（交通信息工程及控制专业论文）CTCS3级列控系统仿真测试平台—RBC仿真子系统的研究.pdf

中文摘要 摘要：为确保列车运行安全和提高运输效率，迫切需要装备性能先进、安全可靠 的列车运行控制系统；而我国现有的列车运行控制系统尚不能满足铁路跨越式发 展的需求；为适应我国铁路更高的安全、快速和服务需求，增强市场竞争力，铁 路部门提出了发展适于我国国情的c 盹s ( a l i n c t r a i nc ( m 仰ls y s 自e m ) 系统的策 略。在现在，c t c s 3 级系统只是在系统等级进行了相应的阐述，具体a c s 3 级系 统规范尚未研讨提出。此时提出建立c 】旧s 3 级列控系统仿真测试平台将是十分有 意义的，它可以推进c t c s 3 级列控系统的完善，仿真平台的建立可以对c t c s 3 级系统技术规范的建立提供多方位的借鉴和补充，还可以推进c t c s 3 级在我国铁 路中实现的进程；同时由于我国在该领域内缺乏一个较为全面系统的测试平台， 所以a 慨3 级列控系统仿真测试平台的建立对于建立这样一个测试平台同样具有 一定的指导和借鉴意义。 本文主要进行了c 胍s 3 级列控系统仿真测试平台中r b c 的仿真研究，并且 在计算机上以c + + b u i l d 盯6 0 为平台仿真实现了其各个主要功能，包括其内部数 据库的建立、互联与更新，向指定列车发送运行许可使其可以在r b c 管辖范围内 安全高效的运行，管理列车间隔以及实现与相邻r b c 对列车管辖权的无缝交接； 同时还对r b c 的各个外部接口进行了计算机仿真：与车载设备之间采用标准串口， 与列车运行仿真平台、联锁设备仿真器、a r c 车站分机以及相邻r b c 之间采用仿 真以太网。c m s 3 级列控系统仿真测试平台到现在为止已经基本搭建起来，为今 后的系统完善以及测试功能的实现提供了基础 关键词；c t c ；r b c ；仿真测试平台；列控系统 分类号： a b s l r a c bi t s 趾u 瑁e n td 蛆m l do fo q u i p p i ga d v 柚d s a f c 柚dr e l i a b l c 仃a i n 曲o ls y s t 哪b c 咖o fd c m 觚d 姐协i j no p e n t i o n 证咖缸d 仃a m p c i n a l i o n e 伍d e n c y ：1 协nc o n 删s y s 把ma tp m mi no 毗u n t r yd o 鹤n o ts 龇i s 匆d e m 缸do f g 砒d c v c l o p m c mo f 均吣1 1 l cm i l l i s 时o f 曲张y sb 血笋f o r 啪r dt oa i i n c t h i nc 蛐t f o ls y s 岫咀w h i c hs l l i t st h cs i t 删o f 伽rc 咖t 珥nc 蛆a d a p tt os a f b f ， 蠡疵fd c m a n d so f 辩f v i s c r ( 焉3i s j u s ；td c 乳f i b c ds y s t c m a ：i i c a l l ya n ds y s 蛔吐 r c q u i r 锄t ss p 础c a t i o n 柚d0 舾c i a ld o 锄c n 协a m tc 如s t c d 址p r e n t s 0i t ，s m c 粕i 啦l lt op u tf o 】唧a r d 地c ：i s 3s i m u l a t i 柚dt c s tp i a 哟r m nc 姐鲫s u 鳓a 把 c i 岱3 觚d 聊i d e 戗t c 璐i v cr e f e 彻锄d m p l 锄t a r i t yf o r 鹳协b l i s h i n g 删c a t i 0 璐o fc ? i s 3 勰w c u 娼a d v a n p m 鹞o f ( 玎c s 3 t h c 髂劬l i s h m c n to f 恤 ( 舵s 3s i m i l l 砒i 锄dt c s tp l 劬哪s u p p 瞄鲥d 柚b c u l h c 坞i s 肿s u c h s y s t 啪a t i ct tp l 劬啦 n 呲j sd i 锨璐i 蛐a b o u t 托a r c h r a d i ob l o c kc c n t 盯s i m u l a t i s u b s y s t 锄i nt h c c t ( 焉3s i l n u l a t i 翘dt c s tp l a t f o m 舢m o 吼卿f y 豳g l ci m 脚tf u n c t i o fr b ci s a l i z e d 咖p 悯b y 璐i l l gc + + b u 删盯6 0 ni 眦l u d 龉e s t a b l i s h m c mo fd a t a b a ， 仃a n s m i n i l l g m o v ca u t h i 晡t i c s t o 砌n s w i t h i n i 协c o n t m la m t o l c t 删璐m n 髓f c l y 柚d 伍瓯t f a i 璐s 印a r a t i 蛐m 柚a g c m c n ta n dh 卸d o v 盯o fr b ( x na l 瑚l i z c dt h c s i m u l a t i o f 瓿t c i a lm e 响。璐s u c h 勰蝴i a lp o r lw i t h 伽- b o a r de q u i p m 锄ts i 咖【u l a t i 佃 鲫b s y s t 哪，s i m u l 删e t h 啪e tw i t ht f a j no p 盯a t i 蚰s i m u l a t i o n 鲫b s y s t e m ，i n t c r l o c l 【i n g 辄b s y s t c m ，c r cc 】【t c 璐i a n dr b c si nm i g h b o d l d 1 1 l cc 舵s 3s i m u l a t i 柚dt 鳅 p l a t f o 皿i s 髂t a b l i s h c dt h 峙f 缸a n dp r o v i d 鹳f o u n d a t i o n sf b fp c r f c c i i 蛐o fs y s t e m 柚d a l i z a t i o no f t c s tf i l n c t i s 1 y w o r d s ：c 卫c s 3 ；r b c ；s i l n u l a t i 加强d 躐p l a t f o 姗；t m i n n 打o ls y s t 锄 c l a s s n o ： 致谢 本论文的工作是在我的导师张勇教授的悉心指导下完成的，张勇老师严谨的 治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响在基础知识学习和科学研 究方面，张老师都以他渊博的知识和严谨的态度影响和指导着我，不仅如此，张 老师言传身教、身体力行，在做人的道理方面也给我很大的启示和教育在此衷 心感谢三年来张勇老师对我的关心和指导。 张勇老师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，在此向张勇老师表示衷心的谢意。 在实验室工作及撰写论文期间，孙玉鹏、张维维、刘金刚、农梅、宋晨亮、 宋沛东，蒋红军、章惠、崔莺莺、徐丽等同学对我论文的研究工作给予了热情帮 助，在此向他们表达我的感激之情 另外也感谢我的父母和我的朋友，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 1 1 列车控制系统发展方向c b t c 概述 我国铁路现有的列车控制系统主要为基于轨道电路的列车控制系统f i b t g t m c kc 的u j tb a s c dt f a 细c c 咖1 ) 该方式为保障行车安全，提高行车效率发挥了 巨大作用。但由于1 b ，r c 利用轨道电路传输地面至车上的信息、检测固定闭塞分 区的占用情况，所以存在诸如以下的问题：轨道电路工作稳定性易受环境影响并 且只能以较低的频率发送；难以实现车地传输；如采用无绝缘轨道电路则需要增 设补偿电容抵消钢轨衰耗的作用，还需要消除死区段；轨道电路需要大量电缆、 维护成本较大基于通信的列车控制( c 鲫删坷i c a t j 衄s b a t t a i nc c 哪h o l ，c 矧陀) 系统独立于轨道电路，采用高精度的列车定位和连续、高速、双向的数据通信， 通过车载和地面安全设备实现对列车的控制。相比之下，c 明r c 较传统列控系统有 以下基本特征：不依赖轨道电路来实现高精度的列车定位；通过连续覆盖的车、 地双向通信网络，实现与传统列控系统相比容量显著增加的控制、状态信息的传 递。本文所讨论的c t c s 3 级列控系统仿真测试平台则是典型的c 翻r c 系统。 欧洲列车控制系统( e u m p c 孤1 h 妯。嘶仃o is y s t 锄，e r ( 葛) 是欧洲铁路运输管 理系统( e u m p c 她r a i lt r a 砸cm 柚a g c m c ms y s t c m ，e r l m s ) 的组成部分之一，e ，r ( = s 涉及列车控制和信号方面，包含了所有的信号技术，也就是欧洲信号一体化技术 e r l m s 的信号技术表示为e r 蹦s e t c s 。 在欧洲铁路网上，各个国家的铁路部门使用各自不同的信号制式管理列车的 运营，列车运行控制系统( 期田，_ t c ) 多达1 0 余种，这些信号和控制系统互不兼 容。因此，跨国境运营的列车要么穿过边境抵达另一个国家后，列车停下来更换 机车，要么根据运行线路的不同装备多种不同的控制系统( 最多的有6 种) ，当列 车穿过边境抵达另一个国家后，切换运行控制系统的标准。 基于上述原因，这就产生了对一种通用信号系统和新型列车控制系统的要求 这种通用信号系统应该能满足： 跨国境运营的列车不受限制地穿越边界，提高列车运行效率； 信号列车控制系统界面标准化，尽可能减少不同国家的特殊要求； 通过鼓励一个对设备的开放市场来产生商业吸引力，从而降低设备的成 本。 e 瑚【m s 中的嬲是一个先进的列车自动防护( a 喁a u t 咖a 雠t r a i n p 1 0 t c 枷彻) 系统和机车信号( c 抽s i 印a i i n g ) 技术规范，安装符合e m s ，e t c s 技术规范的列车运行控制系统，不仅能提高列车的安全性，并且使列车能够在欧 洲境内穿越国境时实现互通运营 目前，欧洲各国铁路使用了1 0 多种列车运行控制系统，设备由多个厂商提供， 技术水平有较大差异。考虑到长期发展需要，制定了5 个应用等级，e r 刑s e t c s 等级0 、e r 刑s 】玎c s 等级s 1 m 、e m s 但t 葛等级1 、删s 但r ( 焉等级2 、 e 舡m s 】盯s 等级3 ，高等级向下兼容，使得欧洲各国铁路部门可以根据各自的 实际需要安装使用不同等级的信号和控制系统；为实现高速列车在欧洲境内穿越 国境时互通运营，结合欧洲各国铁路现状，兼顾既有设备及今后列车运行控制系 统的发展趋势，珊删刚巳t c s 技术规范确定： 1 ) 五个应用等级 e r l m s 月盯c s 等级0 ：装备了e 硎s e t c s 的列车可以在没有装备 e 删s 】玎c s 地面设备或者没有国有( 本地) 信号系统的线路上运行，或 者在试运行中的e l h m s ，e t c s 线路中运行； e 删s e t ：s 等级s 1 m ：装备了硎刚巳1 c s 的列车，在装备了国有( 本 地) 信号系统的线路上运行。 为了能够识别本国地面信号，车载设备还需要另增加s 喇( s p c d 丘c t r 姐鼬i s s i m o d _ u i c 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，然后传输给e t c s ； e r t m s e t c s 等级1 ( 带注入或不带注入信息) ：装备了e r m s e t c s 的 列车，在装备有e u r o b a l i 的线路上运行，地面向列车传输的信息完全依 靠e u 加b a l i s c ，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r a d i oi n m lu n i t 因此e r t m s l b 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 刚刚盯c s 等级2 ：装备了e r 刚s e t c s 的列车，在由r b c ( r a d i ob l o c k c 蛐t c f 无线闭塞中心) 控制的、并且装备了e u m b a l i s c 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 提供专用传输通道，由e 哪b a l i s c 提 供列车定位信息，地面设备列车完整性检查。 2 e 硎s 】即c s 等级3 ：与等级2 相同，但是列车定位和列车完整性检测由 车载设备实现，e u m b a l i 只提供e i s 等级转换命令 2 ) e m s e t c s 标准化设备 它包括： 车载设备e u r o c a b ( 欧洲车载设备) ，e i 瓜o c a b 包括： 车载计算机( 欧洲安全计算机e v c _ e l l 雌卸t a lc o m p u t e r ) ； 人机接口( m m 卜m 缸m a c h i h t c 血) ； 里程计( o d o m c t c r ) 。 标准化的地面设备结构，包括如下标准模块： 欧洲应答器( e u r o b a u s e ) 欧洲环线( e u i 旧1 0 0 p ) 欧洲无线( e u r o r a d i o ) ，即g s m r 无线闭塞中心( r b c ) 3 ) e 硎s e t c s 技术规范核心思想： 以欧洲车载设备e u r o o 蛆为核心； 以欧洲应答器( e u r o b a i j s e ) 作为列车定位修正基准； 以欧洲应答器e u r 0 劭蝴s e ( 应用等级1 ) 、欧洲环线姗u ，o p ( 应用 等级1 ) 及欧洲无线e u r o i 渔d i o ( 应用等级2 、应用等级3 ) 作为车地信 息传输的通道； 以c b l r c 作为欧洲铁路列车运行控制系统今后的发展方向。 其中，e r l m 刚巳t s 等级2 和e r 埘s ，】t c s 等级3 采用移动通信网络g s m - r 技术来实现地面和列车之间双向的信息传输( 包括语音和数据) ，因此这两个等级 属于c b l r c 的范畴 欧盟己通过立法，e i 汀m 刚盯s 不仅是欧洲高速铁路要强制实行的信号技术 规范，也要成为欧洲所有需要信号的地方的一个强制实施的标准。 尽管e r l m s 系统是在欧洲共同体的支持下发展的，但是引起全世界的铁路管 理部门和厂商的极大关注。美国、印度和澳大利亚正在积极地对e i u m s 的功能和 系统进行评估，同时其它很多国家也表现出对e 删s 的兴趣。 1 3c 】陀s 3 级的背景与特点 国际铁路联盟( u i c ) 于2 0 0 2 年1 2 月1 0 1 2 日在北京召开铁路通信信号国 际技术研讨会。这次会议是关于通信信号一体化、加速氅r p ( 列车超速防护系统) 发展的一次重要会议。这次会议以g s m 刚e t c s 为主题，进一步明确 1 甲的发展 方向，给我们提供重要借鉴，将对我国c 托s ( c h i 船t r a i nc c ，曲ms v s n 锄即中国 列车运行控制系统) 的发展产生一定影响随着我国铁路既有线的不断提速、客 运专线的建设和高速铁路研究，如何装备与之相适应的c 舵s 系统，应尽快提到 重要的议事日程。为此基础部多次进行研究，并组织铁科院通号所、北京交大、 通号总公司研究设计院多年从事舡p 技术研究开发的部分信号专家，几次开会进 行专题研讨在此基础上，提出关于发展我国c t c s 的基本思路。 c r ( 笃3 级列车运行控制系统是中国列车控制系统( c 耽s ) 的重要组成部分之 一，它采用无线通信系统( 如g s m - r ) 实现地面一列车间连续、双向的信息传输， 即c t c s 3 级是基于无线通信的列车运行控制系统。 c w s 3 级中列车的间隔控制采用固定闭塞方式，列车速度控制采用目标距离 模式控制( d i s t 柚t og o ) 方式，轨道电路仅用于列车占用检查和列车完整性检查， 测距修正的定位基准及运行方向等信息由线路上安装的固定应答器提供。r b c 根 据固定闭塞信息及进路信息产生行车许可通过g s m - r 传送到车载设备，其它与列 车运行控制系统有关的信息如l f 缶时限速及线路参数等也通过无线通信系统传输到 车载设备。 c t i ：s 3 级总体描述为： c t c s 3 级可以叠加在既有信号系统上的基于通信的列车控制系统； 运行许可( m a ) 由轨旁设备产生并通过无线设备传输到车载设备； c t c s 3 级能提供连续速度监督，防止列车越过运行许可； 列车检测和列车完整性检测由地面其他非a r c s 3 级信号系统完成( 如联 锁、轨道电路等) c t c s 3 级基于无线传输作为地一车信息传输，应答器作为点式传输列车定 位信息 向列车提供信息的轨旁无线闭塞中心( r b c ) 根据列车头部安装的c r c s 3 级车载设备的标识号识别每一列车 在c t c s 3 级中，可以取消地面信号 1 4c c s 3 级列控仿真测试平台的提出及其意义 为确保列车运行安全和提高运输效率，迫切需要装备性能先进、安全可靠的 列车运行控制系统；而我国现有的列车运行控制系统尚不能满足铁路跨越式发展 的需求；为适应我国铁路更高的安全、快速和服务需求，增强市场竞争力，铁路 部门提出了发展适于我国国情的c t c s ( a l i n e t r a i nc ( m t r o l s y s t e m ) 系统的策略。 我国现在既有线的现状为c t c s o 级，为由通用机车信号和运行监控记录装置 构成。我国现在正在大力发展将c 舵s 1 级、c 1 s 2 级列控系统用于铁路干线 c i 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 h l h 以下区 段，在既有线上强化改造，达到机车信号主体化要求，增加点式设备，实现列车 安全监督功能而c t 笃2 级是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，c t c s 2 适用于各种限速区段可以看 出，c r c 葛的、c i s 1 、c t c s 2 级均是基于1 可r c 的，随着我国铁路跨越式发展的 要求，出于工作稳定性、效率以及成本的考虑，在长远看来，c t c s 3 级以及( 您s 4 级更加符合我国未来国情的需要。 c r ( 葛2 系统及技术规范已经由铁道科学研究院通号所、北京交通大学以及通 号总公司研究设计院等多家单位共同研讨制定但是c r c s 3 级系统只是在系统等 级进行了相应的阐述，具体c t c s 3 级系统规范尚未研讨提出。此时提出建立c 耽s 3 级列控系统仿真测试平台将是十分有意义的首先可以推进c r ( = s 3 级列控系统的 完善；其次仿真平台的建立可以对c t c s 3 级系统技术规范的建立提供多方位的借 鉴和补充，还可以推进c t c s 3 级在我国铁路中实现的进程。 该平台仿真功能只是其中一部份，该平台的测试功能同样重要。在很多的仿 真平台中都加入了测试的功能，例如德国空间技术中心( d u 【) 的交通运输研究 所建立的仿真测试平台r a i l s i t e 系统，该系统可以仿真和测试车载系统、联锁系 统、轨旁系统以及列车控制台等多个子系统。因为c r c s 3 级列控系统仿真测试平 台是列控系统的平台，故测试不仅仅要测试待测子系统具体功能的实现，而且同 样重要的是要测试待测子系统的安全水平或等级。设计合适的安全完善度等级 ( s a f c t yh n c 鲫yl 胛c l s 几) ，控制系统的复杂度和成本的同时，也要控制系统的 安全性。在建立平台时，尽量将所有变量均采用e t c s 统一标准，加强通用性， 为以后该平台实现测试功能提供前提保证，避免后期测试时因为变量接口不匹配 而产生测试不兼容的问题。 简言之，c t c s 3 级列控系统仿真测试平台的建立为今后c r c s 3 级系统标准技 术规范的建立以及日后c m ：s 3 级标准系统的测试提供了宝贵的完善和借鉴意义。 1 5 本论文的主要内容 c t c s 3 级列控系统本身是一个非常庞大的体系，包括r b c 、数据库、轨旁设 备、车载设备、微机联锁设备以及a 陀等等子系统组成；而我们的仿真测试平台 同样也是由r b c 及其数据库、列车运行仿真平台、车载设备、微机联锁设备、a r c 车站分机等仿真子系统组成，不仅该仿真测试平台是一个庞大的系统，而且其中 的子系统r b c 同样也是一个非常庞杂的系统，自身要实现各个内部功能的同时还 5 要与其它各个子系统进行互通互连来协调工作，限于作者的学识和时间有限，故 只能从以下几个方面展开研究： 1 ) c t c s 3 级列控系统仿真测试平台基本模块组成构造描述，此部分主要着重于 介绍整个仿真测试平台的概况，包括平台中的各个组成模块、各个模块的功能 描述以及各个模块之间如何协同工作来确保仿真测试平台的正常运行。 2 ) r b c 子系统的系统结构描述以及功能模块分析，此部分主要介绍了r b c 具体 需要实现的功能，概况来讲主要是向特定列车发送m a 使其可以在r b c 管辖 区间内安全高效的运行，对于管辖区间内存在多辆列车的情况进行列车间隔管 理以及r b c 对其区间行驶的列车的管辖权的无缝交接 3 ) 砒 c 仿真子系统的软件总体构架，此部分就r b c 在系统级别上进行了较为详 细的介绍，对于整个仿真构架、外部接口以及软件的总体设计进行了描述 4 ) r b c 仿真子系统及其接口具体的设计与实现，此部分主要详细介绍了如何实 现r b c 仿真子系统的各个具体功能以及各个外部接口的设计与实现。 6 2c t c s 3 级列控系统仿真测试平台概述 2 1 设计目标 构建一个基于计算机专用局域网络和g s m r 网络( g s m r 网络设备不含在 本仿真测试平台中) 的，集仿真、测试和研发功能为一体的c t c s 3 级列控系统仿 真测试平台，仿真规模为三站两区问，每一车站装备一个r b c 。各主要仿真实体 之间相互独立，预留真实设备接口，便于用真实设备直接取代仿真设备。 仿真平台：主要包括车载设备的功能、地面设备的功能( 含r b c 、微机 联锁、列车运行仿真平台等) 以及各主要仿真予系统之间的信息流程( 包 括微机联锁，r b c 。车载设备，a 旧，地面应答器和车载查询器等之间的 信息交互过程) 测试平台：为关键设备的测试提供环境，包括车载设备( 含安全计算机， m m i ，司法记录器等) 以及地面设备( 包含r b c a r c 车站分机以及列 车运行仿真平台等) 研发平台：车载关键设备，地面关键设备的研制，相关控制算法的研究 c r c s 3 级列控系统仿真测试平台组成连接图如图2 1 所示： 阕震曩鬻銎黛鍪 圈簇纛赣糍簇 积。 l 一 l 向 i 联靶il 椭| 一l 叫 q 蒿1 “ t - i 竺l 一厂乏 圈1 li i b a ll7 丁， i l 医习 黼 il f 扈* - l i m li ! ! ! 竺苎i 0 # 错联甏 l 麓嘲- l i 竺竺! i 列车运行仿真量 据瘁、列 圄 i 仿真管曩拳jc 陀。，仿真测试平台艄罐行二 图2 1c i s 3 级仿真测试平台组成框图 7 如图2 1 所示：整个仿真平台由行车指挥平台、g s m r 网络平台以及列控仿 真测试平台共同组成，行车指挥仿真平台着重实现产生行车计划等功能，而g s m r 网络平台着重实现利用该平台来构建无线通信网络。而本论文只着重讨论列控仿 真测试平台的具体实现。 2 2 列控系统仿真测试平台组成结构描述 c r c s 3 级列控仿真测试平台主要由地面设备、车载设备以及传输部分组成。 车地通信主要是通过移动通信网络g s m r 完成。车载设备主要包括车载安全计算 机、输入模块、输出模块、人机界面、测速模块、运行记录单元、无线通信接口 模块以及点式信息接收模块等部分组成；而地面部分主要是无线闭塞中心i m c 、 轨道电路、固定应答器、a 呛、联锁设备、调度集中系统等部分组成；传输部分 主要包括车载g s m - r 传输系统、地面g s m r 传输系统以及点式信息接收模块与 固定应答器之间的传输系统构成 具体c 髓s 3 级列控仿真测试平台原理图见图2 2 ： 隧蓊缀浚缝翁醚然戮懑溺鍪燃渤瀚鳓戳黝溺懑 旺。砸。面 g s m r 同络平台 t i- i i _ c k 张 i “一一 匿二i 。 厂= 叹訾 画? 圳 t 馏yl 蕃t i 舒 。窜 旺窜甲 i 嗥省神嚣神 k 甲 占 甲 占 “。 匝弛缸 2 。 t 哪3 仿真平台 2 2 1地面部分 图2 2a s 3 级列控仿真测试平台原理图 ( 舶。s 3 级地面部分主要由无线闭塞中心r b c 、微机联锁仿真器、列车运行仿 8 真平台等几部分组成。 2 2 1 1 无线闭塞中心r b c r b c 是一个基于计算机的系统，它根据从外部轨旁系统得到的信息及车载子 系统的信息交换来产生传输给车载子系统的信息。而这些信息的主要目的是提供 运行许可( m o v c a u t h 鲥馈m a ) ，使列车在r b c 的管辖范围内的线路上可以安全 运行。对髓c 的协作性需求主要体现在r b c 与车载子系统的数据交换上 在c t i = s 3 级中，r b c 的主要功能包括： 在地面r b c 控制区域内，r b c 通过列车的c t c s 识别码获得列车的信息； r b c 通过轨道电路提供的列车占用信息跟踪区域内列车； r b c 根据微机联锁、轨道电路等系统提供的信息，生成管辖内每一列车 的运行许可； i m c 接收调度集中系统( a 陀) 提供的临时限速信息； r b c 向管辖内列车传送列车当前的运行许可、临时限速及线路参数； 2 2 1 2 车站联锁 车站微机联锁的基本功能是检查进路建立的技术条件是否满足，检查道岔位 置是否符合进路要求，如果不符合则形成相应的道岔控制命令；进路锁闭功能为 检查进路的锁闭条件是否满足，若满足时给出进路锁闭变量及提示信息( 如白光 带等) ；信号开放功能为检查进路信号开放条件是否满足，若满足时形成防护该进 路信号机的开放命令；信号保持子模块的功能为不间断地检查信号开放条件，条 件满足时使信号机保持开放，否则使信号机关闭；进路的正常解锁模块功能为在 进路两端采用两点检查法解锁区段和道岔，其它区段按三点检查法( 三点检查： 前一区段已解锁，本区段占用且出清，下一区段占用) 解除区段及道岔锁闭 r b c 向微机联锁发送进路请求以及取消等命令，而从微机联锁接收进路请求 返回等数据 2 2 1 3 列车运行仿真平台 列车运行仿真平台的主要功能包括： 应答器仿真模块：用于地车和或车地间的点式信息传输设备，主要功能 是传输应答器报文 9 轨道电路仿真模块：根据列车的位置，模拟线路上的轨道电路占用和空闲 状态，并提供给r b c 和联锁设备 信号设备仿真模块：模拟轨旁设备的状态 线路数据库：存储每段线路的相关信息，并提供给i t b c ，主要包括应答 器信息、静态速度曲线、轴重速度曲线、坡度、桥梁、弯道、坡道、隧道、 轨道条件、进路适应性数据、站场信息以及信号设备等。 列车群模拟器：模拟多个车载设备，每个车载设备只实现车载设备的核心 功能。主要作用是测试r b c 的控车能力以及向行车指挥平台提供基础数 据。其行车计划由c i 总机取得 列车运行仿真平台向r b c 发送线路数据标识号、线路占用信息以及前方可用 应答器组编号等信息 2 2 1 4a r c 车站分机 c i 产生列车运行计划，调度命令，临时限速，进路设置命令等信息，并将 它们发送到各个c 】r c 车站分机中，再由各个a r c 车站分机发送到相关的单元部件 中；另外将从r b c 、微机联锁等子系统采集到的信息发送到c 】r c 总机 r b c 从c 】陀车站分机接收临时限速信息，同时将列车的运行状态发送给a r c 车站分机。 2 2 2车载部分 车载设备内部组成模块包括； 安全计算机( c v c ，q i i n c 1 8 ic b m p u t c r ) ，安全计算机所应该实现至少 实现以下功能：控制车载设备运行模式；监督和防护功能即依据当前等级、 当前模式、可用的轨旁、列车数据来监督列车运行；速度监督即防止列车 超过允许速度，这包括不仅要监督任何位置的可允许的速度，而且要能考 虑包括停车位置在内的即将出现的限制；建立最严格s s p ( s t a t i cs p c c d p r o f i l e 静态速度曲线) ；计算d s p ( d y n 棚i cs p e c dp f 嘶l c ，动态速度曲 线) ；防止不希望的运行，如溜逸和反向运行；把来自轨旁设备的普通文 本或编码文本消息传送给司机等功能。 应答器传输模块( 删，b a i i t r a 璐m i 蹒i m o d u l e ) ，酊m 接收应答器报 文，并将其内容组合以构成一个应答器组报文。它的主要的一些任务有： 检查应答器组信息是否完整和正确，检测应答器位置和标识以及配置决定 ( 系统版本的管理) 等，如果检测到错误，将产生应答器传送状态报告 无线传输模块( 删，r a d i o1 伯n 锄i 鹞i 蚰m 0 d u l c ) ，此功能模块处理与轨 旁r b c 的无线链路它的主要任务有：会晤管理，例如通信会晤的初始 化、保持以及终止等；对通过开放式信息系统传送的无线信息进行保护； 检查接收到的无线电信息是否完整和正确；发送无线信息 人机接口( m m m 姐m 删n ch t c 渤) ，该功能模块控制对司机的显示， 将当前c t c s 的等级和模式显示给司机，如果司机确认，则从应该从m m i 上删除请求和报警信息。 设备维护记录单元，对设备诊断、故障、维护情况进行记录。 测速模块，实时检测列车运行速度并计算列车走行距离。 输入模块主要为速度信息的输入 输出模块主要为制动信息的输出 2 2 3仿真管理器 其主要功能是同步各仿真器的工作，即通过向各仿真模块发送同步信息，来 同步各仿真模块的工作；仿真场景的管理，即实现不同的仿真场景的编辑，导入， 导出等功能；仿真场景的切换，即选择不同的仿真场景，并将有关初始化信息发 送到各仿真模块。 2 2 4 三维视景输出 其功能为根据列车运行仿真平台实时传过来的列车速度、位置等信息，将实 际司机所见到的视景比较真实的模拟出来，呈现在三维视景主机显示屏上 2 2 5与g s m r 网络平台的接口 主要负责与车载g s m - r 系统相连，实现地一车阃大容量的信息交换，接收地 面r b c 传送的运行许可、临时限速及线路参数等，向地面发送车次及列车的运行 状态信息等。 g s m r 通信平台包括两大部分：固定网络部分和基于g s m rp 【m n 网的无 线通信系统部分。 ( 1 ) 固定网络完成如下的功能： 无线机车信号地面设备之间的相互通信； 将控制和命令信息从无线机车信号地面设备传送到o s mp i m n 或者相反； 通过璐d n 的p r i ( 一次群速率接口) 提供一点对多点的通信链路。 ( 2 ) g s mp w n 网络主要完成如下的功能； 将来自固定网络的控制和命令信息传送到无线机车信号车载设备或者相反； 与固定网络接口( i s d n 、p s l _ n 、数据网等) 信息的传输分为三个层次，其中传输系统对应于与o s l 七层协议的物理层， 而通信接口层涵盖了o s i 层次的第2 到6 层，即数据链路层，网络层，运输层， 会晤层和表示层车载应用层和地面应用层对应于o s l 层次的第7 层 无线机车信号中，信息的传输路径和功能接口如图2 3 所示： 图2 3 信息传输路径及接口划分 信息的传输路径中包含四个功能接口，其中 i m 为车载应用层与通信接口层之间的接口 b 为地面应用层与通信接口层之间的接口 i l 醢为通信接口层与固定网络之间的接口 i g 驯为通信接口层与g s m p u 加n 之间的接口 i 耶【与1 0 驯为c t c s 3 与g s m - r 网络平台之间的接口 圜园 3r b c 仿真子系统结构、功能模块分析 3 1r b c 内部数据库 r b c 的基本功能前面章节已经介绍。r b c 子系统的实际工作需要与各种外部 系统相互合作，例如机车车辆数据系统、地面特征和地面坐标系信息系统、地面 报警系统、车载设备、微机联锁系统以及相邻r b c 等等而这来自外部的各种数 据在r b c 仿真子系统中被存储在了不同的内部数据库中。 3 1 1r b c 及其相关子系统数据库 该数据库中包含了r b c 自身一些基本数据以及一些在r b c 管辖区段范围内 地面子系统的数据，包括： r b c 自身属性，主要包括r b c 标识号、r b c 的网络口地址、r b c 电话 号码、i m c 版本号、管辖位置起始点、管辖位置终止点、左邻r b c 信息、 右邻i m c 信息 列车运行仿真平台，主要包括标识号、网络口地址 微机联锁，主要包括标识号、网络口地址 左邻r b c 基本属性，主要包括左邻r b c 标识号、左邻r b c 网络口地址、 r b c 电话号码、r b c 版本号、管辖位置起始点、管辖位置终止点 右邻r b c 基本属性，主要包括右邻r b c 标识号、右邻r b c 网络m 地址、 r b c 电话号码、r l 妃版本号、管辖位置起始点、管辖位置终止点 3 1 2初始列车静态参数数据库 该数据库中包含所有列车的静态参数，由机车车辆数据系统提供。其中包括 车载设备标识号以及相应的各项列车静态数据，包括车载设备标识号、列车种类、 机车类别、列车长度、列车载重、列车轴重、制动率、列车最大运行速度、同时 建立通信会晤的个数、牵引电压、车载版本号等数据。 3 1 3地面特征数据库 该数据库包含r b c 控制范围内所有地面设备的静态信息及特征，这些信息的 更新或者是周期性的，或者基于请求，取决于对地面设备的改变及状态该数据 库的信息由地面特征信息系统提供，包含轨道的特征，例如包括： 桥梁，主要包括上厂f 行方向、起始位置、坡度值、长度、限速等信息 弯道，主要包括上厂1 ：行方向、起始位置、曲律半径，长度、限速信息、 起始位置等信息 坡道，主要包括起始位置、坡道段数、每段基本数据，包括；上下行方向、 坡度值、长度、限速等信息 轨道条件，主要包括无动力区段( 初始状态：无动力区段) 、空气密封( 初 始状态：不要求空气密封) 、隧道( 不允许停车禁止旅客启动紧急制动， 初始状态：允许停车) 、牵引电压改变( 初始状态：没有初始状态，保持 现有设置) 、桥梁( 不允许停车禁止旅客启动紧急制动，初始状态：允许 停车) 、不允许停车( 不定义原因) ，禁止旅客启动紧急制动( 初始状态： 允许停车) 、大金属块，关闭应答器传输( 初始状态：应答器传输开放) 、 无线空洞，对无线链接丢失监督( 初始状态：对无线链接丢失监督) 、关 闭再生制动( 初始状态：再生制动打开) 、关闭涡流制动( 初始状态：涡 流制动打开) 、关闭磁瓦制动( 初始状态：磁瓦制动打开) 等信息 区间应答器组，主要包括应答器组标识号、应答器的个数、该组内每个应 答器基本信息、方向、区间标识号等信息 区间应答器信息，主要包括应答器位置( 公里标) 、组内编号、所在应答 器组的编号，静态速度曲线等信息 车站应答器组，主要包括应答器组标识号、应答器的个数、该组内每个应 答器基本信息、方向、车站标识号、信号机名称等信息 区间信号机，主要包括区间标识号、信号机标识号、信号机名称、信号机 起始公里标、至下一信号机的距离 车站信号机，主要包括车站标识号、信号机标识号、信号机名称、信号机 名称 3 1 4列车动态参数数据库 该数据库中包含列车的动态信息，对所有在r b c 控制下的列车进行注册。对 于以下几种情况列车的数据应该更新： 列车编组改变 产生了新的列车，数据库中的信息由c r c s 列车标识号( n e n g 矾e ) 1 进行区分 列车信息产生了改变，例如司机号、车次号、列车运行方向、列车当前速 度、列车最大安全前端、列车最小安全前端，列车最小安全后端、列车加 速度、列车状态( 牵引，惰行，制动) 、减压量、里程计读数、公里标位置、 应答器编号、l r b g 标识号、列车方位、列车制动模式、任务状态等数据 产生改变。 3 1 5锁定的进路、列车位置和发送的运行许可数据库 该数据库包含r b c 控制下的所有地面设备的动态信息。对于以下几种情况该 数据应该更新，例如列车移动并报告其位置、设定了新的进路、联锁设备请求收 回进路等情况 数据库中的信息由进路标识进行区分，每条进路和下列信息相关，联锁设备 的地面坐标、该进路上的n de n g 玳e 、该进路上每个n de n g 矾e 的运行许 可、该进路上每个n 】【de n g 腿的最严格静态速度曲线、该进路上每个 n me n g 矾e 的绝对位置( 地面坐标系) 和运行方向、每个n me n g 矾e 的安全 信息( 如列车的运行模式等) 等。 3 1 6诊断和记录数据库 记录r b c 中发生的各种事件 3 2 r b c 功能描述 r b c 是一个庞杂的系统，其包含可以实现的功能是巨大的，但是在c t c s 3 级 列控系统仿真测试平台中并不是所有的大小功能全都一一实现，在c t c s 3 级r b c 仿真子系统的功能着重实现以下章节介绍的基本功能。 3 2 1更新列车动态参数数据库 r b c 如果要安全地控制列车运行，它必须存储或者接收列车的参数。列车参 数可以来自内部列车静态参数数据库，也可以来自一个外部系统，例如相邻的 r b c 。而且应在第一次被输入到仿真测试平台中时，应该由司机进行确认。 列车参数在经过司机检查确认后，必须由仿真测试平台进行有效性检查。如 果仿真测试平台确认列车参数有效，就将其放入司机负责的列车参数数据库中 3 2 1 1 检查列车数据 该功能基于包含在初始化的列车参数数据库中的数据或来自其它| c 的数据 ( 已经由车载系统或司机进行确认) ，定义将在仿真测试平台中使用的正确的列车 参数。 当r b c 接收到了一个运行许可请求，而列车参数还没有被确认，r b c 只能暂 时确认该请求，并将请求保存起来，以便进一步处理。只有当收到有效的列车参 数并进行处理之后，才能发送运行许可。 除了列车参数之外，下列信息也必须由i m c 进行检查和存储： 列车的标识号( n me n g 矾e ) 列车车载设备的无线网络地址，可能得不到该信息( 比如：丢失的列车) 由各种监督功能所需的所有的技术参数 这些附加的信息应该由车载设备提供，并且对司机是透明的。 如果列车切换到另一个r b c 控制区域时，列车动态参数将被当前r b c 删除。 3 2 1 2 管理列车参数 该功能在司机负责的列车参数数据库中存储、更新由检查列车数据功能提供 的结果该信息由列车标识号( n de n g e ) 进行区分 3 2 2更新已知列车的绝对位置 当确认接收到的信息有效后，包含位置信息( 在查询应答器坐标系下) 及时 间信息等信息应被用与确定锁定进路、列车位置和发送的运行许可数据库中的列 车的绝对位置( 以地面坐标和时间表示) 原则上，这些消息来自没有“丢失”的 列车，且发送给正确的r b c 3 2 2 1 计算列车的绝对位置 该功能计算r b c 控制区域内列车的绝对位置( 在地面坐标系中) 。该功能的 计算结果指示进路的哪部分正被列车占用。 输入包括列车的标识号( n i de n g 小e ) 、最近通过的查询应答器组的标识 ( n dl 取b g ) 、为列车锁定的进路、查询应答器的绝对位置，包括其方向和标识 号。 3 2 2 2 管理列车的绝对位置 该功能存储、更新计算列车绝对位置功能的计算结果。该信息被作为列车运 行信息的一部分被存储在锁定的进路、列车位置和发送的运行许可数据库中然 后，在其它r b c 和需要该信息的功能的请求下，该功能提供任何可能的信息 3 2 3 向列车发送运行许可( m o v e a u t l l o r i t y ) 3 2 3 1 运行许可( m a ) 的特征以及结构 一个运行许可( 以下简称m a ) 具有以下特征： 运行许可终点( e n d0 f a u t h o r i t y e o a ) 是允许列车行驶的终点位置 在e ( ) a 处的目标速度是指在b o a 处的允许速度；当目标速度不为零时， e o a 被称为限制性许可( u m i to f a u t h o r i