陳恒宇

（深圳地鐵集團(tuán)有限公司，深圳 518026）

深圳軌道交通二期蛇口線貫穿深圳市發(fā)展主軸，是承擔(dān)聯(lián)系羅湖、福田中心區(qū)、南山次中心、蛇口片區(qū)及沿線片區(qū)的軌道干線，形成特區(qū)內(nèi)第二條東西向客運(yùn)主通道。蛇口線工程西起南山區(qū)赤灣站，東止羅湖區(qū)新秀站，線路全長(zhǎng)約35.82 km，均為地下線，共設(shè)車站29座。其中首期工程長(zhǎng)15.17 km，設(shè)車站12座，全為地下車站，計(jì)劃2010年12月開通。蛇口線線路向東延伸至新秀站，增設(shè)車站17座，全為地下站，線路延伸后全長(zhǎng)約35.82 km，計(jì)劃2011年6月開通。

1 信號(hào)系統(tǒng)概述

蛇口線采用卡斯柯信號(hào)有限公司提供的基于URBALISTM城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)用解決方案。URBALISTM系統(tǒng)是基于無線通信的移動(dòng)閉塞系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)全線有人/無人自動(dòng)駕駛。該方案采用移動(dòng)閉塞制式，系統(tǒng)的可靠性、安全性、可用性、可維護(hù)性、行車間隔、停車精度以及可擴(kuò)展性等方面都能達(dá)到或超過蛇口線要求的性能或指標(biāo)。

總體來說，整個(gè)線路由5個(gè)主要子系統(tǒng)來管理，包括列車自動(dòng)防護(hù)/列車自動(dòng)駕駛（ATP/ATO）子系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖（CBI）子系統(tǒng)、列車自動(dòng)監(jiān)控（ATS）子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信（DCS）子系統(tǒng)和維護(hù)監(jiān)測(cè)（MSS）子系統(tǒng)。

ATP/ATO、MSS和ATS子系統(tǒng)為集中式系統(tǒng)。CBI子系統(tǒng)為分布式設(shè)備，位于各設(shè)備集中站、控制信號(hào)機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)等軌旁設(shè)備。通過2.4 GHz開放頻段傳播的無線鏈路為信號(hào)軌旁子系統(tǒng)和信號(hào)車載子系統(tǒng)之間提供雙向信息傳輸。沿著全線軌旁分布的無線接入點(diǎn)和波導(dǎo)管保證無線網(wǎng)絡(luò)對(duì)整條線路的覆蓋。無線鏈路負(fù)責(zé)傳送連續(xù)的CBTC信息。

所有主要的子系統(tǒng)都將提供冗余配置，即某單一故障不會(huì)影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。無論骨干網(wǎng)還是無線網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)傳輸都是冗余的。單個(gè)通道的故障和干擾，不會(huì)影響系統(tǒng)間的信息傳輸。

2 信號(hào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

蛇口線（首期和東延線），包括10座設(shè)備集中站和19座非設(shè)備集中站，車輛段和停車場(chǎng)各1座，以及2條試車線。基于URBALISTM的蛇口線信號(hào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 ATP/ATO子系統(tǒng)

ATP/ATO子系統(tǒng)包括軌旁ATP設(shè)備和車載ATP/ATO設(shè)備。ATP設(shè)備對(duì)在線列車進(jìn)行安全控制，該區(qū)域被稱為ATC區(qū)域。安裝在設(shè)備室內(nèi)的軌旁ATP設(shè)備主要包括區(qū)域控制器（ZC）、線路控制器（LC）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元（DSU）和歐式編碼器（LEU）。安裝在軌旁的ATP設(shè)備主要是信標(biāo)。安裝的車載ATP/ATO設(shè)備主要包括車載機(jī)柜（CC）、司機(jī)顯示單元（DMI）、編碼里程計(jì)和信標(biāo)天線。

ATP/ATO子系統(tǒng)主要設(shè)備描述如下。

（1）ZC和LC

ZC和LC均采用三取二配置。ZC設(shè)備處理線路占用、自動(dòng)防護(hù)和進(jìn)路等信息。根據(jù)CC設(shè)備發(fā)送的列車精確位置信息，ZC設(shè)備主要為列車計(jì)算保護(hù)區(qū)域，即自動(dòng)防護(hù)（AP），并通過無線傳輸向每列車發(fā)送其授權(quán)終點(diǎn)。

LC設(shè)備管理線路的臨時(shí)限速，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)、更新ATS發(fā)送的臨時(shí)限速（TSR）請(qǐng)求。LC還控制ZC和CC的應(yīng)用軟件和配置數(shù)據(jù)版本的校核。同時(shí)在通信過程中，LC也向ZC和CC提供內(nèi)部時(shí)鐘同步。

（2）DSU

DSU由1個(gè)臺(tái)式計(jì)算機(jī)組成，用于向CC設(shè)備上傳新版本的應(yīng)用軟件和靜態(tài)線路描述，同時(shí)也對(duì)這些文件進(jìn)行升級(jí)管理。

（3）信標(biāo)

當(dāng)列車信標(biāo)天線越過地面信標(biāo)時(shí)，信標(biāo)天線將生成并捕獲磁場(chǎng)。列車通過時(shí)，發(fā)送信標(biāo)標(biāo)識(shí)，CC使用該信息初始化、重新修正列車位置、校準(zhǔn)編碼里程計(jì)。

（4）CC

每列6節(jié)編組，列車頭尾各配置1套車載CC設(shè)備。兩臺(tái)CC計(jì)算機(jī)均運(yùn)行在熱備狀態(tài)，每臺(tái)能獨(dú)立安全地駕駛列車。CC子系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理下列功能。

* 列車運(yùn)行防護(hù)；

* 管理列車在車站準(zhǔn)確停車；

* 車站停車和發(fā)車時(shí)間管理；

* 安全停車管理。

2.2 CBI子系統(tǒng)

CBI子系統(tǒng)的設(shè)備主要分布在設(shè)備集中站，具體構(gòu)成如圖2所示。

深圳地鐵蛇口線信號(hào)系統(tǒng)正線設(shè)置10座設(shè)備集中站，設(shè)備集中站配置如下。

設(shè)置1套雙系熱冗余的二乘二取二聯(lián)鎖系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱ZLC）：負(fù)責(zé)完成管轄區(qū)域內(nèi)的聯(lián)鎖功能，以及與中心ZC和車載CC之間的接口和數(shù)據(jù)傳輸。

兩層通信傳輸結(jié)構(gòu)：一層為ZLC系統(tǒng)與ATS子系統(tǒng)、系統(tǒng)維護(hù)臺(tái)及現(xiàn)地控制工作站之間的信息交換提供網(wǎng)絡(luò)傳輸通道；另一層為ZLC與車載和ATP計(jì)算機(jī)之間的信息交換提供網(wǎng)絡(luò)傳輸通道。

1套熱冗余的現(xiàn)地控制工作站（HMI）：車站值班員的操作命令（例如進(jìn)路辦理、單操道岔、開放引導(dǎo)進(jìn)路等）經(jīng)HMI處理后送至ZLC；ZLC把聯(lián)鎖運(yùn)算后的相關(guān)表示信息（信號(hào)機(jī)狀態(tài)、道岔位置、區(qū)段狀態(tài)等）送至HMI顯示。

系統(tǒng)維護(hù)臺(tái)（SDM）：負(fù)責(zé)完成設(shè)備集中站所轄車站的聯(lián)鎖診斷和故障記錄等，并把相應(yīng)的信息內(nèi)容通過網(wǎng)絡(luò)送至維修中心。

2.3 ATS子系統(tǒng)

ATS子系統(tǒng)是分布式的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，主要分布于控制中心、正線設(shè)備集中站、正線非設(shè)備集中站和車輛段/停車場(chǎng)，采用熱備冗余方式，保證系統(tǒng)高度的可用性。

ATS子系統(tǒng)主要包括以下設(shè)備。

控制中心：行車調(diào)度工作站、大屏接口計(jì)算機(jī)、ATS通信處理器（FEP）、中央ATS（CATS）數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、CATS應(yīng)用服務(wù)器、系統(tǒng)管理/維護(hù)診斷工作站、運(yùn)行圖編輯工作站和打印機(jī)等。

正線設(shè)備集中站：主/備車站ATS分機(jī)、ATS工作站（與聯(lián)鎖現(xiàn)地工作站合用）和發(fā)車計(jì)時(shí)器（DTI）等。

正線非設(shè)備集中站：DTI接口機(jī)、DTI和光電轉(zhuǎn)換器等。

車輛段/停車場(chǎng)：車站ATS分機(jī)、ATS終端、打印機(jī)和光電轉(zhuǎn)換器等。

2.4 DCS子系統(tǒng)

DCS有線網(wǎng)絡(luò)是冗余、多業(yè)務(wù)和高可靠性的系統(tǒng)，用于連接軌旁和中心的信號(hào)設(shè)備。DCS無線系統(tǒng)采用正交頻分復(fù)用（OFDM）擴(kuò)頻技術(shù)，用于車-地?zé)o線通信。OFDM采用多載波傳輸技術(shù)，將無線頻譜劃分為多載波，并將低速數(shù)據(jù)調(diào)制到載波傳輸。為確保在所有環(huán)境下（隧道和露天）的高性能通信，DCS子系統(tǒng)采用波導(dǎo)管作為無線傳輸媒介。波導(dǎo)管具有鏈路可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，從而確保系統(tǒng)的可靠性，并節(jié)約維修成本。

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由以下兩部分組成。

（1）軌旁骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)（BTN）：包括SIG網(wǎng)絡(luò)（傳輸ATP及聯(lián)鎖相關(guān)安全信息）和ATS網(wǎng)絡(luò)。

（2）車-地?zé)o線鏈路：實(shí)現(xiàn)車輛與地面系統(tǒng)的無線通信，由位于軌旁的無線接入點(diǎn)、耦合單元、波導(dǎo)管、車載天線和車載無線調(diào)制解調(diào)器組成。

2.5 MSS子系統(tǒng)

MSS子系統(tǒng)是整個(gè)信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和維護(hù)輔助工具，主要用于維護(hù)信息的采集，幫助維修調(diào)度人員對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行定位，管理維修作業(yè)。調(diào)度員可借助信號(hào)維護(hù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)制定、計(jì)劃與安排維修工作，比傳統(tǒng)人工方式更加有效。信號(hào)維護(hù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)架構(gòu)基于Web，其體系結(jié)構(gòu)中維護(hù)中心的應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等均為冗余配置。

3 主要工作原理

3.1 移動(dòng)閉塞原理

URBALISTM移動(dòng)閉塞系統(tǒng)基于以下設(shè)計(jì)理念。

主動(dòng)列車檢測(cè)：移動(dòng)閉塞原理主要是基于列車定位檢測(cè)，由每列車定時(shí)向控制中心發(fā)送列車位置報(bào)告，控制中心將列車位置報(bào)告實(shí)時(shí)傳遞給后續(xù)運(yùn)行列車，后續(xù)運(yùn)行列車自行計(jì)算本列車最高運(yùn)行速度及走行距離，構(gòu)成動(dòng)態(tài)追蹤運(yùn)行間隔。列車自行定位并通過位置報(bào)告信息定時(shí)將其位置傳輸至軌旁設(shè)備，位置報(bào)告信息定時(shí)發(fā)送給ZC。

移動(dòng)閉塞防護(hù)：ZC設(shè)備負(fù)責(zé)收集列車位置信息，為控制范圍內(nèi)的每列車配置1個(gè)安全包絡(luò)線（也稱自動(dòng)防護(hù)AP），包括位置報(bào)告中指出的位置、速度和列車性能及預(yù)期量，從而使自動(dòng)防護(hù)相互關(guān)聯(lián)，直到從列車接收到下一個(gè)位置信息。更新完所有AP后，ZC設(shè)備為每個(gè)CC計(jì)算相關(guān)的移動(dòng)權(quán)限，并通過“授權(quán)終點(diǎn)”信息（EOA）的形式發(fā)送給列車。

3.2 列車控制原理

ZC是負(fù)責(zé)被稱為區(qū)域的專用區(qū)間內(nèi)列車間隔的子系統(tǒng)。在此區(qū)間內(nèi)，通過避免列車間可能發(fā)生的任何碰撞來保護(hù)裝配或未裝配的列車（或通信中斷）。ZC為軌道上的每列車分配一個(gè)AP的安全范圍。AP實(shí)際上是列車周圍的屏蔽。其他列車或軌道車輛不能進(jìn)入另一個(gè)移動(dòng)或靜態(tài)列車的AP。

ZC根據(jù)列車發(fā)送的位置報(bào)告在列車位置信息的基礎(chǔ)上建立AP，位置報(bào)告每隔400 ms發(fā)送一次。主要信息為列車最大/最小定位和最大/最小速度、列車編號(hào)及其相應(yīng)的時(shí)間戳和時(shí)效性。因此，在ZC級(jí)別，每列車的AP大小和位置每隔400 ms刷新一次。

CC根據(jù)ZC給出的安全限制駕駛列車。ZC為區(qū)域內(nèi)每列車建立一個(gè)AP。因此，可以知道任何時(shí)刻每個(gè)自動(dòng)防護(hù)在線路上的位置。ZC根據(jù)AP的位置和聯(lián)鎖機(jī)發(fā)送的軌旁設(shè)備狀態(tài)向每列車提供移動(dòng)授權(quán)，該移動(dòng)授權(quán)根據(jù)相鄰AP的位置和軌旁設(shè)備狀態(tài)計(jì)算。因此，列車之間可以相互提供防護(hù)。

被稱為“授權(quán)終點(diǎn)”的信息，作為對(duì)位置報(bào)告的響應(yīng)，發(fā)送給每列車。此信息包括列車不能越過的限制、有關(guān)道岔位置或信號(hào)機(jī)狀態(tài)等方面的變量信息。

3.3 系統(tǒng)后備模式的工作原理

系統(tǒng)主要設(shè)備都采用冗余配置，因此出現(xiàn)系統(tǒng)性故障的可能性微乎其微。為保證在任何情況下系統(tǒng)可用，當(dāng)信號(hào)系統(tǒng)的ATS、ATP/ATO功能失效或特殊需要時(shí)，應(yīng)能啟動(dòng)后備運(yùn)行模式組織列車運(yùn)行。

點(diǎn)式ATP模式原理如圖3所示。

點(diǎn)式ATP就是系統(tǒng)的點(diǎn)燈站間閉塞運(yùn)營(yíng)模式，在此模式下，列車的授權(quán)點(diǎn)降級(jí)為前方信號(hào)機(jī)，聯(lián)鎖控制信號(hào)的開放，并將信號(hào)和道岔信息通過歐式編碼器上傳給車載ATC。

當(dāng)軌旁ZC設(shè)備正常，軌旁區(qū)域控制器故障或車-地?zé)o線通信故障時(shí)，列車可降級(jí)為點(diǎn)式ATP模式，系統(tǒng)通過計(jì)軸設(shè)備檢測(cè)列車占用，并生成特殊安全包絡(luò)，列車在點(diǎn)燈狀態(tài)下以站間閉塞模式運(yùn)行。對(duì)于相鄰區(qū)段內(nèi)正常通信的列車，車載運(yùn)營(yíng)模式無需改變，但處于“混跑”模式下。

當(dāng)車載ATC系統(tǒng)出現(xiàn)重大故障，導(dǎo)致列車定位功能喪失時(shí)，列車駕駛模式應(yīng)被切換到限制人工駕駛模式，由司機(jī)控制，以站間閉塞的模式低于限制速度（如25 km/h）運(yùn)行，并根據(jù)軌旁信號(hào)機(jī)顯示行車。此時(shí)對(duì)于相鄰區(qū)段內(nèi)正常列車，車載運(yùn)營(yíng)模式無需改變，但處于“混跑”模式下。

當(dāng)軌旁ZC設(shè)備失效時(shí)，該ZC受控的所有集中站轉(zhuǎn)為點(diǎn)式后備模式，區(qū)段內(nèi)所有列車以點(diǎn)式ATP方式站間閉塞運(yùn)營(yíng)。

在任何情況下，聯(lián)鎖控制級(jí)的后備模式都是可用的。當(dāng)線路采用后備模式運(yùn)行時(shí)，司機(jī)負(fù)責(zé)列車的運(yùn)行安全，ATS子系統(tǒng)通過調(diào)整列車的停站時(shí)間并在DTI上顯示，司機(jī)根據(jù)顯示控制列車運(yùn)行，以達(dá)到運(yùn)營(yíng)調(diào)整。

4 結(jié)語(yǔ)

蛇口線信號(hào)系統(tǒng)采用URBALISTM解決方案，在保證系統(tǒng)安全的前提下將移動(dòng)閉塞信號(hào)設(shè)計(jì)理念最大程度的實(shí)施，滿足90 s的最小設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)間隔指標(biāo)，也符合“小編組，高密度”的當(dāng)前最先進(jìn)的城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念。采用基于雙冗余骨干網(wǎng)傳輸?shù)牡?地、車-地安全信息帶寬相比傳統(tǒng)軌道電路或環(huán)線方式顯著增加，從而提高了信號(hào)系統(tǒng)的可用性。聯(lián)鎖子系統(tǒng)與ATP/ATO子系統(tǒng)劃分明確，聯(lián)鎖子系統(tǒng)確?；韭?lián)鎖功能，不參與列車移動(dòng)中授權(quán)管理，聯(lián)鎖與ZC之間通過變量表進(jìn)行傳遞。這樣，系統(tǒng)功能的簡(jiǎn)化對(duì)提高設(shè)備安全性及可用性都極為有利。此外，即使在CBTC系統(tǒng)故障的情況下，靈活的系統(tǒng)降級(jí)模式仍能提供完備的點(diǎn)式ATP降級(jí)模式及聯(lián)鎖降級(jí)模式，以減少故障對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)的影響。

[1] 卡斯柯信號(hào)有限公司 深圳地鐵2號(hào)線信號(hào)正線系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)規(guī)格書.