軌道交通CBTC信號(hào)系統(tǒng)淺析

李斌

（南昌軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司）

摘 要： 隨著計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)也得以迅猛發(fā)展，廣泛應(yīng)用于城市軌道交通行業(yè)。為提高城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)效率，人們研發(fā)出一種基于無(wú)線通信的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)，即CBTC系統(tǒng)。本文通過(guò)介紹網(wǎng)新CBTC系統(tǒng)及泰雷茲CBTC系統(tǒng)的構(gòu)架，并在兩套系統(tǒng)的對(duì)比中，對(duì)網(wǎng)新CBTC系統(tǒng)及泰雷茲CBTC系統(tǒng)的異同點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步闡述。

關(guān)鍵詞： CBTC；閉塞；車地通信；自動(dòng)控制

1.背景

我國(guó)大多數(shù)普速鐵路的閉塞方式是固定閉塞，而移動(dòng)閉塞更多地應(yīng)用于高鐵、地鐵和輕軌。隨著通信技術(shù)的應(yīng)用，采用開(kāi)放空間無(wú)線方式是車地通信的發(fā)展方向。目前城市軌道交通中最常用的信號(hào)系統(tǒng)為兩大類：準(zhǔn)移動(dòng)閉塞和移動(dòng)閉塞信號(hào)系統(tǒng)。兩者都是基于傳統(tǒng)的電氣集中聯(lián)鎖控制技術(shù)發(fā)展而成，區(qū)別在于后者在外部傳輸媒介上采用的是無(wú)線通信技術(shù)。

CBTC系統(tǒng)得益于計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信方式的發(fā)展，信號(hào)的概念已經(jīng)改變：從被動(dòng)反應(yīng)到主動(dòng)檢測(cè)，從軌旁設(shè)備控制到列車自我控制，車地通信具備了思考和對(duì)話的能力。

2.概念

信號(hào)系統(tǒng)的列控方式有兩種：基于軌道電路的列車控制方式和基于無(wú)線通信的列車控制方式。前者是傳統(tǒng)的信號(hào)系統(tǒng)，后者是基于前者衍生的CBTC系統(tǒng)。它們的區(qū)別在于傳輸媒介的不同，后者是無(wú)線傳輸。

CBTC系統(tǒng)的定義：一個(gè)連續(xù)的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)，它利用高分辨率的列車位置確定方式，不依賴于軌道電路；高容量的車地雙向數(shù)據(jù)通信；以及能夠?qū)崿F(xiàn)“故障—安全”功能的車載和軌旁處理器。

3. CBTC系統(tǒng)構(gòu)架

基于CBTC移動(dòng)閉塞的ATC系統(tǒng)，具備ATP防護(hù)、ATO駕駛和后備模式的點(diǎn)式ATP防護(hù)功能。它主要的子系統(tǒng)包括：區(qū)域控制器（MAU+PMI）、接口繼電器、計(jì)軸ACE、ATS子系統(tǒng)、ATP子系統(tǒng)、ATO子系統(tǒng)、車載控制器以及連接各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) （DCS）。

3.1 區(qū)域控制器（MAU+PMI）

區(qū)域控制器-MAU，是冗余校驗(yàn)的三取二配置，具備“故障—安全”的功能，每個(gè)聯(lián)鎖區(qū)域設(shè)一套MAU。它實(shí)現(xiàn)與所控區(qū)域內(nèi)所有列車的安全信息交互，同時(shí)向所轄區(qū)域內(nèi)每輛列車發(fā)布移動(dòng)授權(quán)LMA，并實(shí)現(xiàn)對(duì)屏蔽門(mén)（PSD）的監(jiān)督與控制。

區(qū)域控制器-PMI，是冗余校驗(yàn)的2x2oo2配置，也具備“故障—安全”的功能，每個(gè)聯(lián)鎖區(qū)域設(shè)一套PMI。它實(shí)現(xiàn)與所控區(qū)域內(nèi)除屏蔽門(mén)（PSD）外的所有聯(lián)鎖控制，并監(jiān)督屏蔽門(mén)（PSD）狀態(tài)。

3.2接口繼電器和計(jì)軸ACE

接口繼電器用于區(qū)域控制器（MAU+PMI）與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的接口，如：信號(hào)機(jī)、道岔、緊急停車按鈕、屏蔽門(mén)等。計(jì)軸ACE用于檢測(cè)區(qū)段的占用、出清和受擾。

3.3 ATS子系統(tǒng)

ATS子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)列車運(yùn)行的監(jiān)督和控制，輔助調(diào)度人員對(duì)全線列車進(jìn)行管理，其功能包括：調(diào)度區(qū)段內(nèi)列車運(yùn)行情況的集中監(jiān)視與控制，監(jiān)測(cè)進(jìn)路控制、列車間隔控制設(shè)備的工作，按行車計(jì)劃自動(dòng)控制道旁信號(hào)設(shè)備以接發(fā)列車，列車運(yùn)行實(shí)跡的自動(dòng)記錄，時(shí)刻表自動(dòng)生成、顯示、修改和優(yōu)化，運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及報(bào)表自動(dòng)生成，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，設(shè)備狀態(tài)及調(diào)度員操作記錄，運(yùn)輸計(jì)劃管理等，還具有列車車次號(hào)自動(dòng)傳遞等功能。

ATS子系統(tǒng)包括控制中心設(shè)備和ATS車站、車輛段分機(jī)?？刂浦行腁TS設(shè)備有中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、工作站、顯示屏、繪圖儀、打印機(jī)、UPS等。每個(gè)控制站設(shè)一臺(tái)ATS分機(jī)，用于采集車站設(shè)備的信息和傳送控制命令，并實(shí)現(xiàn)車站進(jìn)路自動(dòng)控制功能。車輛段ATS分機(jī)用于采集車輛段內(nèi)庫(kù)線的列車占用情況及進(jìn)/出車輛段的列車信號(hào)機(jī)的狀態(tài)。它采用的是“集中后備”的結(jié)構(gòu)，其組成框圖如圖所示。

3.4 ATP子系統(tǒng)

ATP子系統(tǒng)的功能是對(duì)列車運(yùn)行進(jìn)行超速防護(hù)，對(duì)與安全有關(guān)的設(shè)備實(shí)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)列車位置檢測(cè)，保證列車間的安全間隔，保證列車在安全速度下運(yùn)行，完成信號(hào)顯示、故障報(bào)警、降級(jí)提示、列車參數(shù)和線路參數(shù)的輸人，與ATS、ATO及車輛系統(tǒng)接口并進(jìn)行信息交換。

ATP子系統(tǒng)不斷將從地面獲得的前行列車位置信息、線路信息、前方目標(biāo)點(diǎn)的距離和允許速度信息等通過(guò)軌道電路等傳至車上，由車載設(shè)備計(jì)算得到當(dāng)前所允許的速度，或由行車指揮中心計(jì)算出目標(biāo)速度傳至車上，由車載設(shè)備測(cè)得實(shí)際運(yùn)行速度，依此來(lái)對(duì)列車速度實(shí)行監(jiān)督，使之始終在安全速度下運(yùn)行，以縮短列車運(yùn)行間隔，保證行車安全。

采用軌道電路傳送ATP信息時(shí)，ATP子系統(tǒng)由設(shè)于控制站的軌旁單元、設(shè)于線路上各軌道電路分界點(diǎn)的調(diào)諧單元和車載ATP設(shè)備組成，并包括與ATS、ATO、聯(lián)鎖設(shè)備的接口設(shè)備。

3.5. ATO子系統(tǒng)

ATO子系統(tǒng)主要用實(shí)現(xiàn)“地對(duì)車控制”，即用地面信息實(shí)現(xiàn)對(duì)列車驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)的控制，包括列車自動(dòng)折返，根據(jù)控制中心的指令使列車按最佳工況正點(diǎn)、安全、平穩(wěn)地運(yùn)行，自動(dòng)完成對(duì)列車的啟動(dòng)、牽引、惰行和制動(dòng)，傳送車門(mén)和屏蔽門(mén)同步開(kāi)關(guān)信號(hào)。

使用ATO后，可使列車經(jīng)常處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，避免了不必要的、過(guò)于劇烈的加速和減速，因此明顯提高了乘客的舒適度，提高了列車正點(diǎn)率并減少了能量消耗和輪軌磨損。

ATO子系統(tǒng)包括車載ATO單元和地面設(shè)備兩部分。地面設(shè)備有站臺(tái)電纜環(huán)路、車地通信設(shè)備（TWC）以及與ATP，聯(lián)鎖系統(tǒng)的接口設(shè)備。

3.6 車載控制器

車載控制器是冗余校驗(yàn)的三取二配置，具備“故障—安全”的功能，每輛車設(shè)一套車載控制器。它實(shí)現(xiàn)與軌旁設(shè)備的安全信息通信，根據(jù)移動(dòng)授權(quán)實(shí)現(xiàn)安全距離計(jì)算、車門(mén)控制等功能。

3.7 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)DCS

DCS采用獨(dú)立雙網(wǎng)的架構(gòu)，兩張網(wǎng)絡(luò)完全獨(dú)立且配置基本相同。車地通信使用無(wú)線空間波，采用802.11g協(xié)議，使用UDP/IP作為設(shè)備之間的通信協(xié)議?？刂浦行闹淋囌镜墓歉删W(wǎng)是一個(gè)完全冗余的通道；車站至每個(gè)軌旁無(wú)線單元的信息通過(guò)兩個(gè)不同的路徑傳送；軌旁無(wú)線單元的配置遵循完全冗余的無(wú)線覆蓋原則。所有數(shù)據(jù)同時(shí)在雙網(wǎng)中傳輸，保證了系統(tǒng)的可靠性和可用性，單網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)無(wú)需切換時(shí)間。

4.系統(tǒng)維修

系統(tǒng)維修分為三級(jí)：計(jì)軸設(shè)備的特點(diǎn)主要提現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

（1）一級(jí)維修：現(xiàn)場(chǎng)軌旁設(shè)備的故障修復(fù)，部件的更換、維修和測(cè)試；

（2）二級(jí)維修：提供一個(gè)環(huán)境仿真器用以檢測(cè)并隔離故障板。

（3）三級(jí)維修：采用通用測(cè)試設(shè)備和特定診斷軟件來(lái)維修和恢復(fù)LLRU（元器件級(jí)）

5.結(jié)語(yǔ)

城市軌道交通是現(xiàn)代化都市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，它安全、迅速、舒適、便利地在城市范圍內(nèi)運(yùn)送乘客。城市軌道交通系統(tǒng)的安全、速度、輸送能力和效率，這都與信號(hào)系統(tǒng)密切相關(guān)，基于無(wú)線通信的CBTC信號(hào)系統(tǒng)已成為城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的共同選擇。