基于CBTC地鐵車載控制系統(tǒng)的應(yīng)用

摘 要：文章闡述了安薩爾多所研制的基于CBTC地鐵列車控制系統(tǒng)的構(gòu)成和基本功能，并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)車載部分ATP與ATO的功能和特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：CBTC；ATP；ATO

1 安薩爾多CBTC列車控制系統(tǒng)

由安薩爾多公司研制的基于無線通信的移動閉塞列車控制系統(tǒng)，即CBTC列車控制系統(tǒng)，采用無線通信媒體來實(shí)現(xiàn)列車和地面設(shè)備的雙向、連續(xù)、大容量數(shù)據(jù)信息傳輸，利用計算機(jī)、速度傳感器、定位信標(biāo)等檢測設(shè)備進(jìn)行列車定位。在保證系統(tǒng)安全的同時，通過改善位置分辨能力和移動授權(quán)的更新率，縮短列車間隔，由6分鐘減少到3分鐘；車門對準(zhǔn)屏蔽門的誤差將由50cm縮短至30cm；準(zhǔn)點(diǎn)率達(dá)到99.5%。

2 安薩爾多CBTC車載控制系統(tǒng)

安薩爾多CBTC列車控制系統(tǒng)由列車自動監(jiān)控（ATS）系統(tǒng)、列車自動防護(hù)（ATP）系統(tǒng)、列車自動駕駛（ATO）系統(tǒng)、計算機(jī)聯(lián)鎖（CBI）子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸（DCS）子系統(tǒng)等組成。

CBTC車載控制系統(tǒng)提供ATP和ATO功能，負(fù)責(zé)確定列車速度和位置、超速保護(hù)、緊急制動、列車停靠、方向控制、安全的車門控制、CBTC運(yùn)行模式等。車載控制系統(tǒng)設(shè)備包括車載控制器（CC）和速度傳感器、查詢應(yīng)答器主機(jī)（TI）天線、司機(jī)操作顯示單元（TOD）和移動無線設(shè)備（MR）天線。CC與速度傳感器、TI主機(jī)和TOD接口，以確定列車的位置，顯示駕駛信息，設(shè)備狀況，并給司機(jī)報警。圖1為車載控制系統(tǒng)設(shè)備圖。

圖1 車載控制系統(tǒng)設(shè)備圖

本系統(tǒng)采用開放式架構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)，采用802.11g來提供更大的帶寬和更強(qiáng)的抗干擾的數(shù)據(jù)通信能力；采用802.11i無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來保障安全，阻止未授權(quán)用戶進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)；防火墻提供額外的防護(hù)措施來抵御惡意攻擊。

MR用于車載設(shè)備和軌旁設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)。ATP和ATO子系統(tǒng)通過兩個獨(dú)立的以太網(wǎng)連接到MR。A、B網(wǎng)同時工作，當(dāng)一端通信中斷時，系統(tǒng)會接受另一端的車地通信信息，以保證車地通信的可用性，實(shí)現(xiàn)冗余車載網(wǎng)絡(luò)的交換和擴(kuò)展。以太網(wǎng)擴(kuò)展設(shè)備ESE利用雙絞電纜彼此連接，實(shí)現(xiàn)車廂之間的網(wǎng)絡(luò)通信。

當(dāng)列車經(jīng)過信標(biāo)時，儲存在其中的信息通過應(yīng)答器天線發(fā)送給TI主機(jī)。主機(jī)接收到報文后進(jìn)行解碼，將解碼后的數(shù)據(jù)用兩個不同的通道傳送給CC。CC將會關(guān)聯(lián)來自TI主機(jī)的診斷信息、磁場強(qiáng)度信號和信標(biāo)正在讀取的信息來判斷TI主機(jī)是否故障。

隨著車輪輪齒的轉(zhuǎn)動，當(dāng)傳感器經(jīng)過輪齒的時候會輸出數(shù)字脈沖。這些脈沖由硬件計數(shù)器來計數(shù)，可以在給定周期內(nèi)測試速度。系統(tǒng)采用獨(dú)立的模塊測量列車的位移和速度。即使其中一個速度傳感器部分失效，CC也會正常工作。2個光電速度傳感器和4個加速度計（2個數(shù)字型和2個模擬型，以避免共模故障），用于速度測量和車輪空轉(zhuǎn)/打滑的補(bǔ)償。一旦檢測到空轉(zhuǎn)/打滑，CC將利用速度傳感器上一次的安全速度和位置，通過加速度計測量出來的加速度來更新列車速度和位置，位置誤差通過信標(biāo)來消除。

每個處理器有四個處理模塊：應(yīng)用處理器模塊（App），比較處理器模塊（VO），交互式存儲處理器模塊（ME），接口處理器模塊 （CPL）。App用于計算，VO對數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行檢查，ME實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，CPL主要處理數(shù)據(jù)的輸入和輸出。處理器采用3取2比較結(jié)構(gòu)，通過各自的APP模塊獨(dú)立運(yùn)算，相互通過ME模塊交換結(jié)果，再通過VO模塊表決，保證三個計算機(jī)至少有兩個的結(jié)果一致。如果表決同意，處理器會通過通信模塊發(fā)送控制信號給列車，允許列車?yán)^續(xù)運(yùn)行。這也就是保證在單點(diǎn)故障時的安全運(yùn)行的冗余方式。

3 ATO與ATP子系統(tǒng)

ATP子系統(tǒng)是保證列車運(yùn)行安全的系統(tǒng)，它根據(jù)線路數(shù)據(jù)、列車臨時限速信息、聯(lián)鎖設(shè)備提供的列車進(jìn)路信息，提供列車運(yùn)行間隔控制、超速防護(hù)、車門和站臺屏蔽門監(jiān)督等安全防護(hù)功能，且符合故障-安全原則。

ATO子系統(tǒng)在非人工狀態(tài)下通過控制牽引和制動力來控制列車運(yùn)行，列車按運(yùn)行圖規(guī)定的區(qū)間走行時分行車，自動完成列車啟動、加速、巡航、惰行、減速和停車的合理控制。

ATO子系統(tǒng)為熱備份，即當(dāng)主ATO單元故障時，能夠自動從主ATO單元切換到備用ATO單元。“熱備份”在這里是指主備兩套ATO單元運(yùn)行完全相同的軟件，獲得相同的傳感器輸入，獨(dú)立進(jìn)行運(yùn)算；但是同時只有一套ATO單元作為主機(jī)和其他子系統(tǒng)如ATP、車輛、TOD、ATS等交互，備用ATO不提供任何輸出。僅當(dāng)檢測到當(dāng)前主ATO單元發(fā)生任何故障時，并且列車完全停車后，能夠自動進(jìn)行切換，這樣，就避免了影響運(yùn)行，或司機(jī)進(jìn)行一些不必要的操作。

ATO和ATP分別運(yùn)行于獨(dú)立的CPU處理器中，彼此通過高速PCI總線連接。系統(tǒng)采用連續(xù)速度-距離曲線控制模式進(jìn)行閉塞設(shè)計。當(dāng)列車運(yùn)行速度接近ATP最大允許速度時，車載設(shè)備產(chǎn)生聲光報警，并采用常用制動降低列車速度。采用常用制動時，系統(tǒng)連續(xù)地檢查列車的制動率，如常用制動率達(dá)不到規(guī)定值，或車速未按要求進(jìn)行減速而列車速度達(dá)到ATP緊急制動觸發(fā)曲線速度時，實(shí)施緊急制動。

4 結(jié)束語

基于CBTC的車載控制系統(tǒng)采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，易于實(shí)現(xiàn)互通互聯(lián)；硬件冗余，保證了高可靠性；實(shí)現(xiàn)了車-地之間的雙向、實(shí)時、高速、可靠、安全的移動通信，完成了列車超速防護(hù)，保證列車以最小間隔安全運(yùn)行。該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于沈陽、西安、杭州、鄭州、成都等城市。

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作者簡介：金麗美（1982-），女，蒙古族，遼寧省阜新市，沈陽鐵路信號有限責(zé)任公司，工程師，碩士研究生，研究方向：微電子。