基于CBTC地铁车载控制系统的应用

摘 要：文章阐述了安萨尔多所研制的基于CBTC地铁列车控制系统的构成和基本功能，并详细介绍了系统车载部分ATP与ATO的功能和特点。

关键词：CBTC；ATP；ATO

1 安萨尔多CBTC列车控制系统

由安萨尔多公司研制的基于无线通信的移动闭塞列车控制系统，即CBTC列车控制系统，采用无线通信媒体来实现列车和地面设备的双向、连续、大容量数据信息传输，利用计算机、速度传感器、定位信标等检测设备进行列车定位。在保证系统安全的同时，通过改善位置分辨能力和移动授权的更新率，缩短列车间隔，由6分钟减少到3分钟；车门对准屏蔽门的误差将由50cm缩短至30cm；准点率达到99.5%。

2 安萨尔多CBTC车载控制系统

安萨尔多CBTC列车控制系统由列车自动监控（ATS）系统、列车自动防护（ATP）系统、列车自动驾驶（ATO）系统、计算机联锁（CBI）子系统、数据传输（DCS）子系统等组成。

CBTC车载控制系统提供ATP和ATO功能，负责确定列车速度和位置、超速保护、紧急制动、列车停靠、方向控制、安全的车门控制、CBTC运行模式等。车载控制系统设备包括车载控制器（CC）和速度传感器、查询应答器主机（TI）天线、司机操作显示单元（TOD）和移动无线设备（MR）天线。CC与速度传感器、TI主机和TOD接口，以确定列车的位置，显示驾驶信息，设备状况，并给司机报警。图1为车载控制系统设备图。

图1 车载控制系统设备图

本系统采用开放式架构的数据传输子系统，采用802.11g来提供更大的带宽和更强的抗干扰的数据通信能力；采用802.11i无线网络技术来保障安全，阻止未授权用户进入网络；防火墙提供额外的防护措施来抵御恶意攻击。

MR用于车载设备和轨旁设备之间传输数据。ATP和ATO子系统通过两个独立的以太网连接到MR。A、B网同时工作，当一端通信中断时，系统会接受另一端的车地通信信息，以保证车地通信的可用性，实现冗余车载网络的交换和扩展。以太网扩展设备ESE利用双绞电缆彼此连接，实现车厢之间的网络通信。

当列车经过信标时，储存在其中的信息通过应答器天线发送给TI主机。主机接收到报文后进行解码，将解码后的数据用两个不同的通道传送给CC。CC将会关联来自TI主机的诊断信息、磁场强度信号和信标正在读取的信息来判断TI主机是否故障。

随着车轮轮齿的转动，当传感器经过轮齿的时候会输出数字脉冲。这些脉冲由硬件计数器来计数，可以在给定周期内测试速度。系统采用独立的模块测量列车的位移和速度。即使其中一个速度传感器部分失效，CC也会正常工作。2个光电速度传感器和4个加速度计（2个数字型和2个模拟型，以避免共模故障），用于速度测量和车轮空转/打滑的补偿。一旦检测到空转/打滑，CC将利用速度传感器上一次的安全速度和位置，通过加速度计测量出来的加速度来更新列车速度和位置，位置误差通过信标来消除。

每个处理器有四个处理模块：应用处理器模块（App），比较处理器模块（VO），交互式存储处理器模块（ME），接口处理器模块 （CPL）。App用于计算，VO对数据结果进行检查，ME实现数据共享，CPL主要处理数据的输入和输出。处理器采用3取2比较结构，通过各自的APP模块独立运算，相互通过ME模块交换结果，再通过VO模块表决，保证三个计算机至少有两个的结果一致。如果表决同意，处理器会通过通信模块发送控制信号给列车，允许列车继续运行。这也就是保证在单点故障时的安全运行的冗余方式。

3 ATO与ATP子系统

ATP子系统是保证列车运行安全的系统，它根据线路数据、列车临时限速信息、联锁设备提供的列车进路信息，提供列车运行间隔控制、超速防护、车门和站台屏蔽门监督等安全防护功能，且符合故障-安全原则。

ATO子系统在非人工状态下通过控制牵引和制动力来控制列车运行，列车按运行图规定的区间走行时分行车，自动完成列车启动、加速、巡航、惰行、减速和停车的合理控制。

ATO子系统为热备份，即当主ATO单元故障时，能够自动从主ATO单元切换到备用ATO单元。“热备份”在这里是指主备两套ATO单元运行完全相同的软件，获得相同的传感器输入，独立进行运算；但是同时只有一套ATO单元作为主机和其他子系统如ATP、车辆、TOD、ATS等交互，备用ATO不提供任何输出。仅当检测到当前主ATO单元发生任何故障时，并且列车完全停车后，能够自动进行切换，这样，就避免了影响运行，或司机进行一些不必要的操作。

ATO和ATP分别运行于独立的CPU处理器中，彼此通过高速PCI总线连接。系统采用连续速度-距离曲线控制模式进行闭塞设计。当列车运行速度接近ATP最大允许速度时，车载设备产生声光报警，并采用常用制动降低列车速度。采用常用制动时，系统连续地检查列车的制动率，如常用制动率达不到规定值，或车速未按要求进行减速而列车速度达到ATP紧急制动触发曲线速度时，实施紧急制动。

4 结束语

基于CBTC的车载控制系统采用统一标准，易于实现互通互联；硬件冗余，保证了高可靠性；实现了车-地之间的双向、实时、高速、可靠、安全的移动通信，完成了列车超速防护，保证列车以最小间隔安全运行。该系统已成功应用于沈阳、西安、杭州、郑州、成都等城市。

参考文献

[1]张莲子.沈阳地铁一号线信号系统车载控制器简介[J].企业技术开发，2010，29（2）.

[2]蔡爱华，季锦章.地铁信号系统的现状及发展趋势[J].电子工程师，2000（5）.

[3]彭晋明.成都地铁1号线CBTC系统[J].电力机车与城轨车辆，2009（2）.

作者简介：金丽美（1982-），女，蒙古族，辽宁省阜新市，沈阳铁路信号有限责任公司，工程师，硕士研究生，研究方向：微电子。