CBTC系統中聯鎖與區域控制器的關系探究

杜曉菲

（大連地鐵運營有限公司，遼寧 大連 116000）

信號CBTC 系統出現以后，克服了基于軌道電路信號系統的眾多限制，允許列車更加密集地在線路上安全行駛，并且可以更加準確地控制列車。區域控制器ZC 是CBTC 系統中的核心設備，ZC 通過車地無線通信接收控制區域內的所有CBTC 列車發送的位置報告，復制通過已知的障礙物位置和權限來確定區域內列車的移動授權，從而計算出列車運行的安全間隔。而區域控制器ZC 與聯鎖系統的關系和實現的功能就是該文研究的重點，如圖1 所示。

1 區域控制器的基本設計

1.1 基本概述

區域控制器周期性地計算管轄區域列車的距離及位置關系，列車在線路上向前行駛，移動閉塞的區分也隨之移動，長度隨著列車的位置、速度以及載重量等相關參數的不同而不同，區域控制器就是通過這些參數以及前方障礙物的位置實時計算出列車的距離及位置。當區域控制器計算出所有需要的結果后，會通過無線通信網絡將數據傳遞給區域的聯鎖設備、車載設備以及 ATS （自動列車監控系統），聯鎖設備根據ZC 的計算結果進行進路的開放，車載設備根據ZC 的計算結果控制列車的速度，ATS 系統根據ZC 計算的結果對列車進行實時監控，從而達到ATO（列車自動駕駛系統）或者ATP（列車自動保護裝置）的駕駛模式[1]。

1.2 工作原理

區域控制器是CBTC 的重要設備，它與ATS 系統、聯鎖系統以及車載系統相互協作，在ZC 管轄范圍內對列車進行計算，同時發送移動授權，確保列車在ZC 控制區域內的安全運行。一般情況下，移動授權是指列車的車尾到前方障礙物的區域，障礙物有可能是前方列車的尾部、進路的終點或者道岔的節點以及ZC 的邊界點，移動授權會隨著列車的前進而改變，只有在設備不正常或者區域存在問題的情況下才會回撤。

1.3 系統功能

1.3.1 列車追蹤

ZC 能確定控制區域內每個列車的計算機聯置，同時將每列車的位置與固定障礙物進行比較，為安全列車間隔提供數據[2]。

1.3.2 移動授權

ZC 為控制區域內的列車計算移動授權（MA）。移動授權的起點是前方通信車的車尾，終點是辦理的目的地（站臺、信號機）之后的50 m 防護區段。

1.3.3 臨時限速

CBTC 系統中通過ZC 實現臨時限速（TSR）功能，TSR 由調度員在ATS 系統上輸入命令，ZC 負責執行該命令，并將限速信息發送給車載CC，最終實現限速功能。

2 聯鎖系統的基本設計

2.1 基本概述

在CBTC 系統中，CBI 是一個獨立的子系統，由聯鎖計算機和軌旁設備組成，每一個集中站都設有聯鎖系統。主要負責控制軌旁的信號機、道岔、計軸區段以及動態信標。聯鎖系統CBI 與站臺屏蔽門、緊急停車按鈕、自動折返按鈕是相連接，從而實現聯鎖功能。

圖1 CBTC 系統結構

2.2 工作模式

2.2.1 后備聯鎖模式

后備聯鎖模式是CBTC 的一種降級模式，也是最為基礎的信號聯鎖模式，主要完成基本的信號邏輯功能，提供固定閉塞和聯鎖防護。對于后備聯鎖模式來說，主要提供2 種駕駛模式。1）人工駕駛，即RM 模式，最高限速25 km/h。2）非限制人工駕駛模式，即NRM 模式，行車完全由司機控制。

2.2.2 點式ATP模式

點式ATP 模式是后備聯鎖模式的上一級，也是CBTC 的降級后備模式，可以提供240 s 的行車間隔，但是該模式下，列車是與ZC 失去通信的，需要通過車載控制器及地面動態與靜態信標來實現點式通信，通過動態信標向列車發送地面信號顯示，把信號機到信號機的固定點式移動授權發送給列車控制器。

2.2.3 CBTC模式

CBTC 模式是完整的基于無線通信的移動閉塞模式，要求整體信號系統的設備是正常運行的，可以實現90 s 的最小車隔。在CBTC 模式下，區域控制器ZC 與聯鎖系統、車載系統以及ATS 系統交互數據，從而完成CBTC 模式下的ATO/ATP 車輛駕駛。

3 CBTC系統中聯鎖與區域控制器的關系

在CBTC 系統中，區域控制器會與車載CC 進行雙向通信，獲得列車的位置、運行速度和方向，聯鎖CBI（計算機聯鎖系統）會根據進路上的信號設備狀態，將信息發送給區域控制器，在結合眾多信息后，ZC 周期性地計算移動授權MA，從而對行駛在區域控制范圍內的列車進行實時監測和控制，如圖2 所示。

3.1 車載CC與區域控制器ZC的信息交互

3.1.1 車載CC給ZC的信息

圖2 ZC 與其他子系統的信息交互

如果車輛已經被定位，列車CC 與ZC 之間的通信通道建立，車載CC 發送一個位置信息給ZC，位置報告中要包括列車的狀態信息、列車的速度以及列車的駕駛模式。

3.1.2 ZC給車載CC的信息

ZC 給車載CC 發送移動授權，ZC 通過聯鎖系統的狀態信息以及列車的狀態信息，計算出列車的安全移動授權，從而給車載CC 發送移動授權信息，信息中包括列車的行駛速度防護點狀態以及緊急停車區域等。

3.2 區域控制器ZC與聯鎖CBI的關系

3.2.1 聯鎖CBI系統給ZC的信息

聯鎖CBI 給ZC 的信息主要包括進路的狀態、道岔的位置、軌道空閑狀態、屏蔽門狀態以及緊急按鈕狀態等，這些信息都會通過區域控制器ZC 與聯鎖CBI 的交互，由聯鎖CBI發送給ZC。

3.2.2 ZC給聯鎖CBI系統的信息

每個周期內，ZC 都會將所管轄的列車信息發給聯鎖CBI，主要包括列車的位置以及列車的進路信息。

3.3 區域控制器與ATS系統的交互

3.3.1 ZC給ATS的信息

正常情況下，ZC 是不會給ATS 信息的，但是當接收到臨時速度限制的指示后，ZC 會將列車的狀態信息以及ZC 與車載控制器的故障信息發送給ATS 系統，由ATS 系統對CBTC下的列車進行實時監控。

3.3.2 ATS給ZC的信息

ATS 監控到列車的故障狀態后，會下達列車降級或者停車的命令，命令列車改變駕駛模式，確保列車的行駛安全。