趙曉峰

（上海貝爾股份有限公司，201206，上?！喂こ處煟?/p>

在城市軌道交通中，信號系統(tǒng)是控制列車運行，保證列車運行安全的大型復(fù)雜機電系統(tǒng)。按照列車行車密度的不同，信號系統(tǒng)分為固定閉塞系統(tǒng)、準移動閉塞系統(tǒng)和移動閉塞系統(tǒng)。無線CBTC（基于通信的列車控制）就是移動閉塞的一種應(yīng)用系統(tǒng)［1］。其車地通信采用IEEE802.11通用標準協(xié)議，即無線局域網(wǎng)通信協(xié)議。

1 無線CBTC信號系統(tǒng)的組成

按照功能來劃分，無線CBTC信號系統(tǒng)的子系統(tǒng)主要有：ATS（列車自動監(jiān)控）、聯(lián)鎖、ZC（區(qū)域控制器）、VOBC（車載控制器）和DCS（數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)）。采用無線CBTC信號系統(tǒng)的軌道交通線路通常會被分成若干個區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)都有1套區(qū)域ATS設(shè)備、1套聯(lián)鎖和1套ZC，每一個區(qū)域的設(shè)備可以控制若干個車站，控制中心有1套中心ATS設(shè)備；每列列車有1套VOBC。

ATS子系統(tǒng)主要實現(xiàn)對列車運行的監(jiān)督和控制［2］，包括控制中心ATS服務(wù)器和人機界面，區(qū)域ATS服務(wù)器和人機界面，以及軌旁發(fā)車倒計時器。ATS有中心控制和緊急站控2種工作模式：中心控制模式是整個系統(tǒng)的正常控制模式，中心ATS服務(wù)器處于激活狀態(tài)，負責所有的監(jiān)控任務(wù)；緊急站控模式是某個區(qū)域發(fā)生故障，無法使用中心ATS服務(wù)器而被迫采取的應(yīng)急模式，此時，區(qū)域ATS服務(wù)器處于激活狀態(tài)，負責所在區(qū)域的監(jiān)控任務(wù)。

聯(lián)鎖子系統(tǒng)以進路控制為主要內(nèi)容［3］，但在無線CBTC信號系統(tǒng)中功能有所擴展。聯(lián)鎖有CBTC和后備2種工作模式：CBTC模式的聯(lián)鎖處于受控地位，接收ZC發(fā)送的命令，控制道岔轉(zhuǎn)動和信號機顯示；后備模式的聯(lián)鎖處于主控地位，不再接收ZC命令，而是與傳統(tǒng)聯(lián)鎖功能類似。

ZC子系統(tǒng)的主要功能是按照移動閉塞原理計算列車運行的LMA（移動授權(quán)限制），即列車可以安全走行的距離。ZC也有CBTC和后備2種工作模式：CBTC模式的ZC可以計算LMA，并發(fā)送給列車，以此控制列車走行的距離；后備模式的ZC處于不輸出的狀態(tài)，整個信號系統(tǒng)轉(zhuǎn)為固定閉塞制式，列車的安全運行由聯(lián)鎖子系統(tǒng)來保證。

聯(lián)鎖和ZC的兩種模式之間的切換，只能通過操作員發(fā)命令來完成，不能自動切換；同時，為保證安全，兩種模式之間的轉(zhuǎn)換需要一定的延時。聯(lián)鎖和ZC必須同時處于CBTC模式或后備模式。

VOBC子系統(tǒng)的主要功能是與車輛接口，控制列車速度。VOBC有多種駕駛模式：ATO（列車自動駕駛模式）、ATPM（列車自動防護的人工模式）、WSP（軌旁信號保護模式）和RM（限制人工模式）。當聯(lián)鎖和ZC處于CBTC模式時，列車正常運行須使用ATO和ATPM模式；當VOBC與ZC失去通信時，列車正常運行只能使用WSP模式（此模式帶有簡單的列車防護功能）；當VOBC與ZC、ATS均失去通信時，列車正常運行須使用WSP模式，但在ATS人機界面上顯示為NCT（非通信列車），操作員無法查看VOBC狀態(tài)。在建立正常運營模式前，列車只能使用RM模式，包括：RMF（限制人工前進模式），限速20km／h；RMR（限制人工后退模式），限速10km／h。

DCS子系統(tǒng)主要提供各個子系統(tǒng)之間的通信傳輸通道，對各個子系統(tǒng)是透明的。DCS主要設(shè)備有位于控制中心的防火墻、控制中心和區(qū)域均有的保密器件，以及各種交換機等。防火墻主要負責保護非安全子系統(tǒng)之間（如ATS）的數(shù)據(jù)通信，保密器件主要負責保護涉及安全子系統(tǒng)（如VOBC與ZC，VOBC與ATS）的數(shù)據(jù)通信。

2 無線CBTC信號系統(tǒng)工作模式

目前已經(jīng)開通的無線CBTC信號系統(tǒng)項目大多具有后備模式。當信號系統(tǒng)在CBTC模式和后備模式之間轉(zhuǎn)換時，系統(tǒng)會出現(xiàn)多種場景，如果再考慮到ATS的中心控制模式和緊急站控模式之間的轉(zhuǎn)換，還有多種列車駕駛模式的切換，整個信號系統(tǒng)的運作則變得靈活多樣，操作命令也會隨著模式不同而變化。下面依次介紹無線CBTC信號系統(tǒng)的各種工作模式。

2.1 全線CBTC工作模式

全線CBTC工作模式是指整條線路中各個區(qū)域的聯(lián)鎖和ZC均處于CBTC模式；中心ATS服務(wù)器處于激活狀態(tài)，即中心控制模式。VOBC正常運行的駕駛模式是ATO或ATPM。全線CBTC工作模式如圖1所示。圖中的實線雙箭頭表示有線通信鏈路，實線閃電表示無線通信鏈路；聯(lián)鎖、ZC、VOBC和相鄰ZC為安全設(shè)備，其余非安全設(shè)備。

處于全線CBTC工作模式的信號系統(tǒng)，使用移動閉塞原理控制列車運行，控制中心和區(qū)域操作員通過各自的人機界面，將各類控制命令發(fā)送至中心ATS服務(wù)器，然后下發(fā)至相關(guān)子系統(tǒng)。軌旁發(fā)車倒計時器可以正確顯示列車停站時間。司機按照CBTC行車規(guī)則，通過VOBC人機界面控制列車運行。各區(qū)域ZC均可以與相鄰區(qū)域ZC正常通信，列車在跨邊界運行時，其LMA能夠延伸到相鄰區(qū)域，從而保證列車正常通過。

圖1 全線CBTC工作模式

2.2 區(qū)域后備工作模式

當系統(tǒng)處于全線CBTC工作模式時，如果某個區(qū)域的聯(lián)鎖和ZC切換到后備模式，那么該區(qū)域就進入了區(qū)域后備工作模式。處于該區(qū)域的VOBC只能使用WSP模式。區(qū)域后備工作模式如圖2所示，圖中虛線的箭頭和閃電表示通信中斷，虛線框表示該設(shè)備不起作用。

圖2 區(qū)域后備工作模式

處于區(qū)域后備工作模式的區(qū)域，使用固定閉塞原理控制列車運行，中心和區(qū)域操作員只能通過聯(lián)鎖來實施進路控制，其他CBTC模式下的命令，如設(shè)置臨時限速、打開或關(guān)閉軌道等均無法實施，軌旁發(fā)車倒計時器仍然可以正常工作。司機根據(jù)軌旁信號機顯示和VOBC人機界面顯示、人工控制列車運行，同時WSP模式提供了闖紅燈緊急制動的簡單列車防護功能。該區(qū)域ZC無法與相鄰區(qū)域ZC通信，列車在進入該區(qū)域前，需要停車轉(zhuǎn)換駕駛模式至WSP，然后進入后備模式區(qū)域；在離開該區(qū)域時，列車可以用WSP模式開到相鄰區(qū)域的第一個站臺，然后轉(zhuǎn)為ATO或ATPM，繼續(xù)正常運行。

2.3 全線緊急站控CBTC工作模式

當中心ATS服務(wù)器完全故障后，各區(qū)域的ATS服務(wù)器會自動激活，聯(lián)鎖和ZC均處于CBTC模式，此時稱為全線緊急站控CBTC工作模式。VOBC正常運行的駕駛模式仍然是ATO或ATPM。全線緊急站控CBTC工作模式如圖3所示。圖中大叉表示該設(shè)備故障，不能繼續(xù)工作。

圖3 全線緊急站控CBTC工作模式

處于全線緊急站控CBTC工作模式的信號系統(tǒng)，仍然可以使用移動閉塞原理控制列車運行，中心操作員無法進行任何操作；區(qū)域操作員可以通過區(qū)域ATS人機界面和服務(wù)器，向當前區(qū)域的ZC發(fā)送控制命令，如排列CBTC進路等，但對于向當前區(qū)域的VOBC發(fā)送的控制命令，如跳停、設(shè)置停站時間等均無法成功實施。由于區(qū)域ATS服務(wù)器不存儲時刻表，時刻表相關(guān)功能均無法使用。軌旁發(fā)車倒計時器不會有任何顯示。司機按照VOBC人機界面顯示的信息來控制列車運行。

2.4 全線緊急站控后備工作模式

當系統(tǒng)處于全線緊急站控CBTC工作模式時，如果某個區(qū)域的聯(lián)鎖和ZC切換到后備模式，那么該區(qū)域就進入了全線緊急站控后備工作模式。處于該區(qū)域的VOBC只能使用WSP模式。全線緊急站控后備工作模式如圖4所示。

處于全線緊急站控后備工作模式的區(qū)域，只能使用固定閉塞原理控制列車運行，聯(lián)鎖負責排列進路，中心操作員無法指揮列車行車，區(qū)域操作員通過各自的區(qū)域ATS人機界面和服務(wù)器發(fā)送控制命令。列車在區(qū)域ATS人機界面上顯示為NCT。司機按照后備模式行車規(guī)則，通過VOBC人機界面控制列車運行。

圖4 全線緊急站控后備工作模式

2.5 區(qū)域緊急站控CBTC工作模式

當區(qū)域的保密器件故障時，該區(qū)域的ATS服務(wù)器會自動激活，并切斷與控制中心ATS服務(wù)器的通信，聯(lián)鎖和ZC處于CBTC模式，那么該區(qū)域就進入?yún)^(qū)域緊急站控CBTC工作模式。處于該區(qū)域的VOBC只能使用WSP模式。區(qū)域緊急站控CBTC工作模式如圖5所示。

圖5 區(qū)域緊急站控CBTC工作模式

處于區(qū)域緊急站控CBTC工作模式的區(qū)域，仍然可以使用移動閉塞原理控制列車運行，控制中心操作員可以通過中心ATS人機界面和服務(wù)器，向處于該區(qū)域的VOBC發(fā)送相關(guān)命令，如扣車、跳停等；列車在控制中心ATS人機界面上顯示為WSP模式，并且可以向控制中心發(fā)送列車狀態(tài)。而區(qū)域操作員則是通過區(qū)域ATS人機界面和服務(wù)器，向該區(qū)域的聯(lián)鎖和ZC發(fā)送相關(guān)命令，如排列進路、設(shè)置臨時限速等，列車在區(qū)域ATS人機界面上顯示為NCT，不能向區(qū)域ATS服務(wù)器發(fā)送狀態(tài)。由于控制中心ATS服務(wù)器仍然處于激活狀態(tài)，時刻表相關(guān)功能有效。軌旁發(fā)車倒計時器可以接收控制中心ATS服務(wù)器數(shù)據(jù)，顯示列車當前停站時間。司機按照CBTC行車規(guī)則控制列車運行，在跨區(qū)域邊界運行時，與全線正常工作模式相同。

2.6 區(qū)域緊急站控后備工作模式

當區(qū)域處于區(qū)域緊急站控CBTC工作模式時，如果該區(qū)域的聯(lián)鎖和ZC切換到后備模式，那么該區(qū)域就變成區(qū)域緊急站控后備工作模式。處于該區(qū)域的VOBC只能使用WSP模式。區(qū)域緊急站控后備工作模式如圖6所示。

圖6 區(qū)域緊急站控后備工作模式

處于區(qū)域緊急站控后備工作模式的區(qū)域，只能以固定閉塞原理控制列車運行；控制中心和區(qū)域的操作員的控制方法與2.5節(jié)相同，只是排列進路由聯(lián)鎖執(zhí)行，而不是ZC。

3 結(jié)語

隨著CBTC系統(tǒng)的發(fā)展，移動閉塞系統(tǒng)越來越普及，運營組織也越來越人性化。這就要求從綜合系統(tǒng)運用的大局出發(fā)，不斷研究各個子系統(tǒng)的功能和特點，充分運用各個子系統(tǒng)的信息，不斷研究新的技術(shù)，為列車的安全高效運行服務(wù)，為城市軌道交通的健康發(fā)展做出貢獻［4］。

［1］蔣晟.基于通信的列車控制 －CBTC［J］.科協(xié)論壇，2009（2）：74.

［2］林瑜筠.城市軌道交通信號［M］.北京：中國鐵道出版社，2009.

［3］林瑜筠，呂永昌.計算機聯(lián)鎖［M］.2版.北京：中國鐵道出版社，2010.

［4］凌祝軍.CBTC系統(tǒng)中的聯(lián)鎖技術(shù)研究［J］.鐵道通信信號，2009（9）：12.

［5］林海香，董昱.基于通信的列車控制在軌道交通中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)［J］.城市軌道交通研究，2010（9）：81.