（交通信息工程及控制专业论文）应答器报文的研究及实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文 第f 页 摘要 我国铁路正处于高速发展的阶段，通过应用自动控制技术、数据库技 术以及网络技术等对列控系统进行仿真，有助于为实际系统的应用提供参 考，降低系统调试成本，提高效率，同时有助于结合我国铁路实际状况制 定c t c s 技术规范，从而为我国铁路事业的发展奠定理论基础。c t c s 2 级 列车运行控制仿真系统由列车运行显示子系统、车载仿真子系统、地面设 备仿真子系统、数据管理子系统、虚拟驾驶子系统、a t p 测试子系统组成。 无论在基于轨道电路的列控系统，还是在基于通信的列控系统中，应 答器都发挥着重要的作用，而且在既有线提速改造、客运专线和高速铁路 新线的建设中都需要使用大量的应答器，目前我国使用的应答器都是从国 外引进，因此开展应答器的研究有着重要的现实意义和实用价值。 该选题是“c t c s 2 级列车运行控制仿真系统 地面设备仿真子系 统的一个子课题。本文首先介绍了应答器系统的组成、工作原理及其在国 内外列车运行控制系统中的应用情况；接着分析了应答器数据构成及提 取、用户报文构成及生成和报文解析算法，最后详细分析了基于f f f s 编 码策略的应答器传输报文的编码策略：采用自项而下的设计方法对系统进 行了模块划分，并详细分析了各模块的设计过程及实现方法。 最后结合胶济线现场线路数据进行应答器数据报文的仿真研究，在计 算机上以v i s u a lb a s i c6 0 为平台实现了其各个主要功能，取得了较好 的效果。 关键词：应答器：编码：f f f s 策略； 西南交通大学硕士研究生学位论文第1i 页 _-一 m i _ 一 a bs t r a c t c h i n a sr a i l w a y sa r ea tt h es t a g eo fr a p i dd e v e l o p m e n t ，t h ei m p l e m e n t a t i o no ft h e t r a i nc o n t r o ls y s t e ms i m u l a t i o nt h r o u g ht h ea p p l i c a t i o no fa u t o m a t i cc o n t r o lt e c h n o l o g y , d a t a b a s et e c h n o l o g ya n dn e t w o r kt e c h n o l o g y , w i h c hc o n t r i b u t e st oo f f e rs o m ea v a i l a b l e i n f o r m a t i o nf o rt h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o n ，r e d u c es y s t e mc o m m i s s i o n i n gc o s t s ，i m p r o v e e f f i c i e n c y , a n dh e l pt od e v e l o pc t c st e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o n sw i t ht h ea c t u a ls i t u a t i o no f c h i n ar a i l w a y , c o n s e q u e n t l yl a i dt h et h e o r e t i c a lf o u n d a t i o nf o rt h ed e v e l o p m e n to f c h i n a sr a i l w a y c t c s 2t r a i nc o n t r o ls i m u l a t i o ns y s t e mc o n s i s t so ft h et r a i n r u n n i n g d i s p l a ys u b s y s t e m ，t h e t r a i nc a r r i e d e q u i p m e n ts i m u l a t i o ns u b s y s t e m , t h e g r o u n d e q u i p m e n ts i m u l a t i o ns y s t e m ，d a t am a n a g e m e n ts y s t e ma n d v i r t u a ld r i v i n gs u b s y s t e m w h e t h e ri nt b t co ri nc b t c ，b a l i s ep l a y sa ni m p o r t a n tr o l e c h i n ar a i l w a yi s d e v e l o p i n gb yl e a p sa n db o u n d s n o to n l yt h ep r e s e n tl i n e si n c r e a s i n g s p e e dt r a n s f o r m e d ， b u ta l s ot h ep a s s e n g e rt r a n s p o r ts p e c i a lr a i l w a yl i n ea n dh i 曲s p e e dr a i l w a yn e wl i n e s c o n s t r u c t e da l ln e e du s e al o to fb a l i s e n o w a d a y s ，b a l i s eu s e di nc h i n aa l ld e p e n d so n i m p o r t ，t h e r e f o r e ，d e v e l o p i n gb a l i s em a d ei no u rc o u n t r yr e s e a r c ha n db r e a k i n gt h r o u g h o v e r s e a st e c h n i c a lm o n o p o l y , h a v ev i t a lr e a l i s t i cm e a n i n ga n dp r a c t i c a lv a l u e t h i st h e s i si sas u b s y s t e mi s s u eo f ”t h e c t c s 一2t r a i nc o n t r o ls y s t e m s i m u l a t i o n - g r o u n de q u i p m e n ts i m u l a t i o n f i r s t l y , t h ed i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e dt h es t r u c t u r e , t h ew o r k i n gp r i n c i p l ea n dt h ea p p l i c a t i o ni nd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lt r a i nc o n t r o l s y s t e m o ft h eb a l i s e s y s t e m ；s e c o n d l y , t h e d i s s e r t a t i o na n a l y z e dt h eb a l i s ed a t a c o n f i g u r a t i o na n dd a t ae x t r a c t i o n , t h es t r u c t u r ea n dt h eg e n e r a t i o no fu s e rm e s s a g ea n dt h e p a c k e ta n a l y s i sa l g o r i t h m ；t h e nt h ed i s s e r t a t i o na n a l y z e dt h ef f f sf l o r i nf i tf u n c t i o n s p e c i f i c a t i o n ) c o d i n gs t r a t e g yo fe u r o b a l i s e w i t ht h et o p d o w nd e s i g nm e t h o d ，t h e s y s t e mi sd i v i d e di n t oc e r t a i nm o d u l e sw h o s ed e s i g np r o c e s sa n di m p l e m e n tm e t h o d sa r e d e s c r i b e di nd e t a i l s ， f i n a l l y , u s i n gj i a o j il i n ef i e l dd a t a ，al o to fe m u l a t i o n sh a v e b e e nd o n et ov a l i d a t et h e v a l i d i t yo f t h em a i ns y s t e mf u n c t i o n sa n da c h i e v e dg o o dr e s u l t s k e yw o r d s ：b a l i s e ；e n c o d i n g ；f o r mf i tf u n c t i o ns p e c i f i c a t i o n 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇 编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密“使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名孤寸丝 日期： t 了 i 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工 作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和 集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由 本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 1 根据应答器报文生成流程，对应答器数据包构成，用户报文编码的 实际应用，传输报文编码策略进行了详尽的分析研究： 2 对所有用户报文进行了解析； 3 设计了应答器报文编码软件，并结合胶济线现场数据进行了报文的 生成校验，验证了系统的可用性。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 页 1 1 研究背景 第1 章绪论 近年来，我国铁路建设飞速发展，为了进一步适应铁路跨越式发展战 略，迎接第六次大提速和客运专线建设，传统的以地面信号为主体信号的 信号系统已不能满足运输要求和保证行车安全，必须采用列车运行控制系 统。为此，我国在吸取和借鉴欧洲列车运行控制系统1 1 1 ( e t c s ) 发展经验的 基础上，结合中国的具体国情，参照e t c s 标准，制定了中国列车运行控 制系统( c t c s ) 【2 】的技术标准和相应的c t c s 技术条件，以保证我国铁 路运输安全，满足互通运营的需求，并适应提速战略的实施。 我国铁路客货混跑、列车种类多、信号设备配置复杂、线路形式多样， 因此运营情况远比国外复杂得多。每条新建或改造线路都有特殊的运营要 求和线路特点，如果使用现场试验方式测试列控系统的适用性、线路信号 设计合理性，不但试验周期长，而且耗费大量的资金及人力。即使在现场 试验阶段发现问题，此时进行设计变更将造成部分工程返工，延长铁路建 设周期。在线路信号技术条件确定、初步设计完成后，使用计算机仿真技 术对设计适应性、线路通过能力进行试验，及早发现问题，是很有意义的。 西南交通大学交通信息工程及控制实验室参与了胶济线，浙赣线既有线提 速c t c s 2 级列控系统地面应答器用户表的编制，熟悉应答器数据编写流 程，有第一手的现场线路数据，同时参与了胶济线动车组跑车实验的报文 审查工作，为此，西南交通大学交通信息工程及控制实验室根据胶济线 2 0 0 k m h 提速设计过程中的线路基础数据、车站进路数据、应答器数据及 相关动车组技术参数，应用计算机技术、数据库技术及虚拟现实技术进行 了c t c s 2 级列控系统的仿真，取得了初步成效。 应答器 3 】作为车一地间信息传输的一种方式在列控系统中的应用得到 了快速的发展。2 0 世纪9 0 年代，欧洲铁路联盟在制定欧洲列车控制系统 ( e t c s ) 技术规范的同时，也制定了统一的应答器技术规范欧洲应答器 ( e u r o b a l i s e ) 。欧洲应答器可以应用于e t c s 系统的各个级别。由于欧洲 应答器具有灵活性强、信息量大、可靠性高等特点，中国列车控制系统 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 ( c t c s ) 借鉴欧洲应答器的技术规范，制定了适合我国铁路系统的应答器。 根据( ( c t c s 技术规范总则【4 】( 科技运函【2 0 0 4 1 4 号) ，在c t c s l 级中， 应答器实现列车运行安全监控功能；c t c s2 级中，应答器用来向列车传输 定位信息、进路参数、线路参数、限速和停车信息；c t c s 3 、4 级中，主要 用来完成与列车定位相关的一些工作。因此，应答器是铁路既有线提速以 及客运专线中不可缺少的设备。 1 2 研究意义 我国的应答器技术标准参照欧洲应答器技术规范进行制定，应答器在 中国列车运行控制系统中的运用也是一个逐步摸索和成熟的过程，为此， 结合我国c t c s - 2 列控系统进行应答器用户报文的实际应用研究很有必 要。西南交通大学交通信息工程及控制实验室开发的c t c s 2 级列车运行控 制仿真系统在进行系统仿真测试中，所采用的是应答器逻辑报文，并不是 实际传输的报文帧。本文在深入研究应答器用户报文结构，报文定义，用 户报文各种组包情况的基础上，参照胶济线动车组跑车实验所得的应答器 报文，进行了应答器报文的软件实现。通过实际报文与仿真系统的联调， 更能真实的模拟现场实际情况，使仿真系统趋于成熟：对本实验室的列控 中心测试系统也可以提供有利的支撑；同时有助于我国应答器技术标准的 修订及完善。此外，用户报文解析模块实现报文解析，通过解析输出，可 以验证应答器用户数据表数据填写的正确性。 1 3 本论文主要研究内容 本文从中国列车运行控制系统的技术发展及趋势出发，结合胶济线现 场线路数据，详细分析了应答器数据准备，用户报文构成，重点研究了应 答器信息的编码策略，在此基础上，对应答器报文及解析进行了软件实现。 第l 章绪论。介绍了本文的研究背景、研究意义及论文研究内容。 第2 章应答器系统分析。对c t c s 2 系统中的应答器系统结构、功能 及工作流程进行了介绍。详细说明了应答器系统结构，应答器的布置原则， 应答器编号原则。 第3 章应答器数据分析。在分析应答器数据包构成、应答器数据填 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 写规则基础上，结合胶济线现场数据，对每个应答器所包含的链接信息、 坡度信息、速度信息、轨道电路等信息进行提取分析和研究。 第4 章应答器编码策略分析。对欧洲应答器的f f f i s 编码策略进行 了研究，确定应答器报文的编码格式。阐述了应答器编码的原理，对其中 的扰乱报文、报文位转换和校验报文的生成进行了详细的分析。 第5 章编码软件设计与模块功能分析。对应答器报文编码软件进行总 体设计，根据应答器报文填写规则，完成各信息模块数据代码的编写，实 现了应答器报文及解析报文的生成。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 第2 章应答器系统分析 2 1 应答器系统概述 应答器【5 1 是一种用电磁感应原理构成的高速点式数据传输设备，是 a t p 系统的关键部件，用于在特定地点实现地面列车间的相互通信，为列 车提供a t p 所需的各种点式信息，包括进路长度、闭塞分区长度、坡度、 曲线等，确保列车在高速运行状态下的安全。 2 1 1 应答器系统功能 应答器系统【6 】分为地面设备和车载设备两部分。地面设备主要包括： 地面应答器、地面电子单元( l e u ) 。车载设备主要包括：车载天线和车载 解码器( b t m ) 。车载解码器除对应答器报文进行解码还原，还包含载频发 生器与功率放大器。 1 地面应答器 地面应答器包含特定的地面信息，放置在轨道中间。当机车经过地面 应答器时，通过无线射频激活应答器，使其发射预置数据，从而使机车获得 诸如公里标、限速、坡度等信息，保障列车运行安全。 地面应答器按照供电来源，可分为有源和无源应答器2 种类型。 ( 1 ) 有源应答器 有源应答器向列车提供接车进路参数、临时限速等信息。设置在车站 进站信号机前方的有源应答器，由可变信息应答器、道旁电子单元( l e u ) 、 车站信息编码设备及联接电缆组成。车站信息编码设备与车站联锁系统结 合，采集来自联锁系统的有关信息( 如列车进站的股道号、股道长度、临时 限速等) ，通过串行接口传送至道旁电子单元，再通过它控制可变信息应答 器的发送，为列车提供实时信息，解决人工输入易出差错的问题。车站信息 编码设备与道旁电子单元之间的电缆与进站口的信号机、轨道电路信号传 输电缆合并，采用铁路内屏蔽数字信号电缆。可变信息应答器要向车载运 控装置提供列车进站的股道号、股道长度、临时限速等动态信息，因此查 询应答器系统必须与车站联锁系统进行接口。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 ( 2 ) 无源应答器 用于向列控车载设备传输闭塞分区长度、线路坡度、线路速度、列车 定位信息。安装于两根钢轨中心地面上的无源应答器，不需要外加电源， 平时处于休眠状态，仅在列车通过并获得车载查询器发送的功率载波能量 时被激活，同时发送调制好的数据编码信息。其编码策略具有强检错、易 解调的特点。点式无源应答器，或称固定信息应答器，设置在车站机车信号 起始点( 双接近区段车站的第一接近信号机) 前方，能向上、下行列车的车 载设备发送有效数据。其主要功能是为运行控制装置提供检查机车信号起 始点的准确数据，同时校准里程计累积的定位误差。当机车通过点式无源 应答器时，车载查询器接收机车信号起始点信息，经车载查询主机处理后 提供给运行控制装置，包括相邻区段的长度、坡度、限速点等参数。运行 控制装置将信息加以处理后，发出声音或灯光提示，告诉司机前方进入接 近区段，注意地面信号的显示。在指定设置点式查询应答器的线路两端， 各设1 个无源应答器，为进入区段的机车提供车载设备初始化信息。车载 设备通过该信息，能确定本次机车的运行方向，从而能区分接收地面应答 器信息的运行方向。无源应答器自身功耗很低，包装上考虑醚型聚胺脂填 充，外壳为硬塑料，以确保防水、防撞击，便于工务、电务养护并可防盗窃。 2 地面电子单元( l e o ) 地面电子单元( 简称l e u ) 是一种数据采集与处理单元，当有数据变 化时，l e u 依据变化后的数据形成报文并送给地面有源应答器进行发送， 同时l e u 应具有接收外部数据报文，并向地面有源应答器进行发送的功 能，即具有报文透明传输功能。一个l e u 可同时向4 个地面有源应答器发 送4 种不同数据报文。l e u 实时监测与地面有源应答器间信息通道的状态， 并及时向车站列控中心回送。当l e u 与地面有源应答器通信中断时，不应 产生危机行车安全的后果。当外部控制条件无效或通信故障时，l e u 应向 有源应答器发送默认报文。 3 车载天线 车载天线是一个双工的收发天线，既要向地面发送激活地面应答器的 功率载波，还要同时接收地面应答器发送的数据报文。车载天线置于机车 底部，距轨道约1 8 0 - 3 0 0 m m 。当天线的导体通过高频电流时，在其周围 空间会产生电场与磁场，电磁场能离开导体向空间传播，形成辐射场。发 射天线正是利用辐射场的这种性质，使车载主机传送的高频信号经过发射 天线后能够充分地向空间辐射。当地面应答器被激活后，应答器发射另一 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 个高频信号，在其电磁波传播的方向，天线就会产生感应电动势。此时与 天线相连的接收设备输入端就会产生高频电流，接收效果的好坏除了电波 的强弱外，还取决于天线的方向性和与接收设备的匹配情况。车载天线其 外壳要由硬塑料作保护，防止异物撞击。 4 车载解码器 车载解码器用于对地面应答器信息的接收、滤波、数字解调与处理， 并传送给列控车载计算机。载频发生器与功率放大器用于产生激活地面应 答器所需的载频能量并通过车载天线传递给地面应答器。 5 应答器传输模块( b t m ) b t m ( 应答器传输模块) 是用于对地面应答器的数据进行处理的模块， 由微处理器、滤波器和其他相关单元组成。 2 1 2 应答器系统数据传输分析7 】 接口 - _ 一- 一- 一一o 图2 1 数据传输结构示意图( 无源应答器不与接i t “c ”连接) 1 接口“a ” “a ”接口为地面应答器与车载无线设备间的通信接口其接口定义对 确保不同应答器设备间互联互通以及信息传输的高效、安全、可靠具有重 要的意义。应答器下行链路( 车一地传输) ：功率载频：2 7 0 9 5 m h z i 5 k h z ； 应答器上行链路( 地一车传输) ：中心频率：4 2 3 4 m h z i 2 0 0 k h z 。应答器数 据信号调制方式：f s k ，平均数据传输速率t5 6 4 4 8 2 5 k b p s 。 2 接口“s 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 “s 接口为应答器与道旁信号或车站联锁等设备间的通信接口，其 中与计算机联锁设备连接采用r s 一4 8 5 、c a n 总线或其他串行数据总线方 式；与继电联锁设备连接可采用具有信号故障安全特性的继电器输人接 口。采用主从通信方式，l e u 为从机，并采用双通道冗余方式进行通信， 其通信波特率：3 8 4 0 0 b p s 。当采用现场总线进行通信时，其通信协议应符 合f s f b 2 ( 第二代现场总线故障安全通信协议) 或其它故障安全通信协 议。继电器输入接口应符合铁路信号设备故障安全原则的要求。输入电压 为直流2 4 v 。 3 接口“b “b 接口为车载解码器与列控车载计算机间的通信接口，应采用 r s 4 8 5 、c a n 总线，或其他串行数据总线方式。当采用r s 一4 8 5 接口进行通 信时应采用主从通信方式，车载解码器为从机。c a n 总线通信时，其通信 协议为：2 0 b 。 4 接口“c “c ”接口为l e u 与地面有源应答器间的通信接口，它包含由l e u 向 地面有源应答器传输数据报文的接口“c 1 ”、地面有源应答器回送的被激 活的接口“c 4 、l e u 向地面有源应答器提供偏置电压的接口“c 6 ，这 三种接口信号同在一对电缆芯线中传输。接口“c ”的传输是透明的，传 输介质采用应答器设备专用屏蔽双绞电缆。接口“c ”编码方式为双相差 分电平编码( d b p l ) 编码。地面有源应答器的接收速率与地面电子单元 ( l e u ) 发送速率相同。当有源应答器被激活，在接口“c ”检测不到有效 信号时，发送存储的默认报文；一旦开始发送默认报文，即使接口“c 1 ” 恢复有效信号，有源应答器也一直发送默认报文。接口“c 4 ”：当应答器 被激活时，应答器产生瞬间的低输入阻抗，l e u 检测到此信号后，在一定 时间内不得转换输出报文。 2 2 应答器布置 2 2 1 应答器编号及命名【8 】 全国铁路应答器编号具有唯一性。每个应答器的编号由( 大区编号+ 分区编号) 与( 车站编号+ 应答器单元编号) 共同构成。全国铁路按一定 西南交通大学硕士研究生学位论文 第8 页 原则划分若干大区，每个大区分成若干分区，每个分区包含若干车站( 含 区间) 。原则上每个车站对应一个车站编号，应答器以应答器( 组) 为基 本单元进行编号( 简称单元编号) 。 1 大区编号 大区编号由三位十进制表示，编号范围为1 1 2 7 。全国铁路按区域 划分大区。以现行电务段或客运专线区域为参照，根据其管辖范围内车站 的数量，每个区域可分配1 3 个大区编号。大区编号及范围应保持相对 固定，不随电务段或客运专线的管辖区域变化而变化。 2 分区编号 分区编号由一位十进制表示，编号范围为1 7 。大区编号内以线别 和车站分布情况进行分区编号。原则上同一线别的车站应分配在同一分区 内。车站数量较多时可分配多个分区。车站数量较少时，多个线别可合并 在一个分区内。 3 车站编号 车站编号由二位十进制表示，编号范围为1 - - - 6 0 。一个分区内的车站 数量一般按不超过5 0 个进行分配。原则上按分区内车站的下行方向顺次 进行车站编号。多个线别合并在一个分区时，线别之间车站编号留出适当 余量。既有分区内增减车站时，不得影响其他车站编号。 4 单元编号 单元编号由三位十进制表示，编号范围为1 - - 2 5 5 。对车站管辖范围 内( 含区间) 的全部应答器( 组) 进行统一编号。以列车正运行方向或用 途为参照，按正线贯通、从小到大的原则进行编号，下行编号为奇数，上 行编号为偶数。对于单线、三、四线等特殊情况，应答器( 组) 参照上述 规则进行编号。每个应答器组可由1 8 个应答器组成，以列车正运行方 向为参照，列车首先经过的应答器为，其他顺次编号。单元编号如图2 2 所示： 列车运行方向 1 _ - _ _ _ - l l _ - l - - _ - i l l - i _ _ _ _ l - 管管 应粹器组成答器组 图2 2 应答器组内单元编号 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 应答器编号相当于是身份识别，而从该编号中很难看出其特征及安装 位置，不便于维护和管理，因此，除编号外，每个应答器( 组) 应有其名 称。 应答器命名以b 开头，后加里程标或信号机名称，其中里程标参照 区间通过信号机命名规则。应答器命名如图2 - - 3 所示： 图2 3 应答器命名 2 2 2 既有线c t c s - 2 提速区段应答器布置 应答器按列车运行方向布置一j ，区间一般间隔【6 j 3 - 5 k m ( 不超过3 个闭 塞分区) 设置一个无源应答器，由于应答器报文最大容量为8 3 0 b i t ，其 内部各包容量有确切的定义，在应答器布置过程中，要考虑报文容量。同 时信息内容涉及行车安全的应答器( 组) 之间应建立链接关系。一个应答 器( 组) 应与同一运行方向连续两个相邻应答器( 组) 建立链接关系。这 一方案的布置原则：每个应答器正、反向链接两个应答器同时加上常用制 动距离( 2 0 0 k m h 线路为4 5 公里) ，并且数据范围宜满足列车运行在应答 器未丢失情况下，均能够满足列车生成从最高的允许码到h u 码的控车模 式曲线所需的闭塞分区数量。根据这一原则，顺着列车运行方向，在坡度 变化较少、线路状况较好( 无或者较少分割点) 的区段按间隔三个闭塞分区 预布，线路状况复杂、坡度变化频繁的区段按间隔两个甚至一个闭塞分区 布置。当两个相邻且数据冗余的链接应答器( 组) 失去链接关系时，列车 运行应不受影响，当三个相邻且数据冗余的链接应答器( 组) 失去链接关 系时，列车应采取常用制动，且冗余数据应满足制动距离要求。进站口和 出站口有源应答器和无源应答器成组设置，用以确定列车运行方向。有源 应答器主要提供临时限速信息，无源应答器提供线路固定信息。有源靠近 站舍，进站口无源应答器用于反向行车，通过容量检算，若容量溢出，需 西南交通大学硕士研究生学位论文第1o 页 在区间中间位置增加反向中继。在c t c s 0 1 至c t c s 2 或c t c s 2 至c t c s 0 1 级间转换处，设置三组有两个无源应答器组成的应答器组，分别为正向预 告应答器组，执行应答器组和反向预告应答器组。应答器组内相邻应答器 间的距离为5 0 2 5 m 。设置在闭塞分区入口处、迸站信号机处的应答器 组距调谐单元或机械绝缘节的距离宜为1 5 0 2 5 m ( 从最近的应答器计 算) 。 既有线提速的c t c s - 2 区段主要包含以下几种类型的应答器布置i lo 】： 1 区间有绝缘信号点应答器( 组) 布置 按列车正向运行方向布置，应答器组内最后一个应答器布置在距绝缘 1 5 米处，组内相邻两个应答器间距为5 米，如图2 4 所示： 图2 - 4 区间有绝缘应答器配置示意图 2 区间无绝缘信号点应答器( 组) 布置 按列车正向运行方向布置，应答器组内最后一个应答器距调谐单元 ( b a ) 1 5 米，组内相邻两个应答器间距为5 米，如图2 5 所示： b as c vb a 图2 - 5 区间无绝缘应答器配置示意图 3 进、出站口应答器组布置 进站口和出站口有源应答器和无源应答器成组设置，用以确定列车运 行方向。有源应答器主要提供临时限速信息，无源应答器提供线路固定信 息。有源应答器设置靠近站舍，正向运行时，组内最后一个应答器分别布 置在进站信号机处绝缘节和反向进站信号机处绝缘节外方1 5 米处，应答 器组内相邻应答器间距为5 米，如图2 6 所示： 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 图2 - 6 进、出站口应答器组配置示意图 4 级间转换应答器组布置 级间转换应答器设置于区间列车较少使用制动的区段，距进、出站端 距离大于4 5 0 m ，包含预告点应答器组、执行点应答器组和反向预告点应 答器组。执行点应答器组内最后一个应答器距调谐单元( b a ) 1 5 米，组 内相邻两个应答器间距为5 米。预告区段长度应满足即将转换的列控系统 设备投入正常工作和司机确认所需要的时间，一般按5 秒设计，距执行点 约2 4 0 米，如图2 - 7 所示： 型堡鱼查咀 级i 州转换i 心匀预告点 绂f l j 转换执 i 点级问转换反刚颓告一点 图2 7 级间转换应答器组配置示意图 5 大号码道岔应答器布置 在大号码道岔前发送u 2 s 码的轨道电路入口处应设置一个有源应答 器( 组) ，如图2 8 所示： s大号码道岔应答器 二二q ! 旦 翌三挚l 一 图2 - 8 大号码道岔应答器( 组) 配置示意图 2 2 3 客运专线应答器布置 1 1 】 原则上每间隔两个闭塞分区入口处设置2 个无源应答器构成应答器 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 组。进站信号机( 含反向) 处设置由1 个有源应答器和1 个无源应答器组 成的应答器组，提供临时限速、接车进路参数、调车危险以及发车方向的 区间轨道电路和线路参数等信息。用于识别运行方向的应答器组至少包括 两个应答器；用于修正列车位置的应答器组可用1 个应答器。侧线出站信 号机处设置1 个有源应答器和1 个无源应答器组成的应答器组提供绝对停 车信息和发车进路信息等。级间转换区段成对设置预告点应答器组、执行 点应答器组和反向预告点应答器组。应答器组内相邻应答器间的距离为 5 0 2 5 m 。设置在闭塞分区入口处、进站信号机处的应答器组距调谐单元 或机械绝缘节的距离宜为2 0 o 2 5 m ( 从最近的应答器计算) 。应答器布 置如图2 9 所示： 图2 - 92 0 0 2 5 0 k m h 客运专线应答器配置示意图 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 第3 章应答器数据分析 应答器设备可以简单地理解为一个数据存储器和发送器，当车载天线 激活该应答器时，应答器发送自身存储的应答器报文或地面电子单元 ( l e 功传输的应答器报文。应答器报文分为应答器用户报文( 8 3 0 b i t s ) 和应 答器传输报文( 1 0 2 3 b i t s ) ，具体结构如图3 1 所示。 应答器用户数据表【1 2 】是应答器报文编制必备的基础数据，是列车运行 控制系统中地面系统与车载系统信息交换的主要信息之一，是车载系统准 确控车的保证。应答器用户报文是应答器传输报文的重要组成部分。详细 分析应答器数据构成、应答器用户报文定义和格式是应答器信息编码的基 础。 应答器用户报文：匝堕羹习互亚至亟垂翟 应答器传输报文：匝垂堕至耍至丑至至堕王区至至正至亟至三咽 图3 1应答器报文结构 3 1 应答器用户数据表 应答器用户数据在既有线是以应答器用户数据表的形式存在的，在客 运专线中为工程数据表【l 引，两者包含的数据内容相同，但具体的数据表格 式存在差异，以下统称为应答器数据表。应答器报文是根据应答器数据表 中描述的线路参数，利用规定的应答器信息包格式，根据控车需要，组合 编制成应答器用户报文【1 4 】【1 5 】，描述相应的线路参数。 用户数据转换为应答器报文的过程是应答器设备运用中的关键环节， 为保证应答器用户数据的完整性和准确性，应答器数据表的编制必须按照 铁道部制定的统一标准进行编写。其主要内容包括应答器位置表；正向区 间信号点、轨道区段表；反向区间信号点、轨道区段表；区间线路坡度表： 区间线路允许速度表；铁路线路里程断链明细表；车站进路数据表等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 3 2 应答器用户报文 3 2 1 用户报文相关定义 1 变量定义 由于应答器的数据量很大，在使用中为了有效利用信息位，应当尽可 能统一变量的定义。应答器报文变量定义如下： 1 变量将用于对单一数据值进行编码，每一个变量只有一个含义。 2 变量可以有特殊值，它们与变量的基本含义有关，特殊值总是变 量中的最大值( 例如：l l l 1 l = “未知”) 。备用的变量数值应在正常值 和特殊值之间的可变数据范围内。 3 变量的名称是唯一的，同含义的变量具有相同的名称。 4 有符号的变量数值将以“2 ”的补码形进行编码。 5 1 位布尔变量总是使用“0 ”作为“假”，“1 ”作为“真”。 6 所有变量都有表3 1 之一的前缀： 表3 1 变量前缀 d距离 - g 坡道 l 长度 一 m 其它 一 n 编号 - n c 等级编号 一 n i d 识别号 q 限定 v 速度 2 数据包包头定义 数据包是许多变量在一个单元中的组合，有固定的数据结构。数据包 结构包括一个包头：1 个唯一的包编号，信息包的位长度，方向信息，可 选的距离标尺和包含系列定义的变量的信息区。1 个数据包结构如下： 表3 - 2 数据包结构 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 编号 n i d _ p a c k e t 信息包的标示码 方向 od i n 指出信息对哪个方向是有效的 长度 l p a c k e t 信息包所含的数据位数 标尺 q s c a l e 距离长度的分辨率 信息系列变量 数据包包头的定义应当注意以下几点： 1 所有当前未定义的包标示码是为将来预留的，其包定义也须遵守 上述数据结构。 2 第2 5 5 包“报文结束”是个例外，不遵守上面的规则。 3 ni t e r 之处一个或一组变量重复的次数。 4 如果ni t e r 为o ，则后面没有变量。 5 变量反复可以存在两层嵌套。 6 在数据包中，一个变量如果根据其前面的一个限定词变量的变化 是可选的，则改变量在数据包定义中应缩进书写。 3 2 2 用户报文结构 每一条应答器用户报文都由帧标志( 包头5 0 位) 、用户数据包( 7 7 2 位) 和报文结束标志结束( e t c s 2 5 5 ，8 位) 构成，报文结构如表3 3 所 不。 表3 3 报文结构 变量位数说明 q u p d o w n 1 信息传送的方向( 0 = 车对地，l = 地对车) m v e r s i o n 7 语言代码版本编号( 0 0 00 0 0 1 = v i 0 ) q _ m e d i a l信息传输媒介( 0 = 应答器、l = 环线) np i g 3本应答器在应答器组中的位置( 0 0 0 = 1 ，1 1 1 = 8 ) nt o t a i3 应答器组中所包含的应答器数量( 0 0 0 - - 1 ，1 1 1 - - 8 ) 该应答器信息与前后应答器信息的关系( 0 0 = 与前后均不同， md u p2 0 1 = 与后一个相同，l o = 与前一个相同) m - m c o u n t 8报文计数器( 0 2 5 4 ) ( 2 5 5 = 报文适应同一组的所有应答器) 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 n i dc1 0地区编号( 高7 位= 电务段编号，低3 位= 段内分区) n i db g1 4 应答器编号( 高6 位= 车站编号，低8 位= 应答器编号) q l i n k l 应答器( 组) 的链接关系( 0 = 没有链接关系，l = 有链接关系) 用广信息 7 7 2 长报文为7 7 2 位，短报文为1 5 2 位 帧结束8= 1 1 1 11 1 1 1 ，表示信息帧结束 在c t c s 2 级既有线提速系统中，7 7 2 位用户数据主要由应答器链接、 线路坡度、线路速度、等级转换、c t c s 数据、特殊轨道区段、调车危险 七个e t c s 信息包和轨道区段、临时限速、区间反向运行、大号码道岔四 个c t c s 信息包构成。 1 应答器链接包( e t c s 5 1 提供应答器的链接信息，描述应答器的链接关系，数据包报文基准量 6 9 b i t 、增量3 9 b i t ，总量为：6 9 + ( n 1 ) * 3 9 b i t ，1 1 为链接应答器数目。 2 线路坡度包( e t c s 2 1 1 提供线路坡度信息，数据包基准量为7 8 b i t ，增量为2 4 b i t ，总量为： 7 8 + ( n - 1 ) * 2 4 b i t ，n 为线路坡度数目。 3 线路速度包( e t c s 2 7 1 提供线路静态速度信息，为线路最大允许速度，数据包基准量为8 6 b i t ， 增量为2 8 b i t ，总量为：8 6 + ( n 1 ) * 2 8 b i t ，1 1 为线路允许速度数目。 4 等级转换包( e t c s 4 1 ) 提供级问转换信息，数据包容量为9 7 b i t 。 5 特殊区段包( e t c s 6 8 ) 特殊区段报文，可以向机车乘务员实时反映列车运行前方的一些特殊 情况，如隧道、桥梁、无电区等，数据包容量为l1 4 b i t 。 6 调车危险包( e t c s 1 3 2 ) 在进、出站口处应答器向列车传送调车危险报文信息，可禁止列车以 调车模式进入区间。在出站信号机处发送调车危险报文，可防止列车在没 有排列调车进路时，以调车模式驶出股道。数据包容量为2 4 b i t 。 7 轨道区段包( c t c s 1 ) 提供线路轨道区段信息，数据包基准量为9 3 b i t ，增量为2 4 b i t ，总量 为：9 3 + ( n 1 ) * 2 4 b i t ，1 1 为轨道区段数目。 8 临时限速包( c t c s 2 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 提供线路临时限速信息，数据包容量为1 2 2 b i t 。 9 区间反向运行包( c t c s 3 1 当区间反向运行轨道电路发送轨道检查码( 2 79 h zj ，没有发送追踪 码序时，通过该信息包给列车发送反向运行的起点以及反向运行的长度。 数据包容量为1 2 2 b i t 。 1 0 大号码道岔包( c t c s 4 1 根据道岔区段空闲条件，该信启，包给出道贫侧向允许列车运行的速 度。根据道岔区段空闲条件的不同，同一大号码道岔其侧向允许列车运行 的速度可以有多个等级。当大号码道岔侧向允许列车运行的速度小于或等 于8 0 k m h 时，应答器可以不给出大号码道岔报文。数据包容量为4 8 b i t 。 33 应答器用户数据包 应答器链接信息( e t c s 一5 ) 应答器连接信息模块的设定如表3 - 4 所示 表3 - 4 心答器的链接定义 娈i gp 扎i f 。二0 + “i , r 1n - jf 0 0 0 00 1 0 od i r峨i o0 h 0 0 - 反i ，= o _ _ 1 0 = 一i i 】簖【_ ， o id ，- 0s ( a l e 肺【：_ n ? j “f 0 0 = 1 0 c m0 1 100 m 划、z 、链拙- ，并器= hj 帕趼b 下一个链接应符器( 组) 与前一个的地k 关系 t y n e w c o u n t r y ( 0 - 相同，l = 不同j 、- - 符嚣ij 煽o i一、r 等嚣j o ”j t ，二“ 女r * j! ，_ 4 n ，。0 l _ _ nl l 、k o r i f 、t a t i o n 0 噎- j1 ；i 1 】链接e 畋1 ha ip 最驵j 吩0 0 = 擘0 引础0 1 = 0l i k r e a cr i o 、 常册 j 1 0 ，l “t ，1 1 爵ij 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 吐i n k a c c 链接距离允许的安装偏差( 0 6 3 m ，分辨率= 1 m ) 包含链接应答器( 组) 的数量 d - l 1 n k ( k )到f 一个链接应答嚣( 组) 的距离增量