基于 CBTC 信号系统的 ZC 列车追踪及自锁故障研究

万 霞 丁伟 孙传增

(大连地铁运营有限公司 大连 116037)

摘 要：近年来城市轨道交通需求日益增大，促使地铁建设蓬勃发展，信号系统为地铁列车安全运营提供可靠保障。本文对信号系统中区域控制器（ZC）进行研究，并基于 CBTC 系统分析 ZC 的列车追踪及自锁故障，为地铁维护人员提供技术参考。

关键词：CBTC；信号系统；ZC；列车追踪；自锁

ZC（Zone Controller）为区域控制器的简称，是CBTC系统中的轨旁ATP设备。ZC通过与外部系统的接口得到所有列车（包括非CBTC列车）的位置信息，以及轨旁道岔、信号机和计轴区段的状态信息，并为每列CBTC列车计算其移动授权（MAL）。

1 列车追踪

ZC确定每列车的位置，同时，比较每列车的位置和固定障碍物。列车追踪的主要目的是为安全列车间隔提供数据。该数据可以被看作是所有列车（CBTC车、非CBTC车和非通信车）的一个网络的地图。

1.1 列车安全位置

ZC根据以下信息来建立轨道占用地图：

（1）对于非CBTC列车，根据计轴区段占用情况；

（2）对于CBTC列车，根据CC提供的列车位置报告；（3）道岔位置。

每个CC都提供包含列车识别信息的位置报告，包括车头和车尾的位置、安全计算的位置不确定性以及运行方向。列车识别信息实际上就是CC编号，通过为每列车硬编码，防止两个CC的编号相同。

每个通信列车都会向轨旁ZC发送其位置信息，其中包括如下内容：

（1）列车识别号（Train Identity）：列车识别号是用于确定线路上单独列车安全信息；

（2）位置安全（Location Secured）：用于标记位置是否安全，当位置为安全时，其值为“真”；

（3）最大车头和车尾位置：该信息可以保证列车的最大可能车长（考虑了所有的安全余量）。最大车头和车尾位置是基于列车的运行方向的，因此，如果列车的运行方向为“未知”，最大车头和车尾位置也为“未知”；（4）位置不确定性（Location Uncertainty）：用于识别列车位置不确定性的安全信息。如果位置不确定性太大，那么就不能被标记为位置安全。

只有当CC发送的位置信息被标记为位置安全时，ZC才使用此位置信息（否则，ZC弃用该位置信息）。对使用位置信息的所有安全功能，都需要使用被标记为位置安全的位置信息。

只要需要考虑位置的不确定性，ZC就根据CC报告的非安全位置报告和位置不确定性来计算列车的安全位置，如图3所示。这保证了列车长度的最大化（即轨道占用计算的“最坏情况”）。

图2 列车位置信息

1.2 可疑标记

在正常情况下，ZC对CBTC列车仅通过位置报告来定位。通常情况下，一个虚拟区段（VB）只能被一列车占用。但是在计轴区段故障或者列车不正常动车的情况下，有可能会违背该原则。因此在这种情况下，ZC会“怀疑”在同一个虚拟区段内存在多列车，会给该列车标记一个“可疑标记”，可疑标记可以标记在列车车头、车尾或者两端。带可疑标记的列车仍然通过位置报告信息来定位，但是同时也使用计轴区段占用来定位。

在下列情况下，ZC会为列车添加可疑标记：

（1）列车本身已经通过位置报告来定位，但是与另外一辆通过计轴区段定位的列车的安全间隔不能保证（安全间隔只有在两车之间有一个空闲计轴区段的时候才能保证）；

（2）列车本身已经通过位置报告来定位，但是出现了两辆车发送的位置报告显示在一个虚拟区段内的情况；

（3）对于ZC定位的第一列车，出于安全考虑，会将可疑标记标记在该列车的两端。

ZC根据系统的可用程度，自动选择是采用列车位置报告或者采用计轴区段占用来追踪列车。当从计轴区段占用追踪列车，到列车位置报告追踪列车的转换过程中，列车需要经过筛选过程。

2 ZC自锁

2.1 初始化流程

ZC进行初始化流程（该初始化流程基于ZC的硬件和软件结构）。

图3 ZC初始化流程

如果在ZC初始化流程中检测到“严重故障（Fatal Error）”，ZC即进入“严重故障”状态，否则进入“已激活（Activated）”状态。如果ZC的UPS供电不可用，ZC即进入“未上电（Not Powered）”状态。

2.2 ZC自锁故障分析

ZC所有的与安全相关的输出（包括到Microlok，CC，其他ZC和ZCR的输出）都被设为安全值。下面以一个故障实例来说明ZC自锁机制。

故障现象：某地铁线路一个ZC控制区域内所有车站站台屏蔽门报警，且报警无法确认，该区域内信号机点灯，ATS上有MFA、MFB报警。

出现此现象的原因是此ZC自锁，具体分析如下：

（1）故障初期，某故障列车给此ZC带来了大量的过期、延时信息，从而导致ZC自锁；

（2）ZC自锁，与外部所有设备通信中断。从而导致该ZC控制区域屏蔽门报警，信号机点灯，同时ATS上出现MFA、MFB报警显示；（3）此ZC持续一个小时未再收到延时信息，自锁状态取消，恢复正常工作，信号机恢复灭灯状态，MFA、MFB报警消失，行调可确认屏蔽门报警。

2.3 故障处理建议

若运营中遇到此类问题，需根据现场故障现象的影响范围初步判断故障点在ZC侧还是联锁侧，可参考联锁区管辖范围及ZC管辖范围，如全线故障则需优先考虑FTM及中心ATS侧。

（1）如故障现象表现在单个车站或单个联锁区，则优先检查该车站\设备集中站的信号设备状态，根据现场情况考虑对联锁\ATS设备进行重启，并跟踪故障恢复情况；

（2）如故障现象表现在多个车站（跨联锁区），则优先检查管辖该区域的ZC设备状态，可从故障车站的联锁机板卡灯位判断与该ZC的通信状态，从该ZC的板卡灯位判断ZC工作状态，从FTM工作站检查该ZC工作状态，根据现场情况考虑对故障ZC进行重启，并跟踪故障恢复情况。

3 结束语

本文以地铁CBTC信号系统为背景，对区域控制器（ZC）的列车追踪功能进行研究，同时针对典型的ZC故障进行自锁情况分析，并提出了相应的解决意见及办法。■

参考文献

[1] 王长林，林颖.列车运行控制技术.西南交通大学出版社.2004.

[2] 万霞.人民广场站ZC故障分析报告.2016.

[3] 浙江众合科技股份有限公司.2016年12月18日ZC自锁故障分析报告.

2016.

[4] 刘晓磊.城市轨道交通区域控制器的研究.西南交通大学研究生学位论文.2009：27-32.