轨道交通CBTC信号系统浅析

李斌

（南昌轨道交通集团有限公司运营分公司）

摘 要： 随着计算机和通讯技术的飞速发展，自动控制技术也得以迅猛发展，广泛应用于城市軌道交通行业。为提高城市轨道交通的运营效率，人们研发出一种基于无线通信的列车自动控制系统，即CBTC系统。本文通过介绍网新CBTC系统及泰雷兹CBTC系统的构架，并在两套系统的对比中，对网新CBTC系统及泰雷兹CBTC系统的异同点进行进一步阐述。

关键词： CBTC；闭塞；车地通信；自动控制

1.背景

我国大多数普速铁路的闭塞方式是固定闭塞，而移动闭塞更多地应用于高铁、地铁和轻轨。随着通信技术的应用，采用开放空间无线方式是车地通信的发展方向。目前城市轨道交通中最常用的信号系统为两大类：准移动闭塞和移动闭塞信号系统。两者都是基于传统的电气集中联锁控制技术发展而成，区别在于后者在外部传输媒介上采用的是无线通信技术。

CBTC系统得益于计算机技术和通信方式的发展，信号的概念已经改变：从被动反应到主动检测，从轨旁设备控制到列车自我控制，车地通信具备了思考和对话的能力。

2.概念

信号系统的列控方式有两种：基于轨道电路的列车控制方式和基于无线通信的列车控制方式。前者是传统的信号系统，后者是基于前者衍生的CBTC系统。它们的区别在于传输媒介的不同，后者是无线传输。

CBTC系统的定义：一个连续的列车自动控制系统，它利用高分辨率的列车位置确定方式，不依赖于轨道电路；高容量的车地双向数据通信；以及能够实现“故障—安全”功能的车载和轨旁处理器。

3. CBTC系统构架

基于CBTC移动闭塞的ATC系统，具备ATP防护、ATO驾驶和后备模式的点式ATP防护功能。它主要的子系统包括：区域控制器（MAU+PMI）、接口继电器、计轴ACE、ATS子系统、ATP子系统、ATO子系统、车载控制器以及连接各子系统的数据通信系统 （DCS）。

3.1 区域控制器（MAU+PMI）

区域控制器-MAU，是冗余校验的三取二配置，具备“故障—安全”的功能，每个联锁区域设一套MAU。它实现与所控区域内所有列车的安全信息交互，同时向所辖区域内每辆列车发布移动授权LMA，并实现对屏蔽门（PSD）的监督与控制。

区域控制器-PMI，是冗余校验的2x2oo2配置，也具备“故障—安全”的功能，每个联锁区域设一套PMI。它实现与所控区域内除屏蔽门（PSD）外的所有联锁控制，并监督屏蔽门（PSD）状态。

3.2接口继电器和计轴ACE

接口继电器用于区域控制器（MAU+PMI）与现场设备的接口，如：信号机、道岔、紧急停车按钮、屏蔽门等。计轴ACE用于检测区段的占用、出清和受扰。

3.3 ATS子系统

ATS子系统主要实现对列车运行的监督和控制，辅助调度人员对全线列车进行管理，其功能包括：调度区段内列车运行情况的集中监视与控制，监测进路控制、列车间隔控制设备的工作，按行车计划自动控制道旁信号设备以接发列车，列车运行实迹的自动记录，时刻表自动生成、显示、修改和优化，运行数据统计及报表自动生成，设备运行状态监测，设备状态及调度员操作记录，运输计划管理等，还具有列车车次号自动传递等功能。

ATS子系统包括控制中心设备和ATS车站、车辆段分机。控制中心ATS设备有中心计算机系统、工作站、显示屏、绘图仪、打印机、UPS等。每个控制站设一台ATS分机，用于采集车站设备的信息和传送控制命令，并实现车站进路自动控制功能。车辆段ATS分机用于采集车辆段内库线的列车占用情况及进/出车辆段的列车信号机的状态。它采用的是“集中后备”的结构，其组成框图如图所示。

3.4 ATP子系统

ATP子系统的功能是对列车运行进行超速防护，对与安全有关的设备实行监控，实现列车位置检测，保证列车间的安全间隔，保证列车在安全速度下运行，完成信号显示、故障报警、降级提示、列车参数和线路参数的输人，与ATS、ATO及车辆系统接口并进行信息交换。

ATP子系统不断将从地面获得的前行列车位置信息、线路信息、前方目标点的距离和允许速度信息等通过轨道电路等传至车上，由车载设备计算得到当前所允许的速度，或由行车指挥中心计算出目标速度传至车上，由车载设备测得实际运行速度，依此来对列车速度实行监督，使之始终在安全速度下运行，以缩短列车运行间隔，保证行车安全。

采用轨道电路传送ATP信息时，ATP子系统由设于控制站的轨旁单元、设于线路上各轨道电路分界点的调谐单元和车载ATP设备组成，并包括与ATS、ATO、联锁设备的接口设备。

3.5. ATO子系统

ATO子系统主要用实现“地对车控制”，即用地面信息实现对列车驱动、制动的控制，包括列车自动折返，根据控制中心的指令使列车按最佳工况正点、安全、平稳地运行，自动完成对列车的启动、牵引、惰行和制动，传送车门和屏蔽门同步开关信号。

使用ATO后，可使列车经常处于最佳运行状态，避免了不必要的、过于剧烈的加速和减速，因此明显提高了乘客的舒适度，提高了列车正点率并减少了能量消耗和轮轨磨损。

ATO子系统包括车载ATO单元和地面设备两部分。地面设备有站台电缆环路、车地通信设备（TWC）以及与ATP，联锁系统的接口设备。

3.6 车载控制器

车载控制器是冗余校验的三取二配置，具备“故障—安全”的功能，每辆车设一套车载控制器。它实现与轨旁设备的安全信息通信，根据移动授权实现安全距离计算、车门控制等功能。

3.7 数据通信系统DCS

DCS采用独立双网的架构，两张网络完全独立且配置基本相同。车地通信使用无线空间波，采用802.11g协议，使用UDP/IP作为设备之间的通信协议。控制中心至车站的骨干网是一个完全冗余的通道；车站至每个轨旁无线单元的信息通过两个不同的路径传送；轨旁无线单元的配置遵循完全冗余的无线覆盖原则。所有数据同时在双网中传输，保证了系统的可靠性和可用性，单网络故障时无需切换时间。

4.系统维修

系统维修分为三级：计轴设备的特点主要提现在以下两个方面：

（1）一级维修：现场轨旁设备的故障修复，部件的更换、维修和测试；

（2）二级维修：提供一个环境仿真器用以检测并隔离故障板。

（3）三级维修：采用通用测试设备和特定诊断软件来维修和恢复LLRU（元器件级）

5.结语

城市轨道交通是现代化都市的重要基础设施，它安全、迅速、舒适、便利地在城市范围内运送乘客。城市轨道交通系统的安全、速度、输送能力和效率，这都与信号系统密切相关，基于无线通信的CBTC信号系统已成为城市轨道交通信号系统的共同选择。