TSTCBTC2.0信号系统特点及应用

刘义强

（上海电气泰雷兹交通自动化系统有限公司，上海 200000）

1 CBTC2.0 开发背景

地铁在运营过程中，会因区域控制设备故障或者车地通信故障，导致大面积的列车需要降级为点式模式运营。系统在降级过程中，从故障识别，应急处置，到故障恢复，导致部分列车至少停在区间半小时，容易引起乘客恐慌。同时，在后续降级点式模式下运营间隔将大幅度增大，影响运营效率。CBTC2.0 则采用双套CBTC 系统，不再用降级点式作为后备运营模式，当单套区域控制设备故障时，不再对运营产生任何影响，提高运营效率。

2 CBTC2.0 产品特点

2.1 最大程度地保证系统可用性

CBTC2.0 所有子系统均采用相互独立的双子系统，双子系统独立工作，不互相依赖，同时双子系统又相互冗余，可以无缝切换，系统单套故障可由备用CBTC 系统继续维护列车自动防护（Automatic Train Protection，简称ATP）模式/列车自动驾驶(Automatic Train Operation，简称ATO)模式，可以认为是以CBTC 作为CBTC 的后备。因此传统的联锁点式后备不再需要，从而不再依赖轨旁信号机及计轴区段状态，极大减少维护工作以及维护难度。

2.2 列控/联锁一体化，精简点式后备，提高安全性

通过区域控制与联锁集成，突破了传统联锁叠加列车自动防护系统中，联锁系统固有对系统性能的限制，减少中间接口，加快系统响应时间。同时，依旧契合中国联锁功能 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 和要求，贴近城市轨道未来发展趋势车车通信减设备的目标。

2.3 以车为本，以资源为中心，保持高自动化模式运行，支持全自动无人驾驶

设计在轨旁资源分配上关联到列车，一车一进路，对于调度操作上会更加安全、灵活，以车为本的特点与车车通信系统的以车为中心的控制理念更加贴近。

2.4 高性能，双向ATP/ATO 运营

CBTC 模式不依赖于联锁进路，信号机可以在任意地点任意方向运行，灵活换端，并提供全方位的列车ATP 防护。这个设计可以有效避免当列车前方发生不可控灾难时，不会因为没有反向的联锁进路导致列车无法反向安全运行，可以保证列车快速安全地运行至安全区域。

3 CBTC2.0 移动闭塞的原理

3.1 列车定位

列车的定位分为一级定位和二级定位。一级定位是通过安装在轨旁的定位信标以及车载控制单元（Vehicle Control Unit，简称VCU）测速测距系统来实现的。通过连续的通过两个定位信标来确定列车位置以及运行方向且时时更新列车位置，通过区间分布的校准信标不断校准、更新列车的轮径。二级定位则是通过安装在轨旁的计轴检测点来实现的，是实现固定闭塞的基础，对于CBTC2.0 系统只有当列车失去通信时，才采用二级定位来判断列车位置。

对于静止或者运行的通信列车来说，虽然车身长度固定，但实时的位置是通过列车速度传感器以及轨旁布置的定位信标计算得到的，必然存在较小的误差。同时列车存在潜在的倒溜以及预期的列车到达的位置。所以在计算列车移动授权时需要计算列车的包络，以整个包络作为列车目前的位置如图1 所示。

图1 列车定位包络计算

对于静止或者运行的非通信列车来说，列车在断通信后60s，系统就会定义列车为非通信障碍物（Non Communication Obstacle，简称NCO）。与通信列车包络相比，如果非通信列车包络相邻的区段是非空闲状态时，由于无法判断非通信列车是否在运动，所以非通信的车包络会延伸到相邻非空闲区段，在计算移动授权时系统会将整个包络作为非通信车的位置。

3.2 进路排列

CBTC2.0 进路排列的方式是以车为本，列车自动监督系统（Automatic Train Supervision，简称ATS）把进路请求发给轨旁移动授权单元（Movement Control Unit，简称MCU）。进路的请求主要包括：路径ID、方向、列车ID、进路起点以及目的地。MCU 会确认进路请求的有效性并提供移动授权。对于通信列车授权进路会基于列车位置逐段解锁，而对于非通信列车授权进路则基于区段占用/出清解锁。对于日常运营中分配了班次或运行线的列车，列车到达目的地或者进路触发位置，ATS 将发出新的进路请求给MCU。

3.3 移动授权

CBTC2.0 支持通信列车、装备故障列车及非装备列车混合运营。受控列车具备连续的列车自动防护ATP/ATO，遵循移动闭塞原则行车。非受控车具备点式列车自动防护（Intermittent ATP， 简称IATP），根据轨旁信号机显示遵循固定闭塞原则行车。

对于移动闭塞来说，允许列车以ATP/ATO 模式进入的区域即为列车的移动授权（Limited Movement Authorization，简称LMA），LMA 终端将根据当前运行方向前方的第一个障碍物进行定义，障碍物的类型可以是通信/非通信的列车，其他列车的LMA，占用的轨道区段或没在要求位置上的道岔。

移动授权的实现的过程如图2 所示。首先，ATS为列车请求到车站的进路并发送进路给轨旁的移动授权单元MCU。其次，MCU 锁闭进路中的道岔，并预留列车到车站的进路或到最近的障碍物的进路。最后，MCU 计算移动授权LMA、开放信号机，并发送给列车。

图2 移动授权过程图例

4 CBTC2.0 移动授权的应用场景

4.1 应用场景1：LMA 的基本场景

给停放在站台A 的列车1 排列一条ATS 进路到站台B，轨旁MCU 通过控制轨旁设备控制单元(Equipment Control Unit，简称ECU)输出信号命令将列车前方的信号机的绿灯继电器驱起，使信号机显示绿色允许信号。列车压过绿灯信号机后，MCU 再通过ECU 将信号机变为禁止信号，当列车车尾离开信号机超过50m 后，如果后续列车再有信号请求，则MCU 会根据ATS 请求以及轨旁资源重新开放信号机信号。当列车继续前进至ATS 进路终端后，ATS 进路请求、MCU 预留的保护进路以及LMA 会自动解锁移除（见图3、图4）。

图3 进路排列移动授权及信号开放

图4 列车到达目标位置移动授权移除

4.2 应用场景2：LMA 越过道岔的场景

给停放在站台B 的列车1 排列一条ATS 进路到站台C，轨旁MCU 判断ATS 进路请求，通过ECU 开放列车前方的信号机。当列车继续向前运行至触发区段后，MCU 首先判断前方道岔的位置是否是在进路需求的位置，道岔资源是否被其他进路占用或有故障，当道岔可以满足进路需求位置，MCU 会通过ECU控制道岔电路将道岔扳动到需求位置，并联锁锁闭道岔，同时通过ECU 开放道岔前的防护信号机。当列车运行至目的地站台C 后，ATS 进路、MCU 保护进路及LMA 释放并移除（见图5）。

图5 越道岔移动授权分部延伸

4.3 应用场景3：双向LMA 的场景

先给停放在站台D 的列车2 排列一条ATS 进路到站台B，再给列车1 排列到站台B。列车2 的LMA 优先到达站台B，列车1 的LMA 受限于列车2 的LMA 会到达不了站台B。列车2 最终会停靠在站台B，并移除ATS 进路以及LMA。列车1 会根据LMA 贴近站台B，并在LMA 到达的最远点停车，直到满足LMA 延伸到站台B 之后，列车1 会重新获取目标距离以及推荐速度（见图6）。

图6 双向移动授权延伸机制

4.4 应用场景4：两列车追踪LMA

先给停放在站台B 的列车1 排列到站台D，再给停放在站台A 的列车2 排列到站台C 的进路。列车1的进路在检查完道岔条件后，MCU 预留以及LMA 会直接延伸到目的地站台D，对于列车2，由于列车1 一开始在B 站台，所以列车2 的LMA 受限于列车1 的位置，列车2 的MCU 预留会延伸到列车1 的尾部，随着列车1 移动，移动中的列车2 的LMA 以及MCU 预留会不断延伸，同时，由于一开始列车1 的ATS 进路把道岔转到了反位，当列车1 到达站台D 进路解锁后，道岔联锁锁闭解锁，此时列车2 的MCU 预留在不断延伸过程中，会控制轨旁ECU 输出命令，将道岔转到定位，使列车2 的LMA 以及MCU 预留最终到达目的地站台C（见图7）。

图7 追踪移动授权延伸机制

4.5 应用场景5：跨边界的LMA

给列车1 排列站台A 到站台B 的进路，MCU1 建立LMA 到边界，一旦LMA 到达边界，MCU1 将请求LMA 延伸，MCU1 通过轨旁的ATP 骨干网将数据传输 给MCU2，MCU2 计 算列 车1 的MCU 预留以及LMA。 一旦列车即将接近边界时，列车VCU 与MCU2 建立连接后，MCU2 将本控区内的MCU 预留以及LMA 发送给列车1 的VCU，VCU 将连接两个LMA（见图8）。

图8 跨边界移动授权交接机制

5 结语

TSTCBTC2.0 在可靠的双冗余设计情况下，首次采用联锁/列控一体化设计理念，将更多的功能及计算集成到MCU 中，减少传统联锁在列车运行中的参与，以车为中心的设计理念，安全的列车定位计算以及独特的移动授权机制，在一定程度上不再依靠古板的联锁表保证列车运行安全，未来在5G、列车定位、环境感知、人工智能等大数据平台基础的加持下，能够实现无联锁且可靠高效的运营。

-全文完-