城市轨道交通区域控制器的研究

1、PAGE 2毕业论文题目城市轨轨道交通通区域控控制器的的研究学生姓名学学号班 级专 业城市轨轨道交通通控制 分 院指导教师2013年年12月 9日目 录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc374793288题目城市轨轨道交通通区域控控制器的的研究 PAGEREF _Toc374793288 h 11 HYPERLINK l _Toc374793289摘要 PAGEREF _Toc374793289 h 1 HYPERLINK l _Toc374793290一、绪论 PAGEREF _Toc374793290 h 11 HYPERLINK l _Toc37479329

2、11.1 概述 PAGEREF _Toc374793291 h 1 HYPERLINK l _Toc37479329212 CCBTCC技术的的发展 PAGEREF _Toc374793292 h 22 HYPERLINK l _Toc37479329513本论论文研究究意义及及主要内内容 PAGEREF _Toc374793295 h 4 HYPERLINK l _Toc374793298二、我国城城市轨道道交通发发展的历历程 PAGEREF _Toc374793298 h 6 HYPERLINK l _Toc37479329921 CCBTCC系统原原理 PAGEREF _Toc37479

3、3299 h 6 HYPERLINK l _Toc37479330022 CCBTCC区域控控制器组组成原理理 PAGEREF _Toc374793300 h 6 HYPERLINK l _Toc37479330123区域域控制器器功能需需求 PAGEREF _Toc374793301 h 7 HYPERLINK l _Toc37479330224 ZZ0与其其它子系系统关系系 PAGEREF _Toc374793302 h 9 HYPERLINK l _Toc37479330325 ZZC切换换 PAGEREF _Toc374793303 h 10 HYPERLINK l _Toc37479

4、3304三、当前我我国城市市轨道交交通发展展的主要要特点 PAGEREF _Toc374793304 h 114 HYPERLINK l _Toc37479330531有色色Pettri网网建模可可行性分分析 PAGEREF _Toc374793305 h 144 HYPERLINK l _Toc37479330632 ZZC与DSUU交互模模型设计计 PAGEREF _Toc374793306 h 15 HYPERLINK l _Toc37479330733 ZZC与VOBBC交互互模型设设计 PAGEREF _Toc374793307 h 166 HYPERLINK l _Toc37479

5、330834 ZZC与ATSS交互模模型设计计 PAGEREF _Toc374793308 h 19 HYPERLINK l _Toc37479330935 ZZC与C II交互模模型设计计 PAGEREF _Toc374793309 h 20 HYPERLINK l _Toc374793310四、轨道交交通的安安全问题题得到高高度重视视 PAGEREF _Toc374793310 h 24 HYPERLINK l _Toc37479331141移动动授权的的内容 PAGEREF _Toc374793311 h 224 HYPERLINK l _Toc37479331442移动动授权相相关ZC

6、C输入输输出信息息 PAGEREF _Toc374793314 h 25 HYPERLINK l _Toc37479331643移动动授权延延伸 PAGEREF _Toc374793316 h 266 HYPERLINK l _Toc37479331744移动动授权算算法设计计 PAGEREF _Toc374793317 h 27 HYPERLINK l _Toc37479331945不同同运行场场景下的的移动授授权设计计 PAGEREF _Toc374793319 h 28 HYPERLINK l _Toc37479332546系统统故障工工况下的的ZC处理理策略 PAGEREF _Toc3

7、74793325 h 337 HYPERLINK l _Toc374793329总结 PAGEREF _Toc374793329 h 39 HYPERLINK l _Toc374793330致谢语 PAGEREF _Toc374793330 h 400 HYPERLINK l _Toc374793331参考文献 PAGEREF _Toc374793331 h 441 xxxxxxxx毕业论文（设计）专用纸 PAGE 53摘 要基于无线通通信的列列车控制制系统CBTTC(CCommmuniicattionn Baasedd Trrainn CoontrroD是今后后城轨交交通列控控系统的的发展趋

8、趋势。作作为CBTTC系统的的核心地地面设备备，区域域控制器器主要实实现移动动授权的的生成和和发送，是是决定CBTTC系统下下列车行行车效率率、控制制精度、安安全性和和可靠性性的重要要因素。本本文在分分析了CBTTC系统的的运行机机理基础础上，确确定了区区域控制制器的功功能需求求和设计计原理，剖剖析了区区域控制制器与其其它子系系统的关关系，以以区域控控制器作作为研究究对象，进进行系统统建模和和仿真。论文在研究究区域控控制器的的功能和和交互过过程基础础上，在在VC+开发平平台上设设计了区区域控制制器的仿仿真系统统软件，完完成了对对区域控控制器在在不同列列车运行行场景下下进行多多车控制制的功能能验

9、证和和仿真实实现。关键词：CCBTCC 区域控控制器 移动授授权 有色Pettri网 VCC+一、绪论1.1 概述当今城市经经济飞速速发展，不不断扩张张的城市市规模和和不断增增长的城城市人口口使城市市交通问问题变得得日益严严峻，交交通堵塞塞状况在在各个城城市愈演演愈烈，交交通问题题已经成成为世界界范围内内制约各各城市发发展的瓶瓶颈，也也是各城城市发展展亟待解解决的问问题。城城市轨道道交通因因其运量量大、运运行速度度快、安安全性能能高和不不易受干干扰等特特点，使使其成为为了解决决城市交交通问题题的首选选运载方方案和模模式。列车运行控控制系统统是提高高城轨列列车运行行效率，保保证行车车安全的的关键

10、技技术装备备。近些些年无线线通信技技术飞速速发展，无无线通信信的可用用性和可可靠性大大大提升升，基于于无线通通信的列列车控制制系统CBTTC(CCommmuniicattionn Baasedd Trrainn Coontrr01)是今后后城市轨轨道交通通列车控控制系统统的发展展方向和和趋势。CBTTC系统是是不再采采用依赖赖轨道电电路来进进行信息息传送和和检测的的控制方方式，脱脱离了传传统的固固定闭塞塞模式的的新一代代铁路信信号系统统。CBTTC系统在在确保车车地之间间不问断断地通信信和高精精度的列列车定位位基础上上，对列列车进行行更加精精确和安安全的运运行控制制，缩短短列车运运行间隔隔，提

11、高高客运量量，保证证行车安安全。传统的铁路路信号系系统是通通过轨道道电路技技术来检检测运行行列车位位置的，并并通过轨轨道电路路向列车车发送控控制信息息。轨道道电路主主要优势势在于可可靠性高高，技术术成熟，能能够保障障行车安安全。但但轨道电电路本身身技术和和结构上上的缺陷陷也制约约着信号号系统的的进一步步发展和和线路通通行能力力的继续续提升：(1)轨道道电路抗抗干扰能能力差，工工作稳定定性低，维维护费用用高；(2)车地地通信过过程中轨轨道电路路传输信信息量小小；(3)列车车定位精精度低；(4)从乘乘客角度度来说，采采用轨道道电路会会不可避避免的带带来噪声声、电磁磁干扰辐辐射等影影响。而CBTCC

12、系统采采用应答答器、交交叉感应应环线或或计轴器器进行高高精度的的列车定定位和准准确地判判断列车车占用轨轨道情况况，通过过WLAAN无线通通信技术术进行高高速、连连续、双双向地车车地通信信，摆脱脱了轨道道电路技技术上的的缺陷和和束缚，通通过地面面和车载载安全设设备实现现对运行行列车的的安全控控制。CBTC技技术起源源于欧洲洲连续式式列控系系统，在在CBTTC几十年年的发展展历程中中，对CBTTC系统的定义义逐步趋趋于一致致。为了了更好地地规范CBTTC技术的的发展，IEEEE在19999年首次次制定了了CBTTC系统相相关标准准IEEEE SStd其中中明确定定义了CB

13、TTC系统是是利用高高精度的的列车定定位技术术(不依赖赖于轨道道电路技技术)，高速速、连续续、双向向、大容容量地进进行车地地数据通通信，依依靠车载载和地面面安全设设备实现现的一种种自动连连续列车车控制系系统。与与传统的的基于轨轨道电路路技术的的列控系系统相比比，CBTTC系统具具有以下下优势：(1)列车车定位不不再依赖赖轨道电电路技术术，定位位精度更更高，可可对列车车实现精精确度更更高的控控制，有有效缩短短列车运运行间隔隔，可灵灵活组织织列车双双向运行行和单向向连续发发车；(2)车地地之间通通信采用用无线通通信方式式，传输输的控制制信息和和状态信信息数据据量显著著提高，容容易实现现移动闭闭塞；

14、(3)大量量减少区区间敷设设电缆，减减少日常常维护工工作，降降低了维维护费用用；CBTTC系统现现成为城城轨交通通信号系系统的首首选方案案，包括括西门子子、卡斯斯柯等多多家列车车控制系系统设备备供货商商均研发发出了自自己的CBTTC系统，并并在世界界上多个个城市的的地铁及及轻轨线线路上投投入使用用，国内内也有多多条线路路使用了了CBTTC系统。12 CCBTCC技术的的发展1.211国外CBTTC发展与与应用国外对CBBTC的研究究起步时时间较早早，技术术发展速速度也较较快，目目前许多多国家和和信号设设备供货货商都研研发出了了自己的的CBTTC系统，如如：北美美铁路公公司研发发的ATCCS，法

15、国国自动化化实时追追踪系统统ASTTREEE，德国国铁路研研发的新新型无线线列车控控制系统统FZB，日本本铁路的的新型列列车控制制系统CARRAT。(1)北美美ATCCS系统ATCS整整体结构构由车载载设备、数数据通讯讯网络、沿沿线设备备、调度度控制中中心等构构成ATCCS共有4个级别别，各铁铁路公司司可根据据线路和和自身情情况逐级级实现相相应的ATCCS系统，这这4个级别别是根据据系统的的复杂程程度来划划分的。通通信系统统为ATCCS系统的的核心，将将无线移移动数据据通信作作为信息息传输的的主要手手段，在在隧道中中将泄露露同轴电电缆作为为传输介介质，整整个通信信系统参参考OSI模型。ATCC

16、S系统的的另一特特点是引引入了列列车识别别和定位位系统，使使得ATCCS系统成成为一个个闭环控控制系统统。ATCCS系统的的研发晚晚于国外外其它系系统，故故采用了了一些新新技术，整整体性能能也优于于其它国国外CBTTC系统。(2)德国国FZB系统德国铁路为为该系统统进行了了大量而而深入的的研究和和实验，它它也是目目前一个个较为典典型的基基于无线线通信的的列控系系统。FZBB系统通通过无线线传输方方式实现现车地通通信，传传输的信信息包括括列车普普通信息息列车控控制信息息等。FZB系统在在通信安安全性方方面采取取了许多多有效的的措施，以以防止通通信过程程中可能能发生的的恶意入入侵、破破坏等。FZB

17、系统不不仅支持持高速客客运线路路，还支支持货运运运输线线路。(3)日本本CARRAT系统CARATT系统包包括车载载设备和和地面设设备，地地面设备备包括无无线通信信设备和和地面监监控设备备，车载载设备负负责对列列车的直直接控制制。列车车运行过过程中，对对自身所所处位置置进行检检测，通通过无线线通信方方式将位位置信息息发送给给地面设设备。地地面设备备接收来来自列车车的位置置信息，在在实施列列车追踪踪运行的的同时，监监视沿线线轨旁设设备的状状态，并并根据线线路周围围的状态态，判断断列车可可以安全全运行的的区间。车车载设备备连续地地监视列列车运行行速度，列列车速度度超过安安全防护护速度时时，按照照缓

18、和制制动、常常规制动动、紧急急制动的的顺序，根根据实际际运行情情况由车车载控制制设备自自动地实实施制动动。CARRAT系统中中各子系系统都具具有较完完善的自自检和自自诊断功功能，对对各子系系统的设设备进行行实时监监督和故故障报警警。1222国内CBTTC发展与与应用1994年年我国与与瑞典Adttrannz公司、Dallarnna大学及及瑞典国国家铁路路合作，进进行了CBTTC2MMAS的可行行性研究究，并且且在CBTTC系统技技术指标标的制定定、理论论研究、计计算机模模拟等方方面取得得了一定定成果和和结论。1 9999年北方方交通大大学提交交了关于于无线通通信安全全性、有有效性方方面研究究的

19、“无线数数据传输输在铁路路安全中中的应用用研究”报告，报报告对基基于GSMR网络的的数据传传输、无无线列控控安全性性进行了了分析与与研究。20世纪8090年代我我国学者者对CBTTC条件下下的系统统整体结结构、行行车控制制方式、线线路通行行能力及及列车运运行组织织方法、通通过能力力模拟等等，进行行了深入入和广泛泛的研究究。20002年，铁铁道部完完成了青青藏铁路路无线通通信机车车信号设设备的研研究及两两套通信信样机的的生产，其其中每套套样机包包括两台台车载设设备和一一台地面面设备，并并完成了了在青藏藏铁路的的现场性性能测试试。20004年9月，武武汉地铁铁一号线线进入运运行阶段段，此条条线路也

20、也是国内内第一个个采用CBTTC技术的的城轨线线路，阿阿尔卡特特公司为为武汉地地铁一号号线提供供了SellTraac$440 CCBTCC信号系系统解决决方案。并并且阿尔尔卡特公公司还为为广州地地铁三号号线提供供了CBTTC技术解解决方案案。随着着CBTTC技术的的飞速发发展和城城轨交通通在城市市发展中中的地位位不断提提升，国国内城市市轨道交交通采用用CBTTC方案已已经成为为一种趋趋势。例例如上海海轨道交交通6号线、8号线、北北京地铁铁4号线和和昆明地地铁1号线的的供货商商均提供供了CBTTC解决方方案。13本论论文研究究意义及及主要内内容1.3.11研究意意义为了提高城城轨交通通运输效效率

21、和确确保行车车安全，近近年来各各条城轨轨交通线线路的信信号系统统均采用用CBTTC技术，这这也就迫迫切需要要性能先先进和安安全可靠靠的信号号装备。区区域控制制器ZC(Zonne CConttrolllerr)是CBTTC列控系系统中的的一个安安全计算算机系统统，它对对系统的的安全性性和可靠靠性有着着极高的的要求，并并且区域域控制器器的工作作稳定性性直接影影响着列列车运行行效率和和行车安安全。根根据欧洲洲连续式式列控系系统规范范，CBTTC系统需需要设置置ZC地面设设备。现现在区域域控制器器设备主主要由欧欧美和日日本几个个铁路信信号供应应商提供供，比如如法国阿阿尔斯通通公司、德德国西门门子公司司

22、、加拿拿大庞巴巴迪公司司和日本本日立公公司等。随随着国外外铁路公公司对区区域控制制器的不不断深入入研究，并并投入应应用的同同时，国国内对CBTTC的研究究逐渐起起步，国国内运营营线路上上现有的的关键信信号设备备均采用用进口设设备，也也就是说说国外供供应商垄垄断了国国内CBTTC关键设设备的供供货。因因为城轨轨交通的的发展决决定着城城市的发发展速度度和规模模，所以以对CBTTC系统的的研究迫迫在眉睫睫，而区区域控制制器的国国产化任任务也刻刻不容缓缓。近几几年已有有多家国国内科研研院所和和公司在在引进国国外区域域控制器器的基础础上，已已经开始始了对区区域控制制器的理理论研究究和系统统仿真。区区域控

23、制制器的体体系结构构是否合合理，能能否计算算出安全全且不影影响行车车间隔的的移动授授权，能能否稳定定运行，直直接关系系到系统统是否可可以安全全地控制制列车运运行，甚甚至关系系到整个个CBTTC系统能能否正常常运行。本本文遵循循并发系系统建模模思想，采采用Pcttri网建模模方法，紧紧密联系系CBTTC系统的的特点，建建立了ZC与其它它子系统统的交互互模型，并并在此基基础上分分析了ZC的核心心功能移动授授权的生生成，最最后采用用VC+开发方方法，对对ZC控制列列车运行行的过程程进行仿仿真。因因此本课课题的研研究无论论从近期期还是远远期看对对CBTTC系统的的研究都都有一定定的参考考价值，对对我国

24、在在区域控控制器方方面的技技术进步步具有积积极的意意义。1.3.22主要内内容论文在详细细分析了了在CBTTC系统地地面设备备中起到到核心作作用的区区域控制制器的系系统结构构、功能能需求和和控制功功能的基基础上，对ZC与其它子系统的交互过程进行建模，并结合实验室条件，搭建了ZC系统仿真运行环境，完成了区域控制器控车模型的功能验证，实现了简单的CBTC系统下的列车运行控制。二、我国城城市轨道道交通发发展的历历程21 CCBTCC系统原原理基于无线通通信的列列车控制制系统CBTTC(CCommmuniicattionn Baasedd Trrainn Coontrr01)是指在在高精度度的列车车定

25、位前前提下，通通过WLAAN无线通通信技术术进行高高速、连连续、双双向地车车地通信信，从而而实现对对列车运运行的安安全控制制。数据据通信子子系统在在CBTTC系统中中建立了了车地之之间双向向、高速速、连续续的数据据传输通通道，车车载设备备和地面面设备的的命令和和状态信信息可以以在车地地之间进进行可靠靠地数据据交换，将将地面设设备和运运行列车车紧密地地连接在在一起。车载控制器器从应答答器传送送上来的的数据中中提取相相关信息息，数据据存储单单元提供供应答器器位置信信息，从从而车载载控制器器结合各各传感器器信息获获得列车车的实际际位置，并并对此位位置进行行安全包包络来获获得列车车的准确确位置。地地面

26、设备备区域控控制器负负责管理理其管辖辖范围内内的所有有CBTTC运行通通信列车车。ZC根据各各列车的的实时运运行位置置、速度度以及运运行方向向等因素素，同时时考虑列列车进路路、道岔岔所处状状态、ATS发送的的线路临临时限速速以及其其他障碍碍物的条条件，向向列车发发送移动动授权MA(MovvemeentAAuthhoriity)，即列列车可以以以什么么样的速速度行驶驶到哪个个位置，从从而保证证运行线线路上各各个列车车间的安安全行车车间隔。CBTTC系统中中，移动动授权是是以距离离更短的的轨道分分区为单单位，这这也就为为区域控控制器计计算移动动授权提提供了更更为精确确的分辨辨率，所所以CBTTC系

27、统可可以更精精确地控控制列车车运行，从从而缩短短了运营营间隔，大大大提高高了行车车效率。典型的CBBTC系统结结构框图图如图2-1所示，主主要包括括以下子子系统或或模块：列车自自动监控控系统ATSS(Auutommatiic TTraiinSuuperrvissionn)、区域域控制器器ZC(Zonne CConttrolllerr)、数据据存储单单元DSUU(Daatabbasee Sttoraage Uniit)、计算算机联锁锁CI(Commputter Intterllockkingg)、车载载控制器器VOBBC(VVehiiclee Onn Booardd Coontrrolller)

28、、轨旁旁设备WE(Wayysidde EEquiipmeent)和数据据通信系系统DCSS(Daata Commmunnicaatioon SSysttem，包括括网络交交换机、骨骨干网、无无线接入入点及车车载移动动无线设设备等)22 CCBTCC区域控控制器组组成原理理城市轨道交交通中，CBTTC系统的的主要任任务是保保证在准准移动闭闭塞模式式下列车车的安全全运行，这这是通过过VOBBC执行从ZC接收到到的移动动授权来来实现的的，为管管辖范围围内的列列车提供供移动授授权是ZC的核心心任务。在ZC的每每个周期期工作过过程中，ZC需要实实时地与与VOBBC、DSU、CI、ATS子系统统进行信信息

29、交互互，为MA的生成成提供数数据支持持。当列列车在ZC管辖范范围内按按运行时时刻表正正常运行行时，ZC接收列列车发出出的当前前位置和和运行方方向等信信息，并并使用以以上列车车信息和和进路信信息，以以及来自自CI的周围围障碍物物状态信信息确定定列车的的MA，VOBBC向ZC提出MA延伸申申请，ZC通过DCS通信子子系统向向VOBBC发送生生成的MA，ZC还会把把列车移移动授权权范围内内的障碍碍物状态态告诉给给VOBBC。区域域控制器器也回应应相邻区区域控制制器的授授权申请请。ZC需要对对所有在在其管辖辖范围内内的列车车进行管管理和控控制，根根据列车车的运行行状态，可可以将整整个管理理和控制制过程

30、分分为列车车预登陆陆，列车车进入ZC控制、ZC正式控控制列车车和列车车注销。下下面给分分别对以以上四钟钟情况进进行说明明：每个区域控控制器采采用三取取二配置置，可减减少故障障出现的的可能性性。23区域域控制器器功能需需求(1)列车车管理区域控制器器管辖范范围内的的运行车车辆有如如下几种种状态：列车预预登陆、列列车进入入ZC控制，列列车正式式控制列列车、注注销状态态。区域域控制器器在完成成对其管管辖范围围内单车车的管理理功能基基础上，实实现对多多车的管管理。列列车管理理功能需需要的数数据和信信息来自自区域控控制器与与其它子子系统的的信息交交互过程程，列车车管理的的目的是是为了对对通信列列车的运运

31、行行为为进行管管理，记记录列车车的当前前运行状状态，监监控列车车的控制制等级，记记录列车车紧急制制动信息息等。(2)MAA生成移动授权的的计算是是区域控控制器子子系统的的核心功功能，也也是区域域控制器器对列车车进行控控制的主主要手段段和方式式。区域域控制器器实时地地与数据据存储单单元、车车载控制制器、联联锁设备备、列车车自动监监控系统统等其它它子系统统进行交交互，也也为MA的计算算提供了了数据支支持，并并通过数数据通信信系统向向列车的的VOBBC发送MA。在zc计算MA的过程程中，将将道岔、进进路终点点、前行行列车等等视为障障碍物，ZC还会把把障碍物物状态和和信息告告诉VOBBC。移动动授权的

32、的原理如如图22所示。图22 MA原理图图(3)线路路管理线路管理功功能主要要用来确确定区域域控制器器管辖范范围内区区段线路路的状态态，根据据VOBBC汇报的的列车位位置和从从联锁设设备接收收到区段段线路信信息，确确定此轨轨道区段段是否被被占用。(4)与其其它子系系统交互互Zc为了完完成其特特定功能能需要规规律地、周周期性地地与VOBBC、DSU、CI、ATS等其它它子系统统进行交交互，如如图23所示。ZC与不同同子系统统之间的的交互过过程在ZC运行过过程中所所起到的的作用也也各不相相刚。图23与与其他系系统间的的交互Zc接收VVOBCC发送的的列车位位置、行行驶方向向以及列列车运行行等信息息

33、，并向向VOBBC发送计计算出的的MA，在ZC与DSU的信息息交互过过程中，简简要进行行数据库库版本号号的比较较，并可可进行数数据库版版本号及及相应内内容的更更新；CI发送给ZC的数据据主要包包括喂列列车所排排进路信信息以及及进路范范围内的的障碍物物所处状状态；ATS所发信信息主要要是对ZC所发信信息的确确认和临时限限速等信信息。24 ZZ0与其它它子系统统关系区域控制器器在CBTTC系统中中的交互互结构如如图2-4所示。在在整个ZC工作过过程中，需需要实时时地与其其它子系系统进行行通信。图2_4 ZC与其它它子系统统信息交交互结构构图(1)ZCC与VOBBCVOBC发发送给ZC的信息息主分为

34、为两类：一类是是列车控控制信息息，另一一类是系系统维护护信息，本本论文主主要讨论论的是列列车控制制信息。当当列车在在ZC管辖范范围内运运行时，ZC从VOBBC得到列列车当前前位置和和运行方方向，结结合障碍碍物状态态信息，ZC为VOBBC计算MA，计算算结果以以通信报报文的形形式通过过DCS子系统统发送给给VOBBC。VOBBC对报文文进行合合理性检检查，如如果报文文通过检检查，VOBBC翻译并并执行该该报文信信息。(2)ZCC与ATSS区域控制器器会实时时地周期期性地把把列车当当前位置置和列车车信息，以以及周围围障碍物物的状态态发送给给ATS，ATS会在线线路显示示屏上显显示列车车具体所所处位

35、置置和线路路状态。ATS向ZC发送的的信息包包括：临临时限速速的设定定及取消消，人工工进路预预留的设设定及取取消，开开放关关闭区域域的设定定及取消消。(3)ZCC与DSUU区域控制器器每个工工作周期期前要首首先进行行Zc的本地地数据库库版本号号与DSU数据库库版本号号比较，如如果二者者版本号号一致，则则无需进进行数据据库内容容的更新新；如果果二者版版本号不不一致，则则要更新新数据库库版本号号，然后后从DSU下载新新的数据据库内容容。(4)ZCC与CI每个ZC工工作周期期内，ZC都要将将在其管管辖区域域范围内内列车的的信息发发送给CI，主要要包括列列车的所所在位置置和列车车进路情情况信息息，还需

36、需要向列列车发送送进路申申请。CI向ZC发送周周围障碍碍物的状状态(如车站站紧急停停车按钮钮状态、道道岔状态态、屏蔽蔽门状态态等)和进路路信息。25 ZZC切换当ZC与相相邻的ZC之间的的控制区区域重叠叠时，在在指定区区域(切换执执行应答答器组处处)应对列列车进行行交接，即即当列车车将要从从一个ZC区域进进入另一一个ZC区域时时，这两两个ZC需要对对列车控控制权限限进行交交接。ZC切换是是列车行行车所必必须经历历的过程程，正常常情况下下，列车车从一个个ZC切换到到另个个ZC无需司司机干涉涉。当“移交ZC查询到到列车接接近切换换边界而而无法继继续延伸伸凇时，“移交”zC从DSU子系统统得到“接管

37、”ZC的D号，通通过DCS子系统统与“接管ZC的通信信，得到到延伸MA必要的的地面信信息，同同时通知知“接管ZC有列车车需要登登录。如如果要使使列车平平滑无缝缝的按原原状态运运行就必必须使区区域控制制器的切切换顺利利完成。ZC通过DDSC通信子子系统与与其他相相邻ZC连接，通通过查询询DSU子系统统的数据据，ZC可以知知道其他他所有ZC信息。切切换示意意图如图图25所示：图2-5 ZC切换示示意图车载控制器器只会与与列车所所占用区区域的ZC进行通通信。为为了使列列车的移移动授权权能够延延伸超过过ZC切换边边界，“接管ZC将接收收到“移交”ZC为列车车请求的的MA延伸请请求。当当列车车车头通过过

38、ZC切换边边界时，VOBBC将开始始与“接管”ZC通信，在在两者通通信连接接建立以以后，“接管”ZC积极响响应，列列车的MA将会延延伸通过过切换边边界，然然后这些些信息将将会传送送到VOBBC，最后后列车将将停止与与移交ZC通信，完完全脱离离原来的的ZC。具体体流程如如图26所示：图2-6 ZC切换流流程图（1）列车车经过ZC切换预预告应答答器组时时，此时时列车的的移动授授权已经经到达ZC切换边边界，随随即启动动区域控控制器切切换流程程，ZCl与ZC2建立通通信连接接，ZCl要通知ZC2即将进进行切换换。（2）当列列车前端端经过ZC切换执执行应答答器组时时，也就就是列车车已经到到达两个个区域控

39、控制器切切换边界界时，VOBBC将提取MA信息中中的ZC2信息，并并且与ZC2建立通通信连接接。这时时列车与与ZC2只是在在通信上上保持联联系，ZC2不直接接控制列列车，列列车的控控制信息息还是由由ZCl进行发发送，所所以这个个过程也也是ZC2对列车车的预接接管过程程。（3）当列列车车尾尾通过切切换边界界之前，也也就是在在ZCl进行控控车和ZC2预控车车的过程程中，列列车同时时与ZCl和ZC2保持通通信，ZCl向列车车发送MA，保证证列车的的正常运运行，ZC2只发送送用于与与列车保保持通信信连接的的空信息息。西南南交通大大学硕士士研究生生学位论论文 第14页（4）当列列车后端端通过区区域控制制

40、器切换换边界后后，列车车登录ZC2，ZC2在列车车管理队队列中插插入登陆陆列车信信息，直直到ZCl检测到到列车最最小安全全后端也也已经通通过切换换边界时时，列车车将发送送受ZC2控制的的申请信信息；当当ZC2接收到到这个申申请后，它它将结束束对列车车的预控控制状态态，ZC2直接正正式控制制列车。（5）当列列车最小小安全后后端通过过ZC切换边边界时，列列车将发发送与ZCl注销的的信息，以以脱离ZCl的控制制，由ZC2来控制制。ZCl将发送送列车注注销信息息，清除除列车信信息，同同时与接接管ZC2建立通通信连接接，告知知已经与与运行列列车注销销，整个个ZC切换过过程结束束。三、当前我我国城市市轨道

41、交交通发展展的主要要特点31有色色Pettri网网建模可可行性分分析有色Pettri网模型型适合从从两个层层面上对对异步并并发系统统的行为为机理进进行充分分的描述述。本论论文主要要围绕着着区域控控制器的的核心功功能“生成移移动授权权来对区区域控制制器进行行研究分分析，在在生成移移动授权权的过程程中，区区域控制制器实时时地与其其他子系系统进行行交互，区区域控制制器内部部会发生生数据流流动和一一系列的的处理过过程，每每个交互互过程都都会完成成其相应应的功能能。在交交互过程程中数据据资源流流动频繁繁，数据据类型众众多，各各个交互互过程具具有复杂杂的逻辑辑结构和和运行机机理，因因此可将将每个交交互过程

42、程的参与与者看作作为模型型的主体体，这样样区域控控制器生生成移动动授权就就是一个个多主体体参与的的过程，为为了准确确地展现现交互过过程的动动态行为为机理，本本文考虑虑利用有有色Pcttri网模型型可以直直观地通通过图形形化的模模型界面面对系统统运行机机理进行行展现，又又可以对对系统模模型进行行形式化化的表述述。应用用有色Pettri网对实实际系统统进行建建模主要要目的之之一就是是借助系系统模型型来分析析实际系系统的性性质和功功能。当当为一个个实际系系统建立立了Pettri网模型型后，并并且模型型准确地地描述了了系统的的层次结结构和运运行机理理，那么么这个Pettri网模型型也可以以体现出出这个

43、系系统的一一些特性性。Pcttri网理论论中，定定义和讨讨论了Pettri网模型型运行过过程中的的一些特特征和性性质，并并且把这这些性质质称为动动态性质质(dyynammic prooperrty)，包括括系统的的活性、死死锁、有有界性、家家态性等等，其动动态特性性主要通通过托肯肯的分布布和转移移进行展展现，这这些动态态性质同同所模拟拟的实际际系统运运行过程程中体现现的系统统特性有有着密切切的联系系。有色色Pcttri网可利利用图形形描述每每个变迁迁过程的的输入输输出关系系。CPN TToolls是创建建、分析析和仿真真有色Pettri网模型型的强大大工具。CPNN Tooolss建模工工具为

44、用用户提供供了图形形化和可可视化的的模型开开发环境境，创建建模型后后，可以以调用Simmulaatioon TToolls工具箱箱，进入入模型仿仿真状态态，对模模型的仿仿真既可可以单步步执行，又又可以连连续执行行，用户户可以自自行定义义执行的的时间和和步数删删。CPNTooolss状态空空间分析析功能可可对模型型计算其其状态空空间，生生成状态态空间报报告，在在状态空空间工具具和仿真真器之间间传递状状态矢量量，根据据状态空空间报告告中的数数据可以以分析有有色Pettri网模型型的有界界性，活活性等静静态和动动态特性性。32 ZZC与DSU交互模模型设计计数据存储单单元DSU完成整整个CBTTC系

45、统中中的数据据管理工工作，其其它所有有子系统统用到的的数据内内容都来来自DSU，ZC也不例例外。DSU中，用用数据库库版本号号来标识识数据库库内容的的实时性性，为了了确保数数据库内内容的实实时性，ZC的每个个工作周周期都要要从DSU获取数数据库版版本号，并并与ZC本地数数据库版版本号比比较，当当本地数数据库版版本号与与DSU数据库库版本号号不一致致时，ZC停止一一切应用用处理，ZC需要从DSU下载新新的数据据库内容容保持数数据库 内容最最新。ZC与DSU交互模模型如图图31所示：图3-1 ZC与DSU交互模模型ZC与DSSU交互模模型中所所涉及的的库所和和变迁说说明如表表31、32所示：进入C

46、PNN Tooolss中的Staate Spaace工具，生生成ZC与DSU交互模模型的状状态空间间报告：从生成的此此Pcttri网状态态空间报报告来看看，模型型有109个节点点和224条弧，整整个模型型是一个个强连通通的模型型。有界界性分析析报告给给出了每每个库所所包含托托肯的数数量区间间，从状状态空间间报告中中可以看看出每个个库所中中的资源源都不会会无限增增大，库库所资源源数量都都是有限限的，整整个模型型是有界界Pcttri网。活活性分析析报告显显示模型型中无死死标识状状态和死死变迁，所所有的变变迁都是是活的，即即任何一一个变迁迁都可在在指定标标识下发发生，表表明系统统没有死死循环和和死节

47、点点。从以以上分析析可得系系统模型型正确。33 ZZC与VOBBC交互模模型设计计ZC与VOOBC的交互互过程是是ZC整个交交互过程程的核心心，因为为在CBTTC系统中中，列车车的行车车安全是是依靠移移动授权权来保证证的，ZC计算完完的移动动授权发发送给VOBBC，而VOBBC发送给ZC的列车车位置信信息是计计算移动动授权的的基础，具具体ZC与VOBBC交互模模型如图图32所示：图3-2 ZC与VOBBC交互模模型ZC与VOOBC交互模模型中所所涉及的的库所和和变迁说说明如表表3-3、3-4所示。表3-3 ZC与VOBBC信息交交互模型型库所说说明表3-4 ZC与VOBBC信息交交互模型型变迁

48、说说明进入CPNN Tooolss中的Staate Spaace工具，生生成ZC与VOBBC交互模模型的状状态空间间报告：从生成的此此Pcttri网状态态空间报报告来看看，模型型有98009个节点点和13441166条弧，整整个模型型是一个个部分连连通的模模型。有有界性分分析报告告给出了了每个库库所包含含托肯的的数量区区间，从从状态空空间报告告中可以以看出每每个库所所中的资资源都不不会无限限增大，库库所资源源数量都都是有限限的，整整个模型型是有界界Pettri网。由由于模型型预设了了7个MA申请，所所以活性性分析报报告显示示模型中中无活的的变迁和和死的变变迁，模模型不会会无限循循环下去去。从以

49、以上分析析可得系系统模型型符合预预期。34 ZZC与ATS交互模模型设计计ZC与ATTS间的信信息交互互过程主主要包括括ZC向ATS报告列列车登陆陆出清清信息和和位置信信息，ATS向ZC提供ATS对列车车的管理理信息，两两者之间间的交互互具体模模型如图图33所示：图3-3 ZC与ATS交互模模型进入CPNN Tooolss中的Staate Spaace工具，生生成ZC与ATS交互模模型的状状态空间间报告：从生成的此此Pettri网状态态空间报报告来看看，模型型有6个节点点和8条弧，整整个模型型是一个个强连通通的模型型。有界界性分析析报告给给出了每每个库所所包含托托肯的数数量区间间，从状状态空间

50、间报告中中可以看看出每个个库所中中的资源源都不会会无限增增大，库库所资源源数量都都是有限限的，整整个模型型是有界界Pettri网。活活性分析析报告显显示模型型中无死死标识和和死的变变迁，因因为在实实际系统统中，只只要列车车在ZC管辖范范围内，ATS和ZC要对列列车进行行实时控控制，所所以ATSS SeendMMesssagee too ZCC、ZC Sennd MMesssagee too ATTS两个变变迁是活活的，即即在网中中的任何何一个标标识下，这这两个变变迁能在在可发生生序列中中。35 ZZC与C I交互模模型设计计CI发送的的障碍物物状态信信息以障障碍物的的ID作为障障碍物标标识，由

51、由于MA本身相相当于一一个位置置信息，所所以要明明确障碍碍物的具具体位置置，包括括障碍物物所在区区段信息息，这些些数据都都包含在在DSU中，在DSU中障碍碍物同样样以D标识，除除此之外外，还有有障碍物物的类型型描述。这这就需要要ZC在使用用障碍物物信息前前，通过过障碍物物ID作为桥桥梁，将将CI和DSU中的障障碍物信信息进行行结合，为ZC生成MA做好数据准备。采用建立层层次Pettri网的方方法建立立ZC与CI交互模模型，首首先建立立没有内内部详细细功能的的顶层模模型，用用于仿真真遍历障障碍物过过程，命命名为Nettworrk，Nettworrk层中设设置了四四个替代代变迁Finnd OObs

52、ttaclle。为了了实现建建立仿真真功能更更加详细细的模型型，建立立了Sitte层模型型，用于于仿真提提取障碍碍物信息息过程，每每个替代代变迁Finnd OObsttaclle都连接接到Sitte层模型型，具体体模型如如图3-4、3-5所示：图3-4 ZC与CI交互模模型NettWorrk层图35 ZC与CI交互模模型Sitte层进入CPNN Tooolss中的Staate Spaace工具，生生成zC与CI交互模模型的状状态空间间报告：生成的此PPetrri网状态态空间报报告来看看，模型型有229922个节点点和500056条弧，整整个模型型是一个个部分连连通的模模型。有有界性分分析报告告

53、给出了了每个库库所包含含托肯的的数量区区间，从从状态空空间报告告中可以以看出每每个库所所中的资资源都不不会无限限增大，库库所资源源数量都都是有限限的，整整个模型型是有界界Pettri网。由由于模型型预设了了4个障碍碍物，所所以活性性分析报报告显示示模型中中无活的的变迁和和死的变变迁，模模型不会会无限循循环下去去。从以以上分析析可得系系统模型型符合预预期。四、轨道交交通的安安全问题题得到高高度重视视41移动动授权的的内容4111移动授授权的概概念城轨交通中中，CBTTC系统的的主要任任务是时时刻确保保列车在在CBTTC系统控控制线路路内安全全运行，具具体采用用的手段段是向每每列通信信列车发发送移

54、动动授权MA(Movvemeent Autthorrityy)。通信信列车只只有在接接收到ZC发送的MA后，才才能在移移动授权权的范围围内安全全行车，一一个移动动授权可可以包含含多条连连续的轨轨道区段段。移动动授权的的几个概概念：(1)移动动授权：指从列列车车尾尾到前方方终点障障碍物的的这部分分线路。(2)移动动授权终终点EOAA(Ennd oofMoovemmenttAutthorrityy)：列车车可运行行到的授授权位置置。(3)缩短短移动授授权SMAA(Shhortteneed MMoveemennt AAu血oriity)：当列列车新接接收到MA中的EOA近于上上一周期期MA的EOA，

55、缩短短移动授授权可以以强制通通信列车车以此周周期接收收到的停停车位置置作为新新的EOA。列车车根据当当前的位位置信息息，来决决定是否否启动常常规制动动或者紧紧急制动动。如果果列车位位置已经经超越新新的EOA，则列列车马上上启动紧紧急制动动。此过过程也叫叫回撤移移动授权权。4122移动授授权的结结构及内内容区域控制器器向车载载控制器器发送的的信息包包含两部部分：一一部分是是对VOBBC的应答答信息，用用于对接接收到VOBBC发送的的信息进进行确认认，此信信息在列列车管理理功能中中实现；另一部部分是向向VOBBC发送的MA信息，MA信息融融合了VOBBC汇报的的列车位位置信息息、DSU汇报的的数据

56、库库内容信信息和CI汇报的的障碍物物信息、进进路信息息，并将将障碍物物信息编编制成链链表信息息，进而而进一步步对链表表信息排排列和遍遍历。具具体移动动授权生生产过程程的数据据流图如如图42所示。图4-2移移动授权权生产过过程数据据流图42移动动授权相相关ZC输入输输出信息息移动授权的的生成和和发送主主要发生生在区域域控制器器和车载载控制器器之间，车车载控制制器首先先向区域域控制器器汇报列列车的运运行信息息，包括括列车运运行状态态、列车车当前位位置、MA延伸申申请等，之之后ZC根据列列车运行行信息向向列车发发送MA。4211区域控控制器的的输入、输输出信息息（1）输入入信息根据各个信信息在区区域

57、控制制器子系系统功能能中发挥挥地不同同作用，对对区域控控制器输输入信息息进行划划分，具具体划分分为：系系统决策策层输入入信息、系系统控制制层输入入信息和和系统维维护层输输入信息息。划分分原则如如下： 系统决策层层输入信信息：向向区域控控制器实实现功能能申请、汇汇报信息息、功能能实现或或者对功功能转换换起到重重要作用用的信息息，如VOBBC汇报的的运行状状态信息息等。系统控制层层输入信信息：列列车具体体运行参参数输入入信息，区区域控制制器根据据这些信信息计算算MA，对VOBBC给出控控制信息息。系统维护层层输入信信息：VOBBC发送给ZC的状态态和模式式信息等等，不参参与ZC的MA计算，只只用于

58、显显示或者者标识系系统的状状态。（2）输出出信息ZC发送给给VOBBC的输入入信息内内容和意意义如下下：(1)列车车运行信信息标示示她：用用来标识识ZC对列车车运行状状态，包包括列车车登陆区区域控制制器状态态确认信信息、列列车进入入区域控控制器控控制状态态确认信信息，列列车正常常运行ATP状态确确认信息息。(2)MAA终点P,aaz：本周周期ZC计算的MA终点EOA。(3)进路路号R：本计计算周期期内CI为列车车所排进进路的进进路编号号。(4)障碍碍物数量量：从从列车当当前所在在位置到到EOA之间的的障碍物物数量。(5)障碍碍物类别别号瓯：用于标标识障碍碍物的类类别。(6)障碍碍物：用于唯唯一

59、的标标识障碍碍物。(7)障碍碍物状态态D胁：标标记障碍碍物的状状态，如如道岔的的定位、反反位。43移动动授权延延伸区域控制器器ZC向车载载控制单单元VOBBC发送包包含MA消息的的信息帧帧，VOBBC接收到MA信息后后计算出出目标一一距离速速度防护护曲线，并并在MA规定的的许可范范围内行行车，移移动授权权终点EOA是列车车被授权权可以前前进到的的线路位位置。通通信列车车在行驶驶到EOA之前，必必须已经经得到新新的MA，也就就是对原原有MA的延伸伸，使得得运行列列车能够够保持正正常的运运行速度度继续前前进。如如果列车车已经行行驶到EOA之前，VOBBC还没收收到新的的MA，VOBBC将主动动向Z

60、C发送MA延伸申申请。CBTC系系统中可可以在列列车运行行MA终点前前设置一一个规定定时间，在在这个规规定时间间内， 列车行行至最近近相关应应答器组组LRBBG(LLastt reelevvantt baalisse ggrouup)，VOBBC发送MA延伸请请求，或或者在ZC响应一一个联锁锁设备输输出的变变化时自自动生成成一个新新的MA，从而而列车行行车路线线延长到到了列车车当前位位置之前前，示意意图如图图43所示。图4-3 MA延伸原原理示意意图在下面两种种情况下下列车车车载设备备VOBBC也可以以请求MA延伸，一一种是列列车到达达EOA之前的的规定时时间内，另另一种是是在MA信息内内部计