城市轨道交通CBTC区域控制形式化建模与验证(2)
与传统的基于轨道电路的列车控制系统（即固定闭塞和准移动闭塞系统）相比较， CBTC的软件技术的应用多于传统系统，硬件设备就会比传统系统的少，基于这些因素，CBTC较传统系统在技术上更具有优势。尤其是基于无线通信的CBTC系统的应用将使轨道交通路网络中多条线路实现互联互通成为了可能。虽然现阶段的CBTC系统仍然存在着成熟度、应用业绩、价格和在国产化的实施还不如传统ATC系统等不利因素，可是其毕竟是采用了当今先进的通信技术的一种领先型系统，也是今后城市轨道交通信号ATC系统的发展趋势。近年来各条城轨交通线路的信号系统均采用CBTC技术，也是为了提高城轨交通运输效率和确保行车安全，基于这一原因也就迫切地需要性能先进和安全可靠的信号设备。区域控制器ZC(Zone Controller)是CBTC列控系统中的一个安全计算机子系统，它对系统的安全性和可靠性有极高的要求，并且区域控制器的工作稳定性可以直接影响列车的运行效率和行车安全。
随着国外铁路公司将CBTC系统投入应用的同时，还不断地对区域控制器深入研究，国内也逐渐对CBTC开始研究，而国内运营线路上的现有的关键信号设备仍然采用进口的设备，也就是说国外的供应商仍然垄断着国内CBTC关键设备的供货。因为城市的发展速度和规模取决于城轨交通的发展，所以对CBTC系统的研究刻不容缓，而区域控制器的国产化也迫在眉睫。近几年已经有很多国内科研院所和公司在引进国外区域控制器的基础之外，开始了对区域控制器的理论研究和系统仿真[2]。
1.2 国内外研究现状与水平
1.3 发展趋势
2 CBTC系统
2.1 CBTC系统的概况及原理
2.1.1 简述CBTC系统
首先需要介绍一下整个CBTC系统的基本状况。CBTC 系统是一种采用先进的通信和计算机技术的系统，该系统能够连续控制、监测列车运行的列车控制，该系统能够运行主要是通过移动闭塞的方式来实现的。现在的城市轨道都开始采用CBTC这种结构来对列车进行控制，利用这种结构主要是能够实现列车的车载设备与地面的轨旁设备间的实时双向通信，而且这种结构能够完成很大信息量的作业，这样的结构能够提高列车在轨道上运行时的信息利用率同时也能在轨道功能上进行更大的扩展，这些CBTC结构的好处都有利于现代化轨道交通水平的提高。CBTC结构在列车控制结构方面也有很大的的优点，其优点是减少了地面设施中的轨旁设备，设备的减少在安装和文修方面都会变得方便可靠，利用这种现代化的通信结构也能够缩短列车在行进队列中的编组合理的控制了行进队列中的列车密度 。
IEEE的CBTC标准列举了典型的CBTC系统结构框图[5]，如图2.1所示。
图2.1 典型的CBTC系统结构框图
CBTC系统的意义是在密度较高的列车行驶队列前提下，通过覆盖在列车运行轨道周围的WLAN无线通信技术来实现列车在行驶过程中的高速、连续、双向地将列车和地面之间的信息相互传输，这样的信息传输能够使得地面设备和列车设备中的信息实时同步，从而实现对列车运行中安全方面的控制。DCS子系统就是在CBTC系统中负责构建一个能够实现车地之间双向、高速、连续的数据传输通道网络的系统，这个数据传输系统能够可靠的将列车和地面设备的命令和状态信息进行数据交换，这种通信传输方式可以将地面设备和运行列车的实时控制紧密地联系在一起。
从ZC的各个应答器传输过来的数据中车载控制器提取出列车运行时所需要的相关信息，数据存储单元提供应答器的位置信息，车载控制器通过这些由数据存储单元提供的信息结合各个传感器传来的经过提取的信息以获得列车运行过程中的实际位置，同时对该位置进行安全包络获得列车的准确位置。地面设备的区域控制器负责所在其管辖范围内的所有运行中的通信列车的管理。ZC会根据范围内每一列列车运行的实时位置、速度和运行方向等因素将移动授权MA(Movement Authority)向在ZC中的列车发送，同时在发送移动授权Ma的时候也要考虑列车进路、道岔所在状态、ATS发送的线路临时限速和其他障碍物条件，这些条件的考虑主要是掌握列车可以以怎样的速度行驶到ZC的哪一位置，这些信息的收发可以保证运行在线路上各个列车之间的安全行车距离。在CBTC系统中，移动授权是行使在区域内的列车单元以列车与前方障碍物的更短距离的轨道分区为单位，这样的单位规定使得区域控制器在计算移动授权能够有更加精确的分辨率，所以CBTC系统以这样更精确的分辨率来控制列车运行就可以缩短列车的运行间隔，提高了行车效率。
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