城市轨道交通CBTC区域控制形式化建模与验证(3)
2.1.2 CBTC系统原理
典型的CBTC系统结构主要包括以下子系统或模块:列车自动监控系统ATS(Automatic Train Supervision)、区域控制器ZC(Zone Controller)、数据存储单元DSU(Database Storage Unit)、计算机联锁CI(Computer Interlocking)、车载控制器VOBC(vehicle On Board Controller)、轨旁设备WE(Wayside Equipment)和数据通信系统DCS(Data Communication System)，包括网络交换机、骨干网、无线接入点及车载移动无线设备等)[7]。整个CBTC系统组成结构可以划分为CBTC系统地面设备和CBTC系统车载设备两大部分，这两部分是通过DCS数据通信网络将传输的信息联系起来的。CBTC系统中7个子系统的详细介绍分别是：
（1）ATS子系统
ATS子系统主要是监视和跟踪整条线路上的列车运行情况，获取列车运行时控制和监督的基础信息，该子系统能够自动地记录列车的运行过程。轨道占用与空闲状态、进路状态、列车识别、信号设备故障等信息都是通过ATS车站设备获取的。ATS系统还可根据联锁表、计划运行图及列车位置自动的生成输出进路控制命令，并将这些控制命令传送至车站联锁设备，之后该子系统还会设置列车进路和控制列车停车时分。
（2）ZC子系统
在已知了列车前方障碍物位置和当前列车状态信息的情况下ZC子系统需要根据从其它4个子系统中接收到的各种有关于当前需要被控制的列车状态和数据信息来计算在ZC子系统管辖区域内的所有被控列车的移动授权MA，并及时地将所有列车所生成的移动授权MA通过数据包的形式通过通信数据发往VOBC子系统，则VOBC子系统利用接收的的移动授权MA信息来控制列车的行进过程。
（3）CI子系统
CI子系统是城市轨道交通系统中的重要设备，它主要起到的作用是正确、明确地表达建立进路、转换道岔、开放信号以及解锁进路之间的联系，同时反应出道岔、信号、进路之间的体现的联锁关系，通过各个部分的关系CI子系统才能够保证列车在正常情况下运行过程中的安全，这样也能提高CBTC系统的作业效率。此外CI子系统还能够对错误的操作进行防护。
（4）VOBC子系统
VOBC子系统能够通过轨旁设施中的速度、加速度传感器(这两个传感器用于测量速度、加速度和距离)及列车车载设备中定位装置的共同作用下确定列车正确的实时位置，并将列车的这一运行位置通过DCS子系统传达给区域控制器和列车自动监控子系统，使得运行列车和ZC区域能够准确的监测和控制正在区域内运行的列车。VOBC子系统是使用接收到的障碍物位置信息和来自区域控制器的移动授权来提供列车在自动保护和列车自动运行的安全，它的信息交互主要是和ZC子系统和ATS子系统之间的。
（5）DSU子系统
CBTC系统中，列车定位方式不再像传统的轨道一样依靠轨道电路，而是由车载设备自身来实现的，这一过程的实现需要车载和地面设备在一个统一的数据库下来进行整个系统的数据协调统一和调度。数据存储单元DSU就是控制和更新各个子系统数据库和软件的安全存储单元，这一数据存储单元用来完成整个CBTC系统中的数据库管理工作，该数据库包括动态数据库、静态数据库、参数数据库、配置数据库等。在CBTC系统中，尤为突出的是数据库的重要和安全 [5]。
CBTC系统是通过执行移动授权以文持列车间隔的安全的，同时通过联锁来提供列车运行的安全防护。在CBTC中，障碍物是包括其它列车、封闭的轨道区段、失去状态的道岔以及任何外部因素，在每个通信周期前移动授权需要就被生成和发送，这样车载设备才能执行移动授权来文持安全的列车间隔，不出意外移动授权总是向前延伸的，只有在异常情况下才会被回撤。城市轨道交通中，CBTC系统的主要任务是保证在准移动闭塞模式下列车能够安全的运行，这是通过VOBC子系统执行从ZC子系统接收到的移动授权来实现的，这一信息的传递是管辖范围内的列车提供移动授权，同时也是ZC的核心任务。ZC子系统与其他子系统的联系是十分密切的，在ZC运行过程中，ZC与每个不同子系统之间的交互过程所起到的作用也是各不相同的，ZC为了完成其所要达到的特定功能需要规律地、周期性地与VOBC、DSU、CI、ATS等其它子系统进行信息交互。
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