城市軌道交通信號系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)互通的設(shè)想

趙 巖

（中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，西安 710043）

目前，我國各城市軌道交通現(xiàn)狀從單一線路建設(shè)逐步走向多線路并向建設(shè)，并初步形成線網(wǎng)軌道交通格局，具備了線網(wǎng)間聯(lián)通聯(lián)運的基礎(chǔ)條件。信號系統(tǒng)作為控車的關(guān)鍵設(shè)備隨著通信、計算機、網(wǎng)絡(luò)和列控技術(shù)的不斷發(fā)展，基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC）現(xiàn)已得到普遍應(yīng)用，由于CBTC不依賴于軌道電路，從而為實現(xiàn)聯(lián)通聯(lián)運提供了條件。為此根據(jù)各地軌道交通網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)的要求，為提高軌道交通的整體效率和效益，提高軌道交通信號系統(tǒng)的國產(chǎn)化率，有必要加快制定信號系統(tǒng)互聯(lián)互通的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

本文從互聯(lián)互通的目的入手，重點對CBTC特性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)設(shè)計等方面提出設(shè)想，期望對信號系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)互通提供相關(guān)依據(jù)。

1 信號系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)互通的目的

能夠提供CBTC系統(tǒng)統(tǒng)一的性能和功能要求。為最終實現(xiàn)互聯(lián)互通目標(biāo)規(guī)定基本要求。

（1）實現(xiàn)不同線路、不同信號供貨商提供的CBTC系統(tǒng)之間車輛的聯(lián)通聯(lián)運。

（2）實現(xiàn)延伸線其他信號供貨商提供的CBTC設(shè)備與既有線CBTC系統(tǒng)之間兼容，即實現(xiàn)延伸線其他信號供貨商提供的車載設(shè)備、軌旁設(shè)備與既有線CBTC系統(tǒng)設(shè)備的兼容，并構(gòu)成一個完整、統(tǒng)一的CBTC系統(tǒng)。

2 CBTC系統(tǒng)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車定位系統(tǒng)。

*連續(xù)、高容量的車－地雙向數(shù)據(jù)通信。

*車載和軌旁的處理器執(zhí)行安全功能。

CBTC系統(tǒng)的等級根據(jù)特定的要求，CBTC系統(tǒng)可有不同配置。

*提供列車自動防護(hù)系統(tǒng)（ATP）、列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）功能，無列車自動運行系統(tǒng)（ATO）功能。

*提供ATP、ATS功能，配套提供ATO功能。

*在應(yīng)用中作為唯一的列車控制系統(tǒng)，也可以與其他輔助軌旁系統(tǒng)結(jié)合使用。

CBTC系統(tǒng)的功能，如圖1所示。

3 實現(xiàn)互聯(lián)互通的技術(shù)要求

通過上述CBTC系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)，可以看出實現(xiàn)互聯(lián)互通主要體現(xiàn)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)設(shè)計方面。

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求

CBTC系統(tǒng)可分為4個主要的子系統(tǒng)：CBTC軌旁子系統(tǒng)、CBTC車載控制器（CC）、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（DCS）、列車自動監(jiān)控系統(tǒng)。

（1）CBTC軌旁子系統(tǒng)

軌旁設(shè)備支持兩種配置，一個軌道區(qū)段可同時受方式A，即ZC（不含聯(lián)鎖功能）和分開的聯(lián)鎖IL共同控制，或受方式B，即包含聯(lián)鎖功能的ZC單獨控制。

1）方式A

軌旁的ZC容納了在其區(qū)域內(nèi)所有列車送來的位置信息，它負(fù)責(zé)根據(jù)已知所有障礙物的位置，確定所有在其區(qū)域內(nèi)列車的移動授權(quán)。這些障礙物包括列車、封鎖的區(qū)域、失去表示的道岔，或侵限設(shè)備。ZC也響應(yīng)來自相鄰ZC的移動授權(quán)請求。

ZC通過聯(lián)鎖CI與軌旁設(shè)備接口（如道岔/站臺屏蔽門等）。CI根據(jù)收到的ATS進(jìn)路請求來控制道岔。

2）方式B

軌旁的ZC容納了在其區(qū)域內(nèi)所有列車送來的位置信息，它負(fù)責(zé)根據(jù)已知所有障礙物的位置，確定所有在其區(qū)域內(nèi)列車的移動授權(quán)。這些障礙物包括列車、封鎖的區(qū)域、失去表示的道岔，或侵限設(shè)備。ZC也響應(yīng)來自相鄰ZC的移動授權(quán)請求。

ZC包含聯(lián)鎖功能，ZC直接與道岔和屏蔽門等接口，并根據(jù)從ATS接收到的進(jìn)路請求，由ZC控制道岔完成聯(lián)鎖功能。

（2）CBTC車載控制器

CC位于車上，管理列車控制模式（ATO、ATPM和RM等），并依據(jù)ZC提供的信息對列車進(jìn)行控制。

車載控制器由以下方面組成。

執(zhí)行安全和非安全功能的車載控制單元（OBCU）；速度、位移傳感器；用于列車定位的查詢應(yīng)答器及天線（TIA）；顯示必要駕駛信息、CBTC狀態(tài)和報警的司機操作單元（TOD）以及用以列車位置初始化和提高列車位置測量精確度的軌旁應(yīng)答器。

（3）數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

DCS提供不同CBTC單元之間的通信。DCS為所有CBTC單元提供IEEE 802.3（以太網(wǎng)）接口。DCS對所有CBTC單元均透明，并符合時限和流通量的要求。接入安全保密功能也由DCS完成。

DCS的基本目的是在各CBTC單元間傳遞ATC信息，其中有些CBTC單元是移動的。DCS是一個獨立的網(wǎng)絡(luò)，信息傳送是透明的，ATC應(yīng)用不需要知道任何DCS操作，反過來DCS也不需要知道任何ATC應(yīng)用。雖然通過DCS傳送安全的列車控制信息。但DCS自身不是一個安全系統(tǒng)，它只是一個可靠的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

DCS的無線通信，應(yīng)采用國際通用標(biāo)準(zhǔn)（IEEE 802.11）等，并負(fù)責(zé)移動通信的控制功能。DCS至少應(yīng)滿足下列技術(shù)要求。

當(dāng)接收和發(fā)送200 B的IP信息時，DCS應(yīng)支持200 kb/s的雙向數(shù)據(jù)流量的應(yīng)用；特別是能支持連接到DCS的任何兩個子系統(tǒng)之間的任一方向100 kb/s數(shù)據(jù)的傳輸。

當(dāng)列車以120 km/s速度行駛時，DCS的無線鏈路以上面所定義的數(shù)據(jù)流量發(fā)送和接收200 B的IP數(shù)據(jù)信息時，數(shù)據(jù)丟失率應(yīng)不超過1%。此發(fā)送和接收還包括車載無線從一個軌旁無線單元切換到另一個軌旁無線單元的過程。

（4）列車自動監(jiān)控系統(tǒng)

ATS是監(jiān)測控制CBTC單元和與外部接口的子系統(tǒng)。

ATS的控制方式：分散與集中控制方式。

控制中心ATS通過采用網(wǎng)絡(luò)計算機和自動化功能，確保高效地鐵運營，保證從聯(lián)鎖系統(tǒng)的自動監(jiān)控到列車自動跟蹤直至自動進(jìn)路排列及自動列車調(diào)整。

控制ATS將整個“控制系統(tǒng)”的任務(wù)劃分成功能模塊，并且能隨意地在硬件上分布。相當(dāng)部分的功能可以同步執(zhí)行，從而大大提高了處理速度。在線路延伸或要求更高級別的自動化時，系統(tǒng)可以通過添加硬件和軟件來擴展。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計的原則

（1）互聯(lián)互通需求

互聯(lián)互通是關(guān)于由不同廠商提供的列車自動控制系統(tǒng)的不同車載和軌旁子系統(tǒng)之間，不同ATS和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)之間的接口規(guī)范。這些子系統(tǒng)必須符合統(tǒng)一的ATC性能，尤如一家供應(yīng)商所提供。

互聯(lián)互通需求包括：不同廠商提供的子系統(tǒng)執(zhí)行相同的功能；設(shè)計子系統(tǒng)接口，以便不同供應(yīng)商的子系統(tǒng)之間能相互工作；各子系統(tǒng)間交換的數(shù)據(jù)信息必須一致；線路數(shù)據(jù)庫必須能被所有供應(yīng)商的子系統(tǒng)識別。

互聯(lián)互通是指以下幾個方面。

*車載控制器和軌旁區(qū)域控制器互聯(lián)互通，即裝載CBTC控制器的列車可以在其他供應(yīng)商供應(yīng)的軌旁子系統(tǒng)裝備的線路上運行。

*不同廠商提供的相鄰軌旁區(qū)域控制器在延伸線邊界可以互聯(lián)互通。

* ATS和軌旁區(qū)域控制器的互聯(lián)互通。

* ATS和車載控制器的互聯(lián)互通。

*數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和相關(guān)子系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

信號系統(tǒng)應(yīng)為互聯(lián)互通提供相應(yīng)的條件，包括如下方面。

*信號系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)盡可能考慮列控方式的標(biāo)準(zhǔn)化。

*信號各子系統(tǒng)執(zhí)行的功能應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化。

*信號各子系統(tǒng)的接口應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化，采用國際標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議、接口類型等。

*信號系統(tǒng)的車-地通信內(nèi)容應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化；

*所有子系統(tǒng)間的通信連接應(yīng)使用國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，相互間交換的數(shù)據(jù)信息應(yīng)一致，以實現(xiàn)各子系統(tǒng)間的信息透明傳輸。

所有需要考慮的互聯(lián)互通因素，如圖2所示?；ヂ?lián)互通的界面，如圖3所示。

（2）安全需求

根據(jù)業(yè)主需求和判定為安全的部分，每個供應(yīng)商必須對關(guān)系到其子系統(tǒng)的安全和安全測試負(fù)責(zé)。

互聯(lián)互通說明必須指出哪些數(shù)據(jù)是安全的，哪些不是。

互聯(lián)互通安全條款關(guān)系到安全接口，必須確保。其基于以下3點原則。

*子系統(tǒng)之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)必須編碼，以防被破壞。

*子系統(tǒng)必須被正確地編址，使子系統(tǒng)不會使用本應(yīng)為另一輛車收發(fā)的報文。這可以通過子系統(tǒng)信息安全認(rèn)證來實現(xiàn)。

*安全時間標(biāo)記可指明信息的詳盡時間,避免系統(tǒng)使用過時的信息。

所有的系統(tǒng)安全作為一個整體，必須通過互聯(lián)互通來加以確保。

4 結(jié)束語

上述僅是從信號系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)設(shè)計層面對CBTC實現(xiàn)互聯(lián)互通提出要求設(shè)想，實際上城市軌道交通互聯(lián)互通是系統(tǒng)工程，還需要車輛（含牽引制動）、供電、行車組織、軌道、安全門/屏蔽門、土建等多個專業(yè)協(xié)同配合才能實現(xiàn)。鑒于目前國內(nèi)城市軌道交通沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也缺乏相應(yīng)的職能部門監(jiān)管，因此盡快制定互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)只是第一步，真正實現(xiàn)城市軌道交通聯(lián)通聯(lián)運還任重道遠(yuǎn)。