城市轨道交通信号与通信系统 模块7 城市轨道交通CBTC系统

3）车载数据通信网络 车载数据通信网络由车头驾驶室网络部分和车尾驾驶室网络 部分组成。车头和车尾驾驶室网络部分分别由车载无线网络 单元、车载天线、车载网络交换机和车载CBTC系统设备组成。 4）车地双向通信网络 DCS的车地双向通信网络是沟通车载数据通信网络与轨旁数 据通信网络的渠道，可以实现车地之间的双向通信。
（1）在正常运营条件下，该工作站用于实现ATS车站工作 站的功能，监视和控制列车的运行设备及轨旁设备。 （2）在降级运营模式下，若ATS不可用，则该工作站还具 有本地控制工作站的功能。 该工作站通常控制的仅仅是本联锁区。 7.数据通信子系统 1）轨旁数据接入网络 轨旁数据接入网络主要由轨旁接入交换机、轨旁（access point，AP）、光电转换器、天线、连接线缆、供电部分 设备、保护箱设备组成。轨旁接入交换机通过冗余的以太 网络与骨干交换机相连。 2）轨旁数据骨干网络 轨旁数据骨干网络由骨干交换机和传输设备组成。传输设 备之间组建传输环(resilient packet rings，RPR)，骨干交 换机链接到本站及本网的传输环上。这些骨干交换机和传 输环设备安装在环路各处的信号设备室（如设备集中站和 控制中心）内。
6.车门、屏蔽门的监督检查和开启授权 通过与车辆的接口，车载控制器实时检查车门的关闭状态，如 果在列车运行中，车门关闭信号丢失，则列车将施加FSB。如果 车载控制器发现前方车站的屏蔽门未处于关锁状态，将不允许 列车进入车站；同样，当列车停站时，在未检查到屏蔽门关闭 前，车载控制器将不允许列车启动。 车载控制器在发送车门和屏蔽门开门允许信号前，将检查以下 条件：列车处于零速状态、列车已对准站台的正确位置、列车 已切除牵引、列车已实施常用制动。若能满足上述这些条件， 则正确侧列车车门就会接收到开启指令并打开。 7.列车完整性监督 通过与车辆接口，车载控制器会实时检查列车完整性信号。当 车载控制器检测到列车完整性丢失信号时，将实施EB。一旦列 车完整性丢失，车载控制器还将禁止所有CBTC运行模式。
学习目标
（1）了解轨旁子系统的组成。 （2）了解车载子系统的组成。 （3）掌握ATP子系统的主要功能。
轨旁子系统主要由ZC组成。ZC接收由其控制区内列车发出的位置 信号，根据所有已知障碍物的位置和运行权限来确定其区域内所有 列车的运行权限。障碍物包括其他列车、封闭区段、失去状态的道 岔及任何外部因素。ZC也回应相邻ZC的授权申请。在系统配置中， ZC与Microlok Ⅱ接口，Microlok Ⅱ还执行传统的联锁功能。 ATP的轨旁设备配置如图7-2所示。其中，RI表示继电器接口 （relay interface），BS表示骨干交换机（backbone switch）， AS表示接入交换机（access switch），ACS表示计轴系统（axle counting system）。
1.车载控制器设备柜 车载控制器设备柜包括两套自动列车防护和运行（ATP/ATO）机笼、一个 车载无线电台、一个应答查询器主机、两个模拟加速度计（安装在CC机柜 底部）、两个数字加速度计（安装在CC机柜底部）、三个安全继电器和连 接器（用于和列车系统接口）、一个电池滤波板、一个设备架、一组风扇。 其中，模拟加速度计的功能是当空转或滑行开始时，列车利用空转或滑行 开始前的速度（利用加速度计进行补偿）来计算当前的速度和位置，一旦 空转或滑行结束，速度和位移的测量将切换回速度传感器；安全继电器的 功能是控制EB回路和CC的安全输出，使用双线双断确保EB回路能够在系统 出现问题时立即断开并触发EB。 2.MR天线 在列车每端安装有一个MR（在CC机柜内）和两个MR天线。MR是车载无 线设备，用来在车载设备（如ATP 和ATO）和轨旁设备间传输数据。车载 ATP和ATO子系统通过两个独立的以太网连接到MR。CC的以太网扩展设备 （集成在以太网延长器板上）利用双绞线彼此连接，实现车厢之间的网络 通信。
相关案例
××××年××月××日××时××分，××地铁××号线的102车在下行线运行 时无法建立IATP/ATP模式，下线回段。随后由场内热备115车上线替其 开后续车次。处理过程为：102车回段后，工班人员立即上车查看故障， 经检查后发现车载控制器内各板卡工作正常，模拟列车通过信标能够正 常读取，将测试计算机连接到车载控制器后，发现速度传感器2的3组通 道无数据输出，确定故障原因为速度传感器硬件故障，更换速度传感器2 后，用测试计算机检查发现数据输出正常，故障消除。由此可知其故障 原因为：102车1端的速度传感器2发生故障，列车速度计算出现错误， 定位系统误差累计过大，导致列车无法建立IATP/ATP模式。
2.速度测量 实现速度测量的主要设备有速度传感器、加速度计和车载控制器。其中， 速度传感器用来实时测量车轮的转动；加速度计用来对列车的空转打滑进 行监督和补偿；车载控制器根据速度传感器传来的车轮的转动信号及加速 度计的补偿信息，实时计算列车的速度。
3.空转和打滑 车载控制器会对速度传感器和加速度计输入数据的一致性进行 监测。当探测到空转或打滑现象时，车载控制器会把根据加速 度计上的实际加速率或减速率计算出的速度值作为现有速度， 并且在检测到信标后，对列车的位置进行校正。
4.车载控制器子系统 车载控制器包括基于微处理器的控制器、相关速度测量及位 置定位传感器（在地面应答器的辅助下）。车载设备与列车 的各子系统接口，并通过数据通信子系统与ZC接口。车载控 制器负责列车定位、执行允许速度、执行移动授权及其他有 关的ATP 和ATO功能。 5.联锁控制器 Microlok Ⅱ负责安全执行传统联锁功能。Microlok Ⅱ从辅 助列车检查计轴系统中获得列车位置信息。Microlok Ⅱ与 轨旁设备（如转辙机、LED信号机等）接口。为了保证正确 的CBTC运行，Microlok Ⅱ还与ZC接口。 6.集成了ATS车站工作站和本地控制工作站功能的工作站 集成了ATS车站工作站和本地控制工作站（ local control workstation，LCW）功能的工作站位于设备集Fra bibliotek站的车控 室内。
ATP子系统是整个ATC系统的安全核心，负责整个ATC系统中 涉及安全的所有方面。其主要功能如下：
1.列车定位 实现列车定位的主要设备有车载控制器、信标读取系统、速度传感器和加 速度计、地面信标等。 其中，车载控制器首先通过初始化定位信标确定进入系统的位置，然后根 据实时计算的列车速度计算列车走行的距离，并在每经过一个地面静态信 标时，对列车的位置进行修正。 列车顺序通过连续的、至少间隔34 m的、无岔区段上的两个静态信标来完 成列车的初始化定位。定位过程不依靠车地无线通信、ZC及联锁子系统。
3.数据存储单元 数据存储单元（database storage unit，DSU）用于保存轨道数 据库数据。轨道数据库是用于描述列车运行轨道线路的数据库， 其内容包括线路坡度、曲线、车站（站台）设置、折返线（存车 线）设置，轨旁信号机、道岔、计轴点、信标点设置，以及屏蔽 门、防淹门等所有与运行线路相关的数据基础文件。 轨道数据库同时存储在ZC和CC中，ZC根据轨道数据库计算列车 的安全授权点V MAL和非安全授权点NV MAL，CC确定列车 的运行速度防护曲线，计算运营停车点和折返点，确定列车正确 的开门侧等。其中，MAL（movement authority limit）为移动 授权的英文缩写，为便于轨道数据库的管理及在线更新，轨道数 据库也存储在数据存储单元FRONTAM（front and maintenance）或DSU中。
城市轨道交通CBTC系统是支持移动闭塞的列车运行控制系统，它不仅适 用于新建的各种城市轨道交通，也适用于旧线改造、不同编组运行及不 同线路的跨线运行。近年来，随着通信技术的发展，尤其是无线通信、 计算机网络技术和数字信号处理技术的迅速发展，以及信号系统的冗余、 容错技术的完善，城市轨道交通CBTC系统也得到了长足的发展。基于感 应环线通信的移动闭塞CBTC系统，在我国也已运用于城市轨道交通；而 基于无线（radio）通信移动闭塞的CBTC系统，已经在国外多个城市轨 道交通中被采纳，我国一些大城市的城市轨道交通也已选用这种制式。 本模块主要介绍基于无线（radio）通信移动闭塞的CBTC系统。
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城市轨道交通CBTC系统的基本架构如图7-1所示。
1.列车自动监控子系统 ATS子系统用于行车监视和控制。
2.区域控制器 ZC安装在轨旁，是基于处理器的安全控制器。每个ZC 通过DCS和车载控制器（carborne controller，CC） 连接。ZC通过运用CBTC的移动闭塞概念，确保列车的 安全运行。ZC基于已知的障碍地点和预计的交通荷载， 确定预定义区域内所有列车的移动权限。ZC接收临时 限速（temporary speed restriction，TSR）指令及该 区域内列车发出的位置信息。ZC与计算机联锁 Microlok Ⅱ接口，以控制和表示轨旁设备。
4.轮径补偿 车载控制器通过静态线路数据库中定义的两个静态信标，对速 度传感器中得到的车轮走行距离（车轮转动的圈数）和数据库 中的这两个静态信标的固定间距进行比较，从而计算出车轮的 精确轮径。这两个静态信标要求安装在平直的轨道上，以避免 因列车的空转或打滑而影响测量精度。
5.移动授权、速度监督和超速防护 车载控制器会实时地将测定到的列车位置传给ZC。ZC通过掌握其 控制区内所有列车的准确位置，包括通过联锁得知的计轴区段的占 用（空闲）状态、道岔锁闭状态、屏蔽门状态、防淹门状态等信息 为其辖区内的每列CBTC列车计算移动授权点并发送给车载控制器。 同时，车载控制器也通过ZC获得前方的进路锁闭状态、计轴区段等 轨旁状态的信息，并根据车载线路地图计算出车载控制器的ATP防 护曲线，最终根据ATP防护曲线进行列车的速度监督和超速防护。 移动授权确定的依据是前方CBTC列车的后端，包括位置不确定性， 前方非CBTC列车占用计轴区段的末端，轨道终点，未锁闭进路的 始端，失去表示的道岔，封锁区段的边界，CBTC区域边界，其他 禁行区域（如紧急关闭、安全门打开时的站台区域）。
3.查询器主机及天线 每辆列车的每个CC都装备有一套应答查询器主机和应答查询器天线。 4.光电速度传感器 光电速度传感器安装在拖车车厢非动力轴的一轴和四轴，速度传感器电缆 通过匹配连接器接到CC。 光电速度传感器的功能是随着车轮轮齿的转动，当传感器经过轮齿时会输 出数字脉冲。这些脉冲由硬件计数器来计数，从而可以在给定的周期内测 试速度。 5.列车司机显示器 列车司机显示器的报警器在超速时会发出持续的声音。显示器的实际布局 在设计联络阶段完全按运营需求设置。TOD可接收两路冗余的以太网连接； TOD显示信息包括但不限于停站时间结束、车载设备状态、当前驾驶模式、 超速、速度表和目标距离（至限速点或停车点）。 6.模式开关 模式开关包括ATO模式、ATB模式、IATP模式、ATP模式、RM模式。
CONTENTS
学习目标
（1）掌握城市轨道交通CBTC系统的基本架构和组成。 （2）掌握列车驾驶模式。
城市轨道交通CBTC系统正线信号系统采用基于无线通信的 具有完整ATC功能的列车控制系统，同时还提供了连续式 ATP功能丧失情况下的点式ATP列车超速防护系统。城市轨 道交通CBTC系统包括ATP子系统、ATO子系统、ATS子系统、 CBI子系统和DCS。
车载子系统（前端或后端驾驶室）包括车载控制器设备柜、两个车载无线 电台（mobile radio，MR）天线、一个应答查询器（transponder interrogator，TI）主机及应答查询器天线（transponder interrogator antenna，TIA）、两个光电速度传感器、一个列车司机显示器（train operator display，TOD）、两个模式开关等。
学习要点
（1）掌握城市轨道交通CBTC系统的基本架构和组成。 （2）掌握列车驾驶模式。 （3）了解轨旁子系统的组成。 （4）了解车载子系统的组成。 （5）掌握ATP子系统的主要功能。 （6）了解ATO子系统的组成。 （7）掌握ATO子系统的主要功能。 （8）了解ATS子系统的组成。 （9）掌握ATS子系统的主要功能。 （10）了解ATS子系统与其他子系统的接口。