CBTC系统的列车管理过程分析

CBTC系统的列车管理过程分析

王威

杭州市地铁集团有限责任公司运营分公司浙江杭州310000

摘要：基于通信的列车运行自动管理（CBTC）系统能够实现列车自动追踪运行，缩小行车间隔，提高运营效率，是目前城市轨道交通列车运行自动管理（ATC）系统的首选方案。

关键词：城市轨道交通；CBTC；列车管理

引言

随着社会的不断进步，城市轨道交通已经变为我们生活中必不可少的一部分，目前正处于飞速发展的阶段。CBTC系统与传统的信号系统TBTC相比在安全性和可靠性上有了很大的提升，已经成为当今世界城市轨道交通列控系统的发展趋势。ZC作为CBTC系统的核心地面设备，实时的与CBTC系统的其他子系统进行通信，通过提供移动授权实现列车管理。在ZC开发前利用形式化方法对其进行建模和验证，可以识别出系统中可能存在的安全隐患或权限。因此，在系统开发早期对系统的需求进行分析是很有必要的。

1概述

TRAINGUARDMT车载设备（OBCU）依靠车载雷达、里程计（OPG）、轨旁应答器和车载应答器天线实现列车精确定位，并通过无线WLAN车地传输通道接收轨旁列车自动防护系统（WCU_ATP）发送的移动授权和列车控制命令对列车进行监督和控制。

图1列车登录流程图

1.1CBTC列车管理等级

TRAINGUARDMT具有联锁管理等级（IXLC）、点式列车管理等级（ITC）和连续式列车管理等级（CTC），其中ITC管理等级是CTC管理等级的后备模式。TRAINGUARDMT还具有列车自动运行、ATP监督的人工驾驶、无ATP监督的人工驾驶和列车自动折返运行等多种列车驾驶模式。CBTC各种列车管理等级和驾驶模式可根据运营需要以及管理设备和列车运行状态进行相互切换。

CTC等级具有列车自动驾驶模式（AM）和列车自动折返模式（AR）；ITC和CTC等级都具有ATP监督的人工驾驶模式（SM），即SM_ITC和SM_CTC；IXLC等级具有限制人工驾驶模式（RM）和非限制人工驾驶模式（NRM）。

（1）对于在联锁管理区域（IXLT区域）内运行的列车，以及在点式列车管理区域/连续式列车管理区域（ITCT/CTCT区域）以RM模式运行的列车，OBCU不监督移动授权。

（2）在点式管理等级下，OBCU通过应答器接收WCU_ATP发送的移动授权和列车管理命令，监督列车以固定闭塞方式运行。

（3）在连续式管理等级下，OBCU通过无线WLAN车地传输通道接收WCU_ATP移动授权和列车控制命令，连续监督和管理列车，允许列车以移动闭塞方式实现追踪运行。

图2列车正常运行流程图

1.2列车管理区域

TRAINGUARDMT将线路划分如下多个管理区域。

（1）联锁管理区域（IXLT区域）。在IXLT运行的列车由司机根据轨旁信号人工驾驶列车以RM或NRM驾驶模式运行，列车运行的安全由联锁系统和司机保证。

（2）点式列车管理区域（ITCT区域）。在ITCT运行的列车通过可变数据应答器接收WCU_ATP发送的移动授权（ITC_MA）和列车管理命令。

（3）连续式列车管理区域（CTCT区域）。在CTCT运行的列车通过无线WLAN车地传输通道接收WCU_ATP发送移动授权CTC_MA和列车管理命令，允许列车以移动闭塞方式实现追踪运行。

1.3列车管理等级切换

列车根据运行区域的管理等级、驾驶模式、移动授权命令及车地通信设备的状态，可从一种驾驶模式/管理等级切换到另外一种驾驶模式/管理等级（升/降级），并且列车管理等级的切换过程可在列车驾驶室显示屏（HMI）上显示。切换原则如下。

（1）列车从一个管理等级区域驶入相邻管理的等级区域时，为了避免列车处于非防护状态，列车驶离前一个管理区域之前，下一个管理区域的WCU_ATP设备首先被激活，相邻2个管理区域的WCU_ATP同时管理列车运行。当列车驶入相邻管理区域后，前一个区域控制权被释放，实现管理区域的转换和控制等级的切换。

（2）列车可自动从较低管理等级向较高管理等级切换（IXLC→ITC→CTC）。较高管理等级向较低的管理等级的切换需要司机确认。

（3）在CTCT/ITCT区域，OBCU优先选择可用的和最高级别的管理等级。2ZC列车管理运行过程分析。

图3列车注销流程图

2.1列车管理过程

从列车上电到返回车辆段，ZC通过把列车分为三个过程进行管理，分别为：列车登录、列车正常运行和列车注销。当CBTC子系统间发生通信故障或列车位置丢失时，管理列车为故障状态，本文为了降低系统复杂度，对列车故障状态未做分析。

（1）列车登录：在列车出车辆段或列车运行到ZC切换边界时，当遇到进入CBTC区域预告应答器时，列车向ZC发送通信链接请求，连接成功后，列车向ZC发送登陆申请，在收到受控确认信息后成为ZC管辖列车，列车登录成功，并在数据库中存储列车数据，转入列车正常运行流程。列车登录流程如图1所示。

（2）列车正常运行：列车登陆成功，ZC向CI汇报列车位置信息，并为列车请求进路，这时ZC需要判断是否为此列车排出进路，如果未排出进路，则ZC与CI间发送空报文直到排出进路。在未排出进路前列车继续处于此状态。如果ZC查询到CI已为列车排出进路，则列车转入正常运行流程。列车处于此状态表示列车已经完全被ZC接管。在此状态下，ZC每隔一定周期从CBTC其他子系统获取计算MA所需的必要信息，实现MA计算功能，并周期性的给列车发送MA以管理列车的安全运行。并且ZC还需要判断列车是否满足ZC切换的条件，ZC切换条件即列车接收到的MA终点为ZC边界，同时列车需要延伸MA。列车正常运行如图2所示。

（3）列车注销：当列车将要离开ZC的管理范围或即将返回车辆段时，列车向ATS发送出清信息，同时ZC需要清空此列车的数据信息，这时列车处于注销状态。列车离开CBTC区域后以限制人工驾驶模式运行。列车注销流程如图3所示。

2.2ZC与CBTC其他子系统信息交互

ZC对列车进行管理时，需要每隔一定周期为其管辖范围内的所有列车提供移动授权，而移动授权的生成ZC需要从CBTC其他子系统VOBC、CI、DSU和ATS获取信息。

（1）ZC与VOBC：每隔一定周期，列车就会把自己的位置、速度、行驶方向及VOBC的状态信息发送给列车运行范围内的ZC；ZC根据列车的位置报告，并根据道岔状态以及线路上的障碍物等条件，为列车计算并发送MA。

（2）ZC与CI：CI的主要功能在于管理，包括管理道岔、转辙机和轨旁信号机；并监督站台屏蔽门、防淹门、站台紧急停车按钮、计轴区段的状态。每隔一定周期，ZC就会将所管辖范围内的列车所在位置和进路信息发送给CI。CI在收到信息后，向ZC返回列车所在区段的的道岔、信号机、计轴区段等障碍物的状态信息。

（3）ZC与DSU：ZC和VOBC每隔一定的周期根据需要通过DCS从DSU请求数据库版本号，并对版本号进行校验以确保数据库内容的实时性。如版本号不一致，则重新下载。在ZC和VOBC之间每隔一定时间也会进行相同的校验。

（4）ZC与ATS：ZC周期性的向ATS发送列车信息，ATS当列车离开CBTC区域时，ZC向ATS发送列车出清信息，ATS发送回执信息。

结语

城市轨道交通无线CBTC信号系统经过多年的发展，列车运行控制的自动化等级不断提高，由于引进多方的信号技术，列车运行控制的功能和人机接口都不尽相同。这里从司机的视角详细分析各种驾驶模式下的自动控制和人工操作，结合国内的信号故障实例，重点描述列车控制的区间和车站相关作业，并针对某些现行功能的不足提出了建议，从而有助于业内正在推进的不同线路列车的司机驾驶操作程序统一工作，进一步提高车载信号设备设计的合理性和安全性。本文通过把列车管理分为三个过程：列车登录、列车正常运行和列车登录流程进行了分析，并分析了在这些过程中CBTC的子系统间的信息交互过程。

参考文献

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