昆明轨道交通信号系统的冗余性分析

毕磊

（昆明地铁运营有限公司）

摘要：城市轨道交通信号系统中，列车的行车设备或者子系统的计算机系统采用二取二或者三取二的计算机冗余技术，这种冗余技术对于提高列车指挥和运行的安全可靠性是最为有效的。每辆列车上面可以配置二取二或者三取二的冗余技术的车载设备，对列车的自动防护系统等安全设备采用计算机冗余技术，这样就能有效的运用列车的自动防护系统，提高列车的行车安全性。

关键词：轨道交通，信号系统，故障—安全，冗余性

一、昆明地铁1、2号线冗余分析

昆明城轨1、2号线是昆明轨道交通网络中的一条重要的骨干线，也是昆明城市轨道交通全网络中第一条CBTC运行的线路。考虑到在CBTC模式下的运营安全和系统的稳定性，该信号系统采用了多重冗余的设计结构来确保系统的稳定性从而也保障了运营的安全。基于此，本文针对昆明城轨1、2号线信号系统的冗余进行分析。

1、昆明1、2号线信号系统总体框架

昆明轨道交通1、2号线信号系统采用的是Urbalis结构，该结构使用了SDH（同步数字体系）冗余骨干网， 以确保各子系统之间能相互通信，以及保证车—地之间连续的双向通信。

沿线分布的数据通信系统包括设备车站及中间车站的若干SDH冗余骨干节点（热备冗余SDH多路复用器和双以太网接入交换机）和沿轨道分布的许多无线接入点。

二、昆明地铁1、2号线信号系统设备功能简介及冗余分析

昆明1、2号线信号系统主要设备有：线路控制器LC、区域控制器ZC、联锁系统CBI、DCS数据传输系统、列车监控系统ATS、车载ATC系统、维护支持系统MSS（不冗余）、网络管理系统NMS（不冗余）、计轴（不冗余）、信标与欧式编码器（不冗余）、数据存储单元DSU。

1、线路控制器LC

线路控制器LC的功能简述

线路控制器LC采用3取2的冗余结构，其功能提供正线所有设备和进路的状态，以及线路地图的中央信息系统，主要功能包括临时限速TSR、数据版本更新。

主要功能描述：

A.临时限速

临时限速是指线路上对于应用速度限制的要求。临时限速区是由限速值、开始坐标和结束坐标构成的。

LC功能的目的是处理全线的临时限速并发送至列车。临时限速可以存储在LC中，要求下载到车载控制器中，临时限速可以由操作员通过ATS接口进行设置或删除。

B.数据版本更新

线路数据永久性地装载到每个车载控制器中，这些数据包括线路描述数据，线路限速，软件版本等，该功能的主要目的是为每个车载CC和每个ZC提供子系统应用的不同有效数据。

总的来说，LC在工作时会实时定向的对ZC和CC的软件及数据的版本进行检测，若检测结果并非最新版本的软件和数据，则LC将向ZC和CC发送软件和数据的最新有效版本。除此之外，与所有TSR有关的数据由LC向所有车载控制器（CC）发送一次。CC定期检查TSR的有效性，并在必要时，向LC发送请求，获取有效的TSR数据。轨旁LC能够保证轨道不变量的描述，软件以及TSR等为最新版本。

线路控制器LC的冗余简析

线路控制器LC都采用热备冗余， 由三个通道构成， 以便具有很高的可用性。如果一个通道发生故障，系统的运行将不会受到干扰。OCC将得到发生该故障的通知，维护和矫正操作将被执行，以便恢复至正常状态。因此单个设备故障不会影响整条线路的正常运营。因为LC自身是完全冗余的，所以整条线路由一个位于控制中心的LC管理，在备用控制中心另外设置的一个LC用于备用。LC的软件由任何线路中所有LC通用软件以及一些LC管理相应线路的专用数据组成。

2、区域控制器ZC

区域控制器ZC的功能简析

区域控制器ZC采用3取2的冗余结构配置，ZC管理每辆列车的位置并向每辆列车提供授权终点及相关变量。昆明1、2号线有三个ZC管理正线线路，ZC软件由线路中所有ZC通用软件及各ZC管理的区域内一些专用数据组成。ZC提供的授权终点数据是列车被授权在ATP全面保护下运行的极限点。

区域控制器的功能及工作原理：

区域控制器ZC的主要功能为监控列车的位置和间隔，并根据列车间的间隔和轨旁的设备状态授权列车的运行终点。区域控制器（ZC）根据移动闭塞原理管理列车间隔，每个车载控制器CC将一直向它运行区域的ZC发送位置和速度报告，若为无通信列车、CC故障列车或非设备列车，ZC将使用二级列车检测设备状态，并认为整个闭塞区段被占用，无论列车在哪一种状态只要在ATC的模式下，ZC均会为轨道上的每一辆列车分配一个AP（自动防护的安全范围），从而防止其他列车或轨道车辆不能进入该列车的安全防护范围。ZC了解到运行在其控制区域的每列列车的位置和速度后，将一直计算EOA（授权终点），并向每个CC发送前方能运行的自由距离即EOA信息。若ZC接收到该区域的紧急停车ESA的状态时，它将发送给每辆列车的车载控制器CC控制列车在该区域不被授权移动，从而防护所有通信或非通信列车间可能发生的任何碰撞。

ZC根据接收的位置报告中列车位置信息的建立AP，位置报告每隔400 ms发送一次。主要信息为列车的最大和最小定位位置、速度、列车数量及其相应的时间标记和时效性。因此，在ZC中，每列列车的AP大小和位置每隔400 ms刷新一次。

ZC为区域内每辆列车建立一个AP，因此可以知道任何时刻每个自动防护在线路上的位置，如下图所示。然后根据相邻AP的位置，计算每列列车的授权限制，列车之间可以相互提供防护。

區域控制器ZC的冗余简析

轨旁ZC由三个通道构成，以便具有很高的可用性。因此，如果一个通道发生故障，系统的运行将不会受到干扰。OCC将得到发生该故障的通知，维护和矫正操作将被执行，以便恢复至正常状态；

昆明地铁1、2号线正线配置有3个ZC，分别位于在南部汽车站、环城南路站（2台）。每一个ZC管理其相应区间的列车运行。在这种极不可能情况下，当其中一个ZC发生故障时，该ZC所管理的区域不能正常运行（除下面所描述的站间闭塞模式之外），同时在该区段的列车将停车。临近区间的列车仍然保持从一个区间边界到另一个区间边界的正常运行。

通过对前文的分析，可以看见冗余技术对于城市轨道交通信号系统的运行有着十分巨大的作用，合理的冗余技术对于提高城市轨道交通信号系统的安全可靠性有着巨大的影响。城市轨道交通信号系统采用冗余技术，可以在城市轨道交通信号系统发生故障时，重复配置的部件就会介入并且承担故障部件的工作，这样就可以减少城市轨道交通信号系统发生故障的时间，从而达到提高城市轨道交通信号系统安全可靠性的目的。