徐州地鐵一號線CBTC信號系統設計

朱國巍 王文寧 王康

摘 要：CBTC技術是一種采用先進的通信、計算機技術，連續控制、監測列車運行的移動閉塞方式，實現列車與軌旁設備實時雙向通信且信息量大。本文重點介紹了徐州地鐵一號線CBTC信號系統的設計方案，詳細闡述了CBTC系統的總體構成、主要功能及系統原理。

關鍵詞：CBTC;ATP;ATS;ATO;聯鎖

徐州市城市軌道交通一號線一期工程西端起點位于龜山西側的路窩村站，止于高鐵徐州東站站，采用高可靠、高安全、先進的、完善的CBTC信號系統。

1 CBTC系統總體構成

正線配置完整的ATC系統，包括列車自動監控子系統、連續式列車移動控制子系統、計算機聯鎖子系統，以及數據通信子系統，正線信號系統的構成。此外，在控制中心、設備集中站和維護部配置了相應的維護監測子系統設備。試車線配置與正線一致的ATP軌旁設備及相應的試驗設備，提供試車功能。培訓中心設置具有地面和車載ATC功能培訓設施，提供培訓功能。車輛段/停車場配置相應的信號設備。

ATS子系統由控制中心設備和分布于全線設備集中站、非設備集中站設備組成，通過冗余的網絡連接。控制中心的應用服務器和數據庫服務器充分考慮了冗余設置，以便提高系統的可用度。當一臺服務器故障時系統自動切換到備機運行，不影響系統的正常運行。ATP/ATO子系統在連續式通信條件下，列車自動防護和列車自動駕駛功能保證列車的安全監督和連續運行。正線聯鎖子系統配置了3套西門子SICAS聯鎖，位于杏山子、徐州火車站及徐州東站。車輛段/停車場系統由聯鎖系統和信號集中監測設備構成。聯鎖系統是一個SIL4級別的安全子系統，可以保證安全高效的控制進路，管理現場轉轍機，信號機等室外設備。DCS子系統由多個物理完全獨立的子系統有線網絡和車-地通信無線網絡組成。無線LTE通信系統，為軌旁和車載子系統之間提供了透明、連續、雙向、基于LTE的數據傳輸，保證了列車控制應用系統在軌道交通系統中的通暢運行以及車地之間連續大容量的數據傳輸，通信通過漏纜實現。

2 CBTC系統主要功能

CBTC信號系統提供列車自動防護功能（ATP），列車自動運行功能（ATO），計算機聯鎖（CI）、列車自動監控（ATS）和維護監測（MSS）等功能。

ATS系統自動根據時刻表以及系統內置的調整策略對列車進行合理的運營控制;對信號設備進行監控，實時反應各設備和列車的運行狀況，操作人員可根據需要通過人機界面（HMI/LOW）對系統運行進行控制;在中央ATS出現故障時由本地ATS自動接管控制任務，保證整個軌道交通系統的不間斷的安全運行。ATP / ATO由負責安全功能的列車自動防護ATP和非安全功能的列車自動駕駛ATO構成。系統設備位于軌旁（ATP）和每列車上（ATP和ATO）。聯鎖子系統根據聯鎖條件檢查軌道區段、轉轍機和信號機室外設備，建立進路，確保進路上軌道區段、道岔、信號機之間的安全聯鎖關系，防護外來的錯誤操作，符合故障——安全原則。同時，聯鎖向ATS和軌旁ATP提供進路、軌道區段、信號機和道岔的狀態信息。MSS子系統主要是對全線信號設備的工作狀態進行在線監測和實時報警，并能輔助維護人員對報警和維護工單進行統計分析，導出報表。

3 CBTC系統原理

3.1 列車定位原理

列車定位是基于通信列車車載OBCU提供的列車位置信息，各子系統ATS、CI和地面WCU_ATP實現對列車的準確跟蹤和安全控制。系統結合下列信息來確定列車定位：安裝在線路上某些位置的應答器的檢測。每個應答器發送一個包括識別編號（ID）的應答器報文，由列車接收。在ATP車載計算機單元的線路數據庫里存有應答器的位置，這樣列車就知道它在線路上的確切位置;由測速電機和雷達共同執行的列車位移測量;道岔位置。

3.2 車—地通信原理

數據通信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TD-LTE技術，最大程度地采用成熟設備。

DCS系統采用A/B雙網設計，A網和B網是兩個完全相同、相互獨立的網絡，并行工作，互不影響。每個網絡中均包含：軌旁骨干網絡、車載數據通信網絡、車地雙向通信網絡。

DCS系統分為中央、軌旁和車載等三大子系統。中央子系統由一個中央系統路由器（CSR）組成，該路由器安裝在機房。管理、綜合業務和診斷功能在網絡管理系統（NMS）上實現。NMS同樣安裝在機房。軌旁子系統由LTE設備組成，LTE基站沿軌道分布在軌旁。中央子系統和軌旁子系統通過綜合承載網絡連接。車載子系統由每列列車上的兩個車載列車單元組成，每個車載單元分別連接到車載LTE收發設備。兩個列車單元之間通過一個以太網連接相互鏈接在一起。

Airlink工作狀態類似一個普通的路由器。TGMT應用通過以太網接口和TCP/IP協議發送和接受信息，這些應用本身無需知道列車正在運行。

列控信息應用通過主設備集中站的無線通信服務器WCC與LTE通信系統接口。無線通信服務器WCC通過內部動態數據庫重新打包數據并增加相關路由信息。

無線通信服務器WCC通過交換機向LTE骨干網轉發新數據包，所有環網是冗余的。

主設備集中站的LTE核心網絡設備與中央系統路由器，連接到軌旁TGMT設備。并通過LTE基站建立與列車的通信連接。

3.3 列車控制原理

在任何情況和時間下，列車控制服從以下兩種安全限制：零速度限制的防護點（PoP）;安全速度曲線（VSP）。

防護點代表了絕對不允許越過的限制點。如果前行信號裝備列車定義了一個防護點，則前行列車的位置不確定性因素和后退公差已經考慮在內。防護點取決于采用的運行模式。在移動閉塞模式下，防護點位于前行列車的尾部，包括位置不確定性因素和后退誤差。一般來說，綜合以下情況進行判斷：前行列車的安全尾端加上后退誤差（若前行列車已定位且運行在連續式通信級）;計軸器區段邊界;與信號機位置相關的防護點;聯鎖安全距離的末端（若配置且監督安全距離）;其他的安全防護點，如車擋。

安全速度曲線（VSP）是對列車所在軌道區段范圍內絕對不能超過的速度極限。VSP是存儲在線路數據庫中的靜態速度限制和由線路操作員設定的臨時速度限制的最小值。

4 總結

徐州地鐵一號線CBTC系統充分利用了先進的LTE通信技術，實時地進行列車于地面間的雙向通信聯絡，使得后續列車可以及時了解前方列車運行的實際間隔距離，通過計算后續列車即可給出最佳制動曲線，既提高了區間通行能力，又減少了頻繁減速制動操作，改善了旅客乘車舒適度。

參考文獻：

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