CBTC系统中计算机联锁系统功能的研究

基于通信的列车自动控制系统（CBTC），主要用于城市轨道交通系统。在CBTC系统中，各设备提供商基于已有的技术提出不同的系统构架，构架的主体主要是ATS设备、轨旁设备、列车运行控制设备和CBTC数据传输设备。联锁控制功能在该控制系统中依旧是不可或缺的部分，系统架构中联锁系统可以作为轨旁设备的一部分，也可以作为一个独立系统与CBTC接口。

CBTC系统引入无线通信子系统，建立车地之间连续、双向、高速的通信，列车的命令和状态可以在车辆和地面设备之间可靠交换，使地面设备可以获得更多、更精确的列车信息。在CBTC系统中，联锁系统需要使用这些信息以缩短列车的追踪间隔、提高运营效率，传统的联锁功能应基于这些信息做出相应的改变。

1 CBTC系统提供给联锁的信息

在CBTC系统中，联锁系统与地面ATP连接。其中地面ATP可以获得列车位置报告、列车速度、移动权限和运行辅助功能命令等信息。CBTC系统的基本架构如图1所示。

地面ATP对车的位置报告、列车速度、移动权限、运行辅助功能命令等信息[1]进行运算，可以形成以下信息发送给联锁系统。

表1 地面ATP发送给联锁的信息

2 联锁功能研究

文中1描述了地面ATP发送给联锁的信息，本节在此基础上对联锁的区段占用空闲检测、进路选排、信号显示、保护区段锁闭解锁等功能造成的影响进行分析研究。

2.1 区段占用空闲检测

在CBTC系统中列车位置信息是精确定位信息，直接使用该信息是对基于区段的传统联锁本质的颠覆。因此在目前的控制系统中，并未将该定位信息直接传递给联锁系统，而是将传统的轨道区段划分成较小的逻辑区段，地面ATP把精确定位转换为逻辑区段的占用和空闲报告给联锁系统。

在CBTC系统中，列车位置的另一个来源是联锁系统采集的地面区段状态，该状态仅能够表示传统轨道区段的状态，无法准确获知列车在该轨道区段中的某个逻辑区段。在CBTC系统中，联锁将该状态发送给地面ATP，由地面ATP将地面区段状态与精确定位进行校核。地面ATP存在时，联锁使用地面ATP发送给联锁的逻辑区段状态，不使用自身采集的区段信息。

2.2 进路选排

在CBTC系统中，基于运行效率的考虑，列车追踪运行，后车的移动授权可以直接到达前车的尾部。传统联锁的核心概念是进路控制，然而，CBTC装备的通信列车可以仅防护道岔而不使用进路进行防护，非装备列车或降级列车的运行，则需使用进路进行防护。进路防护可以使CBTC系统在列车控制的防护下多一层联锁的进路防护，因此目前西门子、北京交控科技有限公司等多家设备厂商系统中的联锁系统仍存在进路控制逻辑。

然而为CBTC装备的通信列车所提供进路的选排条件发生了变化。联锁可以通过地面ATP提供的CBTC装备列车接近信息获得选排进路的对象，在进路选排时，如果是CBTC装备的通信列车，则仅需检查进路中的道岔位置是否正确。对于非装备列车或降级列车，则根据点式系统中的进路检查逻辑进行检查。

2.3 信号显示

CBTC装备的通信列车由车载控制，根据运行控制系统给出的移动授权运行，不根据地面信号行车，对于非装备列车或降级列车，仍需根据地面信号的显示运行。在CBTC系统中，信号机有两种状态：灭灯状态和亮灯状态。

在2.2节描述中可知，在联锁系统中仍采用进路防护的逻辑，因此在灭灯情况下也有进路开放和进路不开放两种情况，一般情况下，灭红灯表示进路未开放，灭绿灯或灭黄灯表示进路开放。地面ATP根据联锁在灭灯状态时的进路状态（开放或不开放）来计算移动授权。联锁为CBTC装备的通信列车开放灭灯信号，如灭绿灯、灭红灯，为非装备列车或降级列车开放亮灯信号，如亮绿灯、亮红灯。

2.4 进路解锁

传统计算机联锁中进路在列车顺序进入进路、信号关闭后，采用三点检查解锁[2]。然而在CBTC系统中，防护CBTC装备的通信列车的进路选排和开放仅检查进路中的道岔位置是否正确，一条进路中可能有多列CBTC装备的通信列车运行。因此联锁系统的解锁逻辑应进行如下处理。

联锁在收到地面ATP发送的CBTC装备的通信列车进入进路消息后，关闭信号，触发进路的解锁逻辑。

联锁对进路中运行的列车进行三点检查，但仅根据进路中最后一列车的运行而解锁。

当追踪运行时，开放给后续列车的进路取消或人工解锁后，不应导致前车运行前方的区段解锁。

当追踪运行时，开放给后续列车的进路取消或人工解锁后，触发前车的三点解锁，进路随着前车运行而解锁。

2.5 接近判断和人工解锁

地面ATP计算CBTC装备的通信列车的授权到达某架信号机后，则判定列车接近该架信号机，在该信号机开放后，移动授权可以到达进路的终端。传统联锁判定列车接近是基于接近区段的占用状态。一般情况下，地面ATP判定接近的长度比联锁系统判定接近的长度长。对于CBTC装备的通信列车，联锁应使用地面ATP提供的接近信息来判定接近锁闭状态。

在人工解锁时，如果列车已经接近，联锁需要延时解锁以避免列车闯入进路发生危险，延时是根据接近区段长度和列车速度得出,通常延时时间较长。对于行车密度大、要求高运营效率的城市轨道交通来说，这一时间指标几乎是不可接受的[3]。在CBTC系统中，地面ATP系统可以通过列车速度和精确定位获知列车是否能够停在信号机前，并把该信息发送给联锁。联锁接收到该信息后可以停止延时，提前解锁进路，提高了整个线路的运营效率。

2.6 其他运行辅助功能

地面ATP计算将CBTC装备列车发送的保护区段锁闭请求、停稳停准信息、屏蔽门开关信息发送给联锁，联锁应使用这些信息进行保护区段的锁闭、解锁或驱动屏蔽门开门关门，实现车地联动。

3 结束语

综上所述，CBTC系统中车、地更加紧密地联系在了一起，地面ATP将列车的位置报告、速度控制、移动授权转换成相应的信息提供给联锁，这些信息使联锁功能发生相应的改变，超出传统联锁系统的范畴，在保证安全的前提下，更加有效地提高了运行效率。

[1]IEEE 1474.3-2008 IEEE Recommended Practice for Communications-Based Train Control（CBTC）System Design and Functional Allocations[S].

[2]TB／T 3027—2002计算机联锁技术条件[S].

[3]于增明,刘正东.基于通信的列车控制系统中联锁功能的改变[J].铁道运营技术,2011,17（4）：13-15.