第二節　CBTC系統功能

作為一個結構復雜的分布式控制系統，CBTC系統提供了豐富且強大的功能，本節將對CBTC系統的主要功能進行描述，并對CBTC系統各主要組成子系統在各項功能中的分配情況進行介紹。

一系統功能描述

根據城市軌道交通信號系統的功能需求，結合CBTC系統的自身特點，CBTC系統的功能主要分為以下五大類：

（1）保證行車安全；

（2）保護和輔助乘客；

（3）輔助列車運行；

（4）輔助駕駛；

（5）提供技術支持。

1.保證行車安全

保證列車運行、運營中的行車安全，是信號系統最主要的功能，為了實現對列車行車安全的保護，CBTC系統各子系統間需要協同工作，對列車運行進行全方位的監控。

（1）確定軌道占用信息

CBTC，自于車載設備的位置匯報后，根據安全算法，確認列車所占用的軌道區段狀況，并以此為依據為后車計算移動授權。

（2）列車追蹤間隔控制

根據所確定的軌道占用信息、列車相對位置及障礙物狀態，區域控制器將按照移動閉塞原則，為列車計算移動授權。列車移動授權以前車車尾作為閉塞終點，結合安全控制原則，在保證后續列車安全的前提下，縮短列車追蹤間隔。

（3）生成信號機強制命令

移動閉塞模式下，司機以信號系統車載設備的顯示為基準駕駛列車，地面信號機的顯示不作為主要行車依據。因此一般情況下，采用CBTC系統的線路，當系統運行在CBTC級別時，地面信號機采用滅燈顯示。但對于降級模式列車，仍以信號顯示作為行車依據，故降級列車前方一定范圍內的信號機需要點亮。信號機的亮滅由區域控制器根據接近的列車類型進行判斷，并生成強制命令發送給聯鎖系統執行。

（4）列車自主測速定位

列車在運行過程中，CBTC系統車載設備需要持續不斷地對自身在線路上的位置進行計算和確認。CBTC系統車載設備包含了用于測速測距的速度傳感器、加速度計、雷達，通過測速測距算法，對自身走行距離進行計算。同時，通過獲取地面應答器/信標的位置信息，對自身位置進行校準。

（5）列車輪徑校正功能

列車的車輪輪徑是車載設備進行測速測距的重要參數，因此CBTC系統需對列車輪徑進行管理。一般而言，CBTC系統在車輛段或正線設置專門用于進行輪徑矯正的應答器/信標設備，布置于平直軌道上，間距固定。當列車勻速通過輪徑矯正設備時，車載設備將計算列車輪徑，并以計算所得的輪徑作為計算依據。

（6）駕駛模式和運行級別管理

CBTC系統提供三級駕駛級別（CBTC級別、點式后備級別、聯鎖級別）和多種駕駛模式[AM模式（自動駕駛模式）、CM模式（編碼人工駕駛模式）、RM模式（限制人工駕駛模式）、EUM模式（緊急非限制人工駕駛模式）等]，根據當前的列車運行狀況及線路條件，對駕駛模式及運行級別進行管理。一般情況下，由低級別模式向較高級別模式的轉換是自動完成的，而高級別向低級別的轉換，特別是安全防護的主體由CBTC系統變為司機的轉換（轉換至RM模式或EUM模式）必須停車并由司機進行人工確認。

（7）列車追蹤速度曲線計算

CBTC系統的車載設備根據自身測速測距情況和區域控制器發送的移動授權等信息，實時計算用于列車追蹤及安全防護的速度-距離曲線。曲線包括緊急制動觸發曲線、牽引切斷曲線（可選）、推薦速度曲線等。車載設備將嚴格根據速度-距離曲線對列車的速度進行防護。

（8）列車超速防護

根據實時計算所得到的速度-距離曲線，CBTC系統車載設備對列車的運行速度進行嚴格監控，若列車的運行速度超過推薦速度曲線，設備將發出聲光報警提示司機；若列車的運行速度超過牽引切斷速度，設備將自動切斷列車牽引；若列車運行速度繼續上升觸及緊急制動觸發曲線，則設備將立即實施緊急制動，保證列車在安全防護范圍內停車。

（9）退行防護

在列車運行過程中，CBTC系統不但監控列車的運行速度，也會監控列車的運行方向。若列車的運行方向與期望運行方向不相符，系統將判定列車進行了退行。系統允許列車在一定范圍內有限的退行，但退行一段距離后即會實施緊急制動提醒司機謹慎操作。一般來說，CBTC系統允許列車三次退行，退行的允許距離為2m、2m、1m。若超過了總計累積誤差或總計退行次數，系統將緊急制動不緩解。

（10）紅燈誤出發防護

當列車在車站停靠時，若出站進路未被排列或其他原因導致出站信號未開放時，CBTC系統將切斷列車牽引回路，防止司機因誤操作或誤判斷導致列車越過紅燈信號，從而實現對列車安全出站的防護。

（11）列車完整性監督

列車本身的完整性是CBTC系統對列車運行進行安全防護的基礎，若列車完整性不能保證，則CBTC系統無法實現對列車的控制和防護。因此，CBTC系統在列車運行過程中需要實時對列車完整性進行監督，一旦丟失列車完整性信號，CBTC系統將立即采取緊急制動措施，最大程度保證列車安全。

（12）管理臨時限速

作為運營調整的有效手段，臨時限速在出現突發情況需要對線路某一區段進行速度限制時使用。CBTC系統可以對調度人員下達的臨時限速進行管理，包括臨時限速設置、二次確認、存儲、上電確認、取消等一系列作業，保證臨時限速命令的完整性。

（13）管理數據庫版本

在CBTC系統的各個子系統中，均存在數據庫信息，為使系統整體的完整性和一致性得到保證，必須確保各子系統所使用的數據庫版本統一。CBTC系統的數據存儲單元作為統一的數據源，對各關鍵子系統提供版本檢驗，若數據版本不一致，則CBTC系統不能進入列車控制，確保系統的安全性。

（14）聯鎖功能

聯鎖子系統是保證列車行車安全的基礎設備，主要任務是按一定程序和條件控制道岔、信號，建立列車或調車進路，實現與列車運行和行車指揮等系統的結合，實現進路的人工或自動控制，顯示區段占用和進路狀態、信號開放和道岔狀態、遙控和站控等各種表示和聲光報警。

（15）道岔控制功能

道岔是控制線路方向轉換的重要基礎設備，CBTC系統的聯鎖子系統提供對于道岔的控制功能，除正常排列進路時的道岔選動、鎖閉、解鎖外，還提供了特殊情況下控制道岔的單操、單鎖、強扳、封鎖命令，以便根據運營實際情況，在保證安全的情況下對道岔進行靈活控制。

（16）區域（信號）的封鎖和解封

CBTC系統的聯鎖子系統還提供了區域封鎖和信號封鎖功能，當運營過程中遇到突發情況，需臨時對通過某一區段或信號機的列車進行限制時，可采用封鎖命令。命令下達后，相關進路始端信號將不再開放，防止列車越過封鎖區域。當突發情況解除時，可通過解封命令取消封鎖。

（17）提供車地雙向通信

通過車地雙向大容量冗余通信網絡，CBTC系統實現了車載設備與地面設備的信息交互。在列車運行過程中，系統將實時監測車地雙向通信狀態，一旦通信延遲超過系統所允許的門限值，系統將立即實施緊急制動，保證列車的運行安全。

2.保護和輔助乘客

除保證列車運行安全外，保護和輔助乘客也是CBTC系統非常重要的功能，系統需要防護車門、安全門、緊急停車按鈕等與乘客相關的區域或設備，保證乘客在站臺乘降、列車運行過程中的安全。

（1）管理列車車門

CBTC系統對于列車車門的監控是實時的，在區間運行時，若系統監測到車門失去“關閉且鎖閉”狀態，則將采取切斷牽引或緊急制動措施，提醒司機確認車門狀態，保證乘客安全。在站臺區域，若車門控制方式為自動，則CBTC系統將按照停站時間自動打開、關閉車門，若出現非系統授權的車門打開，系統將限制列車移動，保證站臺和車上乘客的安全。

（2）管理站臺安全門

站臺安全門也被CBTC系統納入監控范圍，在系統運行過程中，將持續監測各站的安全門狀態。若在列車進站前，某站安全門打開，則系統將限制列車不可進入站臺，以避免發生危險。列車在站正常停車過程中，系統將通過車地無線通信實現車門與站臺安全門間的同步開啟和關閉。當列車在站臺范圍內監測到非預期的安全門打開時，將立刻采取措施限制列車移動，保證站臺和車上的乘客安全。

（3）檢查列車安全停靠站情況

當列車到達站臺停車時，為了保證車門與安全門的對準以及乘客的安全乘降，只有當列車停靠在指定區域（稱為“停車窗”）內時，系統才允許列車車門及站臺安全門打開，否則即便司機發出開門命令，系統也將禁止該命令的執行，以保護站臺和車上乘客的安全。

（4）授權駛離站臺

當列車進站開關門作業完成，旅客乘降完成后，CBTC系統將對列車的發車條件進行檢查，當出站進路已排列且信號開放、所有站臺安全門關閉且鎖閉、所有車門關閉且鎖閉、緊急停車按鈕全部未按下等安全條件全部具備后，系統將給出離站移動授權，確保列車能夠安全離站。

（5）管理站臺緊急停車按鈕

站臺緊急停車按鈕是緊急情況下臨時封鎖站臺的專用設備，也是CBTC系統的防護對象之一。在系統運行過程中，將持續監測各站的緊急停車按鈕狀態，若在列車進站前，某站緊急停車按鈕按下，則系統將限制列車不可進入站臺，以避免發生危險。當列車在站臺范圍內監測到緊急停車按鈕按下時，將立刻采取措施限制列車移動，保證站臺和車上的乘客安全。

3.輔助列車運行

除去安全防護功能外，CBTC系統為了輔助列車運行，也提供了一系列的功能，這些功能涵蓋設備自檢、提供駕駛信息、進路控制及運營調整等各個方面，使得運營人員可以方便地對系統工作狀態進行了解，并通過CBTC系統對列車運行狀態進行監控。

（1）設備上電自檢

CBTC系統設備在斷電后再次上電時，將進行全面的自檢作業，若設備存在故障情況，則將進行聲光報警，提示運營人員對設備狀況進行檢查。

（2）設備自診斷

在運行過程中，CBTC設備將實時不間斷對自身運行情況進行診斷，若出現故障情況，將視故障的嚴重程度進行不同的處理，從而給出報警提示、聲光報警直至導向安全側（宕機，并提示系統降級等）。

（3）車載設備日檢

CBTC系統車載設備是系統與車輛、車載廣播、TMS等系統的直接接口，除進行設備自身的上電自檢外，車載設備還提供了日檢功能，以便運營人員對關鍵接口情況進行驗證。日檢包括列車試閘、車地無線網絡狀態監測等內容，還可根據運營需求，實現車載廣播測試等功能。

（4）向司機顯示詳細駕駛信息

CBTC系統車載設備中，包括與司機進行人機交互的車載人機界面（MMI）設備，MMI將向司機顯示詳細的駕駛信息，包括列車當前最高預設駕駛級別及模式、列車當前實際駕駛級別及模式、列車實時速度、緊急制動觸發速度、推薦速度、故障信息、時間信息、車門/安全門狀態信息、列車完整性信息、目的地及下一站信息、跳停/扣車/提前發車信息、是否在停車窗內信息、牽引/制動/惰行狀態信息等，這些信息用于輔助司機了解系統運行情況，在CBTC系統的安全防護下駕駛列車。

（5）子系統之間通信狀態監測

如前所述，CBTC系統是一個復雜的分布式系統，系統設備分布在控制中心、車站、軌旁、車上等各處，系統設備間通過地面骨干網絡及車地無線網絡實現信息交互。為保證系統功能的完整性、實時性和一致性，CBTC系統在運行過程中將實時監測各子系統間的通信狀態，若出現通信中斷，將立刻進行提示并進行導向安全側的處理。

（6）站控遙控切換功能

正常情況下，線路上列車的運行及運營調度由控制中心行車調度統一指揮和控制，此時系統處于遙控狀態。系統同時提供站控功能及站遙控切換功能，當某集中區出現需現場確認或現場處理的作業時，車站值班員可通過一定的操作將控制權轉換至本地進行處理。待處理完畢后，車站值班員可將控制權再次交回控制中心。

（7）操作防護功能

CBTC系統的聯鎖系統為車站值班員提供了對進路、道岔、區段的控制功能，這些功能中很多與行車安全直接相關。為了防止值班員誤操作對運營秩序和運營安全產生不利影響，這些與安全相關的操作/功能均提供了防護功能，在啟用這些功能或進行這些操作時，車站值班員必須輸入密碼，并進行二次確認，有效地避免誤操作的發生。

（8）車站操作員工作站的功能

車站操作員工作站（現地工作站）為車站值班員提供了用于現地控制所需的所有功能，包括進路排列/取消、總人解、站遙控轉換、區段故障解鎖、自動進路設置/取消、全站點燈、信號元素封鎖、扣車、區段復位、道岔單操、道岔單鎖、道岔總定/總反、引導進路等。

（9）各級操作工作站權限管理

CBTC系統中，ATS子系統是組成最為復雜的系統，所轄的工作站數量眾多，在提供豐富功能的同時，ATS子系統對各級操作工作站及不同用戶角色也做出嚴格的權限管理，使用不同的用戶角色登錄，僅可獲得此用戶角色權限范圍內的相應權限，避免了誤操作的可能性。

（10）進路操作

作為列車運行管理的監控系統，CBTC系統的ATS子系統在控制中心為行車調度提供豐富的進路操作功能，包括按照時刻表/運行圖自動觸發進路、按照目的地自動觸發進路、人工排列進路、人工取消進路、進路屬性設置等。

同時，在車站級，ATS系統與聯鎖系統合設現地控制工作站，在站控級別下，也提供了豐富的進路操作功能，包括人工排列進路、人工取消進路、進路總人解、進路區段故障解鎖、進路自動排列等。

（11）列車追蹤

在列車運行過程中，CBTC系統持續地對列車位置進行追蹤，并通過ATS子系統對列車的車次號進行統一管理，列車的車次窗將隨著列車移動而移動，時刻向行車調度及其他運營人員展示列車運行情況及運營任務情況，以便運營人員進行整體把控。

列車位置和車次信息也會發送至現地控制工作站，并展示給車站值班員。

（12）運營調整

為應對運營中可能出現的情況，CBTC系統為運營人員提供了運營調整功能，當偏差較小時，系統自動調整列車運行計劃并控制列車運行至正點狀態。當偏差較大時，系統發出報警，經調度員確認后對全線列車運行進行調整。

調度員認為有必要對計劃運行圖/時刻表進行修改時，可人工介入調整列車運行計劃，系統自動執行調整計劃并控制列車運行。

（13）時刻表/運行圖管理與編輯

時刻表/運行圖是CBTC系統對列車運行進行自動控制的基礎，在系統交付時，將提供基本的時刻表/運行圖供運營方使用。系統也提供了強大的時刻表/運行圖編輯功能，運營方可在基本時刻表/運行圖的基礎上進行修改，也可創建全新的時刻表/運行圖以供使用。CBTC系統提供時刻表/運行圖的檢查功能，以保證修改/新建的時刻表/運行圖是合理且可用的。

4.輔助駕駛

CBTC系統提供了列車自動駕駛功能，以減輕司機工作量，輔助司機對列車進行駕駛。同時，ATO子系統與其他子系統相互配合，能夠提供更多的功能。

（1）列車自動啟動

當列車在站臺停車時，由于發車時機受到諸多因素的影響和限制，因此需要由司機對列車的發車時機進行判斷并啟動列車。但列車在區間信號機前停車時，由于沒有站臺乘降作業，因此情況較為單一。在這種情況下，當列車的移動授權已經向前延伸，系統判斷列車繼續向前運行安全時，若駕駛模式為自動駕駛模式（AM），則ATO可在ATP的防護下自動啟動列車，繼續向前運行。

（2）列車運行時分調整

如前所述，ATS子系統可對列車的站間運行進行調整，此項功能是在ATO子系統的配合下實現的。為保證ATO對站間運行時間的精確控制，根據ATS發送的站間運行時間，ATO對牽引、制動與巡航階段分別調整，來控制列車準點節能運行，ATO子系統可根據ATS的指令實現秒級精度的區間走行時間調整。

（3）管理跳停

跳停作業時列車運營調整的手段之一，用于控制列車在指定站臺不停車，直接運行通過。ATO駕駛下的列車可以在接收到ATS的跳停命令后，在ATP的授權下直接駕駛列車越過指定站臺。

（4）管理扣車

與跳停作業相同，扣車作業也是列車運營的調整手段之一，用于控制列車在指定站臺不發車。ATO駕駛下的列車在接收到ATS的扣車命令后，將自動停于指定站臺，若門控方式為自動，在接收到扣車命令后，ATO不會自動關閉車門，保持車門、安全門處于打開狀態。

（5）列車節能運行

當列車在區間運行時，反復的牽引制動會導致耗電量遠大于經常處于惰行狀態下的列車，所以節能最大化就是列車惰行時間最大化。

ATS根據列車運營情況，可通過ATO采用節能運行曲線控制列車運行實施不同的節能運行方案。ATO根據地面控制中心發送的到達目的站的時間和當前運行時間之差，調整對列車牽引制動的控制，保證列車在這個時間段內惰行最大化。

（6）控制列車進站停車

列車進站時，在進站停車過程中，考慮到運行舒適度與效率，ATO計算出既高效且沖擊率較小的一次性制動曲線。ATO根據進站停車制動曲線，控制列車采用連續的制動，恒定的制動率，一次性制動至目標停車點。中途制動不緩解，且為了保證進站的運行效率，進站前不設置非線路限速要求的減速。

（7）站間運行時間控制

為保證ATO對站間運行時間的精確控制，根據ATS發送的站間運行時間，ATO對牽引、制動與巡航階段分別調整，來控制列車準點節能運行。ATO可根據ATS的指令實現秒級精度的區間走行時間調整。

牽引/制動階段，在保證沖擊率符合要求的前提下，ATO根據運行時間控制牽引力與制動力的大小，調整列車的加速和制動時間。巡航階段，ATO在區間巡航過程中通過計算ATS發送的站間運行級別與當前的運行速度得出可滿足的惰行余量，在此基礎上盡量保證惰行工況，以實現列車的準點運行并降低列車運行能耗。

（8）自動駕駛舒適度控制

ATO控制曲線以列車性能、載重為基礎，充分借鑒優秀司機的駕駛習慣，在保證列車運行效率的同時，優化乘車舒適度。出站牽引過程采用二階速度曲線，保持沖擊率恒定，區間運行過程采用長惰行策略，使得列車在區間大部分走行時間內無沖擊運行，進站制動過程采用連續的恒定減速度制動，在確保精確停車的同時，減少進站過程中的列車沖動。

（9）計算牽引和制動命令

當列車在AM模式下，一旦生成離站命令，ATO子系統會給出詳細的駕駛命令，包括加速、制動和惰行指令和指令值的大小。

當列車在AM模式下，向列車發送的牽引/制動信息從請求的目標加速度命令轉化后得出，同時考慮列車參數，以及當前列車位置和速度。

列車進站時ATO子系統采用連續的制動率制動至目標停車點，中途不緩解，在進站前不會出現非線路限速要求的減速臺階。

（10）管理列車折返

通過連接兩端車載設備的貫通線，CBTC系統的車載設備在折返軌時可以方便地交換位置信息，從而實現列車的折返作業。列車在折返過程中仍將保持運行級別。

CBTC系統還提供了無人自動折返功能。在終端站，乘客乘降完畢列車具備發車條件時，司機可通過一系列的作業激活無人自動折返功能，系統將駕駛列車自動進入折返軌，完成換端并自動駛回對端站臺，打開車門和屏蔽門，等待司機進行下一步操作。整個過程中無須司機人為操作。

5.提供技術支持

在為運營人員提供用于列車監控的功能的同時，CBTC系統還提供了用于系統問題分析、維護管理的技術支持功能。

（1）時鐘同步

為保證CBTC系統使用統一的時鐘信息，系統提供時鐘同步功能。ATS通過與時鐘系統的接口，周期性地獲得當前的時鐘信息，并向CBTC系統內其他各子系統發出校時命令，各子系統通過ATS發送的時鐘信息，統一校準自身時間，從而保證系統整體的時鐘同步。

（2）數據記錄

為了便于出現故障后的問題分析及了解設備運行狀態，CBTC系統各子系統均配備了數據記錄功能，記錄各子系統的運行狀態、命令發送時間、接收時間、執行時間、故障代碼、設備報警等信息。基于時鐘同步功能，數據記錄能夠實現出現問題時各系統時間點的統一，便于問題的分析和查找。

（3）系統故障報警

CBTC系統中的信號維護監測（MSS）子系統是整個信號系統的設備狀態監測和維護的輔助工具，其設備利用計算機網絡和通信技術，完成對信號系統所有設備狀態的集中監視和報警，實時監測信號設備的使用情況，定位故障地點，統計故障時間，管理維修作業，以實現預防故障發生，提高系統維護管理水平。

MSS子系統對正線信號系統（包括ATS、ATP、ATO、聯鎖、DCS等各子系統設備、配套電源設備、計軸設備、室外信號設備、微機監測設備、道岔缺口監測設備等）和車輛段/停車場信號系統（包括聯鎖系統設備、配套電源設備、微機監測設備、室外信號設備、道岔缺口監測設備等）的工作狀態進行監測和報警，并在相應的人機界面上進行集中顯示。

（4）培訓設備功能

CBTC系統為運營人員提供了獨立的培訓系統，培訓系統為行車運營人員和信號維修人員提供全面豐富的培訓內容，可完成室內外模擬培訓、實物培訓等功能，以滿足行車運營人員、信號維修人員的日常培訓、現場故障模擬及處理的培訓需求。培訓系統構成齊全、功能全面、故障信息層次清晰、狀態信息全面。

（5）運營記錄和統計報表

ATS中，中央調度員和車站值班員的所有操作，列車運行狀況和設備工作狀態均采用標準的文件格式記錄和保存在系統數據庫中，保留時間一般為180天，并可進行統計和分析。

中央調度員和車站值班員的所有操作，列車運行狀況和設備工作狀態能自動或按調度員的指令進行回放和輸出到指定的存儲及打印設備，CBTC系統為這些數據的外部讀取提供軟硬件接口。

（6）系統回放

ATS維護工作站是ATS維護平臺。在ATS維護工作站上，可以和調度工作站一樣監視全線現場信號設備狀態和列車運行情況，接口狀態監視，設備狀態監視，報警管理與查詢等；可以對整個系統的參數進行配置；可以對ATS維護工作站所顯示的站場狀態、列車運行和操作日志等歷史數據進行回放；可以對系統保存的歷史數據進行查詢和備份。

（7）網絡管理

地面骨干網絡和車地無線網絡是CBTC系統的重要組成部分，為更好地對網絡進行管理，CBTC系統中配備了網絡管理系統，為系統運營和維護提供全方位的網絡管理。

網絡管理系統管理正線、停車場、車輛段及其列檢庫等所有站點的DCS設備，可以查詢網絡設備的工作狀態，并可以設定網絡設備的參數等。其功能如下：

①展現網絡拓撲結構，進行網絡拓撲管理；

②及時監測各種網絡設備的工作運行狀態；

③監控并分析網絡流量；

④網絡故障報警。

二、系統功能分配

CBTC系統的功能依靠CBTC系統中各子系統（ATS、CI、ATP、ATO、DCS、MSS）協同工作，共同完成，并需要落實到各個子系統，其中，與安全相關的功能由符合SIL4安全完善等級的系統執行，非安全功能合理分配到各子系統實現。

在上述功能劃分原則基礎上，對ATS、CI、ATP、ATO、DCS、MSS各子系統進行了具體功能劃分，見表2-1。

續上表