基于無線通信的列車自動控制系統在杭州地鐵1號線的應用與實踐

摘 要 介紹杭州地鐵1號線基于無線通信的列車自動控制系統結構，以及該系統在杭州地鐵應用情況，主要包括技術實現和應用特點。

關鍵詞 地鐵、列車自動控制系統、應用與實踐

杭州地鐵1號線于2012年11月24日開通試運營，是地鐵線網的“Y”型骨架線路，聯系了“一主三副”四個主要城市功能區， 杭州地鐵1號線一期工程線路總長度47.97km，其中主線長34.80km，支線長11.74km，共設31座車站，車輛段1座、停車場1座，控制中心1座。線路示意圖如下圖所示。該線采用由國外A公司提供核心技術，國內Z公司總包建設的基于無線通信的列車自動控制系統（Communication Based Train Control System，以下簡稱CBTC），實現列車自動防護、列車自動駕駛和列車實時監控等功能。

1 系統結構

該CBTC系統（又稱信號系統）主要由列車自動監控子系統（ATS）設備、列車自動防護子系統（ATP）設備、列車自動駕駛子系統（ATO）設備和聯鎖子系統（CBI）設備組成以及數據傳輸子系統（DCS）五個子系統構成。

1.1 ATS子系統結構

ATS子系統設備主要由控制中心設備、遠程中央后備設備、試車線設備、時刻表編輯設備及模擬培訓設備、設備集中站設備以及段/場設備組成，各類設備通過DCS傳輸系統進行數據傳輸和交換。控制中心設備主要由位于機房的網絡交換機、2臺數據服務器（主備配置）、2臺通信服務器（主備配置）及2臺數據庫服務器（主備配置）和位于控制中心大廳的調度員工作站和大屏幕接口工作站組成；遠程中央后備設備主要由設備客運中心站信號機房的接口服務器、后備主機服務器和后備通信服務器以及設于車站信號后備控制中心的調度員工作站組成；設備集中站設備主要由位于機房的接口服務器和位于車站控制室車站現地控制工作站和位于站臺兩側頭端墻的發車指示器（DTI）組成。在車輛段和停車場信號樓分別設置有兩套段/場ATS工作站。

1.2 ATP子系統結構

ATP子系統主要包括軌旁ATP設備和車載ATP設備組成，軌旁ATP設備主要由設于正線車站信號機房的4個區域控制器（ZC）組成。區域控制器ZC的結構是一個三取二的表決系統，主要由應用程序處理器單元、應用處理器板、表決處理器板、交換存儲器板、以太網連接處理器以及帶本地磁盤的處理單元構成；每列車兩端各配置一套三取二結構的車載ATP設備，且能夠完成車載頭尾兩端的自動換向功能，換向切換時間不影響系統的正常運營，保證系統安全。每列車的一端車載設備包括：CC機架、信標查詢（TI）天線、速度傳感器、加速度計、車載通信網絡、司機操作設備（TOD）和與車輛接口設備等。

1.3 ATO子系統結構

ATP子系統設備同樣包括軌旁和車站兩部分，軌旁ATO設備主要指設于車站站臺軌道區域的用于列車精確停車的列車位置檢測信標；車載ATO設備主要由互為冗余的2套ATO計算模塊組成。

1.4 CBI子系統結構

杭州地鐵1號線一期工程信號系統總共設有13個信號設備集中站，13個設備集中站聯鎖設備主要由設于車站信號機房的聯鎖控制器、計軸主機、各類繼電器和與用于與信號內（如緊急停車按鈕）、外部設備（如屏蔽門、防淹門等）連接的接口交換機組成；軌旁主要由信號燈和轉轍機等設備組成。

1.5 DCS子系統結構

杭州地鐵1號線DCS子系統基于開放的業界標準：有線通信部分采用IEEE802.3以太網標準，無線通信部分采用先進的WLAN技術——IEEE802.11g標準。DCS子系統主要由骨干網絡、軌旁數據通信網絡、車地無線通信網絡和車載數據通信網絡構成。

2 技術實現

通過上述五大子系統的構建，再加上電源系統的支持，該套地鐵CBTC系統完整地實現了地鐵列車自動控制系統功能。該系統支持6種列車駕駛模式：ATO自動駕駛模式、ATP監督下的人工駕駛模式、IATP點式ATP駕駛模式、RM列車限速駕駛模式、NRM無ATP防護人工駕駛模式以及ATB無人自動折返模式；具備CBTC列車與非CBTC列車混跑功能；滿足正線列車運行最小90秒間隔的設計能力和120秒的出入段能力；支持聯鎖固定閉塞、點式ATP固定閉塞和自動閉塞三種列車運行方式；中央ATS具備列車跟蹤、列車運行調整、時刻表自動編輯等功能。

3 應用特點

3.1 Y型交路設置

如上圖所示，杭州地鐵1號線一期工程為Y型線路，其運營組織方式主要有兩種：第一種為湘湖站-臨平站和湘湖站-文澤站兩個大交路運行、第二種為湘湖站-文澤路站和客運中心-臨平站大小交路運行。針對第一種兩個大交路運行方式，該CBTC系統通過對聯鎖信號機的優化配置、客運中心站（兩交路交匯點）聯鎖控制器計算優化以及中央ATS系統“沖突檢測”功能的設置，能夠實現在點式ATP運行模式三最小4分鐘的行車間隔，并實現了僅在聯鎖情況下列車1：1自動排列進路功能。

3.2 遠程中央ATS后備系統設置

該套CBTC系統在客運中心站設有一套遠程中央ATS后備系統設備。通過該套系統設置，能夠在中央ATS系統癱瘓或與車站通信系統中斷時，實現對全線列車運行的監控功能。進一步提高了該套系統的技術可靠性和穩定性。

3.3 臨時限速的優化設置

在車站控制室綜合后備盤設置“臨時限速”按鈕，該按鈕信息接入聯鎖。當該按鈕按下時，處于該線路進路的保護信號將亮紅燈。在運營組織過程中，要求當在ATS工作站上對某線路區段進行“臨時限速”設置時，必須將對應該線路區段的車站控制盤上的“臨時限速”按鈕按下，其主要功能為當有CBTC列車和非CBTC列車混跑時，當某個區段設置有ATS“區域限速”時，CBTC列車將按ATS的限速繼續運行，而對于非CBTC列車，司機將在紅燈信號機前停車，向行調確認前方情況后方可繼續運行。因此通過該按鈕的設置，進一步保障了列車運行組織的安全。

3.4 正線和段/場列車運行共享

通過與段/場微機聯鎖系統信息互聯，實現了正線調度員對段/場列車運行的監督，在列車故障處理時，便于調度員及時掌握段/場列車的運行情況和備用車配備情況，有利于調度員對應急處理時間的準確估計。

3.5 ATS界面本土化顯示

該系統在用戶界面設計過程中，從本土化需求出發，在軌道狀態、信號機標識、列車顯示以及進路辦理等方面，都沿襲了國內傳統信號系統的人機接口習慣，為運營車務人員培訓以及現場使用帶來了方便。

4 結束語

信號系統是地鐵重要系統之一，對地鐵運營安全和效率有重要的影響，由國內Z公司和國外A公司聯合建設的CBTC系統在沈陽、西安、成都等城市地鐵都有運用，杭州地鐵1號線自開通以來，雖然在某些方面（如進路保護區段設置、電源設置）等方面不能完全契合運營需求，但系統整體運行較穩定，基本能夠滿足運營需求。

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