城市轨道交通信号系统实现互联互通的设想

赵 岩

（中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043）

目前，我国各城市轨道交通现状从单一线路建设逐步走向多线路并向建设，并初步形成线网轨道交通格局，具备了线网间联通联运的基础条件。信号系统作为控车的关键设备随着通信、计算机、网络和列控技术的不断发展，基于通信的列车控制系统（CBTC）现已得到普遍应用，由于CBTC不依赖于轨道电路，从而为实现联通联运提供了条件。为此根据各地轨道交通网络化建设的要求，为提高轨道交通的整体效率和效益，提高轨道交通信号系统的国产化率，有必要加快制定信号系统互联互通的相关标准。

本文从互联互通的目的入手，重点对CBTC特性、系统结构、系统设计等方面提出设想，期望对信号系统实现互联互通提供相关依据。

1 信号系统实现互联互通的目的

能够提供CBTC系统统一的性能和功能要求。为最终实现互联互通目标规定基本要求。

（1）实现不同线路、不同信号供货商提供的CBTC系统之间车辆的联通联运。

（2）实现延伸线其他信号供货商提供的CBTC设备与既有线CBTC系统之间兼容，即实现延伸线其他信号供货商提供的车载设备、轨旁设备与既有线CBTC系统设备的兼容，并构成一个完整、统一的CBTC系统。

2 CBTC系统的特性

CBTC基本特性包括以下方面。

*具有安全功能的高精度列车定位系统。

*连续、高容量的车－地双向数据通信。

*车载和轨旁的处理器执行安全功能。

CBTC系统的等级根据特定的要求，CBTC系统可有不同配置。

*提供列车自动防护系统（ATP）、列车自动监控系统（ATS）功能，无列车自动运行系统（ATO）功能。

*提供ATP、ATS功能，配套提供ATO功能。

*在应用中作为唯一的列车控制系统，也可以与其他辅助轨旁系统结合使用。

CBTC系统的功能，如图1所示。

3 实现互联互通的技术要求

通过上述CBTC系统的功能结构，可以看出实现互联互通主要体现在系统结构、系统设计方面。

3.1 系统结构要求

CBTC系统可分为4个主要的子系统：CBTC轨旁子系统、CBTC车载控制器（CC）、数据通信系统（DCS）、列车自动监控系统。

（1）CBTC轨旁子系统

轨旁设备支持两种配置，一个轨道区段可同时受方式A，即ZC（不含联锁功能）和分开的联锁IL共同控制，或受方式B，即包含联锁功能的ZC单独控制。

1）方式A

轨旁的ZC容纳了在其区域内所有列车送来的位置信息，它负责根据已知所有障碍物的位置，确定所有在其区域内列车的移动授权。这些障碍物包括列车、封锁的区域、失去表示的道岔，或侵限设备。ZC也响应来自相邻ZC的移动授权请求。

ZC通过联锁CI与轨旁设备接口（如道岔/站台屏蔽门等）。CI根据收到的ATS进路请求来控制道岔。

2）方式B

轨旁的ZC容纳了在其区域内所有列车送来的位置信息，它负责根据已知所有障碍物的位置，确定所有在其区域内列车的移动授权。这些障碍物包括列车、封锁的区域、失去表示的道岔，或侵限设备。ZC也响应来自相邻ZC的移动授权请求。

ZC包含联锁功能，ZC直接与道岔和屏蔽门等接口，并根据从ATS接收到的进路请求，由ZC控制道岔完成联锁功能。

（2）CBTC车载控制器

CC位于车上，管理列车控制模式（ATO、ATPM和RM等），并依据ZC提供的信息对列车进行控制。

车载控制器由以下方面组成。

执行安全和非安全功能的车载控制单元（OBCU）；速度、位移传感器；用于列车定位的查询应答器及天线（TIA）；显示必要驾驶信息、CBTC状态和报警的司机操作单元（TOD）以及用以列车位置初始化和提高列车位置测量精确度的轨旁应答器。

（3）数据通信系统

DCS提供不同CBTC单元之间的通信。DCS为所有CBTC单元提供IEEE 802.3（以太网）接口。DCS对所有CBTC单元均透明，并符合时限和流通量的要求。接入安全保密功能也由DCS完成。

DCS的基本目的是在各CBTC单元间传递ATC信息，其中有些CBTC单元是移动的。DCS是一个独立的网络，信息传送是透明的，ATC应用不需要知道任何DCS操作，反过来DCS也不需要知道任何ATC应用。虽然通过DCS传送安全的列车控制信息。但DCS自身不是一个安全系统，它只是一个可靠的数据传输系统。

DCS的无线通信，应采用国际通用标准（IEEE 802.11）等，并负责移动通信的控制功能。DCS至少应满足下列技术要求。

当接收和发送200 B的IP信息时，DCS应支持200 kb/s的双向数据流量的应用；特别是能支持连接到DCS的任何两个子系统之间的任一方向100 kb/s数据的传输。

当列车以120 km/s速度行驶时，DCS的无线链路以上面所定义的数据流量发送和接收200 B的IP数据信息时，数据丢失率应不超过1%。此发送和接收还包括车载无线从一个轨旁无线单元切换到另一个轨旁无线单元的过程。

（4）列车自动监控系统

ATS是监测控制CBTC单元和与外部接口的子系统。

ATS的控制方式：分散与集中控制方式。

控制中心ATS通过采用网络计算机和自动化功能，确保高效地铁运营，保证从联锁系统的自动监控到列车自动跟踪直至自动进路排列及自动列车调整。

控制ATS将整个“控制系统”的任务划分成功能模块，并且能随意地在硬件上分布。相当部分的功能可以同步执行，从而大大提高了处理速度。在线路延伸或要求更高级别的自动化时，系统可以通过添加硬件和软件来扩展。

3.2 系统设计的原则

（1）互联互通需求

互联互通是关于由不同厂商提供的列车自动控制系统的不同车载和轨旁子系统之间，不同ATS和数据传输系统之间的接口规范。这些子系统必须符合统一的ATC性能，尤如一家供应商所提供。

互联互通需求包括：不同厂商提供的子系统执行相同的功能；设计子系统接口，以便不同供应商的子系统之间能相互工作；各子系统间交换的数据信息必须一致；线路数据库必须能被所有供应商的子系统识别。

互联互通是指以下几个方面。

*车载控制器和轨旁区域控制器互联互通，即装载CBTC控制器的列车可以在其他供应商供应的轨旁子系统装备的线路上运行。

*不同厂商提供的相邻轨旁区域控制器在延伸线边界可以互联互通。

* ATS和轨旁区域控制器的互联互通。

* ATS和车载控制器的互联互通。

*数据通信系统和相关子系统的互联互通。

信号系统应为互联互通提供相应的条件，包括如下方面。

*信号系统的设计应尽可能考虑列控方式的标准化。

*信号各子系统执行的功能应标准化。

*信号各子系统的接口应标准化，采用国际标准接口协议、接口类型等。

*信号系统的车-地通信内容应标准化；

*所有子系统间的通信连接应使用国际标准协议，相互间交换的数据信息应一致，以实现各子系统间的信息透明传输。

所有需要考虑的互联互通因素，如图2所示。互联互通的界面，如图3所示。

（2）安全需求

根据业主需求和判定为安全的部分，每个供应商必须对关系到其子系统的安全和安全测试负责。

互联互通说明必须指出哪些数据是安全的，哪些不是。

互联互通安全条款关系到安全接口，必须确保。其基于以下3点原则。

*子系统之间传输的数据必须编码，以防被破坏。

*子系统必须被正确地编址，使子系统不会使用本应为另一辆车收发的报文。这可以通过子系统信息安全认证来实现。

*安全时间标记可指明信息的详尽时间,避免系统使用过时的信息。

所有的系统安全作为一个整体，必须通过互联互通来加以确保。

4 结束语

上述仅是从信号系统的系统结构及系统设计层面对CBTC实现互联互通提出要求设想，实际上城市轨道交通互联互通是系统工程，还需要车辆（含牵引制动）、供电、行车组织、轨道、安全门/屏蔽门、土建等多个专业协同配合才能实现。鉴于目前国内城市轨道交通没有统一的行业标准，也缺乏相应的职能部门监管，因此尽快制定互联互通标准只是第一步，真正实现城市轨道交通联通联运还任重道远。