CBTC系统车载信号设备数据管理研究

CBTC系统车载信号设备数据管理研究

董俊超、李兆玲

（通号城市轨道交通技术有限公司 北京 100070）

摘要：随着城市轨道交通建设的加快，分段开通的需求不断增加，车载信号设备的数据在项目实施过程中需要更新。 为了降低数据更新的成本，提高数据更新的可靠性，提出了一种适用于互联CBTC系统的车载信号设备数据统一管理、更新和检查方案。

关键词：车载信号设备； 数据更新； 互联CBTC系统 CLC编号：U284.48 文件识别码：A 该设备利用本地存储的数据完成列车定位、限速计算、自动驾驶等功能。 当线路或地面设备信息发生变化时，需要对车载信号设备数据进行更新校验。 中国城市轨道交通协会近日印发的《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》提出了网络化运营的建设目标。 CBTC系统互联技术攻克后，将是未来的大趋势。 项目实施过程中不可避免地要更新数据。 线路延伸后，需要人工对线路网络中的所有车载信号设备进行数据一一更新。 实施成本巨大，容易引入安全隐患。 为了解决这一问题，需要一种自动化、易于管理的车载信号设备数据管理方法和支撑系统。 2 数据内容及应用场景分析 车载信号设备数据可分为电子地图、设备参数、车辆参数三部分。 根据城市轨道交通《基于通信的列车控制系统（CBTC）互联系统规范》第3部分：车辆电子地图，电子地图数据包括线路数据、轨道断面数据、轨旁设备数据和安全通信协议栈数据。 当工程应用中出现线路改建、延长线开通、支线开通等情况时，电子地图数据会发生变化，车载信号设备需要更新数据。 设备参数是指与车载信号设备相关的参数，如通信延迟阈值、采集滤波周期等。 通常，当使用环境或使用场景发生变化时，可能需要对设备参数进行相应的调整。 因设备故障或其他原因更换存储设备参数的硬件时，需要备份设备参数。 车辆参数是指与车辆相关的参数，如最大加减速度、轮径等，当硬件存储的设备参数因设备故障等原因更换时，需要对设备参数进行备份更新。 3 数据管理系统的结构和功能 3.1 系统结构 车载信号设备数据管理系统（简称数据管理系统）由数据服务器和数据操作终端组成。 电子地图数据、设备参数数据和车辆参数数据存储在数据服务器中。 如图1所示，数据管理系统通过CBTC系统安全网络与车载信号设备和地面信号设备建立通信连接。

3.2 电子地图数据更新 3.2.1 电子地图下载方案 为了满足数据更新时的回切需求，数据服务器可以存储多个版本的电子地图数据，并设置管理标签（如testing、disabled , 启用）。 运营商通过数据运营终端将电子地图数据上传至数据服务器后，数据管理系统对电子地图数据进行校验，检查与地面信号设备中存储的数据版本的兼容性btc系统程序，通过后方可使用. 当需要更新车载信号设备的电子地图数据时，操作人员通过数据操作终端启动电子地图发布流程。 1) 数据管理系统向车载信号装置发送“数据传送”命令。 2）在保证行车安全的前提下，车载信号设备在完成命令验证后，会反馈“准备接收”信息。 3）数据管理系统收到“准备接收”消息后，将电子地图数据发送给设备。 4) 车载信号设备完成数据接收后，进行校验。 验证通过后，会反馈“接收成功”的信息，数据发送过程结束。 5)如果车载信号设备对电子地图数据校验失败，则反馈“接收失败”信息，数据管理系统重新向设备发送电子地图数据。 6)当电子地图分发过程出现异常时，终止数据分发过程。 为降低存储部件随机失效带来的安全风险，车载信号设备应定期对本地存储的电子地图数据进行自检。 当发现数据损坏时，车载信号设备可以向数据管理系统发起“数据请求”，数据管理系统会对“数据请求”进行验证，通过后启动电子地图分发流程.

3.2.2 电子地图下载方案工作量分析车载信号设备电子地图数据更新需要经历数据准备、数据测试、数据升级三个阶段。 1）数据准备阶段，完成数据整理和室内验证。 2) 数据测试活动应在不影响信号系统正常运行的基础上进行。 通常，单列列车用于在非运营时间测试新数据，并在运营前恢复运营数据。 由于测试时间有限，当数据变化较大时，需要进行多轮数据测试活动。 3）在数据升级阶段btc系统程序，需要对所有车载信号设备进行数据更新和验证。 在引入数据管理系统之前，需要在规定的时间内对车载信号设备进行数据更新和测试。 测试完成后，需要恢复运行数据，重新验证数据的正确性。 由于数据更新、恢复和验证占用大量时间，实际数据测试时间较少。 引入数据管理系统。 数据编译完成后，即可将新的电子地图数据存储到数据服务器中。 数据在使用前不会影响正常操作。 在数据测试阶段，可以快速完成数据反切，进行测试。 由于数据回切过程由系统自动完成，降低了因人为失误导致数据出错的风险，恢复运行数据后无需进行校验工作。 引入数据管理系统前后数据测试工作量对比如图2所示。

在引入数据管理系统之前，需要对每套车载信号设备的电子地图进行人工逐一更新验证。 引入数据管理系统后，电子地图数据可通过数据终端同时发送至所有车载信号设备，通过自检保证数据的一致性，无需数据校验。 引入数据管理系统前后数据升级工作量对比如图3所示。

综上所述，引入数据管理系统可以有效降低电子地图更新的工作量，提高数据更新过程的可靠性。 3.2.3 电子地图实时传输方案考虑到电子地图下载方案中网络传输性能的限制，电子地图仍需提前存储在车载信号装置中。 随着通信技术的发展，LTE技术在城市轨道交通领域已进入实用阶段，5G技术的应用正处于探索阶段。 新的通信技术使电子地图数据的实时传输成为可能。 通过调整电子地图数据传输机制，可以实现电子地图数据的实时传输，如图4所示。

在电子地图数据实时传输方案中，地面信号设备可以通过转发器向车载信号设备提供基本线路数据。 车载信号装置通过应答器完成定位后，如果没有可用的电子地图数据，则开始电子地图传输过程。 车载信号装置向数据管理系统发送包含列车位置的“数据请求”。 数据管理系统收到“数据请求”后，根据列车所在位置和地面信号设备提供的运行信息判断列车运行范围，筛选需要发送的电子地图数据，发送“数据发送”信息到车载信号设备。 车载信号设备收到“数据发送”信息后，会在保证行车安全的前提下，反馈“准备接收”信息。 数据管理系统接收到车载信号设备反馈的“准备接收”信息后，发送电子地图数据。 车载信号设备完成数据接收后，进行校验，校验通过后，反馈“接收成功”信息，传输过程结束。 如果车载信号设备验证数据失败，则反馈“接收失败”信息，数据管理系统将重新发送电子地图数据给设备。 如果发现电子地图更新过程异常，则终止电子地图传输过程并发出告警。 为实现互联互通、跨线运行和分阶段开放的需求，电子地图数据可以按区域存储在数据服务器中。 如图5所示，当线数据发生变化时，只需要修改或增加区域数据，不影响其他区域数据。

为避免车载信号设备因使用旧数据而出现异常，数据管理系统发送的电子地图数据应包含数据有效期信息，车载信号设备需要验证数据有效性时期。 当数据出现故障或即将出现故障时，车载信号装置可以重新向数据管理系统发送电子地图数据请求。 实时传输方案中电子地图数据的存储更加灵活，可以进一步减少更新电子地图数据的时间和成本。 3.3 设备参数和车辆参数的备份与恢复 为了在车载信号设备硬件更换时能够快速恢复原始数据，数据管理系统需要提供设备参数和车辆参数的备份服务。 设备参数和车辆参数可能存在差异，需要根据设备ID单独存储。 由于备份数据的及时性，旧数据的不正确使用可能存在安全风险，因此必须采取技术或管理措施来保证备份数据的及时性。 当需要更新设备参数和车辆参数时，提供3种数据备份方案。 方案一：维护人员分别对车载信号设备和数据管理系统中的数据进行更新，保证其一致性。 方案二：维护人员通过数据操作终端修改数据管理系统中的相应数据。 数据管理系统将更新后的数据发送给车载信号设备，并根据反馈信息检查数据更新的正确性。 方案三：维修人员在车载信号设备端更新设备参数和车辆参数时，车载信号设备向数据管理系统发送备份数据，只有数据备份成功后，车载信号设备才使用数据。

为了在保证可用性和正确性的基础上尽可能降低人工成本，可以将以上三种方案结合起来，采用方案二或方案三。 当数据更新出现异常时，按照方案一进行人工干预。 当车载信号设备出现异常，需要恢复设备参数或车辆参数时，数据恢复流程如下。 车载信号设备向数据管理系统发送“恢复申请”消息，消息中包含设备ID和需要恢复的数据类型（设备参数、车辆参数）。 数据管理系统收到申请后，根据设备ID和恢复数据的类型取出备份数据，并提示维护人员确认数据的正确性。 维修人员确认数据无误后，数据管理系统将备份数据发送至车载信号设备。 车载信号装置接收到备份数据后进行校验，校验通过后反馈“恢复成功”。 如果车载信号设备验证备份数据失败，将反馈“接收失败”信息，数据管理系统将重新发送数据给设备。 如果在数据恢复过程中发现异常，将终止数据恢复过程并发出告警，以供人工干预。 通过数据管理系统对设备参数和车辆参数进行管理和维护，提供直观、可视化的控制界面，辅助维护人员判断和处理，有效提高管理效率。 4 结语 数据管理系统提供了车载信号设备的数据管理、更新和故障恢复方法，可以有效降低数据更新成本。 通过自动化控制和检测手段降低了由于人为错误而引入数据错误的风险。 数据管理系统定期采集和维护车载信号设备的数据状态，并提供可视化信息，使维护人员能够直观地监控和管理，提高管理效率。

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