CBTC系統(tǒng)的組成部分主要有：數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)單元（Database?Storage?Unit，DSU）、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖（CI）、區(qū)域控制器（ZC）、車載控制器（VOBC）、列車自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)（DCS）[26]。CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-2所示。

從上圖中可以看到，處于CBTC系統(tǒng)最高層的是列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)ATS，ATS系統(tǒng)包括控制中心設(shè)備和車站設(shè)備，是整個(gè)CBTC?系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，提供列車監(jiān)督、自 動(dòng)調(diào)度和時(shí)刻表調(diào)整等主要功能，在整個(gè)系統(tǒng)中處于很重要的地位，屬于非安全子系統(tǒng)。?列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)（ATP）和列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（Automatic?Train?Opreation，ATO）都屬于車載控制器VOBC。其中，ATP系統(tǒng)完成對(duì)列車速度控制，當(dāng)列車超速時(shí)將觸發(fā)緊急制動(dòng)，確保列車在安全制動(dòng)距離之內(nèi)停車，屬于安全子系統(tǒng)[27]。而?ATO?子系統(tǒng)的作用是獲得列車當(dāng)前命令速度信息（由?ATP?子系統(tǒng)傳送）和列車調(diào)整信息（由?ATS?系統(tǒng)?獲得），然后使用列車速度控制算法，使列車按照系統(tǒng)指令平穩(wěn)舒適的運(yùn)行，ATO?子系統(tǒng)屬于非安全設(shè)備。區(qū)域控制器ZC是CBTC?系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，也是移動(dòng)閉塞與固定閉塞最主要的區(qū)別，ZC 根據(jù)列車的位置報(bào)告信息追蹤控制區(qū)域內(nèi)線路上的所有列車，為后續(xù)列車計(jì)算移動(dòng)授權(quán)，在移動(dòng)授權(quán)的計(jì)算中需要考慮前行列車的位置不確定性（Position Uncertainty）等最不利情況下的安全余量（Safety?Margin）[27][28]。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖CI系統(tǒng)是國產(chǎn)化?CBTC?系統(tǒng)的典型配置設(shè)備，它能夠獨(dú)立于?VOBC?和?ZC?運(yùn)行，CI系統(tǒng)最主要的功能是能夠在移動(dòng)閉塞功能受限時(shí)提供后備模式運(yùn)行，即司機(jī)可依靠軌旁信號(hào)行車，CI?還可在?CBTC?系統(tǒng)功能部分受限時(shí)根據(jù)控制軌旁動(dòng)態(tài)信標(biāo)的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)點(diǎn)式ATP的防護(hù)功能。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元DSU?是線路數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)區(qū)域，線路數(shù)據(jù)庫離線?編輯并經(jīng)過編碼存入DSU中，而數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)DCS則與VOBC建立通信并且進(jìn)行數(shù)據(jù)的校驗(yàn)工作，以確保數(shù)據(jù)的安全性與實(shí)時(shí)性。

CBTC子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

列車自動(dòng)監(jiān)控（ATS）子系統(tǒng)

ATS 子系統(tǒng)一般由ATS中央控制子系統(tǒng)和ATS車站子系統(tǒng)構(gòu)成，它們分別設(shè)置在?控制中心和沿線車站及車輛段。ATS子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2-3所示

（1）ATS?中央子系統(tǒng)。ATS?中央子系統(tǒng)設(shè)置在控制中心，監(jiān)控整條線路列車的計(jì)劃運(yùn)行。ATS中央子系統(tǒng)主要由一系列服務(wù)器（主機(jī)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、通信服務(wù)器）和工作站以及與之相配套的設(shè)備（電源、防雷）等組成。為了提高系統(tǒng)的可靠性，調(diào)度員工作站能夠相互管理，權(quán)限互換，使得他們之間相互冗余，互相幫助。ATS主機(jī)?服務(wù)器主要用來通過各式各樣的應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)其所需的各項(xiàng)功能，與此同時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器，完成傳遞過來的報(bào)表等相關(guān)信息。而通信服務(wù)器，是建立其與其他系統(tǒng)正常的通信和信息傳遞，保證整個(gè)系統(tǒng)的完整和可靠。通常情況下，主機(jī)、通信和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器三者都建立兩套互為冗余的保護(hù)配置，同時(shí)運(yùn)行，一旦發(fā)生故障直接切換備用，并且無擾動(dòng)實(shí)現(xiàn)[29]。

（2）ATS車站及車輛段子系統(tǒng)。ATS 工作站、發(fā)車指示器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等一同構(gòu)成ATS車站子系統(tǒng)。ATS車站工作站一般設(shè)置在設(shè)備集中站，因?yàn)樵O(shè)備集中站有較多的信號(hào)機(jī)、道岔、軌道區(qū)段，可以監(jiān)控全線的列車運(yùn)行情況。為了節(jié)省成本，將ATS工作站和聯(lián)鎖設(shè)備操作站合并，統(tǒng)稱為本地ATS控制工作站，以減少設(shè)備的安裝和使用。發(fā)車指示器接收到ATS控制信號(hào)后，給出發(fā)車時(shí)刻，設(shè)置恰當(dāng)位置。非設(shè)備集中站主要由網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備和發(fā)車指示器構(gòu)成。車輛段ATS子系統(tǒng)主要由調(diào)度員和司機(jī)工作站組成，以?備不時(shí)之需和隨時(shí)調(diào)遣。ATS主要負(fù)責(zé)監(jiān)控列車運(yùn)行和設(shè)備狀態(tài)，對(duì)列車運(yùn)行提出實(shí)時(shí)的監(jiān)控調(diào)整。它綜合利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)，能夠完成列車運(yùn)行圖和時(shí)刻表計(jì)算機(jī)輔助編制、列車時(shí)刻表自動(dòng)調(diào)整、列車運(yùn)行自動(dòng)追蹤、列車運(yùn)行及設(shè)備工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)視等功能[30]。并與聯(lián)鎖子系統(tǒng)、ATP/ATO 子系統(tǒng)等其它子系統(tǒng)相互配合由計(jì)算機(jī)按照列車運(yùn)行圖對(duì)全線列車的運(yùn)行進(jìn)行檢測(cè)和控制。其主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）對(duì)列車運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)全程模擬及顯示；

（2）為車站工作人員和全線調(diào)度員提供操作平臺(tái)；

（3）設(shè)置列車停站時(shí)間以及突發(fā)事件時(shí)調(diào)整列車停站時(shí)間；

（4）自動(dòng)生成和排列列車進(jìn)路；

（5）記錄列車的運(yùn)行時(shí)刻，從而生成列車運(yùn)行時(shí)間表；

（6）根據(jù)列車時(shí)間表，自動(dòng)調(diào)節(jié)列車運(yùn)行的時(shí)間；

（7）在有交匯路口處，計(jì)算優(yōu)先選擇的路徑；

（8）車站人工等候區(qū)、站與站之間及區(qū)域之間封鎖；

（9）與其他系統(tǒng)傳遞信息的過渡。

列車自動(dòng)防護(hù)（ATP）子系統(tǒng)

車載部分?ATP?子系統(tǒng)和地面部分?ATP?子系統(tǒng)共同組成了完整的?ATP?子系統(tǒng)。ATP子系統(tǒng)與?ATO?子系統(tǒng)結(jié)合共同實(shí)現(xiàn)對(duì)列車運(yùn)行的安全和自動(dòng)拉制。車載?ATP?設(shè)備能夠自動(dòng)識(shí)別ATC（Automatic?Train?Control）監(jiān)控區(qū)域，建立和完成列車進(jìn)入ATP監(jiān)控區(qū)的工作，并立即進(jìn)入工作狀態(tài)。地面ATP子系統(tǒng)可提供列車雙線雙方向的安全防護(hù)。如圖2-4所示為ATP子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

ATP子系統(tǒng)能自動(dòng)檢測(cè)列車實(shí)際運(yùn)行位置，自動(dòng)確定列車最大安全運(yùn)行速度，提供超速防護(hù)，保障列車運(yùn)行、乘客和員工的安全，也能自動(dòng)監(jiān)測(cè)列車運(yùn)行間隔，確保列車在規(guī)定距離內(nèi)不超過規(guī)定速度的前提下安全運(yùn)行。ATP子系統(tǒng)具體功能有：

（1）對(duì)行駛中的列車進(jìn)行定位；

（2）控制列車行駛速度；

（3）控制列車間隔距離；

（4）與站臺(tái)屏蔽口聯(lián)動(dòng)；

（5）緊急制動(dòng)超速防護(hù)功能；

（6）停車點(diǎn)防護(hù)功能等。

在上述功能的保障下，列車具備了自動(dòng)控制、高效率行駛的條件，同時(shí)防止了列車超速和撞車，確保了列車安全行駛。

2.1.1.1?列車自動(dòng)駕駛（ATO）子系統(tǒng)

ATO?子系統(tǒng)由軌旁?ATO?子系統(tǒng)和車載?ATO?子系統(tǒng)組成，軌旁?ATO?子系統(tǒng)通過車

地通信，發(fā)送相關(guān)的控制命令以及運(yùn)行限制信息給車載ATO子系統(tǒng)，車載ATO子系統(tǒng)?根據(jù)收到的命令和運(yùn)行限制信息，來控制列車自動(dòng)駕駛。車載?ATO?設(shè)備為主備冗余，

當(dāng)主ATO設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，主動(dòng)切換到備用ATO設(shè)備。主、備ATO運(yùn)行狀態(tài)相同，并在相同的信息條件下運(yùn)行，各自獨(dú)立運(yùn)算，但在同一時(shí)間內(nèi)只有一個(gè)車載設(shè)備進(jìn)行信息?輸出。

ATO 主要負(fù)責(zé)保證列車自動(dòng)駕駛，提供列車自動(dòng)控制和調(diào)整并輔助司機(jī)駕駛等功

能。其主要功能如下：

（1）速度自動(dòng)調(diào)節(jié)；

（2）站臺(tái)程序定位停車；

（3）自動(dòng)開/關(guān)門控制；

（4）自動(dòng)折返；

（5）坡度不同，調(diào)整相應(yīng)的制動(dòng)力和牽引力使得達(dá)到預(yù)期目標(biāo)；

（6）接收相關(guān)子系統(tǒng)提供的狀態(tài)和控制信息。

?計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖（CI）子系統(tǒng)

聯(lián)鎖是鐵路信號(hào)保證行車安全的重要技術(shù)措施，指的是信號(hào)設(shè)備與相關(guān)因素的制約關(guān)系。聯(lián)鎖設(shè)備是城市軌道交通的重要信號(hào)設(shè)備，用來在車站實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖關(guān)系，建立進(jìn)路，?控制道忿的轉(zhuǎn)換盒信號(hào)機(jī)的開放以及進(jìn)路解鎖，以保證行車安全。聯(lián)鎖設(shè)備早起采用繼電集中聯(lián)鎖，現(xiàn)在采用計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖。城市軌道交通中，一般采用區(qū)域聯(lián)鎖方式，即一套聯(lián)鎖系統(tǒng)控制幾個(gè)車站。實(shí)現(xiàn) CBTC 各項(xiàng)功能的基礎(chǔ)是聯(lián)鎖子系統(tǒng)。聯(lián)鎖子系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)、顯示聯(lián)鎖控制信號(hào)的工作站、采集信息系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)等。如圖2-5所示為聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)圖。

聯(lián)鎖子系統(tǒng)通過繼電接口或網(wǎng)絡(luò)與軌道或區(qū)間上的信號(hào)設(shè)備等通信，確保信號(hào)機(jī)、

區(qū)段、道岔三者正確無誤相互聯(lián)鎖，系統(tǒng)整體功能以其為基礎(chǔ)。其主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）設(shè)置進(jìn)路（自動(dòng)或人工）；

（2）設(shè)置引導(dǎo)進(jìn)路；

（3）對(duì)進(jìn)路解鎖和取消；

（4）對(duì)軌道區(qū)段故障進(jìn)行恢復(fù)；

（5）隨時(shí)開放和關(guān)閉信號(hào)機(jī)信號(hào)；

（6）單獨(dú)操作和鎖閉道岔；

（7）聯(lián)鎖防淹門，實(shí)現(xiàn)信息交互；

（8）對(duì)所有的進(jìn)路應(yīng)進(jìn)行側(cè)防；

（9）能夠鎖閉；

（10）可以逐段解鎖。

DCS子系統(tǒng)

DCS 子系統(tǒng)主要由無線通信子系統(tǒng)和有線通信子系統(tǒng)兩部分組成，其結(jié)構(gòu)圖如圖2-6?所示。有線通信子系統(tǒng)主要包括控制中心、骨干網(wǎng)、軌旁和車載局域網(wǎng)。骨干網(wǎng)主要用來連接?ATC?系統(tǒng)的各個(gè)部分，這些骨干網(wǎng)通過冗余光纖完成其相互間的連接。結(jié)構(gòu)圖的上半部分是網(wǎng)絡(luò)冗余的局域網(wǎng)，其為一個(gè)系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，它通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接到骨干網(wǎng)[31][32]。結(jié)構(gòu)圖的下半部分為無線環(huán)網(wǎng)，由環(huán)間交換機(jī)與骨干網(wǎng)交換機(jī)聯(lián)接，接無線環(huán)網(wǎng)接入網(wǎng)絡(luò)，無線環(huán)網(wǎng)由無線接入點(diǎn)和和環(huán)網(wǎng)交換機(jī)串聯(lián)，構(gòu)成環(huán)網(wǎng)。無線環(huán)網(wǎng)設(shè)備主要由環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、無線接入點(diǎn)、接入點(diǎn)交換機(jī)組成。

CBTC系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間傳輸列車控制信息、控制中心信息和維護(hù)信息等信息主要依靠DCS子系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)DCS子系統(tǒng)還為列車提供在地鐵全線各站點(diǎn)、各區(qū)間、場(chǎng)、段以及試車線進(jìn)行軌旁設(shè)備和車載設(shè)備之間連續(xù)雙向的數(shù)據(jù)通信功能。具體系統(tǒng)功能有：

（1）確保車地間數(shù)字報(bào)文信息傳輸具有可靠性、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性化及雙向傳輸?shù)?/span>

特點(diǎn)；

（2）各區(qū)間的無線設(shè)備覆蓋半徑大于無線設(shè)備間距的二分之一，確保了全線區(qū)間無覆蓋死角，并為車載天線在越區(qū)時(shí)進(jìn)行正常無線通信提供了保障；

（3）為列車在峰值速度（120km/h）運(yùn)行時(shí)提供可靠的無線通信保障；

（4）保證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)保護(hù)、數(shù)據(jù)加密功能；

（5）有效抵抗目前實(shí)際環(huán)境中普遍岀現(xiàn)的民用通信無線制式如：TD-LTE、WCDMA、TD-SGDMA等制式的信號(hào)產(chǎn)生的無線信號(hào)干擾；

（6）抵抗無線設(shè)備、藍(lán)牙設(shè)備、微波設(shè)備和其它WLAN系統(tǒng)設(shè)備的干擾；?

（7）抵抗相鄰線路采用同頻段通信的無線系統(tǒng)的干擾；

（8）無線系統(tǒng)能處理無線信號(hào)的時(shí)延問題和多徑路干擾問題，降低信號(hào)的丟包率和誤碼率，提高信噪比等相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，保證系統(tǒng)安全、可靠的運(yùn)行。