CBTC系統中計算機聯鎖系統功能的研究

基于通信的列車自動控制系統（CBTC），主要用于城市軌道交通系統。在CBTC系統中，各設備提供商基于已有的技術提出不同的系統構架，構架的主體主要是ATS設備、軌旁設備、列車運行控制設備和CBTC數據傳輸設備。聯鎖控制功能在該控制系統中依舊是不可或缺的部分，系統架構中聯鎖系統可以作為軌旁設備的一部分，也可以作為一個獨立系統與CBTC接口。

CBTC系統引入無線通信子系統，建立車地之間連續、雙向、高速的通信，列車的命令和狀態可以在車輛和地面設備之間可靠交換，使地面設備可以獲得更多、更精確的列車信息。在CBTC系統中，聯鎖系統需要使用這些信息以縮短列車的追蹤間隔、提高運營效率，傳統的聯鎖功能應基于這些信息做出相應的改變。

1 CBTC系統提供給聯鎖的信息

在CBTC系統中，聯鎖系統與地面ATP連接。其中地面ATP可以獲得列車位置報告、列車速度、移動權限和運行輔助功能命令等信息。CBTC系統的基本架構如圖1所示。

地面ATP對車的位置報告、列車速度、移動權限、運行輔助功能命令等信息[1]進行運算，可以形成以下信息發送給聯鎖系統。

表1 地面ATP發送給聯鎖的信息

2 聯鎖功能研究

文中1描述了地面ATP發送給聯鎖的信息，本節在此基礎上對聯鎖的區段占用空閑檢測、進路選排、信號顯示、保護區段鎖閉解鎖等功能造成的影響進行分析研究。

2.1 區段占用空閑檢測

在CBTC系統中列車位置信息是精確定位信息，直接使用該信息是對基于區段的傳統聯鎖本質的顛覆。因此在目前的控制系統中，并未將該定位信息直接傳遞給聯鎖系統，而是將傳統的軌道區段劃分成較小的邏輯區段，地面ATP把精確定位轉換為邏輯區段的占用和空閑報告給聯鎖系統。

在CBTC系統中，列車位置的另一個來源是聯鎖系統采集的地面區段狀態，該狀態僅能夠表示傳統軌道區段的狀態，無法準確獲知列車在該軌道區段中的某個邏輯區段。在CBTC系統中，聯鎖將該狀態發送給地面ATP，由地面ATP將地面區段狀態與精確定位進行校核。地面ATP存在時，聯鎖使用地面ATP發送給聯鎖的邏輯區段狀態，不使用自身采集的區段信息。

2.2 進路選排

在CBTC系統中，基于運行效率的考慮，列車追蹤運行，后車的移動授權可以直接到達前車的尾部。傳統聯鎖的核心概念是進路控制，然而，CBTC裝備的通信列車可以僅防護道岔而不使用進路進行防護，非裝備列車或降級列車的運行，則需使用進路進行防護。進路防護可以使CBTC系統在列車控制的防護下多一層聯鎖的進路防護，因此目前西門子、北京交控科技有限公司等多家設備廠商系統中的聯鎖系統仍存在進路控制邏輯。

然而為CBTC裝備的通信列車所提供進路的選排條件發生了變化。聯鎖可以通過地面ATP提供的CBTC裝備列車接近信息獲得選排進路的對象，在進路選排時，如果是CBTC裝備的通信列車，則僅需檢查進路中的道岔位置是否正確。對于非裝備列車或降級列車，則根據點式系統中的進路檢查邏輯進行檢查。

2.3 信號顯示

CBTC裝備的通信列車由車載控制，根據運行控制系統給出的移動授權運行，不根據地面信號行車，對于非裝備列車或降級列車，仍需根據地面信號的顯示運行。在CBTC系統中，信號機有兩種狀態：滅燈狀態和亮燈狀態。

在2.2節描述中可知，在聯鎖系統中仍采用進路防護的邏輯，因此在滅燈情況下也有進路開放和進路不開放兩種情況，一般情況下，滅紅燈表示進路未開放，滅綠燈或滅黃燈表示進路開放。地面ATP根據聯鎖在滅燈狀態時的進路狀態（開放或不開放）來計算移動授權。聯鎖為CBTC裝備的通信列車開放滅燈信號，如滅綠燈、滅紅燈，為非裝備列車或降級列車開放亮燈信號，如亮綠燈、亮紅燈。

2.4 進路解鎖

傳統計算機聯鎖中進路在列車順序進入進路、信號關閉后，采用三點檢查解鎖[2]。然而在CBTC系統中，防護CBTC裝備的通信列車的進路選排和開放僅檢查進路中的道岔位置是否正確，一條進路中可能有多列CBTC裝備的通信列車運行。因此聯鎖系統的解鎖邏輯應進行如下處理。

聯鎖在收到地面ATP發送的CBTC裝備的通信列車進入進路消息后，關閉信號，觸發進路的解鎖邏輯。

聯鎖對進路中運行的列車進行三點檢查，但僅根據進路中最后一列車的運行而解鎖。

當追蹤運行時，開放給后續列車的進路取消或人工解鎖后，不應導致前車運行前方的區段解鎖。

當追蹤運行時，開放給后續列車的進路取消或人工解鎖后，觸發前車的三點解鎖，進路隨著前車運行而解鎖。

2.5 接近判斷和人工解鎖

地面ATP計算CBTC裝備的通信列車的授權到達某架信號機后，則判定列車接近該架信號機，在該信號機開放后，移動授權可以到達進路的終端。傳統聯鎖判定列車接近是基于接近區段的占用狀態。一般情況下，地面ATP判定接近的長度比聯鎖系統判定接近的長度長。對于CBTC裝備的通信列車，聯鎖應使用地面ATP提供的接近信息來判定接近鎖閉狀態。

在人工解鎖時，如果列車已經接近，聯鎖需要延時解鎖以避免列車闖入進路發生危險，延時是根據接近區段長度和列車速度得出,通常延時時間較長。對于行車密度大、要求高運營效率的城市軌道交通來說，這一時間指標幾乎是不可接受的[3]。在CBTC系統中，地面ATP系統可以通過列車速度和精確定位獲知列車是否能夠停在信號機前，并把該信息發送給聯鎖。聯鎖接收到該信息后可以停止延時，提前解鎖進路，提高了整個線路的運營效率。

2.6 其他運行輔助功能

地面ATP計算將CBTC裝備列車發送的保護區段鎖閉請求、停穩停準信息、屏蔽門開關信息發送給聯鎖，聯鎖應使用這些信息進行保護區段的鎖閉、解鎖或驅動屏蔽門開門關門，實現車地聯動。

3 結束語

綜上所述，CBTC系統中車、地更加緊密地聯系在了一起，地面ATP將列車的位置報告、速度控制、移動授權轉換成相應的信息提供給聯鎖，這些信息使聯鎖功能發生相應的改變，超出傳統聯鎖系統的范疇，在保證安全的前提下，更加有效地提高了運行效率。

[1]IEEE 1474.3-2008 IEEE Recommended Practice for Communications-Based Train Control（CBTC）System Design and Functional Allocations[S].

[2]TB／T 3027—2002計算機聯鎖技術條件[S].

[3]于增明,劉正東.基于通信的列車控制系統中聯鎖功能的改變[J].鐵道運營技術,2011,17（4）：13-15.