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摘 要 介绍杭州地铁1号线基于无线通信的列车自动控制系统结构，以及该系统在杭州地铁应用情况，主要包括技术实现和应用特点。
关键词 地铁、列车自动控制系统、应用与实践
杭州地铁1号线于2012年11月24日开通试运营，是地铁线网的“Y”型骨架线路，联系了“一主三副”四个主要城市功能区， 杭州地铁1号线一期工程线路总长度47.97km，其中主线长34.80km，支线长11.74km，共设31座车站，车辆段1座、停车场1座，控制中心1座。线路示意图如下图所示。该线采用由国外A公司提供核心技术，国内Z公司总包建设的基于无线通信的列车自动控制系统（Communication Based Train Control System，以下简称CBTC），实现列车自动防护、列车自动驾驶和列车实时监控等功能。
1 系统结构
该CBTC系统（又称信号系统）主要由列车自动监控子系统（ATS）设备、列车自动防护子系统（ATP）设备、列车自动驾驶子系统（ATO）设备和联锁子系统（CBI）设备组成以及数据传输子系统（DCS）五个子系统构成。
1.1 ATS子系统结构
ATS子系统设备主要由控制中心设备、远程中央后备设备、试车线设备、时刻表编辑设备及模拟培训设备、设备集中站设备以及段/场设备组成，各类设备通过DCS传输系统进行数据传输和交换。控制中心设备主要由位于机房的网络交换机、2台数据服务器（主备配置）、2台通信服务器（主备配置）及2台数据库服务器（主备配置）和位于控制中心大厅的调度员工作站和大屏幕接口工作站组成；远程中央后备设备主要由设备客运中心站信号机房的接口服务器、后备主机服务器和后备通信服务器以及设于车站信号后备控制中心的调度员工作站组成；设备集中站设备主要由位于机房的接口服务器和位于车站控制室车站现地控制工作站和位于站台两侧头端墙的发车指示器（DTI）组成。在车辆段和停车场信号楼分别设置有两套段/场ATS工作站。
1.2 ATP子系统结构
ATP子系统主要包括轨旁ATP设备和车载ATP设备组成，轨旁ATP设备主要由设于正线车站信号机房的4个区域控制器（ZC）组成。区域控制器ZC的结构是一个三取二的表决系统，主要由应用程序处理器单元、应用处理器板、表决处理器板、交换存储器板、以太网连接处理器以及带本地磁盘的处理单元构成；每列车两端各配置一套三取二结构的车载ATP设备，且能够完成车载头尾两端的自动换向功能，换向切换时间不影响系统的正常运营，保证系统安全。每列车的一端车载设备包括：CC机架、信标查询（TI）天线、速度传感器、加速度计、车载通信网络、司机操作设备（TOD）和与车辆接口设备等。
1.3 ATO子系统结构
ATP子系统设备同样包括轨旁和车站两部分，轨旁ATO设备主要指设于车站站台轨道区域的用于列车精确停车的列车位置检测信标；车载ATO设备主要由互为冗余的2套ATO计算模块组成。
1.4 CBI子系统结构
杭州地铁1号线一期工程信号系统总共设有13个信号设备集中站，13个设备集中站联锁设备主要由设于车站信号机房的联锁控制器、计轴主机、各类继电器和与用于与信号内（如紧急停车按钮）、外部设备（如屏蔽门、防淹门等）连接的接口交换机组成；轨旁主要由信号灯和转辙机等设备组成。
1.5 DCS子系统结构
杭州地铁1号线DCS子系统基于开放的业界标准：有线通信部分采用IEEE802.3以太网标准，无线通信部分采用先进的WLAN技术——IEEE802.11g标准。DCS子系统主要由骨干网络、轨旁数据通信网络、车地无线通信网络和车载数据通信网络构成。
2 技术实现
通过上述五大子系统的构建，再加上电源系统的支持，该套地铁CBTC系统完整地实现了地铁列车自动控制系统功能。该系统支持6种列车驾驶模式：ATO自动驾驶模式、ATP监督下的人工驾驶模式、IATP点式ATP驾驶模式、RM列车限速驾驶模式、NRM无ATP防护人工驾驶模式以及ATB无人自动折返模式；具备CBTC列车与非CBTC列车混跑功能；满足正线列车运行最小90秒间隔的设计能力和120秒的出入段能力；支持联锁固定闭塞、点式ATP固定闭塞和自动闭塞三种列车运行方式；中央ATS具备列车跟踪、列车运行调整、时刻表自动编辑等功能。
3 应用特点
3.1 Y型交路设置
如上图所示，杭州地铁1号线一期工程为Y型线路，其运营组织方式主要有两种：第一种为湘湖站-临平站和湘湖站-文泽站两个大交路运行、第二种为湘湖站-文泽路站和客运中心-临平站大小交路运行。针对第一种两个大交路运行方式，该CBTC系统通过对联锁信号机的优化配置、客运中心站（两交路交汇点）联锁控制器计算优化以及中央ATS系统“冲突检测”功能的设置，能够实现在点式ATP运行模式三最小4分钟的行车间隔，并实现了仅在联锁情况下列车1：1自动排列进路功能。
3.2 远程中央ATS后备系统设置
该套CBTC系统在客运中心站设有一套远程中央ATS后备系统设备。通过该套系统设置，能够在中央ATS系统瘫痪或与车站通信系统中断时，实现对全线列车运行的监控功能。进一步提高了该套系统的技术可靠性和稳定性。
3.3 临时限速的优化设置
在车站控制室综合后备盘设置“临时限速”按钮，该按钮信息接入联锁。当该按钮按下时，处于该线路进路的保护信号将亮红灯。在运营组织过程中，要求当在ATS工作站上对某线路区段进行“临时限速”设置时，必须将对应该线路区段的车站控制盘上的“临时限速”按钮按下，其主要功能为当有CBTC列车和非CBTC列车混跑时，当某个区段设置有ATS“区域限速”时，CBTC列车将按ATS的限速继续运行，而对于非CBTC列车，司机将在红灯信号机前停车，向行调确认前方情况后方可继续运行。因此通过该按钮的设置，进一步保障了列车运行组织的安全。
3.4 正线和段/场列车运行共享
通过与段/场微机联锁系统信息互联，实现了正线调度员对段/场列车运行的监督，在列车故障处理时，便于调度员及时掌握段/场列车的运行情况和备用车配备情况，有利于调度员对应急处理时间的准确估计。
3.5 ATS界面本土化显示
该系统在用户界面设计过程中，从本土化需求出发，在轨道状态、信号机标识、列车显示以及进路办理等方面，都沿袭了国内传统信号系统的人机接口习惯，为运营车务人员培训以及现场使用带来了方便。
4 结束语
信号系统是地铁重要系统之一，对地铁运营安全和效率有重要的影响，由国内Z公司和国外A公司联合建设的CBTC系统在沈阳、西安、成都等城市地铁都有运用，杭州地铁1号线自开通以来，虽然在某些方面（如进路保护区段设置、电源设置）等方面不能完全契合运营需求，但系统整体运行较稳定，基本能够满足运营需求。
参考文献：
[1]张德明，魏博.新一代ATS系统在重庆轻轨3号线的应用[J].铁道通信信号.2013，增49：30-33.
[2]周公建，满化录北京市轨道交通亦庄线ATS子系统设计[J].市政技术，2010（S2）.
[3]李素莹，陈光华，车永兵.上海轨道交通1号线开行大小交路运行方案的实践[J].城市轨道交通研究.2007，1：50-53.
关键词 地铁、列车自动控制系统、应用与实践
杭州地铁1号线于2012年11月24日开通试运营，是地铁线网的“Y”型骨架线路，联系了“一主三副”四个主要城市功能区， 杭州地铁1号线一期工程线路总长度47.97km，其中主线长34.80km，支线长11.74km，共设31座车站，车辆段1座、停车场1座，控制中心1座。线路示意图如下图所示。该线采用由国外A公司提供核心技术，国内Z公司总包建设的基于无线通信的列车自动控制系统（Communication Based Train Control System，以下简称CBTC），实现列车自动防护、列车自动驾驶和列车实时监控等功能。
1 系统结构
该CBTC系统（又称信号系统）主要由列车自动监控子系统（ATS）设备、列车自动防护子系统（ATP）设备、列车自动驾驶子系统（ATO）设备和联锁子系统（CBI）设备组成以及数据传输子系统（DCS）五个子系统构成。
1.1 ATS子系统结构
ATS子系统设备主要由控制中心设备、远程中央后备设备、试车线设备、时刻表编辑设备及模拟培训设备、设备集中站设备以及段/场设备组成，各类设备通过DCS传输系统进行数据传输和交换。控制中心设备主要由位于机房的网络交换机、2台数据服务器（主备配置）、2台通信服务器（主备配置）及2台数据库服务器（主备配置）和位于控制中心大厅的调度员工作站和大屏幕接口工作站组成；远程中央后备设备主要由设备客运中心站信号机房的接口服务器、后备主机服务器和后备通信服务器以及设于车站信号后备控制中心的调度员工作站组成；设备集中站设备主要由位于机房的接口服务器和位于车站控制室车站现地控制工作站和位于站台两侧头端墙的发车指示器（DTI）组成。在车辆段和停车场信号楼分别设置有两套段/场ATS工作站。
1.2 ATP子系统结构
ATP子系统主要包括轨旁ATP设备和车载ATP设备组成，轨旁ATP设备主要由设于正线车站信号机房的4个区域控制器（ZC）组成。区域控制器ZC的结构是一个三取二的表决系统，主要由应用程序处理器单元、应用处理器板、表决处理器板、交换存储器板、以太网连接处理器以及带本地磁盘的处理单元构成；每列车两端各配置一套三取二结构的车载ATP设备，且能够完成车载头尾两端的自动换向功能，换向切换时间不影响系统的正常运营，保证系统安全。每列车的一端车载设备包括：CC机架、信标查询（TI）天线、速度传感器、加速度计、车载通信网络、司机操作设备（TOD）和与车辆接口设备等。
1.3 ATO子系统结构
ATP子系统设备同样包括轨旁和车站两部分，轨旁ATO设备主要指设于车站站台轨道区域的用于列车精确停车的列车位置检测信标；车载ATO设备主要由互为冗余的2套ATO计算模块组成。
1.4 CBI子系统结构
杭州地铁1号线一期工程信号系统总共设有13个信号设备集中站，13个设备集中站联锁设备主要由设于车站信号机房的联锁控制器、计轴主机、各类继电器和与用于与信号内（如紧急停车按钮）、外部设备（如屏蔽门、防淹门等）连接的接口交换机组成；轨旁主要由信号灯和转辙机等设备组成。
1.5 DCS子系统结构
杭州地铁1号线DCS子系统基于开放的业界标准：有线通信部分采用IEEE802.3以太网标准，无线通信部分采用先进的WLAN技术——IEEE802.11g标准。DCS子系统主要由骨干网络、轨旁数据通信网络、车地无线通信网络和车载数据通信网络构成。
2 技术实现
通过上述五大子系统的构建，再加上电源系统的支持，该套地铁CBTC系统完整地实现了地铁列车自动控制系统功能。该系统支持6种列车驾驶模式：ATO自动驾驶模式、ATP监督下的人工驾驶模式、IATP点式ATP驾驶模式、RM列车限速驾驶模式、NRM无ATP防护人工驾驶模式以及ATB无人自动折返模式；具备CBTC列车与非CBTC列车混跑功能；满足正线列车运行最小90秒间隔的设计能力和120秒的出入段能力；支持联锁固定闭塞、点式ATP固定闭塞和自动闭塞三种列车运行方式；中央ATS具备列车跟踪、列车运行调整、时刻表自动编辑等功能。
3 应用特点
3.1 Y型交路设置
如上图所示，杭州地铁1号线一期工程为Y型线路，其运营组织方式主要有两种：第一种为湘湖站-临平站和湘湖站-文泽站两个大交路运行、第二种为湘湖站-文泽路站和客运中心-临平站大小交路运行。针对第一种两个大交路运行方式，该CBTC系统通过对联锁信号机的优化配置、客运中心站（两交路交汇点）联锁控制器计算优化以及中央ATS系统“冲突检测”功能的设置，能够实现在点式ATP运行模式三最小4分钟的行车间隔，并实现了仅在联锁情况下列车1：1自动排列进路功能。
3.2 远程中央ATS后备系统设置
该套CBTC系统在客运中心站设有一套远程中央ATS后备系统设备。通过该套系统设置，能够在中央ATS系统瘫痪或与车站通信系统中断时，实现对全线列车运行的监控功能。进一步提高了该套系统的技术可靠性和稳定性。
3.3 临时限速的优化设置
在车站控制室综合后备盘设置“临时限速”按钮，该按钮信息接入联锁。当该按钮按下时，处于该线路进路的保护信号将亮红灯。在运营组织过程中，要求当在ATS工作站上对某线路区段进行“临时限速”设置时，必须将对应该线路区段的车站控制盘上的“临时限速”按钮按下，其主要功能为当有CBTC列车和非CBTC列车混跑时，当某个区段设置有ATS“区域限速”时，CBTC列车将按ATS的限速继续运行，而对于非CBTC列车，司机将在红灯信号机前停车，向行调确认前方情况后方可继续运行。因此通过该按钮的设置，进一步保障了列车运行组织的安全。
3.4 正线和段/场列车运行共享
通过与段/场微机联锁系统信息互联，实现了正线调度员对段/场列车运行的监督，在列车故障处理时，便于调度员及时掌握段/场列车的运行情况和备用车配备情况，有利于调度员对应急处理时间的准确估计。
3.5 ATS界面本土化显示
该系统在用户界面设计过程中，从本土化需求出发，在轨道状态、信号机标识、列车显示以及进路办理等方面，都沿袭了国内传统信号系统的人机接口习惯，为运营车务人员培训以及现场使用带来了方便。
4 结束语
信号系统是地铁重要系统之一，对地铁运营安全和效率有重要的影响，由国内Z公司和国外A公司联合建设的CBTC系统在沈阳、西安、成都等城市地铁都有运用，杭州地铁1号线自开通以来，虽然在某些方面（如进路保护区段设置、电源设置）等方面不能完全契合运营需求，但系统整体运行较稳定，基本能够满足运营需求。
参考文献：
[1]张德明，魏博.新一代ATS系统在重庆轻轨3号线的应用[J].铁道通信信号.2013，增49：30-33.
[2]周公建，满化录北京市轨道交通亦庄线ATS子系统设计[J].市政技术，2010（S2）.
[3]李素莹，陈光华，车永兵.上海轨道交通1号线开行大小交路运行方案的实践[J].城市轨道交通研究.2007，1：50-53.