（交通信息工程及控制专业论文）高速铁路无线闭塞中心软件设计与实现.pdf

中文摘要 摘要：无线闭塞中心( r a d i ob l o c kc e n t e r ，r b c ) 是高速铁路信号系统中的地面 核心子系统。r b c 系统根据调度命令、进路状态、线路参数、列车当前位置及速 度等信息，向列车发放行车许可并管理列车运行，从而保证列车在r b c 系统管辖 范围内安全、高效运行。r b c 系统对实现高速铁路“运行指挥、安全防护起着 关键的作用。 国外r b c 系统技术研究比较成熟，而国内相关技术的研究正处于起步阶段。 本文以高速铁路信号系统为研究背景，在分解中国列车控制系统3 级( c t c s 一3 ) 功能的基础上提出了r b c 系统的设计方案，编制了r b c 功能软件，实现了r b c 的列车注册、注销、列车行车许可计算等运行管理功能及与其它列控子系统信息 交互功能，同时设计了r b c 仿真环境，编制了简易的各列控仿真子系统，搭建了 r b c 外围仿真环境，设计了r b c 测试方案，并对所编制的r b c 功能软件进行了 试验验证。 论文主要研究了以下内容： 第一，介绍了国内外高速列车控制系统，并对c t c s 3 做了详细的功能分解， 在此基础上分析了r b c 工作机理，并提出r b c 系统功能需求，同时给出了结构 设计方案。 第二，基于功能需求分析，论文设计了r b c 软件总体结构，根据r b c 技术 规范编写了r b c 各逻辑控制模块功能软件以及r b c 与其它列控子系统通信的接 口软件，实现了列车注册、注销、列车行车许可计算、r b c 切换等列车运行管理 功能及与列控子系统通信功能。 第三，基于v c + + 6 0 平台设计了r b c 仿真系统、简易的调度中心仿真系统、 计算机联锁仿真系统及车载仿真系统，搭建起r b c 的仿真环境。 第四，设计了r b c 仿真测试方案，基于所搭建的仿真调试环境，完成了r b c 的试验测试和功能验证。 关键词：无线闭塞中心( r b c ) ；软件实现；仿真验证 分类号：u 2 8 4 9 1 = i 量立銮迤厶堂亟：兰位论室 旦墨! 壁i a bs t r a c t a b s t r a c t ：r a d i ob l o c kc e n t e r ( r s c ) i st h ek e r n e ls u b s y s t e mo ft h eh i g h s p e e d r m l w a ys i g n a l i n gs y s t e m r b cc o u n t st h em o v ea u t h o r i t y ( m a ) a n dm a n a g e st r a i n s a c c o r d i n gt od i s p a t c h i n gc o m m a n d s 、r o u t es t a t e s 、l i n ep a r a m e t e r 、s p e e da n d l o c a t i o no f t r a i n t h u s ，r b ci m p l e m e n t st h es e c u r i t ya n de f f i c i e n c yo ft r a i n a n do n ek e ye f f e c to f a c t u a l i z i n gt h ef u n c t i o no f “o p e r a t i o nc o m m a n d i n g , s a f e t yp r o t e c t i o n i nt h eh i g h s p e e d r a i l w a ys i g n a l i n gs y s t e mi sm a d eb yt h er b cs y s t e m t h et e c h n o l o g i c a lr e s e a r c ho nt h er b cs y s t e ma b r o a di sm a t u r e ，w h i l et h e d o m e s t i cc o u n t e r p a r ti ss t i l la tt h es t a r ts t a g e a tt h ef i r s to ft h i sp a p e r , t h eh i g h - s p e e d r a i l w a ys i g n a l i n gs y s t e mw a ss t u d i e d t h er b cs c h e m ew a sp r e s e n t e db a s e do nt h e a n a l y s i so ft h ec h i n e s e t r a i nc o n t r o ls y s t e m3 t h e nt h er b cs o f t w a r ew a sg i v e n t h e m a n a g e m e n tf u n c t i o ns u c h a st a i nr e g i s t r a t i o n 、t r a i nl o g o u t 、m ac o m p u t i n ga n d c o m m u n i c a t i o nw i t ho t h e rs u b s y s t e m so fc t c s - 3w e r ei m p l e m e n t a f t e rt h a t ，t h e s i m u l a t i o no fr b cs y s t e ma n do t h e rs u b s y s t e m so fc t c s 一3w a sd e s i g n e d t h es i m p l e s i m u l a t i o ne n v i r o n m e n tw a sc o n s t r u c t e d t h e nt h et e s ts c h l e m ew a sg i v e na n df u n c t i o n a l v e r i f i c a t i o nf o rr b cs o f t w a r ew a si m p l e m e n t e d t h er e s e a r c hi sf o c u s e do nt h ef o l l o w i n g s ： f i r s t l y , t h et r a i nc o n t r o ls y s t e m s a b o a r da n dd o m e s t i cw e r ei n t r o d u c e d t h e d e c o m p o s i t i o no fc t c s 一3w a sd e s c r i b e d t h e n t h e p a p e ra n a l y z e d t h e w o r k i n g p r i n c i p l eo f r b c t h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n ta n dr b c s t r u c t u r ew e r ep r e s e n t e d s e c o n d l y , b a s e do nt h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t ，t h ep r i n c i p l ep r o t o t y p es o f t w a r e a r c h i t e c t u r ew a sd e s i g n e d a c c o r d i n gt ot h er b cs y s t e m st e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o n ，t h e s o f t w a r eo fl o g i cc o n t r o lm o d u l e sa n dc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c ew i t ho t h e rs u b s y s t e m s o fc t c s 3w a sc o m p l i e d t h ef u n c t i o no ft r a i nr e g i s t r a t i o n 、t r a i nl o g o u t 、m a c o m p u t i n g 、t r a i nr u n n i n go p e r a t i o n 、r b c r b cs w i t c h a n dc o m m u n i c a t i o nw e r e i m p l e m e n t e d t h i r d l y , t h es i m u l a t i o ne n v i r o n m e n ta p p l i e dt oe x p e r i m e n tw a s c o n s t r u c t e db a s e do n v c + + 6 0 t h es o f l w a r eo fs i m u l a t i o ns y s t e mo fc t c ( c e n t r a l i z e dt r a f f icc o n t r o l s y s t e m ) 、c i s ( c o m p u t e ri n t e r l o c ks y s t e m ) a n do b e ( o n b o a r de q u i p m e n t ) w e r e d e s i g n e d f i n a l l y , t h es c h e m eo fe x p e r i m e n ta n dt e s to fr b c f o rt h ea p p l i c a t i o nw a sd e s i g n e d t h ee x p e r i m e n tt e s ta n df u n c t i o n a lv e r i f i c a t i o nf o rr b cw a si m p l e m e n t e db a s e do nt h e s i m u l a t i o ne n v i r o n m e n t k e y w o r d s r a d i ob l o c kc e n t e r ( r b c ) ；s o f t w a r ei m p l e m e n t a t i o n ；s i m u l a t i o na n d v e r i f i c a t i o n c l a s s n o ：u 2 8 4 9 1 v 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：耋午荦 签字日期：矽d 7 年臼炒日 导师签名： 毛气? 絮 签字日期： 扩夕年月久日 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位做作者签名：兰库 签字日期： 7 年乡月妒日 5 0 致谢 本论文的工作是在我的导师徐洪泽教授的悉心指导下完成的，徐洪泽教授严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来 徐老师对我的关心和指导。 徐洪泽教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给 予了我很大的关心和帮助，在此向徐老师表示衷心的谢意。 郑伟副教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷 心的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，高春霞、李言等同学对我论文中的一些基础 研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢家人以及所有关心我的朋友们，他们的理解和支持使我能够在学 校专心完成我的学业。 1 引言 传统的铁路信号技术功能单一、控制分散、通信信号相对独立，难以满足高 速列车运行的要求。随着现代计算机技术、控制技术、网络技术及通信技术的发 展，并与铁路通信信号技术相互融合，为传统信号系统的革新提供了新思路、新 方法，使实现列车高速运行控制变成可能。为确保列车运行安全和提高运输效率， 满足铁路“提速、重载、安全、高速 的需求，各国都积极建设自己的列车控制 系统。r b c 作为新一代的列车控制系统的地面核心设备，对实现高速铁路信号系 统“运行指挥、安全防护 的功能起着关键作用。 1 1研究背景 随着铁路运输压力的增大，提高铁路运输速度已迫在眉睫。欧洲各国及日本 很早就开始了高速铁路的研究与修建，并取得了重大的成绩。1 9 6 4 年，日本建成 了世界上第一条高速铁路东海道新干线，时速达到2 1 0 k m h 。1 9 8 1 年，法国 修建了其第一条高速铁路，速度达到2 7 0 k m h ，后来又建成t g v ( t r a i ng r a n d e v i t e s e ) 大西洋线，时速达3 0 0 k m h ，法国是最先在世界上实现最高时速铁路高速 化国家。德国也在研制新一代的i c e ( i n t e rc i t ye x p r e s s ) 高速列车。除了上述国 家外，意大利、英国、瑞典、西班牙及美国等都进行了高速铁路的研究及修建【l 】【2 】。 国内第一条准高速铁路为广州一深圳准高速铁路，列车运行速度达到1 6 0 2 0 0 k m h ，这条线的建成通车为我国高速铁路的建设打下了基础。2 0 0 3 年，我国第 一条客运专线秦阜岛一沈阳建成并投入运营。我国客运专线将形成“四纵四 横的客运专线格局，营运里程达1 2 万k m 。目前，武广、郑西等客运专线已进 入施工建设阶段【1 心【引。 随着列车运行速度的不断提高，传统的铁路信号技术就不能满足列车的控制 技术，只有先进的列车控制系统才能保证列车高速安全的运行。如欧洲的e t c s 列车控制系统及中国的c t c s 列车控制系统都是典型代表，而且随管技术的同益 成熟，已经广泛应用于多条高速铁路中。本文就以高速列车控制技术为研究背景， 重点研究了地面核心子系统r b c ，设计了相关的功能软件并进行仿真。 1 1 1欧洲列车控制系统简介 2 0 世纪9 0 年代，为克服欧洲各圉信号制式互不兼容，实现高速列车在欧洲境 内穿越国境时互通运营，兼顾既有设备及今后列车运行控制系统发展趋势，欧洲 各信号厂商在欧洲共同体的支持下联合制定了欧洲列车控制系统( e l m s e t c s ， e u r o p e a nr a i l w a y t r a f f i cm a n a g e m e n ts y s t e m e u r o p e a nt r a i nc o n t r o ls y s t e m ) 技术 规范。 e e r t m s e t c s 技术规范确定了5 个应用等级。 e r t m s e t c s 0 ：装备了e l 玎m s e t c s 的列车可以在没有装备e r n 僵s e t c s 地面设备或者无本国信号系统的线路上运行，或者在试运行中的e r t m s e t c s 线 路上运行。在列车控制等级转换处设置欧洲应答器e u r o b a l i s e ，车载装设具有 e u r o b a l i s e 传输功能的b t m ( b a l i s et r a n s m i s s i o nm o d u l e ) 模块。 e r t m s e t c s s t m - 装备了e r t m s e t c s 的列车，在装备了本国信号系统的 线路上运行。为了能够识别本国地面信号，车载设备还需另增加s t m ( s p e c i f i c t r a n s m i s s i o nm o d u l e ，专用传输模块) 接口设备。s t m 把接收到的本国信号译成 标准的e t c s 报文格式，然后传送给e t c s 。 e r t m s e t c s 1 ：装备了e r t m s e t c s 的列车，在装备有点式传输设备欧洲 应答器的线路上运行，地面向列车传输的信息完全依靠e u r o b a l i s e ，轨道电路只完 成轨道区段的空闲占用检查和列车的完整性检查。为了增加信息传输的覆盖范围， 线路上可以安装欧洲环线e u r o l o o p 或者无线注入单元，因此e r t m s e t c s 等级1 分成带注入信息和不带注入信息两种类型。 e r t m s e t c s 2 ：装备了e r t m s e t c s 的列车，在由r b c 控制的、并且装备 了e u r o b a l i s e 和e u r o r a d i o 的线路上运行。车地之间的双向信息通信通道由g s m r 提供，由e u r o b a l i s e 提供定位信息，地面设备完成列车完整性检查。 e r t m s e t c s 3 ：装备了e r t m s e t c s 的列车，在由r b c 控制的、并且装备 了e u r o b a l i s e 和e u r o r a d i o 的线路上运行。车地之间的双向信息通信由g s m r 提 供传输通道，列车定位和列车完整性检查由车载设备实现，e u r o b a l i s e 只提供e t c s 等级转换命令【4 i t 引。 1 1 2中国列车控制系统简介 中国铁路地域广、线路长、运输模式复杂、列车种类多，在借鉴e r t m s e t c s 技术标准基础上，结合中国铁路的特点研究制订了c t c s ( c h i n e s et r a i nc o n t r o l s y s t e m ) 技术规范。c t c s 技术规范共划分为5 级。 c t c s 一0 级：为既有线的控车模式，山通用机车信号和运j j 监控i 己求装臀构成。 c t c s 1 级：由主体机车信号、安全型运行监控记录装置组成，面向1 6 0 k m h 以下的区段，实现列车运行安全监控功能。 2 c t c s - 2 级：基于轨道传输信息的列车运行控制系统，面向提速干线和高速新 线，采用车一地一体化设计，适用于各种限速区段。 c t c s 3 级：基于无线传输信息的列车运行控制系统，面向提速干线、高速新 线或特殊线路。采用轨道电路等方式检查列车占用，基于无线通信的固定闭塞或 虚拟自动闭塞。 c t c s - 4 级：基于无线传输信息的列车运行控制系统，面向高速新线或特殊线 路。基于无线通信的虚拟闭塞或移动闭塞，由r b c 和车载验证系统共同完成列车 定位和列车完整性检查，定位校核分别靠车载设备和点式设备实现【4 】 5 】。 对应中国的列车控制等级，要到c t c s 3 级或c t c s 4 级才需要在地面设置 r b c ，r b c 在c t c s 3 级和c t c s 4 级中存在的最大差别是闭塞方式的不同，在前 者中r b c 采取的是固定自动闭塞，而在后者中采取的是移动闭塞。 1 2r b c 系统研究及应用现状 国外很早就开始进行r b c 的研究并取得了很大的进展。目前能够提供生产 r b c 设备的有欧洲的几个厂商，这些公司为a n s a l d o 公司、a l c a t e l 公司、 a l s t o m 公司、b o m b a r d i e r 公司及s i e m e n s 公司。由这些厂家提供的r b c 系统采用安全计算机，在同其它设备的冗余接口上使用标准的安全通讯协议，通 过通讯网络实现接口，如g s m r 网或并行接口，具有极高的安全性和可用性。 中国铁路经过第六次大提速后，旅客列车运行水平达到2 0 0 k m h 。郑西客运专 线就是一条纯旅客列车运行线，设计时速3 5 0 k m h 。由于列车速度高，基于轨道电 路的传统的列车控制模式已不能保证行车安全，所以郑西客运专线中设置了r b c 设备。此外，在武广客运专线中也设置了r b c 设备。 目前国内的r b c 设备主要还由国外公司提供，国内r b c 的研究还处于起步 阶段。当前国内多条高速路线的r b c 设备都被外国公司垄断，对于关系到国家命 脉的铁路系统，其设备应该使用国产设备，所以r b c 知识化产权国有化的任务刻 不容缓，国内多家公司及科研院所在吸收国外r b c 设备技术的基础上，已经刀：始 r b c 的理论研究及设备研制。本文就以c t c s 3 级列控系统中的r b c 为研究对象， 设计实现了r b c 的功能软件。 1 3论文的主要研究内容 为了更好的了解和熟悉r b c 工作原理及工作流程，本文将以国内引进的r b c 系统为研究对象，详细分析r b c 系统功能需求，描述r b c 系统结构、通信平台 3 和控制功能的实现原理，并结合实验室条件，搭建r b c 仿真运行环境，实现简单 的列车运行控制，最后实现系统仿真。 各章内容安排如下： 第一章，介绍列车控制技术及r b c 的研究及应用现状。 第二章，提出了r b c 总体设计方案，首先研究了r b c 在整个列控系统中的 工作机理，明确了r b c 在运行控制系统中的地位和作用；其次，分析了r b c 所 要实现的功能，同时对其功能进行了细化，并在此基础上给出了r b c 总体设计方 案。 第三章，设计r b c 原理样机的软件总体结构，提出了r b c 逻辑控制软件以 及与其它列控子系统接口软件的设计方案，并编制了软件代码。其中，逻辑控制 软件实现了r b c 对列车的行车管理功能，接口软件则完成了r b c 与其它列控子 系统之间的通信功能。 第四章，根据r b c 仿真环境的功能需求，设计并搭建了用于r b c 功能仿真 的仿真环境。 第五章，根据搭建的仿真环境，对r b c 进行功能验证，并对实验结果做了详 细的分析。 第六章，对论文所完成的工作进行总结，发现工作中的不足，并提出了解决 方法。 4 2r b c 系统的总体设计 本章首先对c t c s 3 级列控系统的总体工作流程进行介绍，在此基础上分析研 究r b c 所需具备的功能，给出了r b c 的总体结构设计方案。 2 1r b c 的工作机理 r b c 是c t c s 3 级列车控制系统中的核心地面设备，与其他子系统相互协作， 共同实现c t c s 3 级列控系统的功能。 列控系统的数据流如图2 1 所示。 位置报告 图2 - i 列控系统的数据流 f i g u r e 2 1d a t as t r e a mo ft r a i nc o n t r o ls y s t e m c t c s 3 级列控系统的主要工作过程如下。 1 ) 停在股道或线路上的列车准备注册及启动时，首先由车载设备自检进入待 机模式。司机丌启驾驶台，唤醒待机模式的车载设备，进行制动功能测试，确认 制动功能是否j 下常。 2 ) 列车车载设备进入关机自仃所处的工作等级，当车载设备转入c t c s 3 级工 作状态时，车载设备依照设备关闭前存储的r b c 信息呼叫r b c 。如果呼叫不成功， 转为c t c s 2 级；如果呼叫成功，r b c 注册车载设备信息，并将车载设备信息传 给调度中心( c t c ) 。r b c 发送行车许可请求参数信息和位置报告参数信息，车载 设备向r b c 报告列车位置信息。如果列车位置信息有效，r b c 向车载设备发送配 置参数，r b c 根据列车参照位置对列乍所处进路位胃进行判断。 3 ) 司机通过操作终端输入列车参数衣l 乍次号，该数据将传送给r b c 存储， r b c 再将数据发送给c t c ，并向车载发送回执信息。列控车载设备提示司机按压 5 “发车键，车载设备向r b c 请求行车许可。r b c 根据联锁进路生成行车许可并 发送给列车，车载设备根据得到的行车许可和线路参数等信息生成监控曲线，司 机根据车载设备提供的允许运行的监控曲线启动列车。 4 ) 当列车停车时，司机关闭驾驶台，车载设备进入待机模式，车载设备向r b c 报告任务结束。r b c 通知c t c 列车进入待机模式，并命令车载设备关闭与r b c 的通信会话。车载设备关闭与r b c 的通信会话后，r b c 注销该列车的注册信息。 通过对c t c s 3 级列车运行控制系统总体功能的分析，可以看出，r b c 在整 个运行控制系统中属于信息传输的“中枢”，其与车载设备、车站联锁设备、c t c 都是双向的数据通信，对整个运行控制系统能否正常运转起到了至关重要的作用。 2 2r b c 的功能需求分析 根据以上对列车控制系统的工作流程描述，可知r b c 是一个数据处理中心， r b c 所需要完成的功能可细化如下： 1 ) 列车的注册及注销 列车的登录与注销主要是为了解决列车控制权的归属问题。列车登录，就是 当列车将要驶入r b c 管辖范围之前，与r b c 建立通信的过程。列车发送通信请 求及登录信息，请求r b c 对其实行控制，r b c 收到信息后，将列车信息记录在动 态的列车信息表中。列车注销，是指当列车驶离r b c 控制范围时，向r b c 发送 注销信息，r b c 收到信息后删除列车信息表中有关该列车的相关信息，断开通信 连接，从而释放对该列车的控制权。 2 ) 行车许可的生成及发送 行车许可( m o v ea u t h o r i t y ，以下简称m a ) 是列车安全运行的行车凭证，列 车可以在车尾位置到m a 终点的这段区域内运行。r b c 根据轨道上障碍物的位置 及进路的情况实现m a 的生成，通过无线网络向辖区内的所有列车下达行车许可， 监控列车运行。与行车许可相关的概念有：行车许可终点、缩短行车许可、无条 件紧急停车消息、有条件紧急停车消息等。 3 ) 申请进路及释放全部部分联锁进路 r b c 与联锁进行通信来获取尘成m a 所需信息，具体列车进站出站的工作过 程为： 当列车到达车站站界应答器时，r b c 实时接收列车位置报告，r b c 向联锁 申请办理进路。联锁设备愀圳c t c 给特定列车安排进路同时将此信息返叫给r b c ， r b c 确认进路办理并生成m a 发送给列车，车载设备根掘得到的m a 生成允许运 行的监控曲线。如果联锁设备未办理好列车进路联锁，r b c 发送给列车的m a 末 6 端是进站线路始点，直到列车进路办理好为止。在列车运行出本区段后，联锁系 统自动解锁本区段。 当列车要出站时，r b c 向联锁设备申请出站进路。联锁设备根据c t c 的安 排办理出站联锁。列车根据r b c 生成的m a 启动出站，当列车完全驶出车站时， r b c 通知联锁设备收回进路。如果联锁设备未办理好列车进路联锁，r b c 发送给 列车的m a 末端是股道末端，列车不得启动，直到列车进路办理好为止。如果r b c 发送给列车的m a 缩短或者取消，则通知联锁设备释放部分联锁进路【1 4 】。 4 ) 临时限速的处理 临时限速的生成、下达及取消都是通过c t c 传送给r b c ，r b c 收到来自于 c t c 发送的限速命令后，对收到的数据进行有效性检查，并向c t c 发送回执。若 无误，r b c 发送临时限速信息给列车，同时接收列车的信息反馈，通过信息反馈 来确定实际执行情况，并将信息内容传送给c t c 。 5 ) r b c r b c 切换 r b c 的切换主要是实现两个r b c 间行车许可控制的安全切换。 当列车通过了r b c 切换预告应答器组，即将接近分界点时，r b cl 将r b c 2 的i d 号、电话号码、列车至r b c l r b c 2 切换点的距离、r b c 2 的通信i p 等信息 发送至列车，为列车登录做准备。同时r b c l 向r b c 2 发送移交列车预告信息， 预告信息包括至行车许可终点距离、附加的限制条件等。r b c l 向r b c 2 请求迸 路信息，r b c 2 根据联锁系统的信号授权向r b c l 发送进路信息。根据r b c 2 提供 的进路信息，r b c l 向车载设备发送延伸至r b c 2 区域内的行车许可。 车载设备根据r b c l 提供的信息开始呼叫r b c 2 。呼叫成功后，车载设备与 r b c 2 建立了通信会话。当列车头部越过边界后，车载设备开始只使用从r b c 2 接 收到的消息，并拒绝接受r b c l 除终止会话信息之外的其他信息。r b c i 在列车最 大安全前端越过切换边界后向r b c 2 转发列车位置信息，r b c 2 收到列车最大安全 前端越过r b c 切换边界的位置报告后向r b c i 发送接管列车信息。 当列车尾部完全出清当前r b c 管辖范围时，向r b c l 发送注销信息，在r b c l 发回确认应答后断_ 丌连接，刷时r b c 2 从r b c l 获知列车已完成注销后，丌始完 全接管列车，完成列车交接功能【l l j 【l2 i 。 6 1 级问转换 缴间转换功能分为山c t c s 一2 级转换为c t c s 一3 级和由c t c s 3 级转换为 c t c s 2 级两种转换情况。转换边界般应足闭塞分区边界和r b c 控制范围的边 界，当列车h u - f - - * f f l j i l l 通过转换边界并具备c t c s 一3 级控车条件时，根j ：| 巨：r b c 的命令， 车载设备将自动转为c t c s 一3 级控车。如果剑达转换边界，列车还不具备c t c s 3 级控车条件时，列车将继续保持在c t c s 2 级运行，直至满足c t c s 3 级控车条件 7 后，车载设备自动由c t c s 一2 级转入c t c s 一3 级工作。 具体说来，在转换开始点前设置r b c 连接点，当列车前端通过该点时，车载 设备根据应答器信息呼叫r b c 并进行注册，在至转换点唯一进路入口处设置转换 预告点，当列车前端通过该点时，车载设备向r b c 报告所在位置，r b c 判断此进 路为唯一进路时向车载设备提供m a 及级问转换命令，当列车前端通过转换执行 点时执行转换【1 1 】【1 2 】。 7 ) 故障处理 当轨道电路故障、道岔失去表示时，r b c 将根据具体情况通知列车以不同的 模式行车，以保证安全。故障恢复后，将通知列车转回j 下常控车模式。当r b c 设 备故障，它将断开受其控制列车的连接，删除所有列车的注册信息，自动转为 c t c s 2 级系统继续运行，在故障恢复后实现列车的重新注册。当联锁设备与r b c 发生通信故障时，r b c 不再对该联锁区域的列车进行注册，不对已经注册列车的 行车许可进行更新。列车将使用原有的行车许可继续运行，直至行车许可结束或 r b c 通信超时，系统将参照r b c 设备故障的反应进行相应处理。 8 ) 防灾报警 对突发的灾害，如塌方、落物等事件，防灾报警系统监测到后，会把相关信 息传给联锁，r b c 根据联锁发送的灾害报警信息立即激活相应的紧急停车区，对 已进入该区域的列车发送无条件紧急停车消息，对于接近该区域的列车发送有条 件紧急停车消息。 9 ) 修正r b c 车辆数据库和线路数据库 r b c 实现列车运行控制需要大量的数据，这些数据被存储在r b c 系统的内部 数据库中，是r b c 正常运行的基础。r b c 内部数据库主要有r b c 自身属性库、 线路参数库、列车静态参数库、列车动态参数库、诊断和记录数据库等。 r b c 根据列车初始数据和车载设备认可的列车数据确认数据的有效性，如果 确认数据有效，则送给相应的数据库进行存储，一旦发现有差错就报警【1 5 】。 2 3r b c 的总体结构设计 1 ) r b c 的硬件结构 r b c 采用安全计算机平台，遵循故障一安全原则。安全平台由不同的故障安全 处理单元和操作系统构成。r b c 硬件采用冗余安伞结构，设备包括：无线闭塞单 元( r b u ) 、协议适配器( v i a ) 、r b c 维护终端、刊法记录器、i s d n 服务器、操 作控制终端和交换器等。如图2 2 为r b c 硬件结构图。 图2 2 r b c 硬件结构图 f i g u r e2 - 2h a r d w a r es t r u c t u r eo fr b c 操作控制终端由服务器和工作站组成，主要可完成站场图形显示、进路及列 车运行情况显示、列车的登记与注销、紧急操作以及r b c 系统的维护与诊断等功 能。每台r b c 设有一个维护终端，主要为维护工程师及其他技术人员提供与r b u 接口。司法记录器将r b c 所有状态以及列车报告的数据和状态均记录下来，以备 分析检查。i s d n 服务器为r b c 提供通话路由】。 r b c 分集中设置和分开设置两种设置方式。分丌设置即把r b c 分别设置到车 站里面，其优点是采用的设备及技术相对独立，较为灵活；缺点为由于使用的设 备及场地等增加，直接导致成本的增高。集中设置即把r b c 都集中设置在调度中 心，集中设置具有节约成本、便用维修等优点，所以在国内客运专线中，采用了 集中设置的方式。 2 ) i 也c 的外部接口 r b c 设备的外部接口如图2 3 所示。 9 图2 3r b c 外部接口图 f i g u r e2 - 3p e r i p h e r a li n t e r f a c e so fr b c r b c 与车站联锁设备接口 r b c 与联锁系统通过冗余配置的t c p i p 信号专业安全通信网连接，使用安全 通信协议，实现信息的安全传输。r b c 联锁安全数据通信以太网拟采用高可靠性 的工业以太网交换机构成，网络结构采用双环冗余方案，双网同时在线运行，通 过只允许授权的m a c 地址访问网络来杜绝非法入侵，运用s s l 协议确保数据的 完整性和安全性。 厘) r b c 与c t c 设备接口 在c t c 系统的调度中心设置c t c r b c 接口服务器，服务器通过以太网端口 一端接入r b c 网络，另一端接入c t c 调度中心局域网。c t c 系统通过协议转换 器( v i a ) 设备和r b c 系统进行数据交换。c t c r b c 接口服务器为双套配置，同 时和多套v i a 相连。 r b c 与临时限速服务器接口 r b c 与信号专用数据通信网直接与临时限速服务器连接，传输临时限速相关 信息。 r b c 与信号集中监测设备接口 在控制中心设置信号! 唆测终端系统，终端计算机一端接入r b c 的非安全局域 网，一端接入监测局域网。r b c 的本地终端将所有r b c 的运行状态信息、维护诊 断信息汇总处理，发送给信号集中监测的终端计算机，通过信号集中监测网络， 将r b c 监测信息发送给各级维修中心【l i l o 1 0 r a c 与g s m r 网络之间的接口 图2 4 为r b c 与g s m r 网络之间的接口图。 图2 - 4 g s m r 网络图 f i g u r e2 - 4n e t w o r ko fg s m r 如图所示，g s m r 系统划分为若干个无线小区，每个无线小区由一个基站实 现无线覆盖。移动交换中心( m s c ) 与基站系统控制器( b s c ) 之问采用星型光 缆连接起来，每个基站均可通过两个方向与r b c 通信，保证系统的可靠性。 r b c 通过i s d np r i 接口与g s m r 网络移动交换中心( m s c ) 连接，一个 r b c 与m s c 的p r i 接口冗余配置，m s c 为这些接口分配统一的i s d n 呼入号码， 按照负荷分担的原则将车载台对某个r b c 的呼叫路由到一个可用的p r i 接口上。 移动交换中心( m s c ) 根据基站控制器提供的路由信息将信息传送到列车所在无 线小区的基站设备，由基站设备与列车通过无线信道进行通信。 从r b c 到车站设备接收机的控制信息的传输路径为：r b c 固定网络通信接 口一 i s d n 网络接口 移动交换中心( m s c ) - 基站系统控制器( b s c ) g s m r 艇站 空中 车载g s m r 无线通信模块 乍载控制主机。从车载主机到r b c 的列 车信息的传输路径刚好相反i j 引。 2 4小结 本章首先对c t c s 3 级列控系统的工作流程进行了介绍，然后在此基础上对 r b c 所要实现功能进行了分析，最后对r b c 的硬件结构做了概要介绍，分析了实 际r b c 系统与外部系统构成的信号系统结构，完成了r b c 总体方案设计。 1 2 3r b c 的软件设计与实现 上一章分析了r b c 系统的功能及信号系统结构，本章将在此基础上详细设计 r b c 系统功能软件及通信软件。 3 1软件总体设计 r b c 的软件总体方案设计如图3 1 所示。 结束1 ， 矧3 tr b c 系统软什总体流氍剀 f i g u r e3 1 f l o wc h a r to fs o f e w a r eo fr b cs y s t e m 当r b c 判断接收信息类型后，进入对应的处理模块，通过调用相应的函数来 1 3 实现模块功能。 1 ) 若进入“与调度中心c t c 系统相关 处理模块，主要是实现调度命令、临 时限速等信息的交互。 2 ) 若进入“与车站联锁系统相关”处理模块，主要是实现进路信息及信号授 权等信息的交互。 3 ) 若进入“与车载控制相关 处理模块，主要是实现列车行车相关信息的交 互，具体为实现对列车注册注销的控制、列车行车许可的下达、级问转换和 r b c r b c 切换的控制。其中行车许可又分接车作业、发车作业、通过作业及区间 行车等类型。 4 ) 若进入与“相邻r b c 系统相关 处理模块，则实现两个r b c 辖区列车信 息的交互。 以上过程为循环的过程。 3 2r b c 功能的软件设计与实现 下文就以软件模块的方式，设计了实现r b c 功能的软件方案。本文所设计r b c 的控制功能主要包括：列车的注册注销、列车行车许可的计算及发送、申请及释 放联锁进路、等级转换及r b c 切换。 3 2 1列车的注册注销 列车的注册有三种情况，一是列车停在c t c s 3 级模式股道或线路上，当它准 备运行启动时，需要向r b c 进行列车注册，获取r b c 的控制；二是列车将从 c t c s 2 级列控模式转换到c t c s 3 级列控模式时，需要提前向r b c 进行列车注册， 进而完成列车c t c s 2 c t c s 一3 的级间转换；三是当列车跨区运行，从一个r b c 辖区运行到相邻r b c 辖区时，需要进行列车注册，实现列车控制权的交换。 列车注册的流程如图3 2 所示。 1 4 图3 - 2 列车注册流程图 f i g u r e3 - 2f l o wc h a r to ft r a i nr e g i s t r a t i o n 软件设计中采用链表完成列车的注册，可以方便的进行列车的信息查询和更 新，列车注册链表的节点中存储列车所需注册信息的结构体。r b c 接收到车载的 呼叫信息时，判断r b c 控制列车容量是否已满。如果已经没有剩余的容量，则实 施报警。当r b c 管辖范围内没有列车运行时，注册链表为空；当有列车驶入r b c 的管辖范围进行r b c 注册时，r b c 向注册链表中插入一个列车信息节点。如果列 车是第一次进入r b c ，则在r b c 的注册列表中，没有该列车的信息，此时向注册 链表表尾添加链表节点，在列车的动态数据表中建立与列车对应的数据项；如果 是由于之前列车与r b c 发生通信中断，列车在故障恢复后与r b c 重新建立连接， 则在列车的注册列表中，已经存在该列车的信息，此时不需要再新增结点，只要 更新列车动态数据表的数据即可。列车注册信息包括车载设备识别号、列车车次、 列车当前位置、车载系统版本号、列车类型、列车方向、列车运行状态( 区f h j 运 行、进站、出站) 等信息。 列车注销为删除列乍注册链表中该列车的节点，操作过程川上，列午的注销 流程如下图3 3 所示。 1 5 图3 3 列车注销流程图 f i g u r e 3 - 3f l o wc h a r to ft r a i nl o g o u t 3 2 2列车行车许可的计算及发送 r b c 周期性的与车载系统、联锁系统、c t c 系统进行交互，通过列车当前位 置、行驶方向、进路情况以及周围线路的状态来确定m a 。r b c 通过向列车提供 m a ，将列车j 下常运行所需要的进路、障碍物以及m a 终点等信息传送给列车，确 保列车的行驶安全。 列车行车控制主要包括接车作业、发车作业、通过作业及区间行车作业。r b c 系统以注册链表节点的列车信息中的列车车次为标识读取对应车次的列车动态信 息，根据列车的动念信息