高速綜合檢測(cè)列車(chē)ATP監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)研究

劉曉亮，高利民，楊吉，楊樹(shù)忠

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)研究所，北京100081）

高速綜合檢測(cè)列車(chē)ATP監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)研究

劉曉亮，高利民，楊吉，楊樹(shù)忠

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)研究所，北京100081）

車(chē)載設(shè)備作為CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)的重要組成部分，是列車(chē)行車(chē)安全的重要保障，為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高速綜合檢測(cè)列車(chē)車(chē)載設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，專(zhuān)門(mén)研發(fā)了ATP監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)。介紹ATP監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)基本概況，重點(diǎn)描述系統(tǒng)的主要功能、關(guān)鍵技術(shù)及運(yùn)用情況，該系統(tǒng)可協(xié)助發(fā)現(xiàn)列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的異常情況，輔助分析軌道電路和應(yīng)答器問(wèn)題。

高速綜合檢測(cè)列車(chē)；車(chē)載設(shè)備；ATP；監(jiān)測(cè)；司法記錄器

高速綜合檢測(cè)列車(chē)以高速動(dòng)車(chē)組為載體，裝備專(zhuān)用的檢測(cè)系統(tǒng)，為時(shí)速200km及以上高速鐵路實(shí)施定期檢測(cè)，對(duì)軌道、接觸網(wǎng)、通信、信號(hào)等基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)變化規(guī)律做出評(píng)價(jià)。高速綜合檢測(cè)列車(chē)提升了基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)的檢測(cè)效率，可以指導(dǎo)基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)修，對(duì)保障高速鐵路安全高效運(yùn)營(yíng)具有十分重要的作用[1-2]。

信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)作為高速綜合檢測(cè)列車(chē)檢測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，具備對(duì)CTCS-3級(jí)（簡(jiǎn)稱(chēng)C3）兼容CTCS-2級(jí)（簡(jiǎn)稱(chēng)C2）軌道電路、補(bǔ)償電容、牽引回流、應(yīng)答器實(shí)時(shí)檢測(cè)及ATP監(jiān)測(cè)等功能，其中ATP監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車(chē)載設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，將車(chē)載設(shè)備發(fā)生的各類(lèi)故障事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)報(bào)警，并可輔助分析軌道電路和應(yīng)答器問(wèn)題。

1 ATP監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)簡(jiǎn)介

ATP監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)線與列控設(shè)備動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（DMS）連接，采用TCP通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其中DMS為客戶端，ATP監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)為服務(wù)器，建立通信連接后，DMS將接收到的車(chē)載設(shè)備司法記錄器（JRU）數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給ATP監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)。ATP監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)原理見(jiàn)圖1。

ATP監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)按照相應(yīng)規(guī)范[3-4]對(duì)接收到的JRU數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，得到列車(chē)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)信息，包括列車(chē)運(yùn)行速度、公里標(biāo)、時(shí)間、運(yùn)行等級(jí)、工作模式、制動(dòng)輸出等信息，并將車(chē)載設(shè)備的各類(lèi)故障事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)報(bào)警。

圖1 ATP監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)原理

2 主要功能

ATP監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)、模塊化設(shè)計(jì)，易于擴(kuò)展和維護(hù)。其系統(tǒng)功能模塊見(jiàn)圖2。

圖2 ATP監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)功能模塊

各模塊功能如下：

（1）配置管理功能。系統(tǒng)具有配置數(shù)據(jù)，其中包含1端和8端接收數(shù)據(jù)的IP和端口，以及保存文件的目錄和檢測(cè)車(chē)車(chē)號(hào)等數(shù)據(jù)，系統(tǒng)在開(kāi)始運(yùn)行時(shí)應(yīng)讀取此配置數(shù)據(jù)。

（2）選端操作功能。系統(tǒng)在開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，具有選擇列車(chē)運(yùn)行端1端或8端的功能，根據(jù)選端結(jié)果接收相應(yīng)運(yùn)行端數(shù)據(jù)，并在程序界面上顯示選端結(jié)果。

（3）數(shù)據(jù)接收功能。系統(tǒng)通過(guò)TCP通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，并可顯示數(shù)據(jù)接收狀態(tài)。

（4）實(shí)時(shí)分析功能。系統(tǒng)通過(guò)接收DMS轉(zhuǎn)發(fā)的JRU數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，將解析后的數(shù)據(jù)內(nèi)容實(shí)時(shí)顯示在系統(tǒng)界面上，監(jiān)測(cè)列車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)。

（5）回放分析功能。系統(tǒng)能打開(kāi)歷史測(cè)試數(shù)據(jù)，并加載顯示此數(shù)據(jù)的所有信息，表格、圖形和文本可以聯(lián)動(dòng)分析，并具有自動(dòng)回放功能。

（6）數(shù)據(jù)保存功能。系統(tǒng)將接收到的數(shù)據(jù)保存在以一定格式命名的文件中，數(shù)據(jù)保存為.dat和.txt兩種格式。

（7）數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能。系統(tǒng)可將解析后的C2數(shù)據(jù)、C3數(shù)據(jù)、無(wú)線消息、應(yīng)答器、DMI文本及報(bào)警信息等數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 應(yīng)答器報(bào)文解析

應(yīng)答器報(bào)文由幀標(biāo)志、用戶信息包和信息結(jié)束組成，由于用戶信息包種類(lèi)較多，且每條報(bào)文包含用戶信息包的數(shù)量不固定，應(yīng)答器報(bào)文解析的工作量和難度都較大，因此分析系統(tǒng)將應(yīng)答器報(bào)文的幀結(jié)構(gòu)和用戶信息包的每個(gè)變量以節(jié)點(diǎn)形式保存在XML文件中，并將每個(gè)變量的名稱(chēng)、所占位數(shù)、說(shuō)明及取值作為節(jié)點(diǎn)屬性。XML文件節(jié)點(diǎn)的屬性定義見(jiàn)表1。利用XML文件去解析應(yīng)答器報(bào)文，不僅可減少代碼量，降低解析報(bào)文難度，還可提高解析應(yīng)答器報(bào)文的效率。

表1 XML文件節(jié)點(diǎn)屬性定義

應(yīng)答器報(bào)文是由JRU數(shù)據(jù)中的JRU-30包（應(yīng)答器信息包1）和JRU-31包（應(yīng)答器信息包2）2包數(shù)據(jù)內(nèi)容組合而來(lái)，將組合的報(bào)文內(nèi)容轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制格式字符串，利用保存應(yīng)答器報(bào)文所有內(nèi)容格式的XML文件解析此字符串，就可正確完整地解析應(yīng)答器報(bào)文。具體應(yīng)答器報(bào)文解析流程見(jiàn)圖3。

圖3 應(yīng)答器報(bào)文解析流程

3.2 聯(lián)動(dòng)分析

ATP監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)對(duì)歷史測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行回放分析時(shí)，為了準(zhǔn)確查找和定位故障發(fā)生的原因，必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)分析，即以時(shí)間為基準(zhǔn)，使文本、圖形和表格3個(gè)區(qū)域顯示同一時(shí)間的值，將3個(gè)區(qū)域同一時(shí)間的測(cè)試結(jié)果結(jié)合起來(lái)輔助故障查找、定位和分析。聯(lián)動(dòng)分析共分為2種情況：

（1）當(dāng)點(diǎn)擊系統(tǒng)某一表格數(shù)據(jù)時(shí)，獲取此條數(shù)據(jù)的時(shí)間值，圖形顯示區(qū)域、文本區(qū)域及其他表格的數(shù)據(jù)應(yīng)跳轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)此時(shí)間值的位置；

（2）當(dāng)點(diǎn)擊系統(tǒng)圖形區(qū)域某位置時(shí)，獲取此位置的時(shí)間值，文本區(qū)域和所有表格應(yīng)跳轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)此時(shí)間值的位置。

3.3 自動(dòng)報(bào)警

ATP監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)通過(guò)解析JRU數(shù)據(jù)，對(duì)JRU數(shù)據(jù)進(jìn)行初步診斷和分析，得到ATP發(fā)生的故障事件，記錄此故障事件的相關(guān)信息，并進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，報(bào)警內(nèi)容主要包含4類(lèi)：

（1）C3制動(dòng)信息。包含車(chē)載設(shè)備C3主控單元輸出的緊急制動(dòng)命令和常用制動(dòng)命令，記錄這2類(lèi)制動(dòng)命令施加和緩解發(fā)生的時(shí)間和公里標(biāo)。

（2）C3轉(zhuǎn)C2。通過(guò)判斷列車(chē)運(yùn)行等級(jí)的變化，記錄列車(chē)從C3降為C2的情況，包括列車(chē)降級(jí)發(fā)生的時(shí)間和公里標(biāo)。

（3）應(yīng)答器組錯(cuò)誤。當(dāng)發(fā)生應(yīng)答器組錯(cuò)誤的情況時(shí)，記錄發(fā)生錯(cuò)誤的應(yīng)答器編號(hào)及錯(cuò)誤類(lèi)型、錯(cuò)誤發(fā)生的時(shí)間和公里標(biāo)。

（4）無(wú)線消息錯(cuò)誤。當(dāng)發(fā)生無(wú)線消息錯(cuò)誤的情況時(shí)，記錄此無(wú)線消息的錯(cuò)誤類(lèi)型及錯(cuò)誤發(fā)生的時(shí)間、公里標(biāo)。

ATP監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)將ATP異?；蚬收鲜录涗浽诒砀裰校驒z測(cè)人員自動(dòng)報(bào)警，不僅可大量節(jié)約人為分析故障的時(shí)間，還可盡快確定故障原因和提高檢測(cè)人員的工作效率。但ATP監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)只能對(duì)車(chē)載設(shè)備發(fā)生的故障進(jìn)行初步診斷、分析和報(bào)警，由于缺少地面設(shè)備數(shù)據(jù)，無(wú)法給出故障的具體原因。

4 系統(tǒng)運(yùn)用及案例分析

4.1 系統(tǒng)運(yùn)用

ATP監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)在高速綜合檢測(cè)列車(chē)上進(jìn)行了多次試用，能夠正常接收數(shù)據(jù)并解析，對(duì)車(chē)載設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示界面見(jiàn)圖4，界面主要分為文本、圖形和表格3個(gè)區(qū)域，監(jiān)測(cè)內(nèi)容分別如下：

（1）文本區(qū)域監(jiān)測(cè)內(nèi)容包含速度、公里標(biāo)、速度信息（包括列車(chē)當(dāng)前速度、緊急制動(dòng)速度、常用制動(dòng)速度、列車(chē)允許速度、列車(chē)目標(biāo)速度）、列車(chē)運(yùn)營(yíng)基礎(chǔ)信息（包括車(chē)次號(hào)、監(jiān)控模式、運(yùn)營(yíng)模式、機(jī)控狀態(tài)、上下行線和過(guò)應(yīng)答器）、軌道電路與應(yīng)答器信息（包括列車(chē)所在軌道電路載頻和低頻及應(yīng)答器編號(hào)）、距離信息（包括走行距離、目標(biāo)距離）、起始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、C2包數(shù)和C3包數(shù)。

（2）圖形區(qū)域監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包含速度信息、軌道電路信息（包含載頻和低頻）、應(yīng)答器、制動(dòng)曲線（包含C2主控單元和C3主控單元輸出的制動(dòng)信息）、列車(chē)運(yùn)行等級(jí)、無(wú)線消息、公里標(biāo)。

（3）表格區(qū)域監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包含C2數(shù)據(jù)、C3數(shù)據(jù)、無(wú)線消息、應(yīng)答器、DMI文本、報(bào)警信息和錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。

ATP監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)通過(guò)對(duì)以上內(nèi)容的監(jiān)測(cè)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車(chē)載設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，獲取車(chē)載設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的故障，提高檢測(cè)工作效率，對(duì)保障列車(chē)運(yùn)行安全起到了重要作用。

圖4 ATP監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示界面

4.2 案例分析

2016年1月14日，高速綜合檢測(cè)列車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中輸出緊急制動(dòng)停車(chē)，利用ATP監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)對(duì)當(dāng)天測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行回放分析，發(fā)現(xiàn)車(chē)載設(shè)備DMI顯示文本“地面設(shè)備故障”，同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警應(yīng)答器組錯(cuò)誤，共有4組應(yīng)答器報(bào)錯(cuò)，錯(cuò)誤類(lèi)型為鏈接錯(cuò)誤（M_ERROR=0），自動(dòng)報(bào)警顯示界面見(jiàn)圖5，隨即車(chē)載設(shè)備向無(wú)線閉塞中心（RBC）發(fā)送錯(cuò)誤報(bào)告（P4包），報(bào)告應(yīng)答器鏈接位置或編號(hào)錯(cuò)誤，RBC向列車(chē)發(fā)送有條件緊急停車(chē)命令M15，車(chē)載設(shè)備C3主控單元輸出緊急制動(dòng)命令，導(dǎo)致列車(chē)停車(chē)。

圖5 自動(dòng)報(bào)警顯示界面

對(duì)報(bào)錯(cuò)的4組應(yīng)答器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，4組應(yīng)答器報(bào)文接收正確，但鏈接距離和列車(chē)走行距離不符。例如，應(yīng)答器076-3-04-026與上一應(yīng)答器鏈接距離為989m，但列車(chē)實(shí)際走行距離954m即接收到應(yīng)答器信息，導(dǎo)致此應(yīng)答器出窗。報(bào)錯(cuò)的4組應(yīng)答器鏈接距離與列車(chē)走行距離的對(duì)比見(jiàn)表2。因此，判斷故障原因?yàn)閼?yīng)答器出窗導(dǎo)致鏈接位置錯(cuò)誤，從而車(chē)載設(shè)備報(bào)“地面設(shè)備故障”，導(dǎo)致RBC發(fā)送有條件緊急停車(chē)命令，列車(chē)緊急制動(dòng)停車(chē)。

表2 報(bào)錯(cuò)的4組應(yīng)答器鏈接距離與列車(chē)走行距離對(duì)比 m

5 結(jié)束語(yǔ)

ATP監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)作為高速綜合檢測(cè)列車(chē)信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車(chē)載設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，協(xié)助檢測(cè)人員發(fā)現(xiàn)列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的異常情況，減輕檢測(cè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)保障列車(chē)運(yùn)行安全具有重要意義。ATP監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)已在高速綜合檢測(cè)列車(chē)上進(jìn)行了試用，系統(tǒng)穩(wěn)定，達(dá)到了使用水平，但還需進(jìn)一步研究車(chē)載設(shè)備的故障機(jī)理，增強(qiáng)系統(tǒng)智能分析、自動(dòng)報(bào)警能力。

[1]康熊，王衛(wèi)東，李海浪．高速綜合檢測(cè)列車(chē)關(guān)鍵技 術(shù)研究[J]．中國(guó)鐵路，2012(10)：3-7．

[2]仲崇成，李恒奎，李鵬，等．高速綜合檢測(cè)列車(chē)綜 述[J]．中國(guó)鐵路，2013(6)：89-93．

[3]運(yùn)基信號(hào)﹝2010﹞224號(hào) CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)車(chē)載設(shè) 備司法記錄器數(shù)據(jù)下載接口規(guī)范（V1.0）[S]．

[4]科技運(yùn)﹝2010﹞21號(hào) CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng) 用原則（V2.0）[S]．

Study on ATP Monitoring and Analyzing System for High Speed Comprehensive Inspection Train

LIU Xiaoliang，GAO Limin，YANG Ji，YANG Shuzhong
（Infrastructure Inspection Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

Being an important part of the CTCS-3 train control system, the onboard equipment has quite an influence on operation safety of train. In this background, the ATP monitoring and analyzing system is developed to monitor the working status of onboard equipment of high speed comprehensive inspection train.The paper introduces the basic information about the system, and describes the main function, key technology and application cases in detail. This system can make auxiliary detection of abnormal situations during train operation and make auxiliary analysis of the problems from track circuit and balise.

high speed comprehensive inspection train；onboard equipment；ATP；monitoring；juridical record unit (JRU)

U284.4

A

1001-683X（2017）10-0064-05

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.10.064

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）（2013CB329406）

劉曉亮（1988—），男，研究實(shí)習(xí)員，碩士。E-mail：liuxiaoliang@rails.cn

責(zé)任編輯 高紅義

2017-06-21