轨道交通CBTC系统升级为TACS系统的方案探析

轨道交通CBTC系统升级为TACS系统的方案探析

王汉钦

青岛地铁集团有限公司运营分公司  山东省青岛市  266000

摘要：随着经济快速发展，城市人口急剧膨胀，城市交通压力增大。因此，采用城市轨道交通来解决我国日益严重的城市交通问题已经成为我国城市交通发展的趋势。文章针对轨道交通CBTC系统升级为TACS系统的方案进行了分析，以供大家研究探讨。

关键词：轨道交通；CBTC系统；TACS系统

1 CTBC系统的概述

1.1 CBTC技术组成

CBTC 技术包括：⑴无线通信技术，⑵移动闭塞技术，⑶列车定位技术。由于CBTC 是基于无线通信的列车控制系统，自然离不开通信技术的支持。无线通信的种类很多，常见的有基于OFDM（正交频分复用技术）通信、扩展频谱通信、跳频技术、WLAN（无线局域网）技术。移动闭塞是实现CBTC的关键技术之一，CBTC是这种闭塞方式的应用系统。它与固定闭塞相比，其最显著的特点是取消了以信号机分隔的固定闭塞区间。列车在线路上运营的间隔距离由列车在线路上的实际位置和运行情况确定，闭塞区间随列车的形势，不断变化，故称为移动闭塞。列车定位技术有很多种：⑴轨道电路定位，⑵计轴定位，⑶信标定位（分有源、无源两种，往往两种会同时使用）。

1.2特点

（1）以在无线通信系统代替复杂的电缆，从而减少布线和维护成本。

（2）车辆与控制中心可以实现双向沟通，通过训练间隔的能力大大提高。

（3）信息传输流量，效率高，速度快，易于实现移动自动闭塞系统。

2 典型 CBTC 与TACS 系统架构比较

CBTC 系统是以轨旁设备为中心的列车控制系统，系统关键数据流汇集到轨旁的区域控制器，由区域控制器实时计算移动授权，控制列车运行安全间隔。TACS系统是以列车运行任务为中心的列车控制系统，系统关键数据流汇集到车载控制器，由车载控制器自主计算移动授权，自主控制列车运行安全间隔。

在CBTC 系统中，车站层配置了联锁子系统，用以采集道岔、信号机、屏蔽门等状态信息，通过联锁逻辑计算建立或取消进路，从而开放或关闭信号机。联锁子系统将道岔、信号机、屏蔽门等状态信息发送给区域控制器，并由区域控制器计算列车的移动授权。在 CBTC系统中，联锁子系统和区域控制器是轨旁集中式核心控制设备，列车移动授权是否可以越过道岔区域取决于联锁进路是否已建立。

TACS 系统简化了系统架构，取消了轨旁联锁子系统，系统无需办理或取消进路，取而代之以精细化资源管理。车站层配置了目标控制器子系统，用以采集道岔、信号机、屏蔽门等设备状态信息，而控制命令则由轨旁资源管理器或车载控制器发送，通过目标控制器来控制轨旁设备。轨旁设备状态及资源分配状态信息发送给车载控制器，并由车载控制器自主计算本列车的移动授权。在TACS系统中，车载控制器是核心控制设备，列车按需自主申请和释放资源。

3 CBTC系统升级为TACS系统的升级方案特点

3.1 成熟的硬件安全平台

硬件平台的成熟度是系统运行稳定性的重要保障。本方案中，TACS 系统的轨旁资源管理器和 CBTC 系统的区域控制器基于同一安全硬件平台，TACS 系统的目标控制器和 CBTC 系统的联锁 I/O 单元基于同一安全硬件平台，而车载控制器也是既有车载安全平台的升级版本。通过成熟硬件平台的应用，TACS 既缩短了新系统的研发周期，又传承了既有系统的稳定性。

3.2 便于设备利旧

城市轨道交通线路一般分为几期建设，在投入运营后通过修建延伸线继续扩展延伸。因此对于同一条线路，其在线运营设备使用年限存在数年的差别。在系统升级改造时，需要考虑系统设备的延寿，避免投资的浪费。本方案特点是沿用既有硬件平台，通过升级软件和数据实现系统改造，可以最大限度利用既有系统设备，节约投资。

3.3 安装空间需求低

既有线路的设备机房面积通常是在当前系统设备机柜数量的基础上预留一定的空间，主要考虑项目建设过程中的一些不确定因素而导致的机柜数量的增减，并不考虑系统大修周期阶段新系统增加的设备机柜数量。这种配置方式导致机房内可用于新增系统设备机柜的空间极其有限，系统大修改造阶段需要另设用以布置新系统设备的机房。TACS 系统既精简了轨旁联锁设备，又可以利旧在线运营的轨旁 ATP/ATO 子系统设备，对设备集中站机房面积要求更低，更适合旧系统的升级改造。

3.4 系统过渡的平稳性

对于线路里程长、运营间隔小的大客流城市轨道交通线路，信号系统改造难度更高，基于相同硬件平台的分步改造方案将降低系统改造的风险。车载子系统是改造工作的难点之一，可首先完成兼容性车载设备的改造，第一阶段将既有车载设备更换为升级版车载设备，在高性能车载硬件平台上运行老系统软件和数据；第二阶段在高性能车载硬件平台上部署 TACS 系统软件和数据，车载设备升级到 TACS 系统的车载控制器。轨旁改造采用既有 CBTC 成熟的硬件设备，通过更新软件和数据完成新系统的升级。必要时，系统可快速恢复至原有版本的软件和数据，降低项目改造的风险。

4轨道交通CBTC系统升级为TACS系统的方案分析

4.1 车载控制器升级

TACS 系统的核心控制功能由 ATP/ATO 子系统的车载控制器实现，高性能车载安全平台是确保系统性能提升的关键。在系统升级改造过程中，可先期完成车载控制器设备的改造，在其他轨旁和中心设备不变的情况下，将 CBTC系统车载控制器设备更换为更高性能的TACS 系统车载控制器，为后续整体系统升级至 TACS 奠定基础。

TACS 系统车载控制器维持既有车辆电气接口，可通过升级车载控制器软件、硬件和工程数据，平稳升级至TACS 系统的车载控制器。

4.2 轨旁 ATP/ATO 升级

CBTC 系统轨旁配置了区域控制器，用于控制本区域内列车的运行，而 TACS 系统轨旁配置了轨旁资源管理器，用于管理本区域内线路的资源分配。本系统升级方案基于相同的轨旁安全硬件平台，在既有轨旁硬件平台上，既可以部署传统 CBTC 系统的区域控制器的软件和数据，也可以部署 TACS 系统的轨旁资源管理器的软件和数据。因此在项目改造时，可保持既有区域控制器硬件不变，通过升级软件和数据将 CBTC 系统的区域控制器改造为 TACS 系统的轨旁资源管理器。

在信号系统升级方案设计中，可根据各系统设备运行年限不同，采用新增和利旧相结合的原则。考虑到网络化系统配置，这些利旧设备仍可以放在既有位置，无需移动。新增设备可集中放置，也可以分布放置于各车站设备房。

4.3 联锁设备升级

CBTC 系统轨旁配置了联锁设备，分为主机和 I/O 单元两部分，通过主机与区域控制器和 ATS 通信。TACS系统取消了轨旁联锁子系统，配置了小型化的目标控制器子系统。

在 TACS 系统中，目标控制器仅作为驱采单元，控制主机为轨旁资源管理器，因此可以复用联锁的 I/O 单元，通过升级软件和数据将其改造为目标控制器，同时取消联锁主机软硬件配置。

4.4 ATS 设备升级

ATS 子系统的硬件配置相同，在信号系统升级方案设计中，可根据既有 ATS 设备运行状况和新系统调试便捷性，配置一定数量的新设备，在 TACS 系统的 ATS 子系统软件和数据调试完成后，将其部署到相应的 ATS 硬件设备。

5结语

总之，结合 TACS 系统以车载为控制核心特点，车载采用了升级版安全平台，在继承成熟平台的基础上大幅提升了车载控制的性能，满足大客流线路对高效能列车控制系统的运营需求。因此 TACS 系统可以满足城市轨道信号系统的改造需求，实现系统的平稳升级。

参考文献：

[1]张东峰.未来轨道交通信号系统改造工程技术方案探讨[J].新型工业化.2021(04).

[2]陈浩.基于车-车通信的全自动运行信号系统研究[J].现代城市轨道交通.2021(03).