上海泰雷茲、浙大網(wǎng)新的地鐵信號系統(tǒng)

蘭希金

摘 要：地鐵給擁擠的城市節(jié)約了土地，給人們的準(zhǔn)時出行提供了保障。在國內(nèi)有很多的地鐵信號系統(tǒng)廠商，比如：上海泰雷茲、浙大網(wǎng)新、卡斯柯、西門子等。本文主要對上海泰雷茲、浙大網(wǎng)新的地鐵信號系統(tǒng)的功能優(yōu)點進行介紹。

關(guān)鍵詞：地鐵信號系統(tǒng)；泰雷茲；浙大網(wǎng)新

隨著中國人民生活水平地提高，現(xiàn)在居住大城市的家庭基本都有汽車，這導(dǎo)致城市的交通十分擁堵。為了城市經(jīng)濟的發(fā)展及人們出行的方便，修建地鐵是城市所需的。地鐵給本就擁擠的城市節(jié)約了土地，給人們的準(zhǔn)時出行提供了保障。作為一名地鐵工作者，我感到驕傲。現(xiàn)就目前我了解的上海泰雷茲及浙大網(wǎng)新的地鐵信號系統(tǒng)做簡單介紹。

1 泰雷茲

SelTrac?是一個移動閉塞商標(biāo)，由泰雷茲擁有SelTrac?移動閉塞系統(tǒng)。泰雷茲系統(tǒng)的主要功能有：根據(jù)移動閉塞原則，提供基于無線通信的列車控制系統(tǒng)；后備系統(tǒng)，基于固定信號機的列車運營保護；通過B信標(biāo)列車運行施加作用來保護列車運行；自動列車運行的監(jiān)督（ATS）；聯(lián)鎖功能；通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)傳送非列車控制數(shù)據(jù)。一般泰雷茲系統(tǒng)區(qū)域控制器采用“故障—安全”的結(jié)構(gòu)，車載控制器采用二×二取二冗余結(jié)構(gòu)，正線計算機聯(lián)鎖PMI采用二×二取二的雙機熱備結(jié)構(gòu)。

極短的運行間隔：高精度、低誤差的列車定位能力、不依賴于軌道電路（或計軸），無虛擬區(qū)段概念，進路的解鎖基于列車的實時位置；高效可靠的骨干網(wǎng)和無線系統(tǒng)支持連續(xù)雙向車地通信；以列車運行為中心：進路與列車關(guān)聯(lián)而不是從信號機到信號機、列車分別與ATS及軌旁ATP直接通信；具有靈活運營的能力。

靈活的移動閉塞：1、任何地方，任何方向的 ATP防護下的ATO；2、所有可能的折返點進行ATP防護下的ATO折返；3、靈活的操作：雙向運行，往復(fù)運行，換線運行，多樣的折返交路。正常運行和緊急情況都可以進行在完全ATP防護下的ATO運行，無需人為的特殊流程保證非正常交路的運營安全，若無雙向ATP、ATO功能，則列車需要采用較長的路徑退出運營。

CBTC運行方式：CBTC支持雙向ATP、ATO運行，可對向運行，列車間隔最小大約20米。

列車定位：列車連續(xù)通過兩個應(yīng)答器可以確定位置、列車連續(xù)通過兩個校準(zhǔn)應(yīng)答器可以自動輪徑校準(zhǔn)、應(yīng)答器間的列車位置由轉(zhuǎn)速計和加速度計實時確定、列車定位精度達到厘米級、系統(tǒng)允許列車錯過一個應(yīng)答器、列車最大位置不確定性不大于10米。

ATS系統(tǒng)：友好的人機界面提供直觀的顯示和清晰的界面；充分發(fā)揮移動閉塞的特殊優(yōu)勢，所有的進路都與列車關(guān)聯(lián)，而非信號機到信號機；為調(diào)度員提供豐富的信息用于監(jiān)控整條線路的各個元素；通過及時更新的信息，為調(diào)度員提供準(zhǔn)確的列車定位和線路元素信息，從而從容處理故障情況下的運營；操作簡便，易于培訓(xùn)。

分布結(jié)構(gòu)：易調(diào)試，有利于分段調(diào)試；易開通，可以根據(jù)進度要求實行分段開通；易升級，當(dāng)系統(tǒng)需升級時，可以分聯(lián)鎖區(qū)進行升級；易割接，當(dāng)系統(tǒng)割接時，僅需割接相鄰聯(lián)鎖區(qū)。

熱冗余通信鏈路：FHSS技術(shù)的應(yīng)用可有效規(guī)避 外部無線同頻干擾，忽視機制（設(shè)置門限）、避免干擾（跳頻序列）、競爭機制（競爭機制）；專用的加密/解密軟硬件確保無線通信的安全。冗余的無線覆蓋：在列車的兩端安裝移動無線單元；對于每一個無線單元，在任何時間都可以至少兩個AP通信；只有當(dāng)4個獨立的鏈路都中斷時，才有可能丟失通信。

列車運營模式：1、ATO，VOBC提供完全的列車監(jiān)控和保護。 VOBC 控制列車開門，速度，牽引，惰行和制動，無需司機干預(yù)，司機關(guān)車門。2、 ATPM，VOBC提供完全的列車監(jiān)控和保護。列車的加速，減速，惰行，停車和開關(guān)門在ATP系統(tǒng)的監(jiān)控下由司機 直接手動控制，VOBC使能車門。3、 IATP，司機根據(jù)軌旁信號和VOBC控制的TOD顯示行車，VOBC提供有限的列車監(jiān)控和保護。4、無人駕駛折返，VOBC控制車輛的速度，牽引，惰行和制動，無需司機干預(yù)，VOBC同時控制運行方向（前向和后向）。 在折返點VOBC將轉(zhuǎn)換運行方向。在列車折返完成后，VOBC會自動打開車門，不管車門模式選擇開關(guān)所 處的位置。當(dāng)車門打開后（車門關(guān)閉并鎖閉狀態(tài)丟失），VOBC將取消自動折返模式。5、限制人工模式，司機直接控制車輛速度，牽引，惰行和制動。不管列車處于什么位置，如果在RMF模式，列車速度>25km/h或是在RMR模式，列車速度>10km/h，則VOBC會EB。6、OFF模式，車輛靜止的模式， 該模式下如果檢測到車輛移動VOBC會施加EB。7、切除模式，鉛封的切除開關(guān)置于“ON”位置。該模式下由司機完全控制列車，沒有ATP功能。

2 浙大網(wǎng)新

浙大網(wǎng)新系統(tǒng)不僅是基于無線通信的移動閉塞系統(tǒng)，還具備了無線傳輸系統(tǒng)故障情況下的列車點式超速防護系統(tǒng)（點式ATP/ATO系統(tǒng)）。浙大網(wǎng)新信號系統(tǒng)主要行車設(shè)備采用多重冗余技術(shù)，冗余設(shè)備之間實現(xiàn)無擾切換。聯(lián)鎖系統(tǒng)與ATS系統(tǒng)直接通信，接收并執(zhí)行ATS的控制命令，并向ATS報告全線的計軸軌道區(qū)段占用狀態(tài)、道岔位置、信號機顯示狀態(tài)等信息，由ATS系統(tǒng)實現(xiàn)全線在線運行列車的集中監(jiān)控。在后備控制模式下，當(dāng)不具備中央級和車站級ATS功能時，具備聯(lián)鎖控制功能和聯(lián)鎖級的自動進路設(shè)置功能。一般浙大網(wǎng)新系統(tǒng)區(qū)域控制器采用“故障—安全”的三取二冗余結(jié)構(gòu)，車載控制器采用“故障—安全”的三取二冗余結(jié)構(gòu)，正線計算機聯(lián)鎖MicroLok II 聯(lián)鎖控制器采用“故障—安全”的雙機熱備結(jié)構(gòu)，支持CBTC列車和非CBTC列車安全混運，模塊化系統(tǒng)設(shè)計有利于將來線路延伸和功能擴展，列車自動監(jiān)控子系統(tǒng)采用32位數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，帶冗余的以太網(wǎng)設(shè)備。

移動閉塞原理：車載控制器（CC）負(fù)責(zé)列車在軌旁ZC發(fā)出的移動授權(quán)（MAL）范圍內(nèi)安全運行。MAL設(shè)置到列車前方障礙物處。車載控制器（CC）確保所有合適的、出于安全方面的因素都已包括在生成的列車速度曲線中。這些考慮因素包括：最不利情況下的停車距離、土建限速、臨時限速以及不確定的前方障礙物的位置。

列車定位：列車的定位是由車載設(shè)備和靜態(tài)信標(biāo)共同完成。車載設(shè)備包括速度和加速度傳感器，通過速度和加速度傳感器計算出列車的位置，同時通過讀取位于線路上固定位置的靜態(tài)信標(biāo)進行校準(zhǔn)而實現(xiàn)列車的定位。當(dāng)列車經(jīng)過信標(biāo)上方時，該靜態(tài)信標(biāo)向列車發(fā)送具有唯一性的信標(biāo)ID，根據(jù)信標(biāo)ID查詢軌道數(shù)據(jù)庫，用于識別列車所在軌道區(qū)段的位置和校準(zhǔn)列車位移測量的累計誤差。

車底通信：車地雙向通信網(wǎng)絡(luò)是溝通車載數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)與軌旁數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的渠道，實現(xiàn)車地之間的雙向通信。它采用IEEE 802.11g的無線局域網(wǎng)技術(shù)。除此之外，無線網(wǎng)絡(luò)還支持IEEE 802.11e、 802.11i等協(xié)議來實現(xiàn)高速、安全、可靠、實時的無線通信。802.11g 采用的調(diào)制方案是正交頻分復(fù)用（OFDM），IEEE 802.11g工作在 2.4GHz頻段 （2.4～2.4835GHz， 向前兼容于 IEEE 802.11b）

列車控制：列車自動運行系統(tǒng)（ATO）的主要功能是進行列車定位和速度控制，以實現(xiàn)精確停車、最小追蹤間隔及節(jié)能。ATO使用三種傳感器，分別是位置、速度和加速度傳感器。除了采用傳統(tǒng)的比例積分微分處理器，ATO的定位和速度控制算法為提高旅客的乘坐舒適度考慮了對急加速沖擊的控制。加速度計的信息用于檢查和修正空轉(zhuǎn)和打滑。

聯(lián)鎖原理：MicroLok II平臺采用了“故障-安全”設(shè)計原則。每一個聯(lián)鎖系統(tǒng)由一個標(biāo)準(zhǔn)配置的MicroLok II構(gòu)成。如果區(qū)域控制器出現(xiàn)故障，列車的安全運行通過聯(lián)鎖控制器和軌旁LED信號機來實現(xiàn)。如果數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)或車載控制器出現(xiàn)故障，列車以地面信號顯示作為主體信號運行。為實現(xiàn)系統(tǒng)的高可靠性，MicroLok II聯(lián)鎖控制器采用了雙機熱備的冗余機制。每個MicroLok II 系統(tǒng)包括兩套運算單元，一套用于正常運行，另一套備用。如果主用單元出現(xiàn)故障，備用單元將自動轉(zhuǎn)為在線系統(tǒng)。MicroLok II安全處理器是一個專為鐵路安全應(yīng)用而設(shè)計的基于微處理器的邏輯控制器，其基本功能是根據(jù)一個標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行程序和一個專為安全功能而設(shè)計的應(yīng)用程序，來處理輸入量并生成相應(yīng)輸出，達到控制安全聯(lián)鎖的功能。