徐州地鐵一號(hào)線CBTC信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

朱國(guó)巍 王文寧 王康

摘 要：CBTC技術(shù)是一種采用先進(jìn)的通信、計(jì)算機(jī)技術(shù)，連續(xù)控制、監(jiān)測(cè)列車運(yùn)行的移動(dòng)閉塞方式，實(shí)現(xiàn)列車與軌旁設(shè)備實(shí)時(shí)雙向通信且信息量大。本文重點(diǎn)介紹了徐州地鐵一號(hào)線CBTC信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)闡述了CBTC系統(tǒng)的總體構(gòu)成、主要功能及系統(tǒng)原理。

關(guān)鍵詞：CBTC;ATP;ATS;ATO;聯(lián)鎖

徐州市城市軌道交通一號(hào)線一期工程西端起點(diǎn)位于龜山西側(cè)的路窩村站，止于高鐵徐州東站站，采用高可靠、高安全、先進(jìn)的、完善的CBTC信號(hào)系統(tǒng)。

1 CBTC系統(tǒng)總體構(gòu)成

正線配置完整的ATC系統(tǒng)，包括列車自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)、連續(xù)式列車移動(dòng)控制子系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)，以及數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)，正線信號(hào)系統(tǒng)的構(gòu)成。此外，在控制中心、設(shè)備集中站和維護(hù)部配置了相應(yīng)的維護(hù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)設(shè)備。試車線配置與正線一致的ATP軌旁設(shè)備及相應(yīng)的試驗(yàn)設(shè)備，提供試車功能。培訓(xùn)中心設(shè)置具有地面和車載ATC功能培訓(xùn)設(shè)施，提供培訓(xùn)功能。車輛段/停車場(chǎng)配置相應(yīng)的信號(hào)設(shè)備。

ATS子系統(tǒng)由控制中心設(shè)備和分布于全線設(shè)備集中站、非設(shè)備集中站設(shè)備組成，通過(guò)冗余的網(wǎng)絡(luò)連接。控制中心的應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器充分考慮了冗余設(shè)置，以便提高系統(tǒng)的可用度。當(dāng)一臺(tái)服務(wù)器故障時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)切換到備機(jī)運(yùn)行，不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。ATP/ATO子系統(tǒng)在連續(xù)式通信條件下，列車自動(dòng)防護(hù)和列車自動(dòng)駕駛功能保證列車的安全監(jiān)督和連續(xù)運(yùn)行。正線聯(lián)鎖子系統(tǒng)配置了3套西門子SICAS聯(lián)鎖，位于杏山子、徐州火車站及徐州東站。車輛段/停車場(chǎng)系統(tǒng)由聯(lián)鎖系統(tǒng)和信號(hào)集中監(jiān)測(cè)設(shè)備構(gòu)成。聯(lián)鎖系統(tǒng)是一個(gè)SIL4級(jí)別的安全子系統(tǒng)，可以保證安全高效的控制進(jìn)路，管理現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)轍機(jī)，信號(hào)機(jī)等室外設(shè)備。DCS子系統(tǒng)由多個(gè)物理完全獨(dú)立的子系統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)和車-地通信無(wú)線網(wǎng)絡(luò)組成。無(wú)線LTE通信系統(tǒng)，為軌旁和車載子系統(tǒng)之間提供了透明、連續(xù)、雙向、基于LTE的數(shù)據(jù)傳輸，保證了列車控制應(yīng)用系統(tǒng)在軌道交通系統(tǒng)中的通暢運(yùn)行以及車地之間連續(xù)大容量的數(shù)據(jù)傳輸，通信通過(guò)漏纜實(shí)現(xiàn)。

2 CBTC系統(tǒng)主要功能

CBTC信號(hào)系統(tǒng)提供列車自動(dòng)防護(hù)功能（ATP），列車自動(dòng)運(yùn)行功能（ATO），計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖（CI）、列車自動(dòng)監(jiān)控（ATS）和維護(hù)監(jiān)測(cè)（MSS）等功能。

ATS系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)時(shí)刻表以及系統(tǒng)內(nèi)置的調(diào)整策略對(duì)列車進(jìn)行合理的運(yùn)營(yíng)控制;對(duì)信號(hào)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)時(shí)反應(yīng)各設(shè)備和列車的運(yùn)行狀況，操作人員可根據(jù)需要通過(guò)人機(jī)界面（HMI/LOW）對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行控制;在中央ATS出現(xiàn)故障時(shí)由本地ATS自動(dòng)接管控制任務(wù)，保證整個(gè)軌道交通系統(tǒng)的不間斷的安全運(yùn)行。ATP / ATO由負(fù)責(zé)安全功能的列車自動(dòng)防護(hù)ATP和非安全功能的列車自動(dòng)駕駛ATO構(gòu)成。系統(tǒng)設(shè)備位于軌旁（ATP）和每列車上（ATP和ATO）。聯(lián)鎖子系統(tǒng)根據(jù)聯(lián)鎖條件檢查軌道區(qū)段、轉(zhuǎn)轍機(jī)和信號(hào)機(jī)室外設(shè)備，建立進(jìn)路，確保進(jìn)路上軌道區(qū)段、道岔、信號(hào)機(jī)之間的安全聯(lián)鎖關(guān)系，防護(hù)外來(lái)的錯(cuò)誤操作，符合故障——安全原則。同時(shí)，聯(lián)鎖向ATS和軌旁ATP提供進(jìn)路、軌道區(qū)段、信號(hào)機(jī)和道岔的狀態(tài)信息。MSS子系統(tǒng)主要是對(duì)全線信號(hào)設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)報(bào)警，并能輔助維護(hù)人員對(duì)報(bào)警和維護(hù)工單進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，導(dǎo)出報(bào)表。

3 CBTC系統(tǒng)原理

3.1 列車定位原理

列車定位是基于通信列車車載OBCU提供的列車位置信息，各子系統(tǒng)ATS、CI和地面WCU_ATP實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的準(zhǔn)確跟蹤和安全控制。系統(tǒng)結(jié)合下列信息來(lái)確定列車定位：安裝在線路上某些位置的應(yīng)答器的檢測(cè)。每個(gè)應(yīng)答器發(fā)送一個(gè)包括識(shí)別編號(hào)（ID）的應(yīng)答器報(bào)文，由列車接收。在ATP車載計(jì)算機(jī)單元的線路數(shù)據(jù)庫(kù)里存有應(yīng)答器的位置，這樣列車就知道它在線路上的確切位置;由測(cè)速電機(jī)和雷達(dá)共同執(zhí)行的列車位移測(cè)量;道岔位置。

3.2 車—地通信原理

數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)基于開(kāi)放的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，有線通信部分采用IEEE802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)線通信部分采用TD-LTE技術(shù)，最大程度地采用成熟設(shè)備。

DCS系統(tǒng)采用A/B雙網(wǎng)設(shè)計(jì)，A網(wǎng)和B網(wǎng)是兩個(gè)完全相同、相互獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，并行工作，互不影響。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)中均包含：軌旁骨干網(wǎng)絡(luò)、車載數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)、車地雙向通信網(wǎng)絡(luò)。

DCS系統(tǒng)分為中央、軌旁和車載等三大子系統(tǒng)。中央子系統(tǒng)由一個(gè)中央系統(tǒng)路由器（CSR）組成，該路由器安裝在機(jī)房。管理、綜合業(yè)務(wù)和診斷功能在網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（NMS）上實(shí)現(xiàn)。NMS同樣安裝在機(jī)房。軌旁子系統(tǒng)由LTE設(shè)備組成，LTE基站沿軌道分布在軌旁。中央子系統(tǒng)和軌旁子系統(tǒng)通過(guò)綜合承載網(wǎng)絡(luò)連接。車載子系統(tǒng)由每列列車上的兩個(gè)車載列車單元組成，每個(gè)車載單元分別連接到車載LTE收發(fā)設(shè)備。兩個(gè)列車單元之間通過(guò)一個(gè)以太網(wǎng)連接相互鏈接在一起。

Airlink工作狀態(tài)類似一個(gè)普通的路由器。TGMT應(yīng)用通過(guò)以太網(wǎng)接口和TCP/IP協(xié)議發(fā)送和接受信息，這些應(yīng)用本身無(wú)需知道列車正在運(yùn)行。

列控信息應(yīng)用通過(guò)主設(shè)備集中站的無(wú)線通信服務(wù)器WCC與LTE通信系統(tǒng)接口。無(wú)線通信服務(wù)器WCC通過(guò)內(nèi)部動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)重新打包數(shù)據(jù)并增加相關(guān)路由信息。

無(wú)線通信服務(wù)器WCC通過(guò)交換機(jī)向LTE骨干網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)新數(shù)據(jù)包，所有環(huán)網(wǎng)是冗余的。

主設(shè)備集中站的LTE核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與中央系統(tǒng)路由器，連接到軌旁TGMT設(shè)備。并通過(guò)LTE基站建立與列車的通信連接。

3.3 列車控制原理

在任何情況和時(shí)間下，列車控制服從以下兩種安全限制：零速度限制的防護(hù)點(diǎn)（PoP）;安全速度曲線（VSP）。

防護(hù)點(diǎn)代表了絕對(duì)不允許越過(guò)的限制點(diǎn)。如果前行信號(hào)裝備列車定義了一個(gè)防護(hù)點(diǎn)，則前行列車的位置不確定性因素和后退公差已經(jīng)考慮在內(nèi)。防護(hù)點(diǎn)取決于采用的運(yùn)行模式。在移動(dòng)閉塞模式下，防護(hù)點(diǎn)位于前行列車的尾部，包括位置不確定性因素和后退誤差。一般來(lái)說(shuō)，綜合以下情況進(jìn)行判斷：前行列車的安全尾端加上后退誤差（若前行列車已定位且運(yùn)行在連續(xù)式通信級(jí)）;計(jì)軸器區(qū)段邊界;與信號(hào)機(jī)位置相關(guān)的防護(hù)點(diǎn);聯(lián)鎖安全距離的末端（若配置且監(jiān)督安全距離）;其他的安全防護(hù)點(diǎn)，如車擋。

安全速度曲線（VSP）是對(duì)列車所在軌道區(qū)段范圍內(nèi)絕對(duì)不能超過(guò)的速度極限。VSP是存儲(chǔ)在線路數(shù)據(jù)庫(kù)中的靜態(tài)速度限制和由線路操作員設(shè)定的臨時(shí)速度限制的最小值。

4 總結(jié)

徐州地鐵一號(hào)線CBTC系統(tǒng)充分利用了先進(jìn)的LTE通信技術(shù)，實(shí)時(shí)地進(jìn)行列車于地面間的雙向通信聯(lián)絡(luò)，使得后續(xù)列車可以及時(shí)了解前方列車運(yùn)行的實(shí)際間隔距離，通過(guò)計(jì)算后續(xù)列車即可給出最佳制動(dòng)曲線，既提高了區(qū)間通行能力，又減少了頻繁減速制動(dòng)操作，改善了旅客乘車舒適度。

參考文獻(xiàn)：

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