軌道交通畢業(yè)論文

.z.-----總結(jié)資料畢業(yè)論文題目城市軌道交通區(qū)域控制器的研究學(xué)生****班級(jí)專業(yè)城市軌道交通控制分院指導(dǎo)教師2013目錄題目城市軌道交通區(qū)域控制器的研究1摘要1一、緒論11.1概述11．2CBTC技術(shù)的開展21．3本論文研究意義及主要內(nèi)容4二、我國(guó)城市軌道交通開展的歷程62．1CBTC系統(tǒng)原理62．2CBTC區(qū)域控制器組成原理62．3區(qū)域控制器功能需求72．4Z0與其它子系統(tǒng)關(guān)系92．5ZC切換10三、當(dāng)前我國(guó)城市軌道交通開展的主要特點(diǎn)143．1有色Petri網(wǎng)建模可行性分析143．2ZC與DSU交互模型設(shè)計(jì)153．3ZC與VOBC交互模型設(shè)計(jì)163．4ZC與ATS交互模型設(shè)計(jì)193．5ZC與CI交互模型設(shè)計(jì)20四、軌道交通的平安問(wèn)題得到高度重視244．1移動(dòng)授權(quán)的內(nèi)容244．2移動(dòng)授權(quán)相關(guān)ZC輸入輸出信息254．3移動(dòng)授權(quán)延伸264．4移動(dòng)授權(quán)算法設(shè)計(jì)274．5不同運(yùn)行場(chǎng)景下的移動(dòng)授權(quán)設(shè)計(jì)284．6系統(tǒng)故障工況下的ZC處理策略37總結(jié)39致謝語(yǔ)40參考文獻(xiàn)41-.z.摘要基于無(wú)線通信的列車控制系統(tǒng)CBTC(municationBasedTrainControD是今后城軌交通列控系統(tǒng)的開展趨勢(shì)。作為CBTC系統(tǒng)的核心地面設(shè)備，區(qū)域控制器主要實(shí)現(xiàn)移動(dòng)授權(quán)的生成和發(fā)送，是決定CBTC系統(tǒng)以下車行車效率、控制精度、平安性和可靠性的重要因素。本文在分析了CBTC系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理根底上，確定了區(qū)域控制器的功能需求和設(shè)計(jì)原理，剖析了區(qū)域控制器與其它子系統(tǒng)的關(guān)系，以區(qū)域控制器作為研究對(duì)象，進(jìn)展系統(tǒng)建模和仿真。論文在研究區(qū)域控制器的功能和交互過(guò)程根底上，在VC++開發(fā)平臺(tái)上設(shè)計(jì)了區(qū)域控制器的仿真系統(tǒng)軟件，完成了對(duì)區(qū)域控制器在不同列車運(yùn)行場(chǎng)景下進(jìn)展多車控制的功能驗(yàn)證和仿真實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：CBTC區(qū)域控制器移動(dòng)授權(quán)有色Petri網(wǎng)VC++-.z.一、緒論1.1概述當(dāng)今城市經(jīng)濟(jì)飛速開展，不斷擴(kuò)張的城市規(guī)模和不斷增長(zhǎng)的城市人口使城市交通問(wèn)題變得日益嚴(yán)峻，交通堵塞狀況在各個(gè)城市愈演愈烈，交通問(wèn)題已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)制約各城市開展的瓶頸，也是各城市開展亟待解決的問(wèn)題。城市軌道交通因其運(yùn)量大、運(yùn)行速度快、平安性能高和不易受干擾等特點(diǎn)，使其成為了解決城市交通問(wèn)題的首選運(yùn)載方案和模式。列車運(yùn)行控制系統(tǒng)是提高城軌列車運(yùn)行效率，保證行車平安的關(guān)鍵技術(shù)裝備。近些年無(wú)線通信技術(shù)飛速開展，無(wú)線通信的可用性和可靠性大大提升，基于無(wú)線通信的列車控制系統(tǒng)CBTC(municationBasedTrainContr01)是今后城市軌道交通列車控制系統(tǒng)的開展方向和趨勢(shì)。CBTC系統(tǒng)是不再采用依賴軌道電路來(lái)進(jìn)展信息傳送和檢測(cè)的控制方式，脫離了傳統(tǒng)的固定閉塞模式的新一代鐵路信號(hào)系統(tǒng)。CBTC系統(tǒng)在確保車地之間不問(wèn)斷地通信和高精度的列車定位根底上，對(duì)列車進(jìn)展更加準(zhǔn)確和平安的運(yùn)行控制，縮短列車運(yùn)行間隔，提高客運(yùn)量，保證行車平安。傳統(tǒng)的鐵路信號(hào)系統(tǒng)是通過(guò)軌道電路技術(shù)來(lái)檢測(cè)運(yùn)行列車位置的，并通過(guò)軌道電路向列車發(fā)送控制信息。軌道電路主要優(yōu)勢(shì)在于可靠性高，技術(shù)成熟，能夠保障行車平安。但軌道電路本身技術(shù)和構(gòu)造上的缺陷也制約著信號(hào)系統(tǒng)的進(jìn)一步開展和線路通行能力的繼續(xù)提升：(1)軌道電路抗干擾能力差，工作穩(wěn)定性低，維護(hù)費(fèi)用高；(2)車地通信過(guò)程中軌道電路傳輸信息量??；(3)列車定位精度低；(4)從乘客角度來(lái)說(shuō)，采用軌道電路會(huì)不可防止的帶來(lái)噪聲、電磁干擾輻射等影響。而CBTC系統(tǒng)采用應(yīng)答器、穿插感應(yīng)環(huán)線或計(jì)軸器進(jìn)展高精度的列車定位和準(zhǔn)確地判斷列車占用軌道情況，通過(guò)WLAN無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)展高速、連續(xù)、雙向地車地通信，擺脫了軌道電路技術(shù)上的缺陷和束縛，通過(guò)地面和車載平安設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行列車的平安控制。CBTC技術(shù)起源于歐洲連續(xù)式列控系統(tǒng)，在CBTC幾十年的開展歷程中，對(duì)CBTC系統(tǒng)的定義逐步趨于一致。為了更好地標(biāo)準(zhǔn)CBTC技術(shù)的開展，IEEE在1999年首次制定了CBTC系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)IEEEStd1474．1．1999，其中明確定義了CBTC系統(tǒng)是利用高精度的列車定位技術(shù)(不依賴于軌道電路技術(shù))，高速、連續(xù)、雙向、大容量地進(jìn)展車地?cái)?shù)據(jù)通信，依靠車載和地面平安設(shè)備實(shí)現(xiàn)的一種自動(dòng)連續(xù)列車控制系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的基于軌道電路技術(shù)的列控系統(tǒng)相比，CBTC系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：(1)列車定位不再依賴軌道電路技術(shù)，定位精度更高，可對(duì)列車實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確度更高的控制，有效縮短列車運(yùn)行間隔，可靈活組織列車雙向運(yùn)行和單向連續(xù)發(fā)車；(2)車地之間通信采用無(wú)線通信方式，傳輸?shù)目刂菩畔⒑蜖顟B(tài)信息數(shù)據(jù)量顯著提高，容易實(shí)現(xiàn)移動(dòng)閉塞；(3)大量減少區(qū)間敷設(shè)電纜，減少日常維護(hù)工作，降低了維護(hù)費(fèi)用；CBTC系統(tǒng)現(xiàn)成為城軌交通信號(hào)系統(tǒng)的首選方案，包括西門子、卡斯柯等多家列車控制系統(tǒng)設(shè)備供貨商均研發(fā)出了自己的CBTC系統(tǒng)，并在世界上多個(gè)城市的地鐵及輕軌線路上投入使用，國(guó)內(nèi)也有多條線路使用了CBTC系統(tǒng)。1．2CBTC技術(shù)的開展1.2．1國(guó)外CBTC開展與應(yīng)用國(guó)外對(duì)CBTC的研究起步時(shí)間較早，技術(shù)開展速度也較快，目前許多國(guó)家和信號(hào)設(shè)備供貨商都研發(fā)出了自己的CBTC系統(tǒng)，如：北美鐵路公司研發(fā)的ATCS，法國(guó)自動(dòng)化實(shí)時(shí)追蹤系統(tǒng)ASTREE，德國(guó)鐵路研發(fā)的新型無(wú)線列車控制系統(tǒng)FZB，日本鐵路的新型列車控制系統(tǒng)CARAT。(1)北美ATCS系統(tǒng)ATCS整體構(gòu)造由車載設(shè)備、數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)、沿線設(shè)備、調(diào)度控制中心等構(gòu)成ATCS共有4個(gè)級(jí)別，各鐵路公司可根據(jù)線路和自身情況逐級(jí)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的ATCS系統(tǒng)，這4個(gè)級(jí)別是根據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜程度來(lái)劃分的。通信系統(tǒng)為ATCS系統(tǒng)的核心，將無(wú)線移動(dòng)數(shù)據(jù)通信作為信息傳輸?shù)闹饕侄危谒淼乐袑⑿孤锻S電纜作為傳輸介質(zhì)，整個(gè)通信系統(tǒng)參考OSI模型。ATCS系統(tǒng)的另一特點(diǎn)是引入了列車識(shí)別和定位系統(tǒng)，使得ATCS系統(tǒng)成為一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。ATCS系統(tǒng)的研發(fā)晚于國(guó)外其它系統(tǒng)，故采用了一些新技術(shù)，整體性能也優(yōu)于其它國(guó)外CBTC系統(tǒng)。(2)德國(guó)FZB系統(tǒng)德國(guó)鐵路為該系統(tǒng)進(jìn)展了大量而深入的研究和實(shí)驗(yàn)，它也是目前一個(gè)較為典型的基于無(wú)線通信的列控系統(tǒng)。FZB系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線傳輸方式實(shí)現(xiàn)車地通信，傳輸?shù)男畔熊嚻胀ㄐ畔⒘熊嚳刂菩畔⒌?。FZB系統(tǒng)在通信平安性方面采取了許多有效的措施，以防止通信過(guò)程中可能發(fā)生的惡意入侵、破壞等。FZB系統(tǒng)不僅支持高速客運(yùn)線路，還支持貨運(yùn)運(yùn)輸線路。(3)日本CARAT系統(tǒng)CARAT系統(tǒng)包括車載設(shè)備和地面設(shè)備，地面設(shè)備包括無(wú)線通信設(shè)備和地面監(jiān)控設(shè)備，車載設(shè)備負(fù)責(zé)對(duì)列車的直接控制。列車運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)自身所處位置進(jìn)展檢測(cè)，通過(guò)無(wú)線通信方式將位置信息發(fā)送給地面設(shè)備。地面設(shè)備接收來(lái)自列車的位置信息，在實(shí)施列車追蹤運(yùn)行的同時(shí)，監(jiān)視沿線軌旁設(shè)備的狀態(tài)，并根據(jù)線路周圍的狀態(tài)，判斷列車可以平安運(yùn)行的區(qū)間。車載設(shè)備連續(xù)地監(jiān)視列車運(yùn)行速度，列車速度超過(guò)平安防護(hù)速度時(shí)，按照緩和制動(dòng)、常規(guī)制動(dòng)、緊急制動(dòng)的順序，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況由車載控制設(shè)備自動(dòng)地實(shí)施制動(dòng)。CARAT系統(tǒng)中各子系統(tǒng)都具有較完善的自檢和自診斷功能，對(duì)各子系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)展實(shí)時(shí)監(jiān)視和故障報(bào)警。1．2．2國(guó)內(nèi)CBTC開展與應(yīng)用1994年我國(guó)與瑞典Adtranz公司、Dalarna大學(xué)及瑞典國(guó)家鐵路合作，進(jìn)展了CBTC2MAS的可行性研究，并且在CBTC系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的制定、理論研究、計(jì)算機(jī)模擬等方面取得了一定成果和結(jié)論。1999年北方交通大學(xué)提交了關(guān)于無(wú)線通信平安性、有效性方面研究的"無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸在鐵路平安中的應(yīng)用研究〞報(bào)告，報(bào)告對(duì)基于GSM—R網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸、無(wú)線列控平安性進(jìn)展了分析與研究。20世紀(jì)80．90年代我國(guó)學(xué)者對(duì)CBTC條件下的系統(tǒng)整體構(gòu)造、行車控制方式、線路通行能力及列車運(yùn)行組織方法、通過(guò)能力模擬等，進(jìn)展了深入和廣泛的研究。2002年，鐵道部完成了青藏鐵路無(wú)線通信機(jī)車信號(hào)設(shè)備的研究及兩套通信樣機(jī)的生產(chǎn)，其中每套樣機(jī)包括兩臺(tái)車載設(shè)備和一臺(tái)地面設(shè)備，并完成了在青藏鐵路的現(xiàn)場(chǎng)性能測(cè)試。2004年9月，**地鐵一號(hào)線進(jìn)入運(yùn)行階段，此條線路也是國(guó)內(nèi)第一個(gè)采用CBTC技術(shù)的城軌線路，阿爾卡特公司為**地鐵一號(hào)線提供了SelTrac$40CBTC信號(hào)系統(tǒng)解決方案。并且阿爾卡特公司還為**地鐵三號(hào)線提供了CBTC技術(shù)解決方案。隨著CBTC技術(shù)的飛速開展和城軌交通在城市開展中的地位不斷提升，國(guó)內(nèi)城市軌道交通采用CBTC方案已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。例如**軌道交通6號(hào)線、8號(hào)線、地鐵4號(hào)線和**地鐵1號(hào)線的供貨商均提供了CBTC解決方案。1．3本論文研究意義及主要內(nèi)容研究意義為了提高城軌交通運(yùn)輸效率和確保行車平安，近年來(lái)各條城軌交通線路的信號(hào)系統(tǒng)均采用CBTC技術(shù)，這也就迫切需要性能先進(jìn)和平安可靠的信號(hào)裝備。區(qū)域控制器ZC(ZoneController)是CBTC列控系統(tǒng)中的一個(gè)平安計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它對(duì)系統(tǒng)的平安性和可靠性有著極高的要求，并且區(qū)域控制器的工作穩(wěn)定性直接影響著列車運(yùn)行效率和行車平安。根據(jù)歐洲連續(xù)式列控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，CBTC系統(tǒng)需要設(shè)置ZC地面設(shè)備?，F(xiàn)在區(qū)域控制器設(shè)備主要由歐美和日本幾個(gè)鐵路信號(hào)供給商提供，比方法國(guó)阿爾斯通公司、德國(guó)西門子公司、加拿大龐巴迪公司和日本日立公司等。隨著國(guó)外鐵路公司對(duì)區(qū)域控制器的不斷深入研究，并投入應(yīng)用的同時(shí)，國(guó)內(nèi)對(duì)CBTC的研究逐漸起步，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)線路上現(xiàn)有的關(guān)鍵信號(hào)設(shè)備均采用進(jìn)口設(shè)備，也就是說(shuō)國(guó)外供給商壟斷了國(guó)內(nèi)CBTC關(guān)鍵設(shè)備的供貨。因?yàn)槌擒壗煌ǖ拈_展決定著城市的開展速度和規(guī)模，所以對(duì)CBTC系統(tǒng)的研究迫在眉睫，而區(qū)域控制器的國(guó)產(chǎn)化任務(wù)也刻不容緩。近幾年已有多家國(guó)內(nèi)科研院所和公司在引進(jìn)國(guó)外區(qū)域控制器的根底上，已經(jīng)開場(chǎng)了對(duì)區(qū)域控制器的理論研究和系統(tǒng)仿真。區(qū)域控制器的體系構(gòu)造是否合理，能否計(jì)算出平安且不影響行車間隔的移動(dòng)授權(quán)，能否穩(wěn)定運(yùn)行，直接關(guān)系到系統(tǒng)是否可以平安地控制列車運(yùn)行，甚至關(guān)系到整個(gè)CBTC系統(tǒng)能否正常運(yùn)行。本文遵循并發(fā)系統(tǒng)建模思想，采用Pctri網(wǎng)建模方法，嚴(yán)密聯(lián)系CBTC系統(tǒng)的特點(diǎn)，建立了ZC與其它子系統(tǒng)的交互模型，并在此根底上分析了ZC的核心功能——移動(dòng)授權(quán)的生成，最后采用VC++開發(fā)方法，對(duì)ZC控制列車運(yùn)行的過(guò)程進(jìn)展仿真。因此本課題的研究無(wú)論從近期還是遠(yuǎn)期看對(duì)CBTC系統(tǒng)的研究都有一定的參考價(jià)值，對(duì)我國(guó)在區(qū)域控制器方面的技術(shù)進(jìn)步具有積極的意義。主要內(nèi)容論文在詳細(xì)分析了在CBTC系統(tǒng)地面設(shè)備中起到核心作用的區(qū)域控制器的系統(tǒng)構(gòu)造、功能需求和控制功能的根底上，對(duì)ZC與其它子系統(tǒng)的交互過(guò)程進(jìn)展建模，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室條件，搭建了ZC系統(tǒng)仿真運(yùn)行環(huán)境，完成了區(qū)域控制器控車模型的功能驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的CBTC系統(tǒng)下的列車運(yùn)行控制。二、我國(guó)城市軌道交通開展的歷程2．1CBTC系統(tǒng)原理基于無(wú)線通信的列車控制系統(tǒng)CBTC(municationBasedTrainContr01)是指在高精度的列車定位前提下，通過(guò)WLAN無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)展高速、連續(xù)、雙向地車地通信，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)列車運(yùn)行的平安控制。數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)在CBTC系統(tǒng)中建立了車地之間雙向、高速、連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸通道，車載設(shè)備和地面設(shè)備的命令和狀態(tài)信息可以在車地之間進(jìn)展可靠地?cái)?shù)據(jù)交換，將地面設(shè)備和運(yùn)行列車嚴(yán)密地連接在一起。車載控制器從應(yīng)答器傳送上來(lái)的數(shù)據(jù)中提取相關(guān)信息，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元提供給答器位置信息，從而車載控制器結(jié)合各傳感器信息獲得列車的實(shí)際位置，并對(duì)此位置進(jìn)展平安包絡(luò)來(lái)獲得列車的準(zhǔn)確位置。地面設(shè)備區(qū)域控制器負(fù)責(zé)管理其管轄范圍內(nèi)的所有CBTC運(yùn)行通信列車。ZC根據(jù)各列車的實(shí)時(shí)運(yùn)行位置、速度以及運(yùn)行方向等因素，同時(shí)考慮列車進(jìn)路、道岔所處狀態(tài)、ATS發(fā)送的線路臨時(shí)限速以及其他障礙物的條件，向列車發(fā)送移動(dòng)授權(quán)MA(MovementAuthority)，即列車可以以什么樣的速度行駛到哪個(gè)位置，從而保證運(yùn)行線路上各個(gè)列車間的平安行車間隔。CBTC系統(tǒng)中，移動(dòng)授權(quán)是以距離更短的軌道分區(qū)為單位，這也就為區(qū)域控制器計(jì)算移動(dòng)授權(quán)提供了更為準(zhǔn)確的分辨率，所以CBTC系統(tǒng)可以更準(zhǔn)確地控制列車運(yùn)行，從而縮短了運(yùn)營(yíng)間隔，大大提高了行車效率。典型的CBTC系統(tǒng)構(gòu)造框圖如圖2-1所示，主要包括以下子系統(tǒng)或模塊：列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)ATS(AutomaticTrainSupervision)、區(qū)域控制器ZC(ZoneController)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元DSU(DatabaseStorageUnit)、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖CI(puterInterlocking)、車載控制器VOBC(VehicleOnBoardController)、軌旁設(shè)備WE(WaysideEquipment)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)DCS(DatamunicationSystem，包括網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、骨干網(wǎng)、無(wú)線接入點(diǎn)及車載移動(dòng)無(wú)線設(shè)備等)2．2CBTC區(qū)域控制器組成原理城市軌道交通中，CBTC系統(tǒng)的主要任務(wù)是保證在準(zhǔn)移動(dòng)閉塞模式以下車的平安運(yùn)行，這是通過(guò)VOBC執(zhí)行從ZC接收到的移動(dòng)授權(quán)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，為管轄范圍內(nèi)的列車提供移動(dòng)授權(quán)是ZC的核心任務(wù)。在ZC的每個(gè)周期工作過(guò)程中，ZC需要實(shí)時(shí)地與VOBC、DSU、CI、ATS子系統(tǒng)進(jìn)展信息交互，為MA的生成提供數(shù)據(jù)支持。當(dāng)列車在ZC管轄范圍內(nèi)按運(yùn)行時(shí)刻表正常運(yùn)行時(shí)，ZC接收列車發(fā)出的當(dāng)前位置和運(yùn)行方向等信息，并使用以上列車信息和進(jìn)路信息，以及來(lái)自CI的周圍障礙物狀態(tài)信息確定列車的MA，VOBC向ZC提出MA延伸申請(qǐng)，ZC通過(guò)DCS通信子系統(tǒng)向VOBC發(fā)送生成的MA，ZC還會(huì)把列車移動(dòng)授權(quán)范圍內(nèi)的障礙物狀態(tài)告訴給VOBC。區(qū)域控制器也回應(yīng)相鄰區(qū)域控制器的授權(quán)申請(qǐng)。ZC需要對(duì)所有在其管轄范圍內(nèi)的列車進(jìn)展管理和控制，根據(jù)列車的運(yùn)行狀態(tài)，可以將整個(gè)管理和控制過(guò)程分為列車預(yù)登陸，列車進(jìn)入ZC控制、ZC正式控制列車和列車注銷。下面給分別對(duì)以上四鐘情況進(jìn)展說(shuō)明：每個(gè)區(qū)域控制器采用三取二配置，可減少故障出現(xiàn)的可能性。2．3區(qū)域控制器功能需求(1)列車管理區(qū)域控制器管轄范圍內(nèi)的運(yùn)行車輛有如下幾種狀態(tài)：列車預(yù)登陸、列車進(jìn)入ZC控制，列車正式控制列車、注銷狀態(tài)。區(qū)域控制器在完成對(duì)其管轄范圍內(nèi)單車的管理功能根底上，實(shí)現(xiàn)對(duì)多車的管理。列車管理功能需要的數(shù)據(jù)和信息來(lái)自區(qū)域控制器與其它子系統(tǒng)的信息交互過(guò)程，列車管理的目的是為了對(duì)通信列車的運(yùn)行行為進(jìn)展管理，記錄列車的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，監(jiān)控列車的控制等級(jí)，記錄列車緊急制動(dòng)信息等。(2)MA生成移動(dòng)授權(quán)的計(jì)算是區(qū)域控制器子系統(tǒng)的核心功能，也是區(qū)域控制器對(duì)列車進(jìn)展控制的主要手段和方式。區(qū)域控制器實(shí)時(shí)地與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、車載控制器、聯(lián)鎖設(shè)備、列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)等其它子系統(tǒng)進(jìn)展交互，也為MA的計(jì)算提供了數(shù)據(jù)支持，并通過(guò)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)向列車的VOBC發(fā)送MA。在zc計(jì)算MA的過(guò)程中，將道岔、進(jìn)路終點(diǎn)、前行列車等視為障礙物，ZC還會(huì)把障礙物狀態(tài)和信息告訴VOBC。移動(dòng)授權(quán)的原理如圖2．2所示。圖2．2MA原理圖(3)線路管理線路管理功能主要用來(lái)確定區(qū)域控制器管轄范圍內(nèi)區(qū)段線路的狀態(tài)，根據(jù)VOBC匯報(bào)的列車位置和從聯(lián)鎖設(shè)備接收到區(qū)段線路信息，確定此軌道區(qū)段是否被占用。(4)與其它子系統(tǒng)交互Zc為了完成其特定功能需要規(guī)律地、周期性地與VOBC、DSU、CI、ATS等其它子系統(tǒng)進(jìn)展交互，如圖2．3所示。ZC與不同子系統(tǒng)之間的交互過(guò)程在ZC運(yùn)行過(guò)程中所起到的作用也各不相剛。圖2．3與其他系統(tǒng)間的交互Zc接收VOBC發(fā)送的列車位置、行駛方向以及列車運(yùn)行等信息，并向VOBC發(fā)送計(jì)算出的MA，在ZC與DSU的信息交互過(guò)程中，簡(jiǎn)要進(jìn)展數(shù)據(jù)庫(kù)版本號(hào)的比擬，并可進(jìn)展數(shù)據(jù)庫(kù)版本號(hào)及相應(yīng)內(nèi)容的更新；CI發(fā)送給ZC的數(shù)據(jù)主要包括喂列車所排進(jìn)路信息以及進(jìn)路范圍內(nèi)的障礙物所處狀態(tài)；ATS所發(fā)信息主要是對(duì)ZC所發(fā)信息確實(shí)認(rèn)和臨時(shí)限速等信息。2．4Z0與其它子系統(tǒng)關(guān)系區(qū)域控制器在CBTC系統(tǒng)中的交互構(gòu)造如圖2-4所示。在整個(gè)ZC工作過(guò)程中，需要實(shí)時(shí)地與其它子系統(tǒng)進(jìn)展通信。圖2_4ZC與其它子系統(tǒng)信息交互構(gòu)造圖(1)ZC與VOBCVOBC發(fā)送給ZC的信息主分為兩類：一類是列車控制信息，另一類是系統(tǒng)維護(hù)信息，本論文主要討論的是列車控制信息。當(dāng)列車在ZC管轄范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，ZC從VOBC得到列車當(dāng)前位置和運(yùn)行方向，結(jié)合障礙物狀態(tài)信息，ZC為VOBC計(jì)算MA，計(jì)算結(jié)果以通信報(bào)文的形式通過(guò)DCS子系統(tǒng)發(fā)送給VOBC。VOBC對(duì)報(bào)文進(jìn)展合理性檢查，如果報(bào)文通過(guò)檢查，VOBC翻譯并執(zhí)行該報(bào)文信息。(2)ZC與ATS區(qū)域控制器會(huì)實(shí)時(shí)地周期性地把列車當(dāng)前位置和列車信息，以及周圍障礙物的狀態(tài)發(fā)送給ATS，ATS會(huì)在線路顯示屏上顯示列車具體所處位置和線路狀態(tài)。ATS向ZC發(fā)送的信息包括：臨時(shí)限速的設(shè)定及取消，人工進(jìn)路預(yù)留的設(shè)定及取消，開放／關(guān)閉區(qū)域的設(shè)定及取消。(3)ZC與DSU區(qū)域控制器每個(gè)工作周期前要首先進(jìn)展Zc的本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)版本號(hào)與DSU數(shù)據(jù)庫(kù)版本號(hào)比擬，如果二者版本號(hào)一致，則無(wú)需進(jìn)展數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容的更新；如果二者版本號(hào)不一致，則要更新數(shù)據(jù)庫(kù)版本號(hào)，然后從DSU下載新的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容。(4)ZC與CI每個(gè)ZC工作周期內(nèi)，ZC都要將在其管轄區(qū)域范圍內(nèi)列車的信息發(fā)送給CI，主要包括列車的所在位置和列車進(jìn)路情況信息，還需要向列車發(fā)送進(jìn)路申請(qǐng)。CI向ZC發(fā)送周圍障礙物的狀態(tài)(如車站緊急停車按鈕狀態(tài)、道岔狀態(tài)、屏蔽門狀態(tài)等)和進(jìn)路信息。2．5ZC切換當(dāng)ZC與相鄰的ZC之間的控制區(qū)域重疊時(shí)，在指定區(qū)域(切換執(zhí)行應(yīng)答器組處)應(yīng)對(duì)列車進(jìn)展交接，即當(dāng)列車將要從一個(gè)ZC區(qū)域進(jìn)入另一個(gè)ZC區(qū)域時(shí)，這兩個(gè)ZC需要對(duì)列車控制權(quán)限進(jìn)展交接。ZC切換是列車行車所必須經(jīng)歷的過(guò)程，正常情況下，列車從一個(gè)ZC切換到另～個(gè)ZC無(wú)需司機(jī)干預(yù)。當(dāng)"移交"ZC查詢到列車接近切換邊界而無(wú)法繼續(xù)延伸凇時(shí)，"移交〞zC從DSU子系統(tǒng)得到"接收〞ZC的D號(hào)，通過(guò)DCS子系統(tǒng)與"接收"ZC的通信，得到延伸MA必要的地面信息，同時(shí)通知"接收"ZC有列車需要登錄。如果要使列車平滑無(wú)縫的按原狀態(tài)運(yùn)行就必須使區(qū)域控制器的切換順利完成。ZC通過(guò)DSC通信子系統(tǒng)與其他相鄰ZC連接，通過(guò)查詢DSU子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，ZC可以知道其他所有ZC信息。切換示意圖如圖2．5所示：圖2-5ZC切換示意圖車載控制器只會(huì)與列車所占用區(qū)域的ZC進(jìn)展通信。為了使列車的移動(dòng)授權(quán)能夠延伸超過(guò)ZC切換邊界，"接收"ZC將接收到"移交〞ZC為列車請(qǐng)求的MA延伸請(qǐng)求。當(dāng)列車車頭通過(guò)ZC切換邊界時(shí)，VOBC將開場(chǎng)與"接收〞ZC通信，在兩者通信連接建立以后，"接收〞ZC積極響應(yīng)，列車的MA將會(huì)延伸通過(guò)切換邊界，然后這些信息將會(huì)傳送到VOBC，最后列車將停頓與移交ZC通信，完全脫離原來(lái)的ZC。具體流程如圖2．6所示：圖2-6ZC切換流程圖〔1〕列車經(jīng)過(guò)ZC切換預(yù)告應(yīng)答器組時(shí)，此時(shí)列車的移動(dòng)授權(quán)已經(jīng)到達(dá)ZC切換邊界，隨即啟動(dòng)區(qū)域控制器切換流程，ZCl與ZC2建立通信連接，ZCl要通知ZC2即將進(jìn)展切換。〔2〕當(dāng)列車前端經(jīng)過(guò)ZC切換執(zhí)行應(yīng)答器組時(shí)，也就是列車已經(jīng)到達(dá)兩個(gè)區(qū)域控制器切換邊界時(shí)，VOBC將提取MA信息中的ZC2信息，并且與ZC2建立通信連接。這時(shí)列車與ZC2只是在通信上保持聯(lián)系，ZC2不直接控制列車，列車的控制信息還是由ZCl進(jìn)展發(fā)送，所以這個(gè)過(guò)程也是ZC2對(duì)列車的預(yù)接收過(guò)程?！?〕當(dāng)列車車尾通過(guò)切換邊界之前，也就是在ZCl進(jìn)展控車和ZC2預(yù)控車的過(guò)程中，列車同時(shí)與ZCl和ZC2保持通信，ZCl向列車發(fā)送MA，保證列車的正常運(yùn)行，ZC2只發(fā)送用于與列車保持通信連接的空信息。西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第14頁(yè)〔4〕當(dāng)列車后端通過(guò)區(qū)域控制器切換邊界后，列車登錄ZC2，ZC2在列車管理隊(duì)列中插入登陸列車信息，直到ZCl檢測(cè)到列車最小平安后端也已經(jīng)通過(guò)切換邊界時(shí)，列車將發(fā)送受ZC2控制的申請(qǐng)信息；當(dāng)ZC2接收到這個(gè)申請(qǐng)后，它將完畢對(duì)列車的預(yù)控制狀態(tài)，ZC2直接正式控制列車?！?〕當(dāng)列車最小平安后端通過(guò)ZC切換邊界時(shí)，列車將發(fā)送與ZCl注銷的信息，以脫離ZCl的控制，由ZC2來(lái)控制。ZCl將發(fā)送列車注銷信息，去除列車信息，同時(shí)與接收Z(yǔ)C2建立通信連接，告知已經(jīng)與運(yùn)行列車注銷，整個(gè)ZC切換過(guò)程完畢。三、當(dāng)前我國(guó)城市軌道交通開展的主要特點(diǎn)3．1有色Petri網(wǎng)建?？尚行苑治鲇猩玃etri網(wǎng)模型適合從兩個(gè)層面上對(duì)異步并發(fā)系統(tǒng)的行為機(jī)理進(jìn)展充分的描述。本論文主要圍繞著區(qū)域控制器的核心功能——"生成移動(dòng)授權(quán)"來(lái)對(duì)區(qū)域控制器進(jìn)展研究分析，在生成移動(dòng)授權(quán)的過(guò)程中，區(qū)域控制器實(shí)時(shí)地與其他子系統(tǒng)進(jìn)展交互，區(qū)域控制器內(nèi)部會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)流動(dòng)和一系列的處理過(guò)程，每個(gè)交互過(guò)程都會(huì)完成其相應(yīng)的功能。在交互過(guò)程中數(shù)據(jù)資源流動(dòng)頻繁，數(shù)據(jù)類型眾多，各個(gè)交互過(guò)程具有復(fù)雜的邏輯構(gòu)造和運(yùn)行機(jī)理，因此可將每個(gè)交互過(guò)程的參與者看作為模型的主體，這樣區(qū)域控制器生成移動(dòng)授權(quán)就是一個(gè)多主體參與的過(guò)程，為了準(zhǔn)確地展現(xiàn)交互過(guò)程的動(dòng)態(tài)行為機(jī)理，本文考慮利用有色Pctri網(wǎng)模型可以直觀地通過(guò)圖形化的模型界面對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理進(jìn)展展現(xiàn)，又可以對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)展形式化的表述。應(yīng)用有色Petri網(wǎng)對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)展建模主要目的之一就是借助系統(tǒng)模型來(lái)分析實(shí)際系統(tǒng)的性質(zhì)和功能。當(dāng)為一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)建立了Petri網(wǎng)模型后，并且模型準(zhǔn)確地描述了系統(tǒng)的層次構(gòu)造和運(yùn)行機(jī)理，則這個(gè)Petri網(wǎng)模型也可以表達(dá)出這個(gè)系統(tǒng)的一些特性。Pctri網(wǎng)理論中，定義和討論了Petri網(wǎng)模型運(yùn)行過(guò)程中的一些特征和性質(zhì)，并且把這些性質(zhì)稱為動(dòng)態(tài)性質(zhì)(dynamicproperty)，包括系統(tǒng)的活性、死鎖、有界性、家態(tài)性等，其動(dòng)態(tài)特性主要通過(guò)托肯的分布和轉(zhuǎn)移進(jìn)展展現(xiàn)，這些動(dòng)態(tài)性質(zhì)同所模擬的實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中表達(dá)的系統(tǒng)特性有著密切的聯(lián)系。有色Pctri網(wǎng)可利用圖形描述每個(gè)變遷過(guò)程的輸入輸出關(guān)系。CPNTools是創(chuàng)立、分析和仿真有色Petri網(wǎng)模型的強(qiáng)大工具。CPNTools建模工具為用戶提供了圖形化和可視化的模型開發(fā)環(huán)境，創(chuàng)立模型后，可以調(diào)用SimulationTools工具箱，進(jìn)入模型仿真狀態(tài)，對(duì)模型的仿真既可以單步執(zhí)行，又可以連續(xù)執(zhí)行，用戶可以自行定義執(zhí)行的時(shí)間和步數(shù)刪。CPNTools狀態(tài)空間分析功能可對(duì)模型計(jì)算其狀態(tài)空間，生成狀態(tài)空間報(bào)告，在狀態(tài)空間工具和仿真器之間傳遞狀態(tài)矢量，根據(jù)狀態(tài)空間報(bào)告中的數(shù)據(jù)可以分析有色Petri網(wǎng)模型的有界性，活性等靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。3．2ZC與DSU交互模型設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元DSU完成整個(gè)CBTC系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理工作，其它所有子系統(tǒng)用到的數(shù)據(jù)內(nèi)容都來(lái)自DSU，ZC也不例外。DSU中，用數(shù)據(jù)庫(kù)版本號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容的實(shí)時(shí)性，為了確保數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容的實(shí)時(shí)性，ZC的每個(gè)工作周期都要從DSU獲取數(shù)據(jù)庫(kù)版本號(hào)，并與ZC本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)版本號(hào)比擬，當(dāng)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)版本號(hào)與DSU數(shù)據(jù)庫(kù)版本號(hào)不一致時(shí)，ZC停頓一切應(yīng)用處理，ZC需要從DSU下載新的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容保持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容最新。ZC與DSU交互模型如圖3．1所示：圖3-1ZC與DSU交互模型ZC與DSU交互模型中所涉及的庫(kù)所和變遷說(shuō)明如表3—1、3—2所示：進(jìn)入CPNTools中的StateSpace工具，生成ZC與DSU交互模型的狀態(tài)空間報(bào)告：從生成的此Pctri網(wǎng)狀態(tài)空間報(bào)告來(lái)看，模型有109個(gè)節(jié)點(diǎn)和224條弧，整個(gè)模型是一個(gè)強(qiáng)連通的模型。有界性分析報(bào)告給出了每個(gè)庫(kù)所包含托肯的數(shù)量區(qū)間，從狀態(tài)空間報(bào)告中可以看出每個(gè)庫(kù)所中的資源都不會(huì)無(wú)限增大，庫(kù)所資源數(shù)量都是有限的，整個(gè)模型是有界Pctri網(wǎng)。活性分析報(bào)告顯示模型中無(wú)死標(biāo)識(shí)狀態(tài)和死變遷，所有的變遷都是活的，即任何一個(gè)變遷都可在指定標(biāo)識(shí)下發(fā)生，說(shuō)明系統(tǒng)沒(méi)有死循環(huán)和死節(jié)點(diǎn)。從以上分析可得系統(tǒng)模型正確。3．3ZC與VOBC交互模型設(shè)計(jì)ZC與VOBC的交互過(guò)程是ZC整個(gè)交互過(guò)程的核心，因?yàn)樵贑BTC系統(tǒng)中，列車的行車平安是依靠移動(dòng)授權(quán)來(lái)保證的，ZC計(jì)算完的移動(dòng)授權(quán)發(fā)送給VOBC，而VOBC發(fā)送給ZC的列車位置信息是計(jì)算移動(dòng)授權(quán)的根底，具體ZC與VOBC交互模型如圖3．2所示：圖3-2ZC與VOBC交互模型ZC與VOBC交互模型中所涉及的庫(kù)所和變遷說(shuō)明如表3-3、3-4所示。表3-3ZC與VOBC信息交互模型庫(kù)所說(shuō)明表3-4ZC與VOBC信息交互模型變遷說(shuō)明進(jìn)入CPNTools中的StateSpace工具，生成ZC與VOBC交互模型的狀態(tài)空間報(bào)告：從生成的此Pctri網(wǎng)狀態(tài)空間報(bào)告來(lái)看，模型有9809個(gè)節(jié)點(diǎn)和134116條弧，整個(gè)模型是一個(gè)局部連通的模型。有界性分析報(bào)告給出了每個(gè)庫(kù)所包含托肯的數(shù)量區(qū)間，從狀態(tài)空間報(bào)告中可以看出每個(gè)庫(kù)所中的資源都不會(huì)無(wú)限增大，庫(kù)所資源數(shù)量都是有限的，整個(gè)模型是有界Petri網(wǎng)。由于模型預(yù)設(shè)了7個(gè)MA申請(qǐng)，所以活性分析報(bào)告顯示模型中無(wú)活的變遷和死的變遷，模型不會(huì)無(wú)限循環(huán)下去。從以上分析可得系統(tǒng)模型符合預(yù)期。3．4ZC與ATS交互模型設(shè)計(jì)ZC與ATS間的信息交互過(guò)程主要包括ZC向ATS報(bào)告列車登陸／出清信息和位置信息，ATS向ZC提供ATS對(duì)列車的管理信息，兩者之間的交互具體模型如圖3．3所示：圖3-3ZC與ATS交互模型進(jìn)入CPNTools中的StateSpace工具，生成ZC與ATS交互模型的狀態(tài)空間報(bào)告：從生成的此Petri網(wǎng)狀態(tài)空間報(bào)告來(lái)看，模型有6個(gè)節(jié)點(diǎn)和8條弧，整個(gè)模型是一個(gè)強(qiáng)連通的模型。有界性分析報(bào)告給出了每個(gè)庫(kù)所包含托肯的數(shù)量區(qū)間，從狀態(tài)空間報(bào)告中可以看出每個(gè)庫(kù)所中的資源都不會(huì)無(wú)限增大，庫(kù)所資源數(shù)量都是有限的，整個(gè)模型是有界Petri網(wǎng)?；钚苑治鰣?bào)告顯示模型中無(wú)死標(biāo)識(shí)和死的變遷，因?yàn)樵趯?shí)際系統(tǒng)中，只要列車在ZC管轄范圍內(nèi)，ATS和ZC要對(duì)列車進(jìn)展實(shí)時(shí)控制，所以ATSSendMessagetoZC、ZCSendMessagetoATS兩個(gè)變遷是活的，即在網(wǎng)中的任何一個(gè)標(biāo)識(shí)下，這兩個(gè)變遷能在可發(fā)生序列中。3．5ZC與CI交互模型設(shè)計(jì)CI發(fā)送的障礙物狀態(tài)信息以障礙物的ID作為障礙物標(biāo)識(shí)，由于MA本身相當(dāng)于一個(gè)位置信息，所以要明確障礙物的具體位置，包括障礙物所在區(qū)段信息，這些數(shù)據(jù)都包含在DSU中，在DSU中障礙物同樣以D標(biāo)識(shí)，除此之外，還有障礙物的類型描述。這就需要ZC在使用障礙物信息前，通過(guò)障礙物ID作為橋梁，將CI和DSU中的障礙物信息進(jìn)展結(jié)合，為ZC生成MA做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。采用建立層次Petri網(wǎng)的方法建立ZC與CI交互模型，首先建立沒(méi)有內(nèi)部詳細(xì)功能的頂層模型，用于仿真遍歷障礙物過(guò)程，命名為Network，Network層中設(shè)置了四個(gè)替代變遷FindObstacle。為了實(shí)現(xiàn)建立仿真功能更加詳細(xì)的模型，建立了Site層模型，用于仿真提取障礙物信息過(guò)程，每個(gè)替代變遷FindObstacle都連接到Site層模型，具體模型如圖3-4、3-5所示：圖3-4ZC與CI交互模型NetWork層圖3．5ZC與CI交互模型Site層進(jìn)入CPNTools中的StateSpace工具，生成zC與CI交互模型的狀態(tài)空間報(bào)告：生成的此Petri網(wǎng)狀態(tài)空間報(bào)告來(lái)看，模型有22922個(gè)節(jié)點(diǎn)和50056條弧，整個(gè)模型是一個(gè)局部連通的模型。有界性分析報(bào)告給出了每個(gè)庫(kù)所包含托肯的數(shù)量區(qū)間，從狀態(tài)空間報(bào)告中可以看出每個(gè)庫(kù)所中的資源都不會(huì)無(wú)限增大，庫(kù)所資源數(shù)量都是有限的，整個(gè)模型是有界Petri網(wǎng)。由于模型預(yù)設(shè)了4個(gè)障礙物，所以活性分析報(bào)告顯示模型中無(wú)活的變遷和死的變遷，模型不會(huì)無(wú)限循環(huán)下去。從以上分析可得系統(tǒng)模型符合預(yù)期。四、軌道交通的平安問(wèn)題得到高度重視4．1移動(dòng)授權(quán)的內(nèi)容4．1．1移動(dòng)授權(quán)的概念城軌交通中，CBTC系統(tǒng)的主要任務(wù)是時(shí)刻確保列車在CBTC系統(tǒng)控制線路內(nèi)平安運(yùn)行，具體采用的手段是向每列通信列車發(fā)送移動(dòng)授權(quán)MA(MovementAuthority)。通信列車只有在接收到ZC發(fā)送的MA后，才能在移動(dòng)授權(quán)的范圍內(nèi)平安行車，一個(gè)移動(dòng)授權(quán)可以包含多條連續(xù)的軌道區(qū)段。移動(dòng)授權(quán)的幾個(gè)概念：(1)移動(dòng)授權(quán)：指從列車車尾到前方終點(diǎn)障礙物的這局部線路。(2)移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)EOA(EndofMovementAuthority)：列車可運(yùn)行到的授權(quán)位置。(3)縮短移動(dòng)授權(quán)SMA(ShortenedMovementAu血ority)：當(dāng)列車新接收到MA中的EOA近于上一周期MA的EOA，縮短移動(dòng)授權(quán)可以強(qiáng)制通信列車以此周期接收到的停車位置作為新的EOA。列車根據(jù)當(dāng)前的位置信息，來(lái)決定是否啟動(dòng)常規(guī)制動(dòng)或者緊急制動(dòng)。如果列車位置已經(jīng)超越新的EOA，則列車馬上啟動(dòng)緊急制動(dòng)。此過(guò)程也叫回撤移動(dòng)授權(quán)。4．1．2移動(dòng)授權(quán)的構(gòu)造及內(nèi)容區(qū)域控制器向車載控制器發(fā)送的信息包含兩局部：一局部是對(duì)VOBC的應(yīng)答信息，用于對(duì)接收到VOBC發(fā)送的信息進(jìn)展確認(rèn)，此信息在列車管理功能中實(shí)現(xiàn)；另一局部是向VOBC發(fā)送的MA信息，MA信息融合了VOBC匯報(bào)的列車位置信息、DSU匯報(bào)的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容信息和CI匯報(bào)的障礙物信息、進(jìn)路信息，并將障礙物信息編制成鏈表信息，進(jìn)而進(jìn)一步對(duì)鏈表信息排列和遍歷。具體移動(dòng)授權(quán)生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)流圖如圖4—2所示。圖4-2移動(dòng)授權(quán)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)流圖4．2移動(dòng)授權(quán)相關(guān)ZC輸入輸出信息移動(dòng)授權(quán)的生成和發(fā)送主要發(fā)生在區(qū)域控制器和車載控制器之間，車載控制器首先向區(qū)域控制器匯報(bào)列車的運(yùn)行信息，包括列車運(yùn)行狀態(tài)、列車當(dāng)前位置、MA延伸申請(qǐng)等，之后ZC根據(jù)列車運(yùn)行信息向列車發(fā)送MA。4．2．1區(qū)域控制器的輸入、輸出信息〔1〕輸入信息根據(jù)各個(gè)信息在區(qū)域控制器子系統(tǒng)功能中發(fā)揮地不同作用，對(duì)區(qū)域控制器輸入信息進(jìn)展劃分，具體劃分為：系統(tǒng)決策層輸入信息、系統(tǒng)控制層輸入信息和系統(tǒng)維護(hù)層輸入信息。劃分原則如下：系統(tǒng)決策層輸入信息：向區(qū)域控制器實(shí)現(xiàn)功能申請(qǐng)、匯報(bào)信息、功能實(shí)現(xiàn)或者對(duì)功能轉(zhuǎn)換起到重要作用的信息，如VOBC匯報(bào)的運(yùn)行狀態(tài)信息等。系統(tǒng)控制層輸入信息：列車具體運(yùn)行參數(shù)輸入信息，區(qū)域控制器根據(jù)這些信息計(jì)算MA，對(duì)VOBC給出控制信息。系統(tǒng)維護(hù)層輸入信息：VOBC發(fā)送給ZC的狀態(tài)和模式信息等，不參與ZC的MA計(jì)算，只用于顯示或者標(biāo)識(shí)系統(tǒng)的狀態(tài)?！?〕輸出信息ZC發(fā)送給VOBC的輸入信息內(nèi)容和意義如下：(1)列車運(yùn)行信息標(biāo)示她：用來(lái)標(biāo)識(shí)ZC對(duì)列車運(yùn)行狀態(tài)，包括列車登陸區(qū)域控制器狀態(tài)確認(rèn)信息、列車進(jìn)入?yún)^(qū)域控制器控制狀態(tài)確認(rèn)信息，列車正常運(yùn)行ATP狀態(tài)確認(rèn)信息。(2)MA終點(diǎn)P,az：本周期ZC計(jì)算的MA終點(diǎn)EOA。(3)進(jìn)路號(hào)R∞：本計(jì)算周期內(nèi)CI為列車所排進(jìn)路的進(jìn)路編號(hào)。(4)障礙物數(shù)量％：從列車當(dāng)前所在位置到EOA之間的障礙物數(shù)量。(5)障礙物類別號(hào)甌：用于標(biāo)識(shí)障礙物的類別。(6)障礙物％：用于唯一的標(biāo)識(shí)障礙物。(7)障礙物狀態(tài)D脅：標(biāo)記障礙物的狀態(tài)，如道岔的定位、反位。4．3移動(dòng)授權(quán)延伸區(qū)域控制器ZC向車載控制單元VOBC發(fā)送包含MA消息的信息幀，VOBC接收到MA信息后計(jì)算出目標(biāo)一距離速度防護(hù)曲線，并在MA規(guī)定的許可范圍內(nèi)行車，移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)EOA是列車被授權(quán)可以前進(jìn)到的線路位置。通信列車在行駛到EOA之前，必須已經(jīng)得到新的MA，也就是對(duì)原有MA的延伸，使得運(yùn)行列車能夠保持正常的運(yùn)行速度繼續(xù)前進(jìn)。如果列車已經(jīng)行駛到EOA之前，VOBC還沒(méi)收到新的MA，VOBC將主動(dòng)向ZC發(fā)送MA延伸申請(qǐng)。CBTC系統(tǒng)中可以在列車運(yùn)行MA終點(diǎn)前設(shè)置一個(gè)規(guī)定時(shí)間，在這個(gè)規(guī)定時(shí)間內(nèi)，列車行至最近相關(guān)應(yīng)答器組LRBG(Lastrelevantbalisegroup)，VOBC發(fā)送MA延伸請(qǐng)求，或者在ZC響應(yīng)一個(gè)聯(lián)鎖設(shè)備輸出的變化時(shí)自動(dòng)生成一個(gè)新的MA，從而列車行車路線延長(zhǎng)到了列車當(dāng)前位置之前，示意圖如圖4．3所示。圖4-3MA延伸原理示意圖在下面兩種情況以下車車載設(shè)備VOBC也可以請(qǐng)求MA延伸，一種是列車到達(dá)EOA之前的規(guī)定時(shí)間內(nèi)，另一種是在MA信息內(nèi)部計(jì)時(shí)器到時(shí)之前的規(guī)定時(shí)間內(nèi)。CBTC系統(tǒng)中VOBC在接收到新的MA之前是否進(jìn)展屢次MA延伸申請(qǐng)是可以定義的，如果需要屢次申請(qǐng)，可以定義每次重復(fù)申請(qǐng)的時(shí)間間隔。直到ZC給出了新的MA參數(shù)，舊的MA參數(shù)才會(huì)失效。4．4移動(dòng)授權(quán)算法設(shè)計(jì)4．4．1移動(dòng)授權(quán)算法設(shè)計(jì)原則CBTC系統(tǒng)中因?yàn)槿∠斯潭ㄩ]塞分區(qū)，采用了移動(dòng)閉塞信號(hào)系統(tǒng)，軌旁信號(hào)機(jī)只有在后備模式中才發(fā)揮作用，所以移動(dòng)授權(quán)信息是列車運(yùn)行平安防護(hù)的關(guān)鍵，VOBC完全根據(jù)MA信息確定前方最大防護(hù)距離。移動(dòng)授權(quán)的具體計(jì)算原則分為外部條件和內(nèi)部機(jī)制兩個(gè)方面。計(jì)算移動(dòng)授權(quán)的外部條件：MA的計(jì)算是在所依據(jù)的信息是有效準(zhǔn)確的前提下進(jìn)展的，各子系統(tǒng)向ZC提供的信息，經(jīng)過(guò)有效性判斷之后，有效信息在ZC中被存儲(chǔ)起來(lái)，更新路徑信息過(guò)程就是將這些有效的信息及時(shí)地更新到已建立的路徑上，保證MA實(shí)時(shí)性的要求，從而滿足MA計(jì)算的準(zhǔn)確性。需要更新的信息主要包括臨時(shí)限速信息，聯(lián)鎖設(shè)備發(fā)送的進(jìn)路信息和障礙物狀態(tài)信息，以及聯(lián)鎖設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)的區(qū)間占用信息。在此根底上，依據(jù)完善的DSU數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)單元子系統(tǒng)的信息(線路信息等)，結(jié)合VOBC發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)(列車D，列車速度，列車非平安位置等信息)，進(jìn)展平安包絡(luò)以對(duì)列車成功定位，至此數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)備工作已經(jīng)完成。從移動(dòng)授權(quán)計(jì)算的內(nèi)部機(jī)制角度看，大致可將MA計(jì)算過(guò)程分為兩個(gè)步驟：第一個(gè)步驟，zC依據(jù)前面已經(jīng)提到的準(zhǔn)備完畢的信息，根據(jù)不同的行車場(chǎng)景，計(jì)算MA；第二個(gè)步驟是判斷是否發(fā)送已經(jīng)計(jì)算出的MA。4．5不同運(yùn)行場(chǎng)景下的移動(dòng)授權(quán)設(shè)計(jì)4．5．1區(qū)間撇的設(shè)計(jì)兩個(gè)車站之間只有一列車運(yùn)行時(shí)，ZC記錄下VOBC發(fā)過(guò)來(lái)的列車位置，并以此為列車MA的起點(diǎn)。如圖4-7所示：圖4-7區(qū)間MA的延伸當(dāng)列車在位置l時(shí)：1)進(jìn)路鎖閉，聯(lián)鎖設(shè)備向zC發(fā)送信號(hào)授權(quán)：(SA_61)，(SA_62)，(SA_63)。2)ZC從列車剛經(jīng)過(guò)的LRBG位置沿著列車行駛方向向前查詢，查詢到軌道區(qū)段61的狀態(tài)為在進(jìn)路范圍內(nèi)、無(wú)列車占用、不是ZC切換邊界，則F為等于1，繼續(xù)向前查詢，同理軌道區(qū)段62和63的F=1，繼續(xù)查詢軌道區(qū)段64，由于軌道區(qū)段64前面沒(méi)有聯(lián)鎖設(shè)備的信號(hào)授權(quán)，前方無(wú)進(jìn)路，則F為0，所以MA終點(diǎn)到軌道區(qū)段64處。ZC向列車發(fā)送終點(diǎn)為軌道區(qū)段63終點(diǎn)的移動(dòng)授權(quán)。當(dāng)列車在位置2時(shí)：1)CI向ZC發(fā)送：(sA-61)的"使用(occupied)〞狀態(tài)。2)ZC以軌道區(qū)段61的起點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn)，向列車發(fā)送有條件緊急停車消．g(CESM)。ZC根據(jù)信號(hào)授權(quán)，延伸移動(dòng)授權(quán)。3)正常運(yùn)行運(yùn)行列車將忽略該CESM。當(dāng)列車在位置3時(shí)：1)CI向ZC發(fā)送：(SA_62)的"使用(occupied)〞狀態(tài)。2)ZC以軌道區(qū)段62的起點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn)，向列車發(fā)送有條件緊急停車消息(CESM)。ZC根據(jù)信號(hào)授權(quán)，延伸移動(dòng)授權(quán)。當(dāng)列車在位置4時(shí)：1)CI向ZC發(fā)送：(SA_63)的"使用(occupied)〞狀態(tài)。2)ZC以軌道區(qū)段63的起點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn)，向列車發(fā)送有條件緊急停車消息(CESM)。ZC根據(jù)信號(hào)授權(quán)，延伸移動(dòng)授權(quán)。如圖4—8所示。圖4-8區(qū)間MA示意圖4．5．2區(qū)間列車追蹤過(guò)程的MA設(shè)計(jì)圖4-9列車追蹤過(guò)程MA的產(chǎn)生當(dāng)區(qū)間有列車追蹤情況發(fā)生時(shí)，CI會(huì)把區(qū)間所有活動(dòng)對(duì)象狀態(tài)一起發(fā)送給ZC。如圖4．9，假設(shè)聯(lián)鎖設(shè)備所排進(jìn)路到軌道區(qū)段66終點(diǎn)處，即發(fā)送的信號(hào)授權(quán)為(SA61)、(SA62)、(sh63)、(sA64)、(SA65)、(SA66)，ZC收到信號(hào)授權(quán)后對(duì)追蹤列車從列車處位置開場(chǎng)沿著列車行駛方向向前遍歷軌道區(qū)段，在到達(dá)軌道區(qū)段64處有列車占用，則F=O，追蹤列車的MA終點(diǎn)確定，生成EOA為軌道區(qū)段63終點(diǎn)處的MA，同理對(duì)前行列車生成EOA至軌道區(qū)段66終點(diǎn)處的MA。假設(shè)下一時(shí)刻，前行列車進(jìn)入軌道區(qū)段65后，追蹤列車的移動(dòng)授權(quán)也延伸到軌道區(qū)段65。由此可以繼續(xù)延伸追蹤列車的移動(dòng)授權(quán)，如圖4—10所示。圖4-10列車追蹤過(guò)程MA示意圖4．5．3站內(nèi)的M設(shè)計(jì)站內(nèi)區(qū)段是一個(gè)特殊的區(qū)段，當(dāng)聯(lián)鎖為列車排列了迸路后，該進(jìn)路就會(huì)被鎖閉，在該站內(nèi)進(jìn)路中不會(huì)存在第二輛列車，且站內(nèi)不會(huì)有ZC邊界的因素，因此只需考慮進(jìn)路。(1)站內(nèi)無(wú)進(jìn)路：為了向前延伸移動(dòng)授權(quán)，ZC需要查詢站內(nèi)進(jìn)路是否是為該列車開放，如果查詢到聯(lián)鎖所給信號(hào)授權(quán)不是該列車的站內(nèi)接車進(jìn)路，則接車進(jìn)路軌道區(qū)段式(4·3)為0，則MA只能到達(dá)進(jìn)站信號(hào)機(jī)處。(2)接車進(jìn)路：如圖4．11所示，CI為列車辦理了*_*I接車進(jìn)路，向ZC發(fā)送(SA～*I)信號(hào)授權(quán)，ZC向VOBC發(fā)送終點(diǎn)為Ⅺ的MA。當(dāng)列車處于位置2時(shí)，ZC以進(jìn)站信號(hào)機(jī)*為目標(biāo)點(diǎn)，向列車發(fā)送有條件緊急停車消息(CESM)。當(dāng)CI向ZC發(fā)送發(fā)車進(jìn)路"無(wú)進(jìn)路(NoRoute)"信息，ZC向列車發(fā)送到列車前端的移動(dòng)授權(quán)。圖4-11接車過(guò)程tVIA示意圖(3)發(fā)車進(jìn)路：如圖4．12所示，CI為列車辦理了發(fā)車進(jìn)路，向ZC發(fā)送授權(quán)信號(hào)(SA_*I)、(SA—Sn)、(SA79)。ZC向列車發(fā)送至軌道區(qū)段79的移動(dòng)授權(quán)。列車在位置2時(shí)，ZC以出站信號(hào)機(jī)Ⅺ為目標(biāo)點(diǎn)，向VOBC發(fā)送有條件緊急停車消息(CESM)。當(dāng)列車運(yùn)行到位置5時(shí)，ZC根據(jù)信號(hào)授權(quán)圖4-12發(fā)車過(guò)程MA示意圖(4)通過(guò)進(jìn)路：如圖4-13所示，列車在位置1時(shí)，CI辦理接車進(jìn)路。在位置3時(shí)，CI辦理發(fā)車進(jìn)路，ZC發(fā)送終點(diǎn)為軌道區(qū)段79的MA。在位置5時(shí)，ZC根據(jù)cI發(fā)送的進(jìn)路信息，延伸移動(dòng)授權(quán)。圖4-13通過(guò)進(jìn)路MA示意圖4．5．4ZC切換時(shí)的MA設(shè)計(jì)圖4_14ZC切換時(shí)的MA延伸如圖4．14所示，列車從A站開往B站，區(qū)間有ZC的切換。ZC1只能給到軌道區(qū)段63的線路數(shù)據(jù)和移動(dòng)授權(quán)，而在ZC2管轄范圍內(nèi)B站的聯(lián)鎖設(shè)備排進(jìn)路到了軌道區(qū)段65終點(diǎn)處，為保證列車以最大速度通過(guò)ZC切換邊界，ZCl應(yīng)該把移動(dòng)授權(quán)從軌道區(qū)段63終點(diǎn)處延伸到軌道區(qū)段65終點(diǎn)處，這就需要ZC2提供所管轄范圍內(nèi)的線路數(shù)據(jù)及計(jì)算移動(dòng)授權(quán)其它所需信息，即軌道區(qū)段64和軌道區(qū)段65的數(shù)據(jù)。列車MA=63MA+65MA，其中63MA來(lái)自于ZCl，65MA來(lái)自于ZC2，最終列車的MA延伸至軌道區(qū)段65終點(diǎn)處。具體步驟為：1)聯(lián)鎖為列車辦理進(jìn)路。2)cI向ZCl信號(hào)發(fā)送授權(quán)信息，即(sAjl)、(SA-_62)、…(s√U5)，ZCl沿列車行駛方向遍歷軌道區(qū)段，由于軌道區(qū)段63在ZC切換邊界，并且無(wú)列車占用，則F=0，ZCl所生成的MA只能到切換邊界即軌道區(qū)段63終點(diǎn)處，ZCl生成的MA只能到此處。3)ZCl向ZC2發(fā)送切換請(qǐng)求。4)ZC2得到ZCl的請(qǐng)求后向聯(lián)鎖獲取該列車在ZC2管轄范圍內(nèi)的進(jìn)路信息，即得到軌道區(qū)段64和65的信號(hào)授權(quán)信息，ZC2就將軌道區(qū)段64和65的線路數(shù)據(jù)及臨時(shí)限速發(fā)送給ZCl。5)ZCl得到ZC2發(fā)送的線路數(shù)據(jù)后，移動(dòng)授權(quán)延伸至軌道區(qū)段65處，然后將整個(gè)移動(dòng)授權(quán)內(nèi)(即該車位置到軌道區(qū)段65終點(diǎn))的線路數(shù)據(jù)發(fā)送給列車。6)通信列車得到該數(shù)據(jù)后就可以以軌道區(qū)段65終點(diǎn)處為目標(biāo)終點(diǎn)正常行車。4．5．5列車進(jìn)出車輛段時(shí)的MA設(shè)計(jì)地鐵車輛每次迸出車場(chǎng)時(shí)都要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換軌，由于地鐵車輛段屬于非CBTC覆蓋范圍，所以轉(zhuǎn)換軌區(qū)域也可以看做為列車進(jìn)入或者駛離CBTC區(qū)域的換區(qū)域。為了確保列車駛?cè)隒BTC系統(tǒng)之前已經(jīng)登陸ZC和駛離CBTC區(qū)域之后平安運(yùn)行在轉(zhuǎn)換軌區(qū)域，ZC的覆蓋區(qū)域要比CBTC區(qū)域大，如圖4．15所示。圖4-15CBTC區(qū)域示意圖下面分別討論列車進(jìn)出車輛段時(shí)ZC對(duì)列車的控制方式以及移動(dòng)授權(quán)的生成。(1)列車由車輛段駛?cè)胝€當(dāng)列車由車輛段駛?cè)朕D(zhuǎn)換軌停穩(wěn)后，開場(chǎng)進(jìn)入ZC的管轄范圍，ATS檢測(cè)到列車位置后并確認(rèn)是CBTC列車，VOBC登陸ZC，并且申請(qǐng)進(jìn)入ZC控制狀態(tài)，CI自動(dòng)辦理由轉(zhuǎn)換軌至正線車站的進(jìn)路。當(dāng)上述控制過(guò)程都進(jìn)展完畢后，司機(jī)可將駕駛模式切換到ATPM模式，列車以小于25km／h的速度行駛在轉(zhuǎn)換軌。一旦切換到ATPM模式，列車在ZC生成的移動(dòng)授權(quán)的監(jiān)視下，在CBTC區(qū)域內(nèi)前向第一個(gè)車站。ZC為剛剛駛?cè)隒BTC區(qū)域的列車第一次生成地移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)為轉(zhuǎn)換軌的終點(diǎn)，當(dāng)列車駛離轉(zhuǎn)換軌，駛?cè)胝€之后，ZC移動(dòng)授權(quán)的計(jì)算按區(qū)間MA的算法進(jìn)展，如圖4．16所示。一旦在第一個(gè)車站停車，司機(jī)將ATPM模式切換到AM模式，進(jìn)入正線運(yùn)行，列車處于CBTC下的ATO運(yùn)行模式。圖4-16列車駛?cè)隒BTC區(qū)域的MA計(jì)算(2)列車由正線駛?cè)胲囕v段CBTC列車由正線進(jìn)入車輛段時(shí)，如圖4—17所示，當(dāng)列車行至緊鄰轉(zhuǎn)換軌的軌道區(qū)段時(shí)，ZC為列車生成的移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)在轉(zhuǎn)換軌起點(diǎn)。列車車頭在越過(guò)轉(zhuǎn)換軌起點(diǎn)后，ZC為列車生成的移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)在轉(zhuǎn)換軌終點(diǎn)，在列車全部進(jìn)入轉(zhuǎn)換軌后，列車需停車，司機(jī)必須將模式選擇開關(guān)從AM或ATPM切換到RM，列車以RM限速在軌旁信號(hào)的控制下在車輛段內(nèi)繼續(xù)行駛。ZC清空系統(tǒng)內(nèi)該列車的數(shù)據(jù)信息，不再管理此列車。圖4—17列車駛離CBTC區(qū)域的MA計(jì)算4．5．6列車自動(dòng)折返時(shí)的MA設(shè)計(jì)CBTC系統(tǒng)以下車可以在折返站完成自動(dòng)折返作業(yè)。整個(gè)折返過(guò)程中列車的啟動(dòng)、巡航、惰行、加速、制動(dòng)和準(zhǔn)確停車由車載信號(hào)控制，移動(dòng)授權(quán)由ZC生產(chǎn)并發(fā)送給列車，VOBCl對(duì)列車折返過(guò)程進(jìn)展監(jiān)控，無(wú)需司機(jī)進(jìn)展任何操作。如圖4一18所示，列車在VOBCl的控制下運(yùn)行到折返站站臺(tái)，VOBCl控制列車車門關(guān)閉。開場(chǎng)自動(dòng)折返前，列車運(yùn)行模式開關(guān)仍置于"ATO模式"