一种中心化CBTC系统及数字化轨道交通列车控制方法
CBTC(Communication Based Train Control，基于通信的列车控制)系统，由于支持移动闭塞列车控制模式，可实现高密度运行等优势，已经成为城市轨道交通列车运行控制系统的主流体制。
传统的CBTC系统主要由ATS(Automatic Train Supervision，列车自动监控)系统、轨旁控制器和车载控制器构成。ATS系统用于监控行车计划的执行，轨旁控制器接收列车位置汇报并为车载控制器计算移动授权，车载控制器实现对列车的超速防护及自动运行功能。
近年来，随着全自动运行技术的发展，对车载控制器的性能、可靠性和可维护性提出了更高的要求。但与此同时，车载控制器的性能却受到如下诸多方面的限制。
1)车载设备功率限制和散热限制；
2)车载设备安装空间限制；
3)苛刻的环境适应性限制(如防震、防尘、防潮、宽温度适应范围等)；
4)严格的电磁兼容规范。
使得车载控制器难以采用高性能硬件平台，无法满足全自动运行系统的性能的需求，特别是越来越多的主动探测和决策技术（如基于车车通信的列车自主运行等）的加入，使车载控制器的性能问题凸显，车载控制器性能日益成为列车在智能化水平提高的瓶颈。
与采用分布式技术的，基于车车通信的列车自主运行系统不同，本文描述了一种中心化CBTC系统以及数字化轨道交通列车控制方法，具有较好的系统性能、可靠性和维护性。
其系统结构主要包括地面系统集群，轨旁设备和车载系统。
车载系统包括车载控制器中的无线通信单元和车载IO单元。
地面系统集群包括ATS、轨旁控制器以及列车控制安全计算机。
列车控制安全计算机在地面进行集中或分散设置。
列车控制安全计算机和对应的车载IO单元之间采用冗余宽带低延迟无线网络连接。
列车控制安全计算机，通过轨旁有线网络，实现相互间通信以及与轨旁控制器和ATS的通信。
其架构如图1所示。
图1 中心化CBTC系统架构
基于上述CBTC系统的数字化轨道交通列车控制方法如下。
列车控制安全计算机接收ATS发送的控制指令和轨旁控制器发送的移动授权，通过对应的车载IO单元接收列车状态并进行安全运算，输出控制指令；
列车作为执行单元，执行列车控制安全计算机发送的控制指令，同时通过车载IO单元采集自身状态上报列车控制安全计算机，进行闭环控制。
通过车载IO单元采集的自身状态包括列车速度和状态、应答器信息等。
与传统CBTC系统及基于车车通信的自主运行系统相比，本文描述的CBTC系统具有下列优势。
1)可靠性及可维护性高：系统车载设备简单，仅包含无线通信单元和IO单元，同时部署于地面的列车控制安全计算机工作环境得以改善，可靠性得以提高。列车控制安全计算机可集中部署，90%以上的设备均部署在轨旁，易于维护和管理。
2)系统性能好：部署在地面的安全计算机，不再受功率、安装空间、环境、电磁兼容等方面的苛刻限制，可采用高性能硬件，方便的实现高级的自主化功能，如主动障碍物探测等。更像有具备集中决策能力的"大脑"。
3)车载电子地图系统数据易于管理：可通过有线网络实现车载电子地图在线更新甚至实时在线更新。相比于通过无线网络进行更新，可靠性更高。
4)易于实现系统间接口、互联互通及标准化：可基于可靠性较高的有线网络实现子系统间的接口，例如，可直接实现列车间通信。车地之间仅需要交换牵引、制动、开关屏蔽门一类的标准接口数据，无需考虑不同供应商信号系统之间的差异性，易于实现互联互通。
5)列车调试简单，线路延长和加车工作量小：车载控制器逻辑大幅简化，且接口标准化，列车完成车辆调试和信号接口调试后即可以上线运营；地面列车控制安全计算机资源可实现弹性可配置，加车和线路延伸可以不增加硬件。
6)与传统的CBTC系统兼容性好：各子系统既可以保持原有功能分配，保持既有系统设计和安全原则的延续性。又可实现各子系统的融合一体化，以及多车间信息的同步融合，进一步提升系统性能。
本文根据中国发明专利CN202110307418.7编写，有删改。
（完）
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