計算機聯鎖在CBTC系統中的兩種集成方式

趙曉峰

趙曉峰:上海貝爾股份有限公司 工程師 201204 上海

在城市軌道交通中，基于通信的列車控制系統(CBTC)是一種新興的信號系統，車-地通信采用國際標準的無線通信協議，極大提高了信號系統的互聯互通能力。傳統的計算機聯鎖在CBTC系統的應用中也獲得了新的發展，尤其在支持后備模式功能上起到了重要作用。按照重要程度的不同，計算機聯鎖在CBTC系統中有兼容型和升級型2種集成方式。

1 兼容型集成方式

兼容型集成方式是指計算機聯鎖在系統中不處于功能核心地位，只是系統為實現點式后備模式而集成進來的產物。換句話說，沒有計算機聯鎖，該類系統依然可以實現完整的信號系統功能。具體集成方式見圖1。

圖1 兼容型聯鎖集成方式

由圖1可知，系統的功能核心是區域控制器，ATS系統向區域控制器發送CBTC進路命令，區域控制器在收到命令后會進行判斷。如果請求的進路中沒有道岔，那么由區域控制器自己計算CBTC進路上的移動授權，并發送給車載控制器;如果請求的進路中有道岔，那么區域控制器就向聯鎖發送辦理通過該道岔的聯鎖進路命令，進路辦理成功后，聯鎖通知區域控制器，然后區域控制器才能計算出移動授權，并發送給車載控制器。

聯鎖主要負責與軌旁設備的接口，包括計軸、道岔、信號機、B信標、R信標、站臺緊急按鈕、站臺屏蔽門。B信標和R信標均是布置在軌旁且與信號機允許信號點燈電路相關聯的設備。當信號機顯示允許信號時，B信標才會上電，否則處于失電狀態，不同的允許信號關聯有不同的B信標。R信標用于指示信號機防護的進路中的道岔位置，R信標上電表示道岔定位，失電表示道岔反位。車載控制器通過檢測B信標來判斷列車是否冒進紅燈信號，檢測R信標來決定是否需要在列車運行前方將ATP限速降為道岔反位限速，從而實現點式后備系統。此外，聯鎖還負責將軌旁設備狀態發送到ATS系統。

采用兼容型集成方式的城軌信號項目有:上海6、7、8、9、11號線，北京4號線及大興線等。

2 升級型集成方式

升級型集成方式是指通過對傳統的、基于音頻無絕緣軌道電路的計算機聯鎖進行升級，而得到CBTC系統環境下的新型聯鎖方式。其集成方式見圖2。

圖2 升級型聯鎖集成方式

由圖2可知，系統的功能核心是聯鎖，ATS系統向聯鎖發送進路命令，聯鎖在建立進路時，不再檢查區段空閑，只需檢查進路中道岔位置正確或該道岔可以操作至規定位置，并且沒有其他敵對條件即可。當區域控制器正常工作時，在收到聯鎖發送的進路信息后，區域控制器回復信號滅燈命令，同時計算出該進路上的移動授權，并發送給車載控制器。當區域控制器故障時，聯鎖在建立進路后就會自動點燈。聯鎖向相鄰區域的聯鎖發送跨區域條件，包括:跨區列車位置、相鄰信號機狀態、方向條件等，從而確保列車跨區域的正常作業。聯鎖還與車載控制器建立無線通信，接收車載控制器發送的屏蔽門開關命令，并將屏蔽門狀態發回給車載控制器。

聯鎖主要負責與軌旁設備的接口，包括計軸、道岔、信號機、有源應答器、LEU、站臺緊急按鈕、站臺屏蔽門。聯鎖和LEU采用串口通信，將進路信息、道岔位置狀態信息、防護進路鎖閉狀態信息、站臺屏蔽門開/關狀態信息等發送給LEU，由LEU通過軌旁的有源應答器，將這些信息發送給車載控制器，從而實現點式后備系統。此外，聯鎖還負責將進路狀態和軌旁設備狀態發送到ATS系統。

采用升級型集成方式的城軌信號項目有:上海10號線，北京2、9、10號線、亦莊線、昌平線、房山線，廣州4、6號線，深圳2、5號線等。

3 兩種集成方式的比較

計算機聯鎖在CBTC系統中的2種集成方式在實際項目中均已有成功案列，不同的信號廠商根據已有系統特點和技術積累，選擇不同的集成方式。下面從操作和功能角度進行詳細比較分析。

3.1 2種集成方式的相同點

2種集成方式下的計算機聯鎖都具有CBTC和后備2種模式。處于CBTC模式的聯鎖，均辦理聯鎖進路，并輔助區域控制器計算移動授權;處于后備模式的聯鎖，均可以實現點式后備，同時滿足TB/T 3027-2002《計算機聯鎖技術條件》的要求。

無論處于何種模式，2種集成方式下的聯鎖均與軌旁設備接口，包括計軸、道岔、信號機、站臺緊急按鈕、站臺屏蔽門等，控制軌旁設備，并將軌旁設備狀態發送至ATS系統。

3.2 2種集成方式的不同點

3.2.1 操作員角度不同

兼容型集成方式下的聯鎖不會把聯鎖進路信息發送給ATS，而是由區域控制器發送移動授權信息給ATS，所以ATS操作員看到的CBTC進路其實是移動授權;而升級型集成方式下的聯鎖則會發送進路信息給ATS，因此ATS操作員看到的進路就是聯鎖進路。

處于CBTC模式的聯鎖，如果是兼容型集成方式，聯鎖根據區域控制器的允許信號命令，將軌旁信號顯示相應的允許信號，稱為點燈方式;如果是升級型集成方式，聯鎖則根據區域控制器的允許信號命令，將軌旁信號置為無顯示，即紅燈也沒有，稱為滅燈方式。

3.2.2 系統模式切換不同

兼容型集成方式下的聯鎖有明確的CBTC模式、后備模式，以及切換時的中間態——待機模式。聯鎖在2種模式之間切換時，不支持自動切換，而只能人工切換。一個區域的聯鎖只能有一種模式，不支持區域內的局部后備模式 (特別說明，區域內的局部后備模式是由區域控制器和車載控制器配合完成的)。當聯鎖接收到ATS的切換命令后，把當前模式切換為待機模式，并啟動一個計時器，計時時間是聯鎖控制區域中進路防護區段解鎖的最長時間，一般是180 s，以保證區域內的列車均能停下，并且區域內的進路均能解鎖，計時器計時結束后，該區域的聯鎖切換到人工命令要求的模式。

升級型集成方式下的聯鎖沒有明確的CBTC模式或后備模式，也沒有系統模式切換命令，聯鎖在2種模式之間自動切換，所以稱之為CBTC狀態和后備狀態更為合適。當區域控制器故障時，同一區域的聯鎖自動轉為點燈方式，此時，整個區域的聯鎖切換到后備模式;當區域內某一列車的車載控制器通信故障，或司機主動把列車降為點式級別(BLOC)運行時，聯鎖自動為該列車的前方信號機點燈，此時，區域內的聯鎖切換到局部后備狀態。

3.2.3 后備模式原理不同

兼容型集成方式下的聯鎖通過計軸、B信標和R信標布置，實現的是雙紅燈防護 (雙區間)的點式ATP模式，其主要特點是控制列車的最高允許速度。當列車的實際運行速度超過最高允許速度時，ATP將按制動或緊急制動曲線實施控制。正常運行時，其速度-距離控制線為直線，列車在紅燈前的制動由司機控制并完成，ATP不提供正常停車時的制動曲線;當列車速度超過“直線”的速度值 (區段最大允許速度)時，系統實施緊急制動;當列車冒進紅燈時，系統實施緊急制動。因此，B信標往往布置在緊鄰信號機前方的位置，它距信號機的距離與列車上安裝的B信標查詢器到最近列車邊緣的外懸距離相同。如果考慮車頭朝向問題，B信標還需要布置在離信號機距離稍遠的位置，它距信號機的距離就是列車上B信標查詢器到最遠列車邊緣外懸的長度。當信號機防護的進路中有道岔時，該信號機還需要關聯一個R信標，其位置在信號機前方更遠的地方，R信標到信號機的距離應能保證司機看到紅燈時緊急制動能停下列車。每一組B信標和R信標只能反映相關聯的一架信號機的狀態，不同信號機的B信標之間以及R信標之間沒有任何關聯。

升級型集成方式下的聯鎖通過計軸和有源應答器的布置，實現的是目標-距離式的點式ATP模式，其主要特點是:根據列車可運行的目標距離，實時地計算允許列車運行的最高速度，其速度-距離控制線為曲線。ATP系統為列車在紅燈前的制動提供連續的速度控制曲線，當列車的實際運行速度超過實時計算所允許的最高速度或冒進紅燈時，ATP系統實施緊急制動。因此，有源應答器也有類似B信標和R信標的布置原則，只是不同信號機的有源應答器之間有關聯，即:聯鎖能通過LEU系統將后一架信號機的狀態關聯到前一架信號機狀態。此外，由于采用目標-距離式的行車方式，進路的防護區段相比雙紅燈防護的行車方式要短小，一般是100 m。

兼容型集成方式下的聯鎖所實現的雙紅燈防護點式ATP模式，僅支持列車點式人工ATP行車模式。

升級型集成方式下的聯鎖所實現的目標-距離式的點式ATP模式，則支持列車點式ATO和點式人工ATP行車模式。

3.2.4 進路類型不同

兼容型集成方式下的聯鎖支持的進路類型有:自動解鎖進路、人工解鎖進路、移動閉塞進路。處于CBTC模式的聯鎖，只有移動閉塞進路功能。在接收到區域控制器的進路辦理命令后，聯鎖進行進路的登記、執行和授權;在接收到區域控制器的取消進路命令后，聯鎖立即解鎖移動閉塞進路。移動閉塞進路不具備接近鎖閉功能。處于后備模式的聯鎖，則有自動解鎖進路和人工解鎖進路。自動解鎖進路是指列車通過進路時，經過“三點檢查”，聯鎖逐段自動解鎖該進路;人工解鎖進路是指列車通過進路時，進路不會自動解鎖，列車完全出清進路后，信號自動重新開放，該類型的進路只能人工解鎖。

升級型集成方式下的聯鎖支持的進路類型有:普通進路、自動通過進路、自動折返進路。普通進路是指由人工命令或ATS自動觸發的進路，列車通過后，經過“三點檢查”，聯鎖逐段自動解鎖進路;自動通過進路是指人工命令設置的進路，列車通過進路時，進路不會自動解鎖，列車完全出清進路后，信號自動重新開放，該類型進路只能人工取消或解鎖;自動折返進路是指在折返站和某些有岔中間站，聯鎖根據人工命令啟用循環模式。該處理過程是:當列車占用站臺區段，聯鎖自動排列進入岔區的第1條進路，并開放信號機;當列車完全進入折返區段后，第1條進路自動解鎖，信號關閉;當列車完全踏入折返區段45 s后，并且第1條進路解鎖，第2條進路 (折返進路)可以被排列，信號機自動開放，列車順序出清折返進路所有區段后，折返進路自動解鎖，信號關閉，完成一次折返。

兼容型集成方式下的聯鎖辦理引導進路時有2種情況:在CBTC模式下，區域控制器先辦理一條人工解鎖CBTC進路，并通知聯鎖辦理該進路對應的移動閉塞進路，聯鎖辦理成功后回復區域控制器，然后區域控制器再通知聯鎖該進路已具備辦理引導信號的條件，聯鎖在收到區域控制器的引導使能條件和ATS發送的引導信號命令等條件滿足后，開放引導信號;在后備模式下，聯鎖先辦理一條人工解鎖進路，然后ATS再發送一個引導信號命令，條件滿足后開放引導信號。

升級型集成方式下的聯鎖辦理引導進路時，則是聯鎖接收到ATS發送來的人工命令后，直接辦理引導進路，條件滿足后開放引導信號。

4 結束語

兼容型集成方式下的聯鎖有涇渭分明的CBTC模式和后備模式，操作員比較容易分辨當前區域所處的模式，從而可以更好地控制列車運行。CBTC模式下，聯鎖辦理和解鎖進路需要區域控制器命令，中間存在微小延時，在復雜情況下，會出現進路辦理的死鎖現象;后備模式下，聯鎖實現雙紅燈防護的點式 ATP，只支持列車的點式人工 ATP模式。

升級型集成方式下的聯鎖的CBTC模式和后備模式能自動切換，還具有區域內局部后備模式，整個系統功能靈活、可用性高。CBTC模式下，聯鎖根據區域控制器命令將信號機滅燈，當信號系統長期使用CBTC模式時，不利于信號機硬件設備的故障監測和維修保養;后備模式功能強大，聯鎖實現目標-距離式點式ATP，支持列車的點式ATO和點式人工ATP模式。

兼容型集成方式和升級型集成方式下的聯鎖，由于在整個CBTC系統中重要程度不同，表現出不同功能和特點，綜合對比分析計算機聯鎖在CBTC系統中的2種集成方式，有助于信號系統研發人員設計出更好的系統集成方案，同時，對于輪崗的調度人員快速掌握多種信號系統也有所裨益。

［1］ 中華人民共和國鐵道部．TB/T 3027-2002計算機聯鎖技術條件［S］．北京:中國鐵道出版社，2002．

［2］ 凌祝軍．CBTC系統中的聯鎖技術研究［J］．鐵道通信信號，2009(9):12－14．

［3］ 余勇，張亞影．北京市軌道交通亦莊線聯鎖子系統描述［J］．市政技術，2010增刊(11):375－379．

［4］ 趙曉峰．無線CBTC信號系統工作模式分析［J］．城市軌道交通研究，2012(5):103－105．

［5］ 張瓊燕．基于無線通信的列車控制系統下后備模式的選擇與應用［J］．城市軌道交通研究，2012(7):33－36．