（交通信息工程及控制专业论文）无线闭塞中心的测试方法研究.pdf

中文摘要 摘要：为确保列车运行安全，提高运输效率以及增强市场竞争力，铁路部门 提出了发展适于我国国情的c t c s ( c h i n e s e t r a i nc o n t r o ls y s t e m ) 系统的策略。随着 c t c s 技术研究的成熟，c t c s 必将作为我国现代铁路系统的标准，进入实际运用 阶段。目前已经确定要将c t c s 3 级列控系统的技术应用到武广线的建设中，因此 如何验证c t c s 设备是否满足c t c s 系统需求规范是一个随之而来，并且急需解 决的问题。由于c t c s 提出相对较晚，在相关设备的测试评估的研究方面还是一 个空白，虽然e t c s 已发布了一些关于车载设备测试的可供参考的规范，但是由 于技术保密等方面的原因，许多核心的内容还需要深入研究。本文主要研究 c t c s 3 级列控系统中无线闭塞中心( r b c ) 子系统的功能测试方法，r b c 作为 c t c s 3 级列控系统的重要核心组成部分，在保证列车运行安全、提高列车运行效 率方面起着举足轻重的作用，但是到现在为止国内外仍没有研究机构或是组织公 布r b c 的测试规范，这就需要我们自主研究如何去验证r b c 的系统功能是否满 足其系统功能需求。 本论文主要是在理论上对r b c 的测试方法进行研究，首先，介绍了c t c s - 3 级列控系统的组成及其功能描述，重点分析c t c s 一3 级中r b c 子系统的详细功能及 与其它模块的接口；其次，借助实验室已有的仿真环境，设计搭建r b c 的测试平 台，介绍了测试系统的组成以及r b c 测试的可见接口，即与c t c 的接口、与联 锁设备的接口、与车载设备的接口、与相邻r b c 的接口；再次，重点分析r b c 的 系统功能需求，结合系统功能需求、系统功能特性以及测试案例之间的关系，提 取了r b c 的一百个左右的功能特性，并在此基础上总结出了二百个左右的r b c 测试案例；最后，阐述了基于中国邮路算法的测试序列的设计，针对r b c 对单个 列车的管理功能总结了r b c 的工作状态，即r b c 启动、待机、接受列车、保持 对列车管理、移交列车以及结束任务六个状态，根据r b c 的状态转换以表格的形 式列举了r b c 的若干测试序列，实现在可见接口处对r b c 的测试。 关键词：c t c s 一3 ；无线闭塞中心；功能测试；测试案例；功能特性；测试序列； 仿真测试 a bs t r a c t a b s t r a c t ：i no r d e rt oe n s u r et h es a f e t yo ft r a i no p e r a t i o n ，i m p r o v et h e t r a n s p o r t a t i o ne f f i c i e n c ya n ds t r e n g t h e nt h em a r k e tc o m p e t i t i v e n e s sf o rr a i l w a ys y s t e m ， t h em i n i s t r yo fr a i l w a y sh a sb r o u g h tf o r w a r dt h ec h i n e s et r a i nc o n t r o ls y s t e m ( c t c s ) w h i c ha d a p t st oo u rn a t i o n w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc t c s ，as e r i e so fc t c s s p e c i f i c a t i o n sw i l lb et a k e nf o rt h es t a n d a r do fm o d e r nr a i l w a ya n dp u ti n t op r a c t i c e a n di th a sd e t e r m i n e dt o a p p l yc t c s 一3t e c h n i q u e t ot h ec o n s t r u c t i o no f w u h a n - g u a n g z h o ur a i l w a y s o ，i ti su r g e n t t ov a l i d a t ew h e t h e rt h ee q u i p m e n t f u n c t i o n sm e e tc t c ss t a n d a r d so rn o t b e s i d e s ，i ti sn o tl o n gs i n c et h ec t c sh a sb e e n p r o p o s e da n dl i t t l er e s e a r c hh a sb e e nd o n ec o n c e r n i n gt h et e s ta n de v a l u a t i o no fc t c s e q u i p m e n t a l t h o u g ht h e r ea r es o m ep u b l i s h e de t c ss p e c i f i c a t i o n so nt h et e s to fe t c s o n b o a r de q u i p m e n t ，r e s e a r c hm u s t b ed o n et os o l v et h ek e ya l g o r i t h m s i nt h i sp a p e ri t m a i n l yr e s e a r c ho nt h et e s tm e t h o d o l o g yo fr b cw h i c hi so n eo ft h ec o r e so fc t c s - 3 r b c p l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei ng u a r a n t y i n gt h et r a i ns a f e t ya n di m p r o v i n gt h et r a n s p o r t e f f i c i e n c y m o r e o v e r , t h e r ei sn op u b l i s h e ds p e c i f i c a t i o no nt h e t e s to fr b ca tp r e s e n t ， s oi ti sm o r ei m p o r t a n ta n du r g e n tf o ru st od or e l a t i v er e s e a r c ha b o u tr b ct ov e r i f y w h e t h e ri t ss y s t e mf u n c t i o n ss a t i s f yi t ss r so rn o t t h i sp a p e rf o c u s e sm a i n l yo nt h et e s tm e t h o d o l o g yo fr b c e q u i p m e n ti nt h e o r y t o b e g i nw i t h ，i t i n t r o d u c e st h em e m b e r so fc t c s - 3a n dt h e i r sf u n c t i o n s a n d e m p h a t i c a l l ya n a l y s e st h ed e t a i lf u n c t i o na n di n t e r f a c e so fr b c t h e n ，b a s e do nt h e c t c s 一3s i m u l a t i o ne n v i r o n m e n ta l r e a d ye s t a b l i s h e di nt h el a b ，t h ea r c h i t e c t u r eo ft h e t e s tp l a t f o r mf o rr b ci sd e s i g n e d ，w h i c hd e s c r i b e st h ei n t e r f a c e so fr b cw i t hf i e l d e q u i p m e n to fc t c ，i n t e r l o c k i n ge q u i p m e n t ，o n b o a r de q u i p m e n ta n dn e i g h b o rr b c f u r t h e r m o r e ，h u n d r e d so ff e a t u r e sa r ee x t r a c t e da c c o r d i n gt ot h es r so fr b c a n da l s o h u n d r e d so ft e s tc a s e sa r el a i do u t f i n a l l y , t h em e t h o do fd e s i g n i n gt h et e s ts e q u e n c e s b a s e do nc h i n e s ep o s t m a np r o b l e mi sd e s c r i b e d s i xs t a t e so fr b cf o ri n s t a n c es t a r t u p o fr b c ，s t a n d b yo fr b c ，a c c e p t a n c eo ft r a i n ，m a n a g e m e n to ft r a i n ，h a n d o v e ro ft r a i n a n dt a s ke n do fr b ca r es u m m a r i z e da i m e da tt h ec o n t r o lo fr b ct oo n et r a i n s e v e r a l r b ct e s ts e q u e n c e sa r el a i do u ti nt a b l eb a s e do nt h et r a n s f o r ma m o n gr b cs t a t e s ， r e a l i z i n gr b c t e s to nt h ev i s i b l ei n t e r f a c e s k e y w o r d s ：c t c s - 3 ；r a d i ob l o c kc e n t e r ；f u n c t i o nt e s t ；t e s tc a s e ；f e a t u r e s ；t e s t s e q u e n c e s ；t e s tp l a t f o r i l l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：动奄托 导师签名： 签字同期： 瑚年b 月，f 日签字日期：矽8 年占月ff 日 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 觑 签字日期：切秽年6 月11 日 致谢 首先，我要衷心感谢我的导师张勇副教授，本论文的工作是在张老师的悉心 指导下完成的，张老师严谨的治学态度、系统科学的研究方法、勤勉的工作态度 都给了我极大的帮助和影响。在理论知识的学习和科研项目的开发中，张老师都 给予了我细致的指导和帮助；在做人做事方面，张老师言传身教，身体力行，都 给了我很大的影响和启示，使我受益匪浅，在此向张老师表示衷心的谢意。 其次，在项目开发及撰写论文期间，章慧、崔莹莹、徐丽、宋沛东、蒋红军、 宋晨亮等师兄师姐以及谈敏、蔡畅、王嵩等同学都给与了我热情无私的帮助，在 此衷心感谢他们，并祝我们的友谊长存。 另外，还要感谢我的家人和朋友，他们的理解和支持使我能够在学校专心完 成我的学业，他们是我精神上的支柱，促使我在艰难的求学之路上不畏困难，勇 敢前进，我取得的每一分成绩都与他们的关怀和支持息息相关。 1 绪论 1 1e t c s 和c t c s 的发展 欧洲铁路运输管理系统( e u r o p e a nr a i 1t r a f f i cm a n a g e m e n ts y s t e m ，简 称为e r t m s ) 是整个欧洲铁路网内保证互通运行的一个新控制指令系统，包含三个 组成部分：欧洲列车控制系统e t c s ( e u r o p e a nt r a i nc o n t r o ls y s t e m ) ；欧洲运 输管理系统e t m s ( e u r o p e a nt r a f f i cm a n a g e m e n ts y s t e m ) ：无线通信系统g s m r 。 e r t m s e t c s 实际上是欧盟组织编制的一个系统性的规范与标准，详细规定了 子系统与子系统的功能和技术要求。它是欧盟为解决欧洲铁路互通运营而提出的， 目的在与消除由于各国设施不同所引起的系统差别，在欧洲铁路网内实现互用性 并确保列车运行的安全性和高效性，降低运营成本，增强竞争优势。e t c s 完成列 车运行控制的系统，也就是我们所称的列控系统。 e r t m s e t c s 最大特色之一是根据功能需求和运用条件配置系统，规定了不同 的e r t m s e t c s 应用层面，用以表述在轨道与列车之间可能存在的运营关系。e t c s 规范规定了5 个应用层面( 或称应用等级) ，高等级向下兼容，使得欧洲各国可以 根据实际需要使用各种等级的列控系统，其中e t c s 等级0 与e t c s 等级s t m 实际 上是e t c s 的一种兼容功能，或者说是应用上的等级，所以e t c s 系统按设备和功 能只分为3 个等级。 e t c s 应用等级o 实际上是e t c s 的一种兼容功能，装备了e t c s 设备的列车可以在没有装备 e t c s 地面设备的线路上运行。 e t c s 应用等级s t m 实际上是e t c s 的一种兼容功能，装备了e t c s 设备的列车可以再装备本国 信号系统地面设备的线路上运行。为了识别本国信号，车载设备需要增加s t m ( s p e c i f i ct r a n s m i s s i o nm o d u l e ) 专用传输模块，s t m 把接收到的本国信号 系统的信号译成e t c s 报文格式，然后传给e t c s 车载设备。 e t c s 应用等级1 有仅采用的欧洲点式应答器和采用点式应答器+ 欧洲环线两种方式。两种 方式同样是：可以覆盖原来的信号系统，通过应答器给出移动授权，由轨道电 路检查列车完整性和所在位置；不同的是欧洲环线范围内可以连续接受信息。 e t c s 应用等级2 采用欧洲点式应答器+ 欧洲无线( g s m - r ) 构成，不需要很多的轨旁信号设 备，通过g s m r 实施移动授权，通过点式应答器为列车定位，通过轨旁的无线 闭塞中心检查列车的完整性。 e t c s 应用等级3 点式应答器+ 欧洲无线( g s m - r ) + 无线列车检测，它通过g s m - r 实施移动 授权，通过点式应答器实现列车定位，使用车载设备检查列车的完整性，实现 移动闭塞运营。 中国列车控制系统的c t c s 一1 、c t c s 一2 、c t c s 一3 级技术规范分别参考欧洲列车 控制系统e t c s 一0 、e t c s 一1 、e t c s 一2 级技术规范。但两者又有着较大的不同，主要 体现在以下几方面： 1 起点不同 欧洲很多国家，列车占用检查由轨道电路或计轴设备完成，而地一车信息 传输靠点式设备完成，有些国家甚至没有轨道电路；而我国铁路车载信号完全 是基于轨道电路传输信息，点式设备正逐步被用户认可。 2 基础不同 欧洲各国铁路信号制式较多，a t p 较成熟，实施e t c s 规范即可实现互通运 营；我国铁路客货列车、不同速列车共线运行，a t p 处于起步阶段。因此c t c s 的研究应结合中国国情和运输需求与国际接轨。 3 内涵不同 e t c s 是基于点式或基于无线的列车控制系统( 信息承载平台是g s m r ) ； c t c s 是更符合中国国情的列车控制系统。 4 实施策略不同 e t c s 的研究经历了十余年，现在开始进入测试、验证及试用阶段。c t c s 的研究在国内外相关的研究基础上，要发挥优势、定好规则；新线和既有线、 客货、共性和特性分开研究，综合考虑；立足本国，与国际接轨，洋为中用， 做好试点。 5 目标不同 e t c s 的最初目标是欧洲各国互联互通，我们的基本目标是与国际接轨，满 足既有线安全的需求，满足提速发展的需求，满足高速建设的需求，满足特殊 线路运营的需求。 本论文主要研究的是c t c s 一3 级列车控制系统，其规范主要是参考欧洲e t c s - 2 级列控系统的规范制定的。欧洲的e t c s 即可归为c b t c 系统范围，e t c s - 2 级主要 采用的就是无线通信来实现车地问的双向通信，基于g s m r 的e t c s 一2 级无线列车 控制系统作为新一代列控的发展方向具有广阔前景，如瑞士将e t c s 一2 级定位战略 2 发展目标；g e 公司的增强型列车控制系统、阿尔斯通公司的a t l a s 列车控制系统 都得到成功应用等；英国铁路准备全路采用欧洲列车控制e t c s - 2 级系统，总投资 约3 5 亿至6 5 亿英镑，2 0 1 5 年之前，4 条列入泛欧铁路网( t e n ) 的线路。 1 2 国内外列控测试的现状分析 在列车控制系统的测试方面，国外铁路非常重视，进行了大量的研究。意大 利佛罗伦斯大学曾于2 0 0 4 年为s c m t 开发出一个基于仿真技术的a t p a t c 测试 系统l l 】：h i l ( h a r d w a r ei nt h el o o p ) 预1 试系统。该系统为a t p 中测速设备的测试提 出了一个有效的解决办法，使得设备的验证程序大大简化。它的应用使得人们不 必在现场进行测试，这就降低了测试的费用。而且，测试环境都是可控、可重复 的，这使得不同的解决方案之间可以进行有效的对比。一些极端的测试环境，比 如低粘着力等，在实际线路中不可能出现或是很危险，在这里都可以容易地进行 模拟。 意大利的p d it o m m a s o 研究了对e t c s 的地面关键设备r b c 安全性进行测试 的方法，主要是通过仿真方法提供在列车与r b c 之间数据通信异常情况下的测试 案例，来验证r b c 系统的安全性。研究发现只有1 3 的测试规范适应正常的操作 条件，其余的8 7 都是有关降级和异常测试( 分别是5 2 和3 5 ) 【l 】，在如此分 类的基础上，制定了一个叫做“异常管理 的工具，它和正常的仿真器是完全独 立的。研究了“s y s t e mi nt h el o o p ”仿真环境以及专门的异常管理工具，这些允许测 试组在几个月的时间里通过手稿文件定义和自动测试大多数的规范功能测试，来 检测不一致性和执行的错误，测试环境如图1 1 所示。 图卜1 测试环境的逻辑图示 f i g u r e l - 1al o g i cs c h e m eo f t h et e s t i n ge n v i r o n m e n t 3 西班牙c e d e xl i f 实验室采用仿真测试方法，建立了e u r o c a b 车载测试平台， 并开发了测试工具，实现了测试案例的生成、测试序列的生成与查看、测试结果 评估分析等功能。其实验室车载设备测试平台框图如图1 2 所示。法国e a s a 的车 载系统、无线闭塞中心测试平台以及互联互通测试平台如图1 3 所示。 图卜2 西班牙c e d e xl i f 实验室车载设备测试平台框图 f i g u r e l 2c e d e x l i f o n b o a r d e u r o c a bt e s ta r c h i t e c t u r ei ns p a i n 图卜3 法国e a s a 的无线闭塞中心测试平台 f i g u r e l 一3e a s a r a d i ob l o c kc e n t e rt e s ta r c h i t e c t u r ei nf r a n c e gd en i c o l a t 3 】提出了一种基于白盒测试和黑盒测试的混合测试方法对安全关 键系统进行测试，基本思路是从系统的规格说明书出发，把系统切割成相互独立 的若干逻辑单元，之后对每一个逻辑单元进行测试。在进行测试的过程中，不同 4 的输入组合将被输入到整个系统的输入接口来对所有逻辑单元进行激励，通过对 系统非破坏性的输出检测，收集各个逻辑单元的测试结果，验证其正确性。该方 法能有效减少测试用例的数量，还能实现故障定位，已被应用到e t c s 系统的测 试中。 关于e t c s 车载设备的测试，e r t m su n i s i g 工作组发布了较为详细的文档， 但是由于技术保密等方面的原因，许多核心的内容还需要深入研究，而且对r b c 的测试方面的规范目前还没有发布，更需要进行自主研究。 在国内对列控系统的测试研究相对较少，上海同济大学的吴美芳教授研究了 铁路系统中微机联锁系统软件的测试评估，在铁路软件安全性测试评估理论和方 法、微机联锁测试评估平台的搭建与应用方面进行了大量的研究和实践，为微机 联锁在国内的推广提供了安全的保障。同时，也对铁路中其他采用计算机控制的 系统的测试研究提供了的指导作用【2 0 】。 1 3 论文研究背景和意义 当前中国铁路实施跨越式发展，多次成功提速，正在运行设计并建设2 0 0 k m h 的提速线路和3 5 0 k m h 的客运专线。为了确保高速列车的安全运行，迫切需要装 备性能先进、安全、可靠、高效的列车运行控制系统。2 0 0 2 年中国铁路从跨越式 发展的高度在欧洲列车运行控制系统( e t c s ) 规范的基础之上提出了发展适于中 国的列车运行控制系统( 以下简称c t c s ) ，研究并制定了c t c s 的总体框架和技 术规范。铁道部也已明确在干线提速及新线中优先发展c t c s 系统，在消化吸收 国外先进技术的基础上，实现引进设备国产化。列车运行速度提高了，列车运行 控制系统必将成为铁路信号系统的核心设备。 2 0 0 7 年4 月1 8 日，中国铁路第六次大面积提速正式付诸实施，主要干线丌始 “时速2 0 0 公里 的高速运行。其中所采用的列控系统就是通过自主研发、集成 创新所研制的c t c s 2 列控系统。这次大面积提速，无论是广泛性，还是技术的先 进性，都是以往历次提速所不能比拟的，标志着中国铁路既有线提速水平已经跻 身世界先进行列。结合我们国情，人口众多，客运量大，而铁路是大容量和大众 化的交通运输工具，提速工程必定继续发展，随着基于通信的e t c s 2 级列控系统 在欧洲商业运行的成功，中国也将加快c t c s - 3 级列控系统的研制和实施步伐，基 于无线通信的c t c s - 3 级列控系统必将提到日程上来，应用到铁路提速建设中去。 安全运输是铁路追求的重要目标，通常所说的“安全第一”表明安全在铁路 中的地位，“故障一安全理念的技术也源于铁路。为了保证设备投入使用时的 安全可靠，在使用前必定要进行一系列的测试验证其完成的功能以及故障一安全 5 性。论文研究的是c t c s 一3 级列控制系统中的核心子系统无线闭塞中心( r a d i o b l o c kc e n t e r ，简称r b c ) 的功能测试，在中国列车控制系统中c t c s - o 、c t c s - 1 、 c t c s 一2 级列控系统皆没有涉及到无线闭塞中心，只有c t c s - 3 和c t c s - 4 级列控系 统采取了无线通信实现车地双向通信。 系统的功能规范测试如果要完全在真实环境中执行则需要大量的时间和资 源，此外，大量的测试需要产生异常的安全一故障条件，这些在真实环境中很难 实施。因此我们要去寻找新的方法来实现对系统详细的功能测试，本论文描述使 用仿真的环境克服上述缺点，能够快速、自动的在正常和降级的操作条件下执行 系统的功能测试。 国外的某些组织已经进行了列控系统的测试工作，并取得了相关成就。关于 e t c s 车载设备的测试，e r t m su n i s i g 工作组发布了较为详细的文档，描述了根据 系统的需求规范s r s 提取系统特征的基本方法、产生测试案例的原则和方法、通过 测试案例构成测试子序列的方法以及通过测试子序列构成测试序列的方法，但是 针对r b c 的测试规范却是保密未公布。 国内对列控系统的测试工作刚刚起步，测试研究的还比较少，尤其是r b c 的测 试可以称得上是一片空白，本课题的研究无论是从近期还是远期看都具有较高的 学术价值、广泛的应用前景和重要的社会经济意义，但更具有一定的挑战性。 1 4 论文主要工作 本论文重点研究c t c s 一3 级列控系统中的重要子系统无线闭塞中心( r b c ) 的 功能测试方法，基于对e t c s - 2 级列控系统需求规范以及e t c s 公布的车载测试规 范的深入研究，搭建了r b c 的测试平台；提取了一百个左右的r b c 功能特性，并 在此基础上总结出了二百个左右的r b c 测试案例；针对r b c 对单个列车的管理功 能总结了r b c 的工作状态，即r b c 启动、待机、接受列车、保持对列车管理、 移交列车以及结束任务六个状态；基于中国邮路算法的测试序列的设计，根据r b c 的状态转换以表格的形式列举了r b c 的若干测试序列。 本论文的结构如下： 第一章：绪论，介绍了国内外列控系统测试的发展、e t c s 和c t c s 的关系 以及本课题的研究背景及意义； 第二章，c t c s 一3 级列控系统r b c 子系统的分析，介绍了c t c s 一3 级列控系 统的组成及其功能描述，重点分析c t c s - 3 级中r b c 子系统的详细功能及 与其它模块的接口； 第三章，r b c 测试平台的设计，介绍了根据实验室现有的仿真环境来搭建 6 r b c 的测试平台，确定各个模块的具体功能及模块间的数据流向和交互关 系，明确r b c 测试时与c t c 车站分机、联锁设备、车载设备以及相邻r b c 的可见接口； 第四章，测试案例的设计，介绍了测试案例的设计方法，根据r b c 的系统 功能需求，提取出r b c 的功能特性，并在此基础上形成测试案例； 第五章，测试序列的生成方法，介绍了测试案例、测试框架、测试子序列 与测试序列之间的关系，以及如何生成测试序列以达到测试的完整性和简 洁性； 第六章，总结与展望，对论文工作进行总结，提出进一步研究内容。 7 2c t c s 3 级列控系统r b c 子系统的功能分析 2 1c t c s 一3 级列控系统概述 c t c s 一3 级列控系统是在引进、消化、吸收欧洲e t c s 列控系统技术体系、技术 标准和成熟产品的基础上，通过与我国铁路运输实际状况相结合的适应性改进， 实现与c t c s 一2 级列控系统的集成创新，构筑具有完全自主知识产权的列控系统。 它是中国列车控制系统( c t c s ) 的重要组成部分之一，采用无线通信系统( 如g s m r ) 实现地面一列车间连续、双向的信息传输，即c t c s - 3 级是基于无线通信的列车运 行控制系统。c t c s - 3 级列控系统的组成框图如图2 - 1 所示。 “c t c s 车载设备 二二三至穸 图2 - 1c t c s - 3 级列控系统的组成框图 f i g u r e 2 1s y s t e ma r c h i t e c t u r eo f c t c s - 3 c t c s 一3 级中列车的间隔控制采用固定闭塞方式，列车速度控制采用目标距离 模式控制方式，轨道电路仅用于列车占用检查和列车完整性检查，测距修正的定 8 位基准及运行方向等信息由线路上安装的固定应答器提供。无线闭塞中心( r a d i o b l o c kc e n t e r ，以下简称r b c ) 根据固定闭塞信息及进路信息产生行车许可通过 g s m r 传送到车载设备，其它与列车运行控制系统有关的信息如临时限速及线路参 数等也通过无线通信系统传输到车载设备。 c t c s 一3 级列控系统包括地面设备和车载设备。 地面设备由无线闭塞中心( r b c ) 、列控中心( t c c ) 、z p w 一2 0 0 0 ( u m ) 系列轨 道电路、应答器( 含l e u ) 、无线通信( g s m - r ) 通信接口设备等组成。 车载设备由车载安全计算机( e v c ) 、无线通信( g s m r ) 车载接口设备( r t m ) 、 轨道电路信息接收单元( s t m ) 、应答器信息接收模块( b t m ) 、运行管理记录单元 ( j r u ) 、人机界面( d m i ) 、列车接口单元( t i u ) 、测速模块等组成。 其中c t c s - 3 级地面设备中各个模块的主要功能是： 无线闭塞中心( r b c ) ，通过g s m 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，同时根据轨道电路、联锁进路等信息生成行车许可， 并通过g s m r 无线通信系统将行车许可、线路参数、临时限速传输给c t c s - 3 级车载设备； 无线通信( g s m r ) 地面接口设备，主要负责与地面g s m - r 网络系统相连， 实现地一车间大容量的信息交换； 应答器，向车载设备传输定位、等级间转换、建立无线通信会晤等信息； 同时，向车载设备传送线路速度、线路坡度、临时限速等信息，满足后备 c t c s - 2 级列控系统需要。 轨道电路，主要用于列车占用检测及列车完整性检查。 列控中心( t c c ) ，主要用于接收轨道电路的信息，并通过联锁系统传送 给无线闭塞中心；同时，列控中心具有轨道电路编码、应答器报文储存和 调用、站间安全信息传输、临时限速功能，满足后备c t c s - 2 级列控系统 的需要。 其中c t c s 一3 级车载设备中各个模块的主要功能是： 车载安全计算机，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； 无线通信( g s m r ) 车载接口设备，主要负责与车载g s m r 系统相连，实 现地一车间大容量的信息交换，接收地面r b c 传送的运行许可、临时限速 及线路参数等，向地面发送车次及列车的运行状态信息等： 应答器接收模块( b t m ) ，完成应答器信息的接收与处理； 测速模块，实时检测列车运行速度并计算列车走行距离； 9 人机接口，车载设备与司机交互的接口； 运行管理记录单元，规范司机驾驶，记录与运行管理相关的数据。 其余地面系统的主要功能是： 车站联锁，执行c t c 发布的命令，向r b c 报告相关信息，向c t c 车站分机 通报联锁的状态信息； 调度集中，与指挥中心的c t c 交换信息，负责车站的迸路管理，并向相应 的r b c 提供临时限速信息。 2 2r b c 子系统的功能分析 无线闭塞中心( r b c ) 是c t c s 3 级列控系统的核心地面设备，是基于故障一 安全原则设计的控制系统，用于处理从各种外部地面系统接收到的信息以及与各 种车载子系统交换信息，这些信息均为安全数据，通过g s m r 无线通信网络进行 车地双向信息传输。r b c 根据地面子系统或来自外部地面系统的信息，如列车位 置信息、轨道占用信息、联锁进路状态等实时计算产生列车行车许可，通过g s m r 无线通信系统发送给车载a t p 设备，保证其管辖内列车的高速安全运行。r b c 的 工作环境如图2 2 所示。 图2 - 2r b ct 作环境 f i g u r e 2 - 2r b cw o r ke n v i r o n m e n t i o 基于从内部数据库和外部设备获得的信息，r b c 至少完成以下功能： a ) r b c 启动； b ) 无线通信管理； c ) 无线消息确认； d ) 列车管理； e ) 行车许可管理； f ) r b c - - r b c 交接； g ) 数据库管理； h ) 文本消息管理。 2 2 1r b c 启动 r b c 系统上电后，要执行自检、与外部系统建立联系、与列车建立通信等任务。 r b c 上电后，应对系统设备进行自检，并将检查结果通报给c t c 分机。r b c 系 统自检通过后，应与所有外部设备建立通信联系。 如果r b c 是由于故障造成的重新启动，r b c 应该能够与管辖范围内的列车建立 通信会晤。 2 2 2 无线通信管理 c t c g 一3 级系统是基于无线通信的，地面r b c 和车载设备的通信通过g s m - r 无 线网络完成。g s m r 无线网络为执行运行任务的列车与r b c 之间建立一条“永远 在线 的数据传输通道。该功能管理r b c 和车载设备之间通信会晤的建立、保持 和终止，并处理通信中的异常情况( 例如，通信中断或是系统版本不兼容) 。 通信会晤的建立可能是由车载设备发起的，也可以是由r b c 发起的。车载设 备在下列情况下建立与r b c 的通信会晤。 1 任务开始时，例如系统在c t c s 3 级线路上电开启，或是从非r b c 区域进 入到r b c 区域，车载发起与r b c 的通信会晤； 2 车载与r b c 的通信中断后，发起与r b c 的通信会晤； 3 地面设备命令车载建立与r b c 的通信，如果此时车载没有与同一个r b c 正在建立或是已经建立通信会晤，那么车载会发起建立与r b c 的通信会 晤。 在下列情况下，地面设备命令车载设备建立与r b c 的通信会晤。 1 从非r b c 区域进入r b c 区域，在区域边界附近，应答器向车载设备发 送联络r b c 的命令： 2 在r b c r b c 交接的过程中，“移交 r b c 向车载设备发送联络“接受 r b c 的命令。 保持通信会晤功能负责保持r b c 和车载设备之间的通信会晤，如果没有故障 条件发生，通信会晤一旦建立，将一直保持明知道列车完成运行任务。 终止通信会晤功能负责终止r b c 和车载设备直接按的通信会晤，如果有故障 发生或是当前r b c 已经完成控车任务，由车载设备发起一个终止通信会晤的请求。 处理异常情况功能负责处理r b c 与车载设备问通信过程的异常情况，例如通 信中断或是系统版本不兼容。在正常的通信会晤建立后，如果r b c 在规定的时间 内未接收到车载设备的报文，即认为通信中断。系统版本不兼容的故障情况仅会 发生在由车载设备发起的通信会晤建立过程中。 2 2 3 无线消息确认 r b c 对接收到的无线消息进行检查，确认消息来自其管辖范围内的列车。 检查无线消息中包含的r b c 地址与本r b c 地址是否一致，如果不一致则向列 车和相应的r b c 发送报警信息。 检查列车位置信息，确认在本r b c 的管辖范围，如果超出了管辖范围，则向 车载设备和相应的r b c 发送报警信息。 2 2 4 列车管理 r b c 的列车管理功能主要涉及以下几个方面： 1 管理与车载设备通信的时间戳 该功能是为了在r b c 发给车载设备的信息里加上时间戳。r b c 基于车载 时间戳，根据内部时间生成车载时间的安全估计值，在向车载发送信息时，将 该安全估计值加入到信息包中。 2 设置车载设备固定参数和工作参数 当r b c 与车载设备建立通信会晤后，r b c 应设置车载设备的固定值和相 应工作参数。r b c 设置的车载参数应该有固定值、位置报告参数、列车运行 许可请求参数。 3 管理列车静态数据 1 2 该功能用于管理r b c 管辖范围内列车的静态数据，简称为列车数据。r b c 管理列车数据过程中，需要向车载设备或者相邻r b c 获取列车数据，并将相 应数据存入列车数据数据库中。在列车驶出r b c 管辖范围时，r b c 应删除列 车数据。 r b c 管理的列车数据包括列车c t c s 标识号、列车车次号、车载设备电话 号码、列车种类、列车长度、减速度、列车最大允许速度、载重、粘着系数、 轴重、列车能接受的牵引电压、气密系统。r b c 除了可以修改列车车次号外， 应既不能提供列车数据、也不能修改列车数据。 4 管理列车动态数据 该功能用于管理列车动态数据，并将获得的数据存入列车动态数据库中、 向c t c 车站分机传送列车位置信息和车次号。 列车的动态数据包括列车位置、列车速度、工作模式、c t c s 等级。 2 2 5 行车许可管理 该功能根据列车当前位置、行驶方向、进路信息、轨道电路的状态、以及安 全相关的检测设备的状态( 如果存在时) 来决定每列车的行车许可( m a ) ，并通 过g s m r 无线网络向车载设备传送列车的m a ，以保证r b c 管辖范围内的列车行车 安全。 r b c 基于下列信息为列车生成m a ： 1 进路信息：从联锁系统获得； 2 轨道电路状态信息：从轨道电路自动闭塞设备获得； 3 r b c 交界点附近的线路数据：从相邻r b c 获得； 4 被检测区段的状态信息：从相应的检测设备获得； 5 列车的运行模式：来自车载设备。 2 2 6r b c r b c 交接 该功能实现列车从一个r b c 监督区域交接到另外一个r b c 区域。 当r b c 之间的区域重叠时，可以使用r b c - - r b c 无缝交接，即当列车将要从一 个r b c 区域移交到另一个r b c 区域时，这两个r b c 进行通信、并协商各种事情， 无需司机的干涉，并且对司机是不可见的。 1 3 广r b c 交接协议广1 i 移交r b c 卜一+ i 接收r b cl ii( 相邻r b c 泊息)il 图2 3r b c r b c 无缝交接 f i g u r e 2 - 3r b c r b co v e r - h a n d 在r b c 切换过程中，“移交r b c 负责向“接收r b c 发送切换预告信息( 车 载设备i d 、r b c 边界的应答器组i d 、列车数据等) 、进路请求信息、切换通告信息、 切换确认信息、切换取消信息；“接收r b c 负责向“移交r b c ”发送进路信息、 接管列车信息。 2 2 7 文本消息管理 该功能对r b c 发送给车载的文本消息进行管理，文本消息分为紧急消息和非紧 急消息。在发生紧急情况时r b c 能够向列车传送紧急消息，以便让列车立即停车， 同时，r b c 必须能够取消已经发送给车载设备的紧急消息。 r b c 管理紧急消息必须要做到如下几点： 1 必须能够向管辖区域的所有列车或特定列车发送紧急消息； 2 必须能够接收来自司机和其它非c t c s 设备的紧急停车消息并传送给某选 定区域的列车； 3 当司机把紧急消息传送给r b c 后，r b c 必须在0 5 s 内自动将紧急消息传 送给正在接近的列车； 4 当其它非c t c s 设备将紧急消息传送给r b c 后，r b c 必须在0 5 s 内自动 将紧急消息传送给正在接近的列车。 2 2 8 数据库管理 该功能用于管理r b c 内部数据库，r b c 核心功能模块与内部数据库的信息交互 过程如图2 - 4 所示。 1 4 各种外部搜鲁 jl 固固 宣i 各神英型蠢砑备应答暑 1 l ：j 7 安全功能，非安全功能 i i 搿雾萎嚣翥搿 | 嚣删；瀛群 | 撼耄掰l | 怨黜 国国圄国崮圄 更新新路缸露 和线路睾括 线路特征和线路 坐标信息系绕 图2 4r b c 的内部数据库 f i g u r e 2 - 4i n t e r n a ld a t a b a s e si nr b c r b c 的内部数据库主要有： 1 线路静态数据库 该数据库储存r b c 管辖范围内所有线路元素的静态信息及其特性，包括 轨道区段长度、坡度、曲线、最大允许速度、线路坐标系、桥梁、线路应答 器组的列表以其方向。 该数据库r b c 不能更新，只能用来查询相应的线路特征和线路坐标数据， 该数据库的更新由线路特性和线路坐标信息系统( 不属于r b c 范畴) 负责。 2 线路动态数据库 该数据库存储r b c 管辖范围内线路所有元素的动态信息，当列车运行并 向r b c 报告时，或者建立了新的进路时，或者联锁系统请求归还进路时，r b c 负责更新该数据库。 3 列车种类数据库 该数据库