杜曉菲

（大連地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司，遼寧 大連 116000）

信號(hào)CBTC 系統(tǒng)出現(xiàn)以后，克服了基于軌道電路信號(hào)系統(tǒng)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(zhǔn)確地控制列車。區(qū)域控制器ZC 是CBTC 系統(tǒng)中的核心設(shè)備，ZC 通過車地?zé)o線通信接收控制區(qū)域內(nèi)的所有CBTC 列車發(fā)送的位置報(bào)告，復(fù)制通過已知的障礙物位置和權(quán)限來確定區(qū)域內(nèi)列車的移動(dòng)授權(quán)，從而計(jì)算出列車運(yùn)行的安全間隔。而區(qū)域控制器ZC 與聯(lián)鎖系統(tǒng)的關(guān)系和實(shí)現(xiàn)的功能就是該文研究的重點(diǎn)，如圖1 所示。

1 區(qū)域控制器的基本設(shè)計(jì)

1.1 基本概述

區(qū)域控制器周期性地計(jì)算管轄區(qū)域列車的距離及位置關(guān)系，列車在線路上向前行駛，移動(dòng)閉塞的區(qū)分也隨之移動(dòng)，長(zhǎng)度隨著列車的位置、速度以及載重量等相關(guān)參數(shù)的不同而不同，區(qū)域控制器就是通過這些參數(shù)以及前方障礙物的位置實(shí)時(shí)計(jì)算出列車的距離及位置。當(dāng)區(qū)域控制器計(jì)算出所有需要的結(jié)果后，會(huì)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳遞給區(qū)域的聯(lián)鎖設(shè)備、車載設(shè)備以及 ATS （自動(dòng)列車監(jiān)控系統(tǒng)），聯(lián)鎖設(shè)備根據(jù)ZC 的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行進(jìn)路的開放，車載設(shè)備根據(jù)ZC 的計(jì)算結(jié)果控制列車的速度，ATS 系統(tǒng)根據(jù)ZC 計(jì)算的結(jié)果對(duì)列車進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而達(dá)到ATO（列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)）或者ATP（列車自動(dòng)保護(hù)裝置）的駕駛模式[1]。

1.2 工作原理

區(qū)域控制器是CBTC 的重要設(shè)備，它與ATS 系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)以及車載系統(tǒng)相互協(xié)作，在ZC 管轄范圍內(nèi)對(duì)列車進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)發(fā)送移動(dòng)授權(quán)，確保列車在ZC 控制區(qū)域內(nèi)的安全運(yùn)行。一般情況下，移動(dòng)授權(quán)是指列車的車尾到前方障礙物的區(qū)域，障礙物有可能是前方列車的尾部、進(jìn)路的終點(diǎn)或者道岔的節(jié)點(diǎn)以及ZC 的邊界點(diǎn)，移動(dòng)授權(quán)會(huì)隨著列車的前進(jìn)而改變，只有在設(shè)備不正?；蛘邊^(qū)域存在問題的情況下才會(huì)回撤。

1.3 系統(tǒng)功能

1.3.1 列車追蹤

ZC 能確定控制區(qū)域內(nèi)每個(gè)列車的計(jì)算機(jī)聯(lián)置，同時(shí)將每列車的位置與固定障礙物進(jìn)行比較，為安全列車間隔提供數(shù)據(jù)[2]。

1.3.2 移動(dòng)授權(quán)

ZC 為控制區(qū)域內(nèi)的列車計(jì)算移動(dòng)授權(quán)（MA）。移動(dòng)授權(quán)的起點(diǎn)是前方通信車的車尾，終點(diǎn)是辦理的目的地（站臺(tái)、信號(hào)機(jī)）之后的50 m 防護(hù)區(qū)段。

1.3.3 臨時(shí)限速

CBTC 系統(tǒng)中通過ZC 實(shí)現(xiàn)臨時(shí)限速（TSR）功能，TSR 由調(diào)度員在ATS 系統(tǒng)上輸入命令，ZC 負(fù)責(zé)執(zhí)行該命令，并將限速信息發(fā)送給車載CC，最終實(shí)現(xiàn)限速功能。

2 聯(lián)鎖系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)

2.1 基本概述

在CBTC 系統(tǒng)中，CBI 是一個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)，由聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)和軌旁設(shè)備組成，每一個(gè)集中站都設(shè)有聯(lián)鎖系統(tǒng)。主要負(fù)責(zé)控制軌旁的信號(hào)機(jī)、道岔、計(jì)軸區(qū)段以及動(dòng)態(tài)信標(biāo)。聯(lián)鎖系統(tǒng)CBI 與站臺(tái)屏蔽門、緊急停車按鈕、自動(dòng)折返按鈕是相連接，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖功能。

圖1 CBTC 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 工作模式

2.2.1 后備聯(lián)鎖模式

后備聯(lián)鎖模式是CBTC 的一種降級(jí)模式，也是最為基礎(chǔ)的信號(hào)聯(lián)鎖模式，主要完成基本的信號(hào)邏輯功能，提供固定閉塞和聯(lián)鎖防護(hù)。對(duì)于后備聯(lián)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(jī)控制。

2.2.2 點(diǎn)式ATP模式

點(diǎn)式ATP 模式是后備聯(lián)鎖模式的上一級(jí)，也是CBTC 的降級(jí)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(dòng)態(tài)與靜態(tài)信標(biāo)來實(shí)現(xiàn)點(diǎn)式通信，通過動(dòng)態(tài)信標(biāo)向列車發(fā)送地面信號(hào)顯示，把信號(hào)機(jī)到信號(hào)機(jī)的固定點(diǎn)式移動(dòng)授權(quán)發(fā)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(dòng)閉塞模式，要求整體信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)備是正常運(yùn)行的，可以實(shí)現(xiàn)90 s 的最小車隔。在CBTC 模式下，區(qū)域控制器ZC 與聯(lián)鎖系統(tǒng)、車載系統(tǒng)以及ATS 系統(tǒng)交互數(shù)據(jù)，從而完成CBTC 模式下的ATO/ATP 車輛駕駛。

3 CBTC系統(tǒng)中聯(lián)鎖與區(qū)域控制器的關(guān)系

在CBTC 系統(tǒng)中，區(qū)域控制器會(huì)與車載CC 進(jìn)行雙向通信，獲得列車的位置、運(yùn)行速度和方向，聯(lián)鎖CBI（計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)）會(huì)根據(jù)進(jìn)路上的信號(hào)設(shè)備狀態(tài)，將信息發(fā)送給區(qū)域控制器，在結(jié)合眾多信息后，ZC 周期性地計(jì)算移動(dòng)授權(quán)MA，從而對(duì)行駛在區(qū)域控制范圍內(nèi)的列車進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，如圖2 所示。

3.1 車載CC與區(qū)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(tǒng)的信息交互

如果車輛已經(jīng)被定位，列車CC 與ZC 之間的通信通道建立，車載CC 發(fā)送一個(gè)位置信息給ZC，位置報(bào)告中要包括列車的狀態(tài)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(fā)送移動(dòng)授權(quán)，ZC 通過聯(lián)鎖系統(tǒng)的狀態(tài)信息以及列車的狀態(tài)信息，計(jì)算出列車的安全移動(dòng)授權(quán)，從而給車載CC 發(fā)送移動(dòng)授權(quán)信息，信息中包括列車的行駛速度防護(hù)點(diǎn)狀態(tài)以及緊急停車區(qū)域等。

3.2 區(qū)域控制器ZC與聯(lián)鎖CBI的關(guān)系

3.2.1 聯(lián)鎖CBI系統(tǒng)給ZC的信息

聯(lián)鎖CBI 給ZC 的信息主要包括進(jìn)路的狀態(tài)、道岔的位置、軌道空閑狀態(tài)、屏蔽門狀態(tài)以及緊急按鈕狀態(tài)等，這些信息都會(huì)通過區(qū)域控制器ZC 與聯(lián)鎖CBI 的交互，由聯(lián)鎖CBI發(fā)送給ZC。

3.2.2 ZC給聯(lián)鎖CBI系統(tǒng)的信息

每個(gè)周期內(nèi)，ZC 都會(huì)將所管轄的列車信息發(fā)給聯(lián)鎖CBI，主要包括列車的位置以及列車的進(jìn)路信息。

3.3 區(qū)域控制器與ATS系統(tǒng)的交互

3.3.1 ZC給ATS的信息

正常情況下，ZC 是不會(huì)給ATS 信息的，但是當(dāng)接收到臨時(shí)速度限制的指示后，ZC 會(huì)將列車的狀態(tài)信息以及ZC 與車載控制器的故障信息發(fā)送給ATS 系統(tǒng)，由ATS 系統(tǒng)對(duì)CBTC下的列車進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.3.2 ATS給ZC的信息

ATS 監(jiān)控到列車的故障狀態(tài)后，會(huì)下達(dá)列車降級(jí)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。