南京地铁通信无线集群系统位置更新异常研究

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摘 要：位置更新，即自动转组功能，是无线集群通信系统的重要功能之一，它是实现调度指挥权顺利移交的重要手段。自动位置更新功能失败直接影响调度员次日使用信号楼调度台指挥列车出库。以南京地铁 2 号线无线系统为例，阐述位置更新的意义、原理和流程，并结合其运营，详细介绍导致位置更新失败的主要原因——错误回库。
关键词：地铁通信；无线集群；位置更新；调度指挥
中图分类号：U231.7
0 概述
无线通信系统中，位置更新是通信的一种技术术语，泛指移动终端从一个基站位置区移动到另一个基站位置区时，必须在新位置区进行登记注册，以便于交换机及时建立呼叫。位置更新主要用于终端的移动性管理。
城市轨道交通无线通信系统调度台和车载台的位置更新指的是：列车运行区域在正线、车辆段、停车场发生空间变化时，调度台和车载台信息相应发生变化，以满足相应调度区域呼叫需求（即列车无线车载台显示的位置信息变化至相应呼叫组中，同时该列车会刷新显示到相应的无线调度台人机界面中）。在城市轨道交通无线通信系统中，车载台和调度台位置更新有 2 种方式：一种是自动转组，一种为调度人工转组。 本文将重点阐述自动转组功能。
1 位置更新意义
1.1 唯一性
位置更新是实现调度对列车呼叫指挥的及时与唯一性的手段。城市轨道交通无线集群通信把列车车载电台分为正线运营列车车载台和车厂列车车载台，并分属于行车调度台（OCC）和基地信号楼调度台指挥（图 1）。
任意列车车载电台要么属于控制中心行车调度台，要么属于基地信号楼调度台，即：在正线运行的列车车载台只能呼叫行车调度也只能被行车调度呼叫；在相应车辆段或停车场的列车车载台只能呼叫基地信号楼调度，也只能被基地信号楼调度呼叫。
1.2 调度指挥权移交
当列车进出正线或车辆段/停车场时，列车车载台信息会在行车调度台和相应车场调度台之间转换，其目的是实现调度对列车指挥权的移交。所以，车载电台的转换必须与为行车指挥服务的信号列车自动监督（ATS）系统保持一致（图 2）。
列车在通过正线与车辆段/停车场的转换轨时，信号 ATS 系统会向无线集群通信系统发送信息，从而实现自动触发车载电台的动态转组。
2 问题及现场跟踪
南京地铁 2 号线开通运行 1 年后，无线系统自动位置更新功能突然出现异常。主要带来 2 个问题：一是严重降低了調度应急指挥效率；二是调度指挥权移交失败，降低了调度指挥的可靠性并影响调度员次日使用信号楼调度台指挥列车出库。
由于自动位置更新功能涉及通信、信号、乘务、车辆等多个专业，且技术上受制于西门子接口及软件开发问题，因此，一直未得到有效解决。为此，南京地铁运营公司成立联合攻关小组，专项处理位置更新异常问题。
无线信号系统出现问题时往往涉及很多原因，如操作方式、软件、硬件、接口等。无线车载电台数量较多，无规律可循，且因随列车运行区域跨度大，回库时间均在深夜等，导致现场跟踪十分困难。为此，我们编排计划，采取如下方式进行了持续跟踪分析。
（1）在每天回库时间安排 OCC 值班人员对回库位置更新情况进行详细跟踪统计。
（2）安排专人在回库站蹲点观察，并跟车回库，记录实际回库流程。
（3）及时进行计算机辅助调度（CAD）
报文分析和 ATS 录像分析。
3 关键技术
经过近 8 个月的跟踪分析，找到造成位置更新失败的主要原因是由于非正常回库方式导致，该问题占自动位置更新失败原因的 93%。通过自主分析无线位置更新流程，得出了位置更新主要有 3 个步骤：①调度台移权；②位置更新报文处理分发；③车载电台转组。
当列车从正线进入车辆段或停车场转换轨时，信号系统会触发 1 条事件消息，即 E 报文（Event Message），并发送给通信无线调度服务器。
3.1 西门子接口报文（E 报文）
信号系统给定的车次号信息中含有列车运行目的地码等重要信息。位置更新功能的实现也是通过读取列车车次号信息中的目的地码来区分正线、车辆段和停车场的（图 3）。
以 1 条 E 报文信息“00 ： 00 ： 53：接收 ATS 信息：E9112518 ： 053 ： 054：TD1”为例，从该条 E 报文信息中，按照接口协议可以得到如下信息。
（1）车体号 5354（053 为默认）。
（2）车次号 9112518。按照图 3 协议解析该车次号，“91”即为进段列车，可以得出该车为回马群车辆段列车，在线车载台为 053。
（3）回库轨道电路号（转换轨）D1。
3.2 调度台移权及报文处理分发
以 2064301（033034）车回库为例，对位置更新流程进行具体介绍（图 4）。
车次号为 2064301 的回库列车，经天路下行方向开出，目的地码指向马群站（“20”为马群站，“6”为非载客列车）。
该车按照目的地码要求进入马群站台停站换端后，信号系统自动将该车车次号更新为 9164301（033034），目的地码“91”指向“马群车辆段”。
9164301（033034）车被允许进入车辆段（D1 轨道电路），信号系统触发E报文，报文内容：E9164301：033：034：TD1。
信号系统中央通信服务器（COM）机触发E报文信息并发送至前端处理机（FEP），经 FEP 按协议编码处理后分发送至无线计算机辅助调度系统（无线CAD）服务器。
无线CAD服务器收到该报文后，更新本地列车列表，将该报文信息发送给行车调度（行调）和基地信号楼调度台，并刷新调度台列车栏信息后，将 2064301（033034）车从行调台上删除，并将该车显示在基地信号楼调度台列车栏中。至此，调度台侧管理权移交完毕。
3.3 车载电台转组
无线 CAD 服务器收到 E 报文信息后，转组短消息经空中接口发送至相应列车车载台（033 端）。车载台收到转组短消息解析（消息内容：正线组转至马群车辆段组），并将位置信息变更为：马群车辆段。至此，位置更新车载台转组部分结束。
经过调度台移权和车载台转组后，回库车载台就转至相应区域组内。同时，车载台归属至相应区域信号楼调度进行指挥呼叫管理（图 5）。
3. 4 错误回库方式分析
上文描述了正确的回库流程，但经过统计跟踪并结合 ATS 回库录像分析发现，实际回库方式与分析的正确回库方式存在较大差异（图 6）。
从分析结果来看，车次号为 2064301（033034）的列车，并未按照信号系统默认的目的地码行至马群站台换端，而是在马群站台前提前换端回库。这样，由于该车未正确按照目的地码行至马群站台换端，信号系统就无法识别换端口列车，也就无法按照协议要求自动给出正确的回库车次号（9164301）。此时，该车会带着原有车次号（或错误车次号）回库。那么，在经过 D1 转换轨时触发的E报文信息无线系统将无法识别，从而导致位置更新失敗。此时，该车无线车载台位置信息将显示异常，这也是通常导致列车回库后仍显示“正线”的错误位置信息的原因。同时，这也是造成正线所有列车均已回库，却在控制中心无线行调台上仍能看到部分列车的根本原因。
找到问题后，我们及时与客运、控制中心等相关部门中心负责人进行了沟通，要求相关人员按正常流程回库。若提前回库，行调可按照要求人工修改回库车次号，以确保自动位置更新功能顺利实现。
4 结束语
通过对无线与信号系统接口、协议以及位置更新流程的分析研究，找出了非正常回库方式对自动位置更新的影响。自动位置更新问题的研究解决，可有效确保调度指挥的唯一性和指挥权的顺利移交，充分发挥无线集群系统位置更新功能，提高运营组织的效率，为高效、可靠的调度指挥提供技术基础。同时，通过对自动位置更新流程的研究了解，为后续解决信号系统接口类问题奠定了技术基础。
参考文献
[1] 何宗华，汪松滋，何其光. 城市轨道交通通信信号系统运行与维护[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2006.
[2] 上海铁路通信工厂. 南京地铁 2 号线无线集群系统二次开发 CAD 服务器培训手册[G]. 2010.
[3] 上海铁路通信工厂. 南京地铁2号线无线集群系统ATS 接口协议[G]. 2010.
[4] 南京地铁信号系统西门子技术文档[G]. 2010.
[5] Motorola（中国）有限公司. 南京地铁 Motorola 技术文档[G]. 2009.
收稿日期 2018-01-18
责任编辑 冒一平