高速铁路列车运行控制系统互联互通关键技术探讨

摘要本文主要研究探讨了新建高速铁路与既有高速铁路连接后铁路信号系统设备间互联互通的关键技术。

关键词高速铁路 控制系统 互联互通关键技术

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目前，中国的高速铁路和城际铁路建设正如火如荼，经过多年的发展，逐步形成不同速度等级的高速铁路网络。为适应高速铁路的快速发展及不同速度等级的需要，高速铁路列车运行控制系统分为CTCS-2级及CTCS-3级两种模式，列控车载设备也有不同的速度等级和型号。不同速度等级、不同厂家不同制式的信号设备互联互通技术研究及开发，满足动车组列车跨线运行的需要，是高速铁路发展并连网成片的关键。本文以石武高铁建设过程中接入既有郑西高铁为例，总结了高速铁路(城际铁路)列控运行控制系统主要设备几个互联互通的关键技术，为今后国内外其它类似工程提供良好的示范和借鉴作用。

1、安全数据网的互联互通

郑西高铁信号安全数据网是C2级网和C3级网分开设置的两个网络，而石武高铁安全数据网是C2级网和C3级网合并成一个网络设置的，而且两条高铁线路分别使用了不同厂家的通信交换机设备。由于在工业级领域，为了缩短环网自愈时间，各厂家的工业以太网交换机使用的环网冗余保护协议都是自主研发的专用协议，若想在本环网内插入一台其他品牌的工业交换机，并且达到自愈时间小于等于50毫秒，还需技术攻关。基于此种现状，要实现两条高速铁路信号安全数据网的互联互通，必须在保证安全的前提下，解决“两网”（郑西高铁C2网、C3网）同时接入“一网”（京石武安全数据网）的技术难关，而且还要保证不同厂家设备之间互联互通的兼容性和可靠性。

因此，我们在石武高铁和郑西高铁的交汇车站荥阳南站新增两台三层交换机，采用端口路由技术将郑西高铁C2网和C3网合并为一个网，再将郑西与京石武互联的三层交换机端口聚合后，通过静态路由协议安全接入京石武高铁安全数据网，同时在郑州RBC中心的C3网管服务器上进行拓扑修改，将新增三层交换机纳入郑西高铁的网管服务器进行管理。在新增的三层交换机连接C2网、C3网的端口上开启基于端口的路由功能，并为其配置相应的IP地址，交换机的接线端口必须是业务VLAN端口，这样才能保证既有线路与新建线路各信号设备之间的业务数据交互。荥阳南站增加2台三层交换机后的安全数据网结构如图1-1所示：

图1-1 石武高铁接入郑西高铁安全数据网连接图

采用此方案的技术优势在于，基于郑西高铁C2级网、C3级网分开设置的复杂现状，不仅最大程度地保障了既有线路的网络设计原则，而且，通过采用端口路由、访问控制列表、链路聚合等关键技术，减少对既有设备的配置修改范围，减少施工风险，增加安全可控度，同时，又满足安全、稳定、可靠地接入新建高铁线路安全数据网的需求，为后续CBI、TCC、TSRS、RBC的互联互通工作奠定了良好的基础。

2、临时限速服务器(TSRS)的互联互通

郑西高铁为已经开通运营的既有线路,京石武高铁为新建线路，郑西临时限速服务器连接的RBC为和利时/安萨尔多公司的产品，该RBC采用的是3取2的系统结构；京石武临时限速服务器连接的RBC为通号集团/庞巴迪公司的产品，该RBC采用的是2乘2取2的系统结构。因临时限速服务器所连接的不同厂家不同架构的RBC，所以在通信和应用处理方式上均存在着差异，临时限速服务器的互联互通也需技术攻关。郑西高铁TSRS因要适应与安萨尔多公司RBC连接，与所有外设的物理连接均采用2通道连接，京石武高铁TSRS按照标准方式物理连接均采用4通道连接。如下图2-1所示：

图2-1 郑西TSRS与石武TSRS通道连接示意图

新建京石武TSRS与既有郑西TSRS对外设的连接制式不同，要使与外设连接制式不同的京石武TSRS与郑西TSRS互联互通是一次技术攻关。鉴于郑州局郑西高铁TSRS通信2通道的特殊性，为最大限度减少对郑西高铁运营的影响，同时遵循安全和规范要求，经过反复的研究和测试后，决定京石武接入郑西TSRS物理连接采用4通道连接，郑西处理方式保持不变，京石武内部数据处理方式更改为内部数据互传保证数据冗余，京石武TSRS与郑西TSRS接口应用协议遵从《CTCS-3级列控系统TSRS-TSRS接口规范(V1.0)》，安全层协议遵从RSSP-II安全通信协议，通信层协议采用TCP/IP协议，从而来满足RSSP-II安全处理的要求。如下图2-2所示：

图2-2 石武TSRS与郑西TSRS通道连接示意图

由于郑西RBC通信通道连接的特殊性，郑西TSRS为了适配郑西RBC在接入安全数据网时双系并不交叉接入安全数据网的双网。而石武TSRS则双系分别接入安全数据网的A/B双网。所以在郑西TSRS与石武TSRS之间实现互通必须考虑两套设备之间的逻辑通道处理。经过对两套设备通信通道冗余逻辑的分析研究，最终确定郑西TSRS主备通信通道分别与石武TSRS的主备通信通道实现逻辑通信方案。此方案适配了郑西TSRS的既有逻辑，且能够保证通信的安全冗余特点，对既有设备的影响最小化。

郑西TSRS向RBC下达限速指令是将限速指令下达给TSRS管辖范围内所有的RBC，RBC对限速指令进行验证并向TSRS反馈命令验证结果，同时RBC对验证成功的限速指令进行存储。TSRS要删除验证成功并已存储的限速指令，需要将删除命令转换为取消命令，取消命令下达给RBC来删除不再需要的限速指令，保证RBC内部删除成功，TSRS则认可删除成功方式。

京石武TSRS向RBC下达限速指令是将限速指令只下达给管辖该限速区段的RBC，RBC对限速指令进行验证，同时RBC对验证成功的限速指令不需存储，TSRS删除验证成功的限速指令，不需要向RBC下发，仅将TSRS内部存储的限速命令删除即可，不需要将删除命令转换为取消命令方式。

针对京石武TSRS与郑西TSRS之间对跨界限速指令的下达和删除方式的不同，经过反复研究，对跨界限速制定了专用方案进行特殊处理。京石武TSRS与郑西TSRS对跨界限速指令进行删除时，郑西TSRS接收京石武TSRS删除命令并将其转换为取消命令，按照郑西高铁的处理方式删除命令；京石武TSRS接收郑西TSRS删除命令按京石武高铁的处理方式直接删除命令处理。经过静态调试和动态验证以及试运行，证明了该方案的可行性、可靠性和安全性，对于今后不同高铁干线的TSRS互联互通具有一定的借鉴意义。

3、列控系统地面设备(RBC)互联互通

石武高铁RBC采用的是通号公司/庞巴迪的产品，该RBC采用的是2乘2取2的系统结构；而郑西高铁RBC采用的是和利时公司/安萨尔多的产品，该RBC采用的是3取2的系统结构。两个不同公司不同制式的RBC按照直接通信的方式实现互联互通国内外还没有先例，需要技术攻关和科技研发。

RBC按照直接通信的方式互联互通的方案中，最重要的一点是移交RBC向车载发送越过管辖边界的行车许可及线路描述信息。开启交权后，接收RBC适时的将管辖范围内的进路相关信息发送给移交RBC，移交RBC将自身管辖范围内的行车许可（及线路描述信息）和进路相关信息进行组合拼接成完整的行车许可，再发送给车载设备。

在向列车发送的行车许可消息中，RBC基于列车位置报告中的参考应答器描述线路信息，而对于行车许可的处理重点就是对于行车许可中包含的线路信息的拼接。对于交权场景下，移交RBC启动交权后从接收RBC获取边界后的行车许可信息，与自己范围内列车前方的行车许可拼接组成完整的、跨越边界的行车许可，移交RBC计算的到达边界的行车许可（及线路描述信息）与接收RBC计算的进路相关信息必须能无缝的结合才能保证发送给车载的行车许可是正确的、完整的，高速列车自动控制的速度曲线是连续而平滑的，才能保证高速列车的平稳和安全。

在经过多次的技术研讨和科学论证后，决定在郑西RBC和京石武RBC互联互通的方案中正反向切换应答器使用同一组应答器。接收RBC计算的进路相关信息起点位置选定在切换应答器，移交RBC计算的能够开启交权的行车许可终点位置也选定在切换应答器。移交RBC收到接收RBC的进路相关信息时，从切换应答器开始直接完整的拼接起来，组成越过边界的行车许可（及线路描述信息）发送给车载设备即可。

交权过程中，交权边界两侧都可能设置临时限速，因此拼接完成的跨边界的行车许可中，可能包含两个RBC管辖范围内的临时限速信息。移交RBC和接收RBC是分别对其管辖范围内的临时限速进行编号的，为了RBC之间对车载设备下达的临时限速编号不重复，RBC之间需要划分临时限速编号范围。经过反复研究，决定在京石武RBC7与郑西RBC1之间分别使用奇偶数的方案来避免了两条高铁互联的相邻RBC下达的临时限速编号重复问题，郑西RBC1使用奇数的临时限速编号，京石武RBC7使用偶数的临时限速编号。这样既解决了互联两侧RBC使用的临时限速编号有可能重复的问题，又充分的利用了编号取值范围。

4、列控车载设备的互联互通

车载设备互联互通的目标是满足不同速度等级、不同设备厂家不同制式的动车组列车能跨线运行，为实现这一目标，要进行动车组列车的动态试验。使用装备有不同车载设备的动车组列车进行本线、跨线的列车运行控制系统多个案例的动态调试，达到不同动车级不同车载设备与地面设备间的适应匹配性，满足各种列车跨线运行需要。主要测试案例包括行车许可、临时限速、级间切换、RBC交权、自动过分相、灾害防护、调车作业等测试内容。

(1)行车许可测试

有效的行车许可（MA）是列车安全高速运行的行车凭证，一个行车许可（MA）可以包括多个连续的锁闭进路。其测试内容主要包括行车许可（MA）的缩短及延长、无条件紧急停车消息（UEM）、有条件紧急停车消息（CEM）的验证等。

(2)临时限速测试

在相关调度台下达临时限速命令后，临时限速服务器不断检查其接受到的临时限速命令计划，并将有效的临时限速命令激活，经信号安全数据网分别下达给无线闭塞中心（RBC）和车站列控中心（TCC），RBC通过GSM－R无限通信、TCC通过有源应答器将限速命令传送给列车，通过车载设备的执行使列车在限速区段限速运行。测试内容主要包括正线临时限速、侧线临时限速、特殊区段（如跨局、跨调度台、不同公里标系区段）临时限速测试等。

(3)级间切换测试

CTCS-3级区段与CTCS-2级区段分界处设置有级间切换预告应答器、级间切换执行应答器。在满足条件的前提下列车应能在C3级区段与C2级区段自由切换。测试内容包括正常情况下的级间切换、故障情况下的级间切换等。

(4)RBC交权测试

两RBC管辖边界处设置有交权执行应答器，RBC交权描述了在不同RBC管辖边界处，实现列车在两个RBC间行车许可控制的安全切换过程。两RBC间应采用直接通信的方式实现交权。测试内容包括正常情况下的交权、单电台交权、故障交权（如轨道电路故障，通信故障等）等测试。

(5)自动过分相测试

对于CTCS－3级系统，牵引供电分相区信息与列车行车许可一起由RBC通过无限通信提供给列车，对于CTCS－2级系统，牵引供电分相区信息由应答器提供给列车。分相区信息包括至分相点距离、分相区长度等。装备有不同车载设备的动车组均应进行自动过分相测试。

(6)灾害防护测试

对于跨铁路的公路桥边装设有落物灾害防护设备的，须进行灾害防护测试。测试方法是人工模拟灾害事件发生，通过灾害监测系统及时监测出灾害事件的发生，通过灾害报警开关接点条件直接将信息传送给管辖车站的列控和联锁系统，列控系统控制灾害防护区段轨道电路异常发码，联锁系统将相关信息传送给RBC，控制列车在灾害防护区段前方停车。

作者简介：陈克伟（1971.3月1日），男，河南光山人，本科，高级工程师，项目总工，中国铁建电气化局集团有限公司高级工程师