摘 要：文章闡述了安薩爾多所研制的基于CBTC地鐵列車(chē)控制系統(tǒng)的構(gòu)成和基本功能，并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)車(chē)載部分ATP與ATO的功能和特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：CBTC；ATP；ATO

1 安薩爾多CBTC列車(chē)控制系統(tǒng)

由安薩爾多公司研制的基于無(wú)線通信的移動(dòng)閉塞列車(chē)控制系統(tǒng)，即CBTC列車(chē)控制系統(tǒng)，采用無(wú)線通信媒體來(lái)實(shí)現(xiàn)列車(chē)和地面設(shè)備的雙向、連續(xù)、大容量數(shù)據(jù)信息傳輸，利用計(jì)算機(jī)、速度傳感器、定位信標(biāo)等檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行列車(chē)定位。在保證系統(tǒng)安全的同時(shí)，通過(guò)改善位置分辨能力和移動(dòng)授權(quán)的更新率，縮短列車(chē)間隔，由6分鐘減少到3分鐘；車(chē)門(mén)對(duì)準(zhǔn)屏蔽門(mén)的誤差將由50cm縮短至30cm；準(zhǔn)點(diǎn)率達(dá)到99.5%。

2 安薩爾多CBTC車(chē)載控制系統(tǒng)

安薩爾多CBTC列車(chē)控制系統(tǒng)由列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控（ATS）系統(tǒng)、列車(chē)自動(dòng)防護(hù)（ATP）系統(tǒng)、列車(chē)自動(dòng)駕駛（ATO）系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖（CBI）子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸（DCS）子系統(tǒng)等組成。

CBTC車(chē)載控制系統(tǒng)提供ATP和ATO功能，負(fù)責(zé)確定列車(chē)速度和位置、超速保護(hù)、緊急制動(dòng)、列車(chē)停靠、方向控制、安全的車(chē)門(mén)控制、CBTC運(yùn)行模式等。車(chē)載控制系統(tǒng)設(shè)備包括車(chē)載控制器（CC）和速度傳感器、查詢應(yīng)答器主機(jī)（TI）天線、司機(jī)操作顯示單元（TOD）和移動(dòng)無(wú)線設(shè)備（MR）天線。CC與速度傳感器、TI主機(jī)和TOD接口，以確定列車(chē)的位置，顯示駕駛信息，設(shè)備狀況，并給司機(jī)報(bào)警。圖1為車(chē)載控制系統(tǒng)設(shè)備圖。

圖1 車(chē)載控制系統(tǒng)設(shè)備圖

本系統(tǒng)采用開(kāi)放式架構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)，采用802.11g來(lái)提供更大的帶寬和更強(qiáng)的抗干擾的數(shù)據(jù)通信能力；采用802.11i無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)保障安全，阻止未授權(quán)用戶進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)；防火墻提供額外的防護(hù)措施來(lái)抵御惡意攻擊。

MR用于車(chē)載設(shè)備和軌旁設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)。ATP和ATO子系統(tǒng)通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的以太網(wǎng)連接到MR。A、B網(wǎng)同時(shí)工作，當(dāng)一端通信中斷時(shí)，系統(tǒng)會(huì)接受另一端的車(chē)地通信信息，以保證車(chē)地通信的可用性，實(shí)現(xiàn)冗余車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的交換和擴(kuò)展。以太網(wǎng)擴(kuò)展設(shè)備ESE利用雙絞電纜彼此連接，實(shí)現(xiàn)車(chē)廂之間的網(wǎng)絡(luò)通信。

當(dāng)列車(chē)經(jīng)過(guò)信標(biāo)時(shí)，儲(chǔ)存在其中的信息通過(guò)應(yīng)答器天線發(fā)送給TI主機(jī)。主機(jī)接收到報(bào)文后進(jìn)行解碼，將解碼后的數(shù)據(jù)用兩個(gè)不同的通道傳送給CC。CC將會(huì)關(guān)聯(lián)來(lái)自TI主機(jī)的診斷信息、磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)和信標(biāo)正在讀取的信息來(lái)判斷TI主機(jī)是否故障。

隨著車(chē)輪輪齒的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)傳感器經(jīng)過(guò)輪齒的時(shí)候會(huì)輸出數(shù)字脈沖。這些脈沖由硬件計(jì)數(shù)器來(lái)計(jì)數(shù)，可以在給定周期內(nèi)測(cè)試速度。系統(tǒng)采用獨(dú)立的模塊測(cè)量列車(chē)的位移和速度。即使其中一個(gè)速度傳感器部分失效，CC也會(huì)正常工作。2個(gè)光電速度傳感器和4個(gè)加速度計(jì)（2個(gè)數(shù)字型和2個(gè)模擬型，以避免共模故障），用于速度測(cè)量和車(chē)輪空轉(zhuǎn)/打滑的補(bǔ)償。一旦檢測(cè)到空轉(zhuǎn)/打滑，CC將利用速度傳感器上一次的安全速度和位置，通過(guò)加速度計(jì)測(cè)量出來(lái)的加速度來(lái)更新列車(chē)速度和位置，位置誤差通過(guò)信標(biāo)來(lái)消除。

每個(gè)處理器有四個(gè)處理模塊：應(yīng)用處理器模塊（App），比較處理器模塊（VO），交互式存儲(chǔ)處理器模塊（ME），接口處理器模塊 （CPL）。App用于計(jì)算，VO對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行檢查，ME實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，CPL主要處理數(shù)據(jù)的輸入和輸出。處理器采用3取2比較結(jié)構(gòu)，通過(guò)各自的APP模塊獨(dú)立運(yùn)算，相互通過(guò)ME模塊交換結(jié)果，再通過(guò)VO模塊表決，保證三個(gè)計(jì)算機(jī)至少有兩個(gè)的結(jié)果一致。如果表決同意，處理器會(huì)通過(guò)通信模塊發(fā)送控制信號(hào)給列車(chē)，允許列車(chē)?yán)^續(xù)運(yùn)行。這也就是保證在單點(diǎn)故障時(shí)的安全運(yùn)行的冗余方式。

3 ATO與ATP子系統(tǒng)

ATP子系統(tǒng)是保證列車(chē)運(yùn)行安全的系統(tǒng)，它根據(jù)線路數(shù)據(jù)、列車(chē)臨時(shí)限速信息、聯(lián)鎖設(shè)備提供的列車(chē)進(jìn)路信息，提供列車(chē)運(yùn)行間隔控制、超速防護(hù)、車(chē)門(mén)和站臺(tái)屏蔽門(mén)監(jiān)督等安全防護(hù)功能，且符合故障-安全原則。

ATO子系統(tǒng)在非人工狀態(tài)下通過(guò)控制牽引和制動(dòng)力來(lái)控制列車(chē)運(yùn)行，列車(chē)按運(yùn)行圖規(guī)定的區(qū)間走行時(shí)分行車(chē)，自動(dòng)完成列車(chē)啟動(dòng)、加速、巡航、惰行、減速和停車(chē)的合理控制。

ATO子系統(tǒng)為熱備份，即當(dāng)主ATO單元故障時(shí)，能夠自動(dòng)從主ATO單元切換到備用ATO單元?！盁醾浞荨痹谶@里是指主備兩套ATO單元運(yùn)行完全相同的軟件，獲得相同的傳感器輸入，獨(dú)立進(jìn)行運(yùn)算；但是同時(shí)只有一套ATO單元作為主機(jī)和其他子系統(tǒng)如ATP、車(chē)輛、TOD、ATS等交互，備用ATO不提供任何輸出。僅當(dāng)檢測(cè)到當(dāng)前主ATO單元發(fā)生任何故障時(shí)，并且列車(chē)完全停車(chē)后，能夠自動(dòng)進(jìn)行切換，這樣，就避免了影響運(yùn)行，或司機(jī)進(jìn)行一些不必要的操作。

ATO和ATP分別運(yùn)行于獨(dú)立的CPU處理器中，彼此通過(guò)高速PCI總線連接。系統(tǒng)采用連續(xù)速度-距離曲線控制模式進(jìn)行閉塞設(shè)計(jì)。當(dāng)列車(chē)運(yùn)行速度接近ATP最大允許速度時(shí)，車(chē)載設(shè)備產(chǎn)生聲光報(bào)警，并采用常用制動(dòng)降低列車(chē)速度。采用常用制動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)連續(xù)地檢查列車(chē)的制動(dòng)率，如常用制動(dòng)率達(dá)不到規(guī)定值，或車(chē)速未按要求進(jìn)行減速而列車(chē)速度達(dá)到ATP緊急制動(dòng)觸發(fā)曲線速度時(shí)，實(shí)施緊急制動(dòng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于CBTC的車(chē)載控制系統(tǒng)采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，易于實(shí)現(xiàn)互通互聯(lián)；硬件冗余，保證了高可靠性；實(shí)現(xiàn)了車(chē)-地之間的雙向、實(shí)時(shí)、高速、可靠、安全的移動(dòng)通信，完成了列車(chē)超速防護(hù)，保證列車(chē)以最小間隔安全運(yùn)行。該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于沈陽(yáng)、西安、杭州、鄭州、成都等城市。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：金麗美（1982-），女，蒙古族，遼寧省阜新市，沈陽(yáng)鐵路信號(hào)有限責(zé)任公司，工程師，碩士研究生，研究方向：微電子。