城市軌道交通移動閉塞信號系統(tǒng)的分析

張磊

摘 要：移動閉塞技術(shù)是全球鐵路及軌道交通信號界公認(rèn)的最先進(jìn)的信號產(chǎn)品之一，本文以武漢地鐵某線路為研究對象，探討了基于無線通信的移動閉塞列車自動控制系統(tǒng)（CBTC：Communication Based Train Control System）的功能、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、LATS工作站功能、車載信號功能。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;移動閉塞;信號系統(tǒng)

1 概述

城市軌道交通信號系統(tǒng)制式在國內(nèi)外逐步呈現(xiàn)多樣化和標(biāo)準(zhǔn)化的趨勢，其制式按照閉塞方式分，有固定式、準(zhǔn)移動式與移動式等。移動閉塞技術(shù)是全球鐵路及軌道交通信號界公認(rèn)的最先進(jìn)的信號產(chǎn)品之一，它可以提供比傳統(tǒng)的固定閉塞系統(tǒng)更為安全、更加高效、靈活的列車運(yùn)行。

2 CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

武漢地鐵2、4、6、8、陽邏線采用ALSTOM Urbalis888基于無線通信的移動閉塞列車自動控制系統(tǒng)（CBTC）。Urbalis888 CBTC系統(tǒng)主要由列車自動控制系統(tǒng)（ATC）、聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)（CBI）、自動監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)（DCS）、維護(hù)支持子系統(tǒng)（MSS）五個子系統(tǒng)組成。

2.1 ATS子系統(tǒng)

自動列車監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）與聯(lián)鎖、軌旁ATC設(shè)備、車載ATC設(shè)備等協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)信號設(shè)備的集中監(jiān)控，并控制列車按照預(yù)先制定的運(yùn)營計(jì)劃在正線內(nèi)自動運(yùn)行。ATS子系統(tǒng)與時鐘、無線、廣播、旅客向?qū)АSCS等接口，獲取外部系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，與信號系統(tǒng)數(shù)據(jù)相綜合，為控制中心和車站的行車調(diào)度值班人員提供現(xiàn)場狀況顯示，供其制定調(diào)度決策。另外ATS通過接口向外部系統(tǒng)提供信號和列車運(yùn)行的相關(guān)數(shù)據(jù)，供這些系統(tǒng)完成自身的工作。

2.2 ATC子系統(tǒng)

ATC子系統(tǒng)主要由CC、ZC、LC和Beacon等主要設(shè)備構(gòu)成，用于管理和駕駛列車，目的是在保護(hù)列車和乘客的前提下，優(yōu)化列車運(yùn)行。ATC的功能主要表現(xiàn)為輔助運(yùn)營及保護(hù)列車和乘客。

2.3 CI子系統(tǒng)

CI子系統(tǒng)主要由2乘2取2聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)、熱冗余網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、冗余的車站現(xiàn)地工作站、系統(tǒng)維護(hù)臺等組成。它采用分布式聯(lián)鎖控制方式，在集中站實(shí)現(xiàn)對正線信號機(jī)、道岔、進(jìn)路等的控制，在非集中站負(fù)責(zé)監(jiān)控該聯(lián)鎖區(qū)。CI的主要安全功能是：以安全方式確保軌旁控制的安全，保證在故障的情況下，確保信號機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)，道岔不能搬動，避免引發(fā)的危險。

2.4 DCS子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)（DCS）承載高可靠性的CBTC數(shù)據(jù)，主要負(fù)責(zé)軌旁設(shè)備間的通信以及軌旁設(shè)備與車載設(shè)備間的通信，為ATC、ATS、CI等子系統(tǒng)提供兩套完全冗余的傳輸通道，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸。DCS子系統(tǒng)包含有線傳輸部分、無線傳輸部分以及網(wǎng)管監(jiān)測部分。DCS有線傳輸部分：實(shí)現(xiàn)全線所有設(shè)備集中站，設(shè)備非集中站，車輛段/車場及試車線的網(wǎng)絡(luò)連接，提供傳輸網(wǎng)絡(luò)功能。

2.5 MSS子系統(tǒng)

信號維護(hù)支持系統(tǒng)（MSS）具有就地監(jiān)測和遠(yuǎn)程報警，并具有自動存儲和回放功能。能在維修中心、正線設(shè)備集中站實(shí)施遠(yuǎn)程設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、故障集中報警、故障診斷定位。信號設(shè)備故障時，維護(hù)人員能看到具體的錯誤信息，同時顯示相關(guān)的維護(hù)引導(dǎo)指令，以幫助維護(hù)人員迅速排除故障。故障恢復(fù)后，自動停止報警。一般報警情況不影響列車運(yùn)行和設(shè)備的正常工作。信號維護(hù)支持系統(tǒng)是一個分布式系統(tǒng)，設(shè)備主要分布于控制中心、正線設(shè)備集中站以及維修中心。

3 LATS工作站功能設(shè)計(jì)

在信號系統(tǒng)工作正常時，一般使用ATS系統(tǒng)的中控模式，當(dāng)個別集中站有表示故障或信號設(shè)備故障時（如計(jì)軸故障等），出問題的集中站可以轉(zhuǎn)為站控;當(dāng)中心故障時（如應(yīng)用服務(wù)器故障），可以全線轉(zhuǎn)站控模式;當(dāng)全線大范圍的故障（如全線表示不正常、不自動觸發(fā)進(jìn)路等），可以全線轉(zhuǎn)站控模式;出現(xiàn)表示故障時，應(yīng)先嘗試站控，無法使用時，立即轉(zhuǎn)為緊急站控;當(dāng)車站有施工時，一般使用站控模式，由車站值班員確保施工安全;車站值班員需注意聽從中心行調(diào)人員的安排，進(jìn)行站中控轉(zhuǎn)換;除緊急情況外，中控與站控的切換操作需中心行調(diào)人員和車站值班員互相確認(rèn)，以確保中控和站控的一致性。

站中控模式可通過5種方式進(jìn)行切換。緊急站控：在緊急情況下（車站兩套LATS服務(wù)器故障等），車站可直接切換到“緊急站控”模式，直接和聯(lián)鎖下位機(jī)通訊。請求站控：表示請求/確認(rèn)站控，使用中心/車站請求確認(rèn)機(jī)制。請求中控：表示請求/確認(rèn)中控，使用中心/車站請求確認(rèn)機(jī)制。

非請求站控：表示緊急情況下，車站可以在不需要中心確認(rèn)的情況下直接將中控模式切換到站控模式。非請求站控轉(zhuǎn)換密碼為當(dāng)前登錄用戶密碼。非請求中控：表示緊急情況下，中心可以在不需要車站確認(rèn)的情況下直接將站控模式切換到中控模式（一般在車站聯(lián)鎖/LATS均正常運(yùn)行，但由于顯示器或其他原因?qū)е聝膳_車站的工作站均無法正常操作的情況下使用），非請求中控轉(zhuǎn)換密碼為當(dāng)前登錄用戶密碼。

4 車載信號功能設(shè)計(jì)

列車運(yùn)營間隔控制采用移動閉塞方式，并配備基于計(jì)軸或其他列車占用檢測設(shè)備的站間自動閉塞方式的降級運(yùn)營信號系統(tǒng)。在 CBTC 級控制方式下，站間反向運(yùn)行時人工駕駛列車在站臺對位停車后，可以實(shí)現(xiàn)車門站臺門聯(lián)動的功能;在 CBTC 級控制方式下，站間反向運(yùn)行時 ATP 對站臺門、緊急關(guān)閉按鈕狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時防護(hù)。

系統(tǒng)可識別非裝備列車（含車載設(shè)備故障列車）與裝備列車。非裝備列車能與正常 ATC 裝備列車在正線兼容且安全行駛，直至故障列車退出正線運(yùn)行為止。裝備列車仍按 ATP 追蹤方式運(yùn)行，非裝備列車前后將確保留有必要的安全間隔。在降級模式（CBTC 故障等）的情況下，列車的移動可根據(jù)計(jì)軸占用的狀態(tài)、道岔位置和進(jìn)路狀態(tài)來計(jì)算的，正常情況該系統(tǒng)能檢測出現(xiàn)、行進(jìn)、反向行駛和消失等基本的移動類型。當(dāng)計(jì)軸故障或車站故障時，可通過計(jì)軸切除，保證列車識別號的正常跟蹤。聯(lián)鎖降級控制模式下將按基本聯(lián)鎖進(jìn)路方式行車。

5 總結(jié)

本文以武漢地鐵某線路為研究對象，探討了基于無線通信的移動閉塞列車自動控制系統(tǒng)的功能、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、LATS工作站功能、車載信號功能。通過運(yùn)營分析，論證了移動閉塞技術(shù)的穩(wěn)定可靠性。

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