定性。

4.5 抓好疑難問題的深度分析，挖掘隱性問題根本原因

一部分C3系統通信超時事件的表象原因初步判定為“上/下行質量突降”，但根本原因仍界定不清，致使最終定位及解決問題存疑，需著力重點加強分析。主要思路如下：

（1）對發生上/下行質量突降處的無線環境逐一進行排查，匯總分析監測數據，確認有無外網干擾。在多發地段相關基站臨時設置無線網監測設備，對無線網絡開展持續監控。

（2）用圖表顯示上/下行質量突降處所與地理位置、車載設備、機車號等關聯信息，形成專項問題庫，通過積累數據，關聯分析研究有無規律性問題。

（3）加強周期數據統計分析，集中分析通信、信號設備結合部問題發生的變化情況，問題的發生有無傾向性變化及數量變化趨勢，為前瞻性發現、解決問題提供數據支持。

（4）充分利用廠家技術支持，盡快完善接口監測系統功能，對接口監測數據進行深度分析，進一步判斷隱患問題引發的根本原因。

4.6 研制C3系統大數據智能分析平臺，為系統質量評判提供新手段

綜合利用各專業網管和監控監測系統數據，充分利用近幾年積累的數據分析結果，利用大數據分析手段，研制C3系統通信超時智能分析平臺，智能評判網絡質量，提前預警。對常規故障進行智能判斷，對疑難問題進行數據篩選，將網管技術人員從日常大量的常規數據分析中解放出來，集中精力追蹤分析疑難問題，有效提高工作效率，為疑難問題的深度分析解決創造條件。

5 結束語

C3系統是保障列車行車安全、提高列車運行效率的重要技術裝備，系統穩定運用對于保障高速鐵路行車安全、提高運輸效率具有重大意義。通過近幾年C3系統通信超時聯合分析工作的開展及設備攻關整治，在解決大量現場問題的同時，網絡維護人員積累了大量歷史數據，為不斷完善設備運用提供了寶貴依據。在堅持通信、信號專業聯合分析機制的基礎上，應充分運用大數據、智能分析等手段，重點鎖定疑難問題的深度分析，排除設備技術結合部問題，為高速鐵路行車安全控制提供有力保障。

[1]科技運〔2008〕34號 CTCS-3級列控系統總體技術 方案[S].

[2]石先明. 高速鐵路CTCS-3級列控系統無線閉塞中心 工程設計[J]. 中國鐵路，2009(11)：1-6.

[3]科技運〔2008〕168號 CTCS-3級列控系統GSM-R網 絡需求規范（V1.0）[S].

[4]鐵總運〔2016〕15號 CTCS-3級列控車載設備Igsm-r、 Um接口監測技術條件（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）

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.

CTCS-3 train control system；downgrade application；communication timeout；monitoring；intelligent analysis

U284；U285

A

1001-683X（2017）12-0045-06

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.12.045

董麗（1968—），女，提高待遇高級工程師。E-mail：dongli20236@126.com

責任編輯 盧敏

2017-05-03