CTCS-2/CTCS-3级列控系统等级转换基本原理与实现

陈锋华 崔俊锋

（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

1 问题提出

CTCS-3级列控系统总体技术原则规定：“CTCS-3级列控系统满足跨线运行的运营要求。”；“CTCS-2级作为CTCS-3级的后备系统。无线闭塞中心（RBC）故障或无线通信故障时，CTCS-2级列控系统控制列车运行。”[1]这就要求CTCS-3级列控系统（以下简称C3系统）不仅要集成CTCS-2级列控系统（以下简称C2系统）运行控制功能，而且要实现C2/C3等级转换。

C2/C3等级转换要求能够在列车运行过程中自动完成，整个转换过程不停车，即实现“无缝”转换，满足不停车跨线运行要求，或是不停车降级运行要求。从上面的描述可以看出，研究C3/C2等级转换是C3系统的重要需求和关键课题之一。

2 C3/C2级间转换原理

2.1 概述

与C2列控系统设计的C0/C2级间转换功能类似，C3/C2级间转换功能通过在线路上设计级间转换点的方式实现。根据地面应答器位置布置以及在RBC中属性定义，从C2向C3控制区域方向，分别设置RBC呼叫点（RL）、级间转换预告点（LTA）、级间转换执行点（LTO），如图1所示[2]。

C2/C3级间转换功能需要地面应答器、RBC设备、车载ATP设备（以下简称车载设备）3个列控子系统分工协作完成，各子系统的功能分配如下。

1） 地面应答器：提供列车定位信息和呼叫RBC信息。2） RBC设备：向车载设备发送等级转换命令。3） 车载设备：执行等级转换命令，完成等级转换过程。

以CTCS3-300T型车载设备为例，系统配置C3控制单元（简称ATP CU）和C2控制单元（简称C2 CU），分别独立执行C3和C2等级控制功能，ATP CU和C2 CU通过控制总线相互通信，交换控制信息，执行等级转换命令，完成等级转换过程。

2.2 C2向C3等级转换过程

一个典型的C2向C3等级转换过程可以分为以下5个步骤。

1） 列车运行越过RL应答器，车载设备接收到RBC呼叫信息，通过GSM-R网络，呼叫RBC建立通信会话连接。

2） 列车继续运行越过LTA应答器，车载设备向RBC报告列车位置，RBC发送行车许可消息，该信息包含前方C2/C3等级转换点命令。

3） 车载设备根据RBC发送的行车许可，生成C3等级下的速度-距离模式曲线，准备进行等级转换进入C3等级运行。

4） 列车继续运行接近等级转换执行点LTO，DMI提示C2/C3等级切换，司机确认等级转换信息。

5） 列车越过LTO应答器，车载设备自动转换为C3等级运行，按照C3等级监控模式曲线继续控制列车运行。

2.3 C3向C2等级切换过程

一个典型的C3向C2等级转换过程也可以分为以下5个步骤。

1） 列车运行接近等级转换执行点LTO，C3行车许可终点（EoA）越过LTO， RBC发送的行车许可消息包含前方C3/C2等级转换点命令。

2） 车载设备根据等级转换命令，激活C2控制单元，生成C2等级下的速度-距离监控模式曲线，并持续向C3控制单元发送等级转换点C2等级允许速度，准备转换进入C2等级运行。

3） 列车继续运行接近等级转换执行点LTO，DMI提示C3/C2等级转换，司机确认等级转换信息。

4） 列车越过LTO应答器，车载设备自动转换为C2等级运行，按照C2等级监控模式曲线继续控制列车运行。

5） RBC发送结束通信会话命令，车载设备关闭无线通信连接，释放通信通道。

3 C3/C2级间切换信息交互

3.1 等级切换命令和消息

C3级列控系统中定义的P41和P42信息包是与C2/C3等级转换相关的直接命令，具体内容和功能如下[3]。

1） P41信息包：等级切换命令信息包，包含可用的准备切换的运行等级（M_LEVELTR）、距离转换点长度（D_LEVELTR）等信息内容，用于命令车载设备进行C2/C3等级转换，P41信息包可以由RBC或应答器向车载设备发送。

2） P42信息包：通信会话管理包，包含RBC ID（NID_RBC）和RBC电话号码（NID_RAIDO）等信息内容，用于命令车载设备呼叫RBC建立通信会话，或结束通信会话，P42信息包可以由应答器或RBC向车载设备发送。

除了上述两个命令信息包外，C3系统中还有多种类型的RBC/车载设备通信消息与等级转换相关，具体内容和功能如下[4]。

1） M155消息：启动应用通信会话消息，在车载设备呼叫RBC建立GMS-R无线通信连接，并通过安全连接认证后，由车载设备发送给RBC的应用层消息，启动应用层通信。

2） M136消息：列车位置报告消息，由车载设备发送给RBC，报告列车位置，作为RBC生成行车许可、等级转换等命令的依据。

3） M3消息：行车许可消息，由RBC发送给车载设备，除了用于生成目标－距离模式曲线外，在C2/C3等级转换过程中，还用于携带等级转换命令P41包。

4） M24消息：通用消息，由RBC发送给车载设备，除一般应用外，在C2/C3等级转换过程中，还用于携带结束通信会话命令P42包，也可以携带等级转换命令P41包。

5） M156消息：结束应用通信会话消息，在车载设备成功完成等级转换进入C2模式运行后，由车载设备发送给RBC的应用消息，用于结束应用通信会话，注销列车并释放GSM-R通信通道。

另外，C3控制单元和C2控制单元之间主要有3种类型STM信息包与等级转换直接相关，具体内容和功能如下[5]。

1） STM-14信息包：C2运行状态转换命令，由ATP CU发送给C2 CU，主要有3种状态指令：冷备（CS）、热备（HS）和主控（DA）。

2） STM-15信息包：C2运行状态指示，由C2 CU发送给ATP CU，同样主要有3种状态指示： CS、HS和DA。

3） STM-16信息包：C2最大允许速度，由C2 CU发送给ATP CU，指示级间切换点C2最大允许速度。

3.2 C2→C3等级切换信息流程

典型的C2向C3等级切换过程信息交互流程，如图2所示。

车载设备首先收到RL应答器发送的P42信息包，ATP CU通过GSM-R网络呼叫RBC并建立安全通信连接，然后向RBC发送M155，启动并建立应用层通信会话，此后RBC与车载设备开始周期发送M24和M136消息。

列车继续运行经过LTA应答器，该应答器属性在RBC中被定义为等级转换预告点，RBC收到以该位置为参考点（LRBG）的M136消息后，向ATP CU发送M3。

RBC发送的M3信息中除了行车许可外，还包括P41信息包，ATP CU根据P41等级转换命令，确定前方需要转换为C3等级运行，同时通过比较累计走行距离与P41包中的D_LEVELTR变量值，持续监视列车是否到达等级转换点。

同时，ATP CU依据行车许可生成C3控车模式曲线，但此时车载设备仍由C2 CU单元在前台控制运行，按照C2运行模式曲线控车。当列车接近等级转换点， DMI提示司机前方车载设备将由C2等级转换为C3等级运行，司机确认等级转换提示。

列车继续运行通过等级转换点（LTO），ATP CU取得列车制动等相关接口控制权，控制列车按照C3等级运行，同时向C2 CU发送“冷备”状态命令（STM-14（CS））[5]，要求C2 CU进入后台冷备运行，完成C2→C3等级转换。

3.3 C3→C2等级切换信息流程

典型的C3向C2等级切换过程信息交互流程如图3所示。

列车经过应答器更新M3消息，如果EoA越过C3/C2级间转换点（LTO），则M3消息中将包含等级切换命令（P41包）。

ATP CU收到P41包后，向C2 CU发送“热备”命令（STM-14（HS））[5]，激活C2 CU进入热备状态。C2 CU根据轨道电路信息码和应答器发送的线路数据，生成距离－模式控制曲线，准备转换进入C2等级运行。

C2 CU向ATP CU周期发送STM-16信息包，将等级转换边界点C2允许速度发送给ATP CU，ATP CU根据该速度值，持续调整C3监控模式曲线允许速度，以满足列车到达等级转换边界时，实际运行速度不高于C2等级允许速度。

列车继续运行越过等级转换点，ATP CU向C2 CU发送“主控”命令（STM-14（DA））[5]，C2 CU进入主控状态，获得制动输出等列车接口控制权，列车转换为C2等级运行。

ATP CU继续向RBC发送M136消息，报告列车位置和车载设备已经处于C2运行等级，RBC收到该信息后，向ATP CU发送携带P42信息包的M24消息，命令车地无线通信会话结束。

ATP CU收到P42命令后，向RBC发送M156消息，结束通信会话，完成C3→C2等级转换。

4 结束语

C2/C3等级转换是C3系统中需要研究设计的重要内容之一，本文所介绍的内容仅是实现C2/C3系统等级转换功能的基本原理。如何在工程项目中设计应用等级转换点，特别是在枢纽地区上下线运行，存在联络线短、敷设高速大号码道岔等复杂情况下，等级转换点的设置既要满足列车运行距离约束，又要实现C2/C3单元模式曲线一致，满足运输效率和安全要求，仍需要结合具体工程项目深入研究，不断丰富C2/C3等级转换点设计应用案例。

[1]铁科运[2008]34号 CTCS-3级列控系统总体技术方案[S].2008.

[2]运基信号[2011]170号 CTCS-2/CTCS-3级列控系统等级转换应用原则（V1.0）[S].2011.

[3]科技运[2008]127号 CTCS-3级列控系统需求规范 第七章车地传输信息包格式[S].2008.

[4]科技运[2008]127号 CTCS-3级列控系统需求规范 第八章车地传输消息格式[S].2008.

[5]UNSIG Subset-035.ERTMS/ETCS Class 1；Specific Transmission Module FFFIS V2.1.1[S].2003.