國產(chǎn)CBTC系統(tǒng)的應(yīng)用研究

張兵兵

*北京城建設(shè)計(jì)研究總院 助理工程師，100037 北京

面對密度、速度以及大客流的快速增長而帶來的壓力，基于通信的列車控制技術(shù) (CBTC)無疑成為提高北京地鐵線路運(yùn)營效率的最佳措施。為了擺脫長期依賴國外進(jìn)口技術(shù)的局面，我國國內(nèi)信號廠商緊密跟蹤國際技術(shù)發(fā)展及用戶需求，走自主創(chuàng)新研發(fā)道路，經(jīng)過艱苦努力和技術(shù)攻關(guān)，探索研制出了具有獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的、先進(jìn)的軌道運(yùn)行控制系統(tǒng)?，F(xiàn)將幾家國產(chǎn)CBTC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)做一簡單介紹。

1 MTC-Ⅰ型CBTC列車控制系統(tǒng)

MTC-Ⅰ型CBTC系統(tǒng)是中國鐵道科學(xué)研究院和廣州市地下鐵道總公司聯(lián)合開發(fā)研制的，主要由以下6個子系統(tǒng)組成:①由中心和車站本地控制設(shè)備組成的FZy型ATS子系統(tǒng);②TYJL-Ⅲ型二乘二取二安全冗余結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)，包括計(jì)軸設(shè)備和國產(chǎn)歐標(biāo)應(yīng)答器設(shè)備;③基于CPCI工業(yè)計(jì)算機(jī)平臺開發(fā)的ATO列車自動運(yùn)行子系統(tǒng);④包括二乘二取二冗余架構(gòu)的車載VOBC和軌旁ZC設(shè)備組成的ATP列車控制子系統(tǒng);⑤基于SDH同步數(shù)字系列骨干通信網(wǎng)和802.11g車-地?zé)o線通信網(wǎng)構(gòu)建的DCS子系統(tǒng);⑥進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)備維修信息收集、管理的TJWX型微機(jī)監(jiān)測子系統(tǒng)。

該系統(tǒng)技術(shù)特征:①在已有ATS、聯(lián)鎖、系統(tǒng)集成、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)等技術(shù)資源基礎(chǔ)上，繼承、開發(fā)、集成、創(chuàng)新相結(jié)合，完全自主研發(fā)的完整的CBTC系統(tǒng);②最大限度地采用統(tǒng)一的安全計(jì)算機(jī)平臺，減少硬件板卡種類，提高系統(tǒng)通用化水平，降低維護(hù)成本;③提供包括連續(xù)級、點(diǎn)式級、聯(lián)鎖級在內(nèi)的不同運(yùn)行等級以及多樣化的駕駛模式，支持不同類型和編組列車混跑運(yùn)行;④具備點(diǎn)式等級下ATO駕駛模式和站臺屏蔽門聯(lián)控功能。

MTC-Ⅰ型CBTC系統(tǒng)已在廣州地鐵進(jìn)行了全面的現(xiàn)場試驗(yàn)，并且研發(fā)同步由英國勞氏鐵路進(jìn)行了安全認(rèn)證，所有安全設(shè)備都達(dá)到了SIL4。下一步將依托廣州地鐵實(shí)際工程，實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用。

2 LCF-300型CBTC系統(tǒng)

LCF-300型CBTC系統(tǒng)是北京交控科技有限公司依托北京交通大學(xué)、軌道交通控制與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、軌道交通運(yùn)行控制國家工程研究中心自主創(chuàng)新研發(fā)的，主要組成為:①ATP/ATO軌旁子系統(tǒng)ZC;②ATP/ATO車載子系統(tǒng)VOBC;③數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)DCS;④其他廠商配套的ATS系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)。

這是一個基于無線的移動閉塞系統(tǒng)，主要特點(diǎn):①實(shí)現(xiàn)了工程化的拼圖式產(chǎn)品體系，且軌旁設(shè)備少、設(shè)備體積小、價格低;②根據(jù)列車自主定位，通過計(jì)算后續(xù)列車的位置，給出最佳制動曲線，切實(shí)提高了區(qū)間的通過能力;③通過與車輛的配合，實(shí)現(xiàn)了開門狀態(tài)下的折返，節(jié)省了折返換端時間，提高了系統(tǒng)的折返能力;④完整的駕駛臺MMI和完備的數(shù)據(jù)記錄故障診斷功能。

該系統(tǒng)已于2010年5月底獲得了由英國勞氏總部批準(zhǔn)頒發(fā)的一般產(chǎn)品安全證書，其主要安全功能滿足SIL4要求。LCF-300型CBTC系統(tǒng)已應(yīng)用于北京地鐵亦莊線和昌平線，亦莊線在2011年已開通CBTC級運(yùn)行。

3 FZL300型CBTC系統(tǒng)

FZL300型CBTC系統(tǒng)是北京全路通信信號研究設(shè)計(jì)院在基于數(shù)字軌道電路列控系統(tǒng)FZL100型的基礎(chǔ)上，升級而成的新一代CBTC系統(tǒng)。主要組成為:①基于通號集團(tuán)國產(chǎn)的中心和車站ATS子系統(tǒng);②基于通號集團(tuán)國產(chǎn)的DS6-60型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng);③軌旁ATP/ATO設(shè)備，采用的是通號集團(tuán)國產(chǎn)的DS6-60型區(qū)域控制器設(shè)備、LEU和應(yīng)答器設(shè)備以及車-地通信環(huán)線設(shè)備;④基于通號集團(tuán)國產(chǎn)的FZL.Z20型車載ATP/ATO設(shè)備;⑤數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)，有線通信網(wǎng)絡(luò)采用基于標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的SDH骨干傳輸設(shè)備和高端的交換設(shè)備，無線通信網(wǎng)絡(luò)采用基于WLAN協(xié)議的無線接入設(shè)備。

該系統(tǒng)特點(diǎn):①能夠提供包括 ATS、聯(lián)鎖、ATP、ATO、無線及監(jiān)測設(shè)備在內(nèi)的系統(tǒng)解決方案，且該系統(tǒng)還具有較高的自動化水平，可實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)行、時刻表、自動調(diào)整、自動進(jìn)路等功能;②由于加裝了TWC環(huán)線，系統(tǒng)的點(diǎn)式后備模式可實(shí)現(xiàn)3 min的列車追蹤間隔要求，提高了運(yùn)行效率;③支持不同類型、不同控制等級的列車混運(yùn)，系統(tǒng)可自動識別上述列車，并自動提供相應(yīng)的間隔防護(hù);④ATS可實(shí)現(xiàn)中心及本地兩級控制，在ATS完全故障的情況下，可自動轉(zhuǎn)換至聯(lián)鎖設(shè)備控制，對行車調(diào)度具有很高的可用性。

FZL300型CBTC部分子系統(tǒng)已通過了歐標(biāo)SIL4級認(rèn)證，還有一些子系統(tǒng)將相繼通過勞氏安全認(rèn)證。該系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)平臺在伊朗地鐵，唐山中低速磁浮試驗(yàn)線，長春輕軌3、4號線等工程中均有應(yīng)用。

4 iCBTC系統(tǒng)

iCBTC系統(tǒng)是卡斯柯信號有限公司通過引進(jìn)國外技術(shù)，經(jīng)消化吸收再自主創(chuàng)新研發(fā)，且日趨成熟的基于車-地雙向無線通信的移動閉塞控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由:區(qū)域控制器/線路中心單元ZC/LC;數(shù)據(jù)存儲單元DSU;聯(lián)鎖CI;中心及車站ATS;車載控制器CC;LEU等軌旁設(shè)備構(gòu)成。

該系統(tǒng)的特點(diǎn)為:①后車的地址終端 (EOA)可以是前車的尾部，不用劃分虛擬區(qū)段，真正實(shí)現(xiàn)了移動閉塞;②只需要2條網(wǎng)線即可實(shí)現(xiàn)車載設(shè)備首尾熱備，簡化了接口與維護(hù)成本;③其ATS系統(tǒng)在國內(nèi)地鐵已廣泛應(yīng)用，且與各個廠家進(jìn)行過接口，擁有更貼近用戶習(xí)慣的操作界面;④適用空間波和波導(dǎo)等多種方式的車-地通信方式，并支持這2種方式在同一線路上的混合配置。

該系統(tǒng)不計(jì)劃進(jìn)行點(diǎn)式的安全認(rèn)證，其研發(fā)設(shè)計(jì)是將點(diǎn)式與CBTC融合，統(tǒng)一進(jìn)行安全認(rèn)證。目前該公司正在與上海申通地鐵公司合作，在上海10號線開展工程化應(yīng)用。

5 實(shí)際應(yīng)用中一些需要注意的問題

1．車載冗余控制的轉(zhuǎn)換問題。有的車載設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)首尾互為冗余，有的不冗余，只是單端采用二乘二取二或三取二結(jié)構(gòu)的車載ATP冗余設(shè)備。當(dāng)車載設(shè)備采用首尾互為冗余時，其車載冗余轉(zhuǎn)換的同步問題不得影響系統(tǒng)的正常工作。

2．前后車運(yùn)行聯(lián)動的問題。目前系統(tǒng)雖然支持不同控制級別列車的混跑，但當(dāng)CBTC級別的列車追蹤點(diǎn)式列車，或點(diǎn)式列車追蹤C(jī)BTC列車時，其前車車載設(shè)備在不同的故障情況下、前車在不同控制級、不同駕駛模式下運(yùn)行對后車運(yùn)行的影響，以及前后車追蹤間隔的設(shè)置等，都是必須要解決的問題。

3．闖紅燈防護(hù)的問題。在點(diǎn)式級別下，由于沒有連續(xù)的車-地通信，而應(yīng)答器的作用范圍有限，司機(jī)很難做到對列車的誤啟動保護(hù)，有些廠商(如交控科技)采用作用范圍為4～5 m的環(huán)線應(yīng)答器，可對列車誤啟動起到有效防護(hù)。建議將此方式作為解決闖紅燈防護(hù)這一問題的標(biāo)準(zhǔn)來參考。

4．車-地?zé)o線傳輸及同站臺換乘車站無線干擾的問題。車-地之間的無線傳輸對信號傳輸質(zhì)量穩(wěn)定性的影響，以及現(xiàn)場不同系統(tǒng)的復(fù)雜信號干擾對線路開通調(diào)試帶來的困難，甚至在運(yùn)營階段由于通信不穩(wěn)定而導(dǎo)致的列車緊急制動等問題，在系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計(jì)階段應(yīng)盡早引起注意。

5．CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通的問題。CBTC系統(tǒng)的互聯(lián)互通是未來城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)和運(yùn)營管理的要求，各方合作推進(jìn)編制一套適合我國的CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通技術(shù)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)不同廠商地面設(shè)備與車載設(shè)備間的互聯(lián)互通，將更有助于CBTC國產(chǎn)化的發(fā)展。

6 結(jié)束語

我國軌道交通已步入“黃金發(fā)展時期”，為擺脫國外的技術(shù)壟斷，提升我國城市軌道交通信號技術(shù)國產(chǎn)化水平，攜手國內(nèi)合作伙伴打造國產(chǎn)先進(jìn)、安全、可靠、完整的城市軌道交通信號系統(tǒng)，對降低城市軌道交通的建設(shè)投資和運(yùn)營成本，推動我國城市軌道交通事業(yè)的健康發(fā)展，具有重大意義。

［1］ 曾小清，王長林，張樹京．基于通信的軌道交通運(yùn)行控制［M］．北京:同濟(jì)大學(xué)出版社，2007．

［2］ 唐濤，郜春海，李開成，等．基于通信的列車運(yùn)行控制技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略探討［J］．都市快軌交通，2005，18(6):25－29．

［3］ 朱翔．實(shí)現(xiàn)基于通信的列車控制互聯(lián)互通的若干思考［J］．城市軌道交通研究，2006(9):6 －8．

［4］ 徐智群，周平．向無線CBTC城市軌道交通列車控制系統(tǒng)演進(jìn)［J］．上海信息化，2005(6):32－33．