CBTC信號系統中車載系統的應用

劉慶

摘 要：CBTC信號系統的車載設備的核心設備包括車載ATP、ATO、ZC與軌旁設備，隨著信號系統技術的快速發展，CBTC信號系統已經成為主流，車載ATP、ATO、ZC與軌旁設備的技術日漸成熟。本文主要對車載ATP、ATO、ZC與軌旁設備的結構、功能進行闡述。

關鍵詞：CBTC；ATP；ATO；ZC；DSU

1 車載系統的特點

車載系統的特點有以下幾點：

使用無線系統進行車地間的雙向連續通信，實現對列車的連續監控，通過列車自主定位，并對列車通過實際位置進行分隔，基于速度-距離曲線對列車提供超速防護，在保證列車安全的前提下有效縮短追蹤距離；ATO自動駕駛功能：能自動控制列車的起動、巡航、精確停車以及車門和屏蔽門的自動打開和關閉，以滿足高效、節能、舒適的運營要求。

2 系統簡介

2.1 車載列車自動防護（Automatic Train Protection，簡稱ATP）

車載列車自動防護是保證列車安全運行的核心設備，負責為列車計算速度-距離曲線并監督列車速度，以保證列車在速度和空間上的安全。同時，車載ATP還負責監督車門和站臺安全門的狀態、監督列車的后溜等。

2.2 車載列車自動駕駛（Automatic Train Operation，簡稱ATO）

車載列車自動駕駛是負責列車自動運行的子系統，根據速度-距離曲線及ATO算法所計算出的ATO曲線來控制列車運行。當列車運行于ATO模式下時，列車的運行安全依然由車載ATP進行保證。

2.3 區域控制器（ZC）

ZC的主要任務是保證列車在系統控制的線路內安全運行，為每列通信列車提供一個移動授權（MA），車載控制器VOBC將列車的位置與運行方向發送給ZC，ZC綜合各方面的參數來決定每列車的MA，ZC再向車載控制器VOBC發送列車的MA，車載控制器VOBC負責列車在MA范圍內運行。ZC系統從系統架構上支持一個ZC與多個CI相接的方式，可以根據項目情況的不同，通過數據配置的方式進行設備配置。最高能力滿足同一ZC范圍內同時運行40組列車。ZC上電后需與DSU建立通信，確認ZC的數據版本與DSU一致后，才能夠正常運行。ZC支持不同級別的列車在線路上混合運行，并根據相應的原則為列車計算移動授權。

2.4 數據存儲單元（DSU）簡介

數據存儲單元采用2乘以2取2結構的安全計算機平臺。主要功能包含管理和存儲全線數據庫版本，接收和存儲ATS的臨時限速指令，將臨時限速指令分發給所屬的各個ZC。

3 駕駛系統介紹

3.1 AM模式

AM模式是ATP監控下的列車自動運行模式。在該模式下，ATP保證列車的運行安全，ATO可實現列車在區間的自動運行、合理運行，站臺定位停車及車門、安全門的控制。AM模式的運行需要得到司機的人工確認，列車駕駛員通過按壓ATO啟動按鈕來啟動列車的自動運行。

3.2 CM模式

CM模式是ATP監控下的人工駕駛運行模式。在該模式下，ATP確定列車運行的最大允許速度，司機駕駛列車在ATP保護的速度-曲線下運行，ATP實現列車自動防護的全部功能。站臺停車以及車門及安全門的開關均由司機人工控制。系統應能實現車門及安全門的聯動。

3.3 RM模式

RM模式是限制人工駕駛模式。在RM駕駛模式下，車載ATP限制列車在某一固定的低速（如25km/h）之下運行，司機根據調度命令和地面信號顯示駕駛列車，列車運行超過該固定的速度時，車載ATP設備對列車實施緊急制動，強迫列車停車。列車運行的安全由聯鎖設備、ATP車載設備、調度人員、司機共同保證。

對于裝備CBTC系統設備的列車，AM自動駕駛模式、CM自動防護駕駛模式為列車正常運行模式，RM模式為降級運行模式。

列車運行級別由高到低分為：

①無線連續式通信控制下ATP/ATO的運行（簡稱CBTC級別）；

②點式控制下ATP/ATO的運行（簡稱BLOC級別）；

③聯鎖級下的運行（簡稱IL級別）。

3.4 列車運行級別轉換

司機可以選擇和預設本次運行的最高駕駛模式，以在不同的情況下控制列車的運行。可選的最高模式有CBTC_AM、CBTC_CM、BLOC_AM、BLOC_CM和IL_RM。默認的最高駕駛模式為CBTC_AM模式。司機在列車停車時才可以進行最高模式的選擇，司機通過“模式選擇上”和“模式選擇下”按鈕進行最高模式的選擇；列車行車過程中最高模式選擇操作無效。司機進行最高模式選擇時，VOBC系統將司機的選擇結果顯示在MMI上，由司機按壓“確認”按鈕后將選擇結果設為當前最高駕駛模式。

4 車門操作

（1）RM模式下，VOBC在列車零速，且保持制動已實施（或已實施緊急制動時），允許人工打開兩側的車門。RM下的車門開、關均需要人工操作。

（2）CM模式下，VOBC在安全靠站后（停在ATP停車窗內），且保持制動已實施（或已實施緊急制動時），允許人工打開對應側的車門。CM模式下的車門開、關均需要人工操作。

（3）AM模式下，VOBC在安全靠站后（停在ATP停車窗內），且保持制動已實施，允許人工開、關對應側的車門；當VOBC停在ATO停車窗內，且保持制動已實施，且門控模式開、關設在正確位置時（AA/AM），允許自動/人工開/關對應側的車門。

（4）CM/AM模式下，當列車安全靠站后（停在ATP停車窗內），會進行停站倒計時，當到達車門關閉時間后，如果車門尚未關閉，會在MMI上顯示車門關閉請求，以提示車門可正常關閉。

（5）退出自動駕駛，當不滿足自動駕駛條件時，ATO會自動退出。

5 列車折返

列車折返包括人工換端、自動換端以及無人折返3種。

（1）人工換端：列車在RM模式下，或切除模式時，或未裝備VOBC設備時，只能實現人工換端。此時，司機駕駛列車運行到折返區域停車后，人工關閉舊的駕駛室，并激活新的駕駛室。

（2）自動換端：列車在BLOC級別或CBTC級別運行時，可以實現自動換端。根據司機的選擇以及ATO設備的運行狀態，可以人工或自動駕駛列車運行到折返區域停車。

（3）無人折返：根據無人折返時司機所處的位置，無人折返分司機在車上的無人折返和司機在地面的無人折返。

參考文獻

[1]郜春海，唐濤，張建明.高速鐵路列車運行控制系統車載設備的軟件設計[J].北方交通大學學報，1999（5）：77-82.

[2]劉順.CBTC信號車載系統與車輛功能接口[J].工業，2015（2）：284.

（作者單位：大連地鐵有限公司）