RBC系統(tǒng)組成及其功能

1、1.系統(tǒng)組成及功能無(wú)限閉塞中心（RBC）是基于故障安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)的信號(hào)控制系統(tǒng)，是CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)的地面核心設(shè)備，根據(jù)來(lái)自聯(lián)鎖、臨時(shí)限速服務(wù)器、相鄰RBC、調(diào)度集中、車載設(shè)備的信息和線路參數(shù)信息，生成列車行車許可等控制信息，并通過(guò)無(wú)線通信方式發(fā)送給車載設(shè)備，保障其管轄范圍內(nèi)的列車安全、可靠、高效運(yùn)行。我國(guó)高速鐵路在用的RBC設(shè)備包括RBC-TH、RBC-HS、RBC-2-HS三種型號(hào)，其中RBC-TH已經(jīng)成功應(yīng)用于京滬、京廣、哈大、滬寧、滬杭、合蚌等客運(yùn)專線，RBC-HS已經(jīng)成功應(yīng)用于鄭西客運(yùn)專線，RBC-2-HS已經(jīng)成功用于廣深港客運(yùn)專線。本章對(duì)RBC設(shè)備的工作原理及其主要功能、系統(tǒng)結(jié)

2、構(gòu)、設(shè)備維護(hù)維修原則等進(jìn)行介紹。1.1系統(tǒng)功能及構(gòu)成RBC設(shè)備硬件采用冗余的安全結(jié)構(gòu)，由RBC主機(jī)、RBC接口單元、GSM-R接口單元、RBC維護(hù)單元(包括控制范圍顯示屏)等四部分組成。如圖1-1所示。RBC設(shè)備圖 1-1 RBC設(shè)備結(jié)構(gòu)圖RBC主機(jī)采用2x2取2或3取2安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)，遵循安全性原則，實(shí)現(xiàn)RBC的安全相關(guān)邏輯運(yùn)算和控制。RBC主機(jī)具有消息加密-解密功能，安全完整度達(dá)到SIL4級(jí)的要求。RBC接口單元RBC接口單元實(shí)現(xiàn)RBC和外部設(shè)備的信息交互功能，采用硬件冗余結(jié)構(gòu)，安全完整度等級(jí)為SIL0級(jí)。GSM-R接口單元GSM-R接口單元實(shí)現(xiàn)RBC通過(guò)GSM-R網(wǎng)絡(luò)與列控車載設(shè)備的信息

3、交互功能，采用硬件冗余結(jié)構(gòu)，安全完整度等級(jí)為SIL0級(jí)。其對(duì)外接口為ISDN PRI接口，符合DSSI信令標(biāo)準(zhǔn)。RBC維護(hù)單元RBC維護(hù)單元由服務(wù)器和工作站組成，采用硬件冗余結(jié)構(gòu)和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)RBC維護(hù)與記錄功能，主要可完成站場(chǎng)圖形顯示、進(jìn)路級(jí)列車運(yùn)行情況顯示、列車注冊(cè)于注銷、緊急操作以及RBC設(shè)備的維護(hù)與診斷等功能。RBC維護(hù)單元應(yīng)支持大屏顯示，安全完整度等級(jí)為SIL0級(jí)。RBC的配置1.2功能需求分析在列車運(yùn)行過(guò)程中，RBC需要依據(jù)車載設(shè)備的身份識(shí)別確定受控的列車數(shù)據(jù)，依據(jù)軌道電路及聯(lián)鎖情況確定每列列車各自的移動(dòng)授權(quán)，向每列列車單獨(dú)發(fā)送列車移動(dòng)授權(quán)和軌道情況數(shù)據(jù)，進(jìn)行不同RBC點(diǎn)的

4、切換。從功能需求上說(shuō)，RBC系統(tǒng)應(yīng)包括如下功能3，如圖1-2所示。圖1-2 RBC系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)RBC功能主要包括設(shè)備啟動(dòng)、列車注冊(cè)、行車許可、列車注銷、等級(jí)轉(zhuǎn)換、RBC-RBC移交、臨時(shí)限速、自動(dòng)過(guò)分相、調(diào)車、緊急停車等。（1）RBC啟動(dòng)：指RBC自檢及與外部系統(tǒng)建立聯(lián)系；（2）MA管理：包括授予、更新及協(xié)作縮短MA；（3）列車信息管理：包括列車數(shù)據(jù)管理、列車位置管理及其它列車動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理；（4）列車注冊(cè)/注銷/啟動(dòng)管理：“注冊(cè)/注銷”指在RBC中注冊(cè)/注銷車載設(shè)備有效身份；“啟動(dòng)”表明車載設(shè)備可以通過(guò)RBC或軌道電路得到MA；（5）靜態(tài)數(shù)據(jù)管理：負(fù)責(zé)管理線路描述信息、車輛數(shù)據(jù)信息、應(yīng)答器配置

5、信息等；（6）RBC交接管理：負(fù)責(zé)與相鄰RBC在交接應(yīng)答器處實(shí)現(xiàn)對(duì)列車無(wú)縫交接；（7）通信管理：包括無(wú)線通信管理及有線通信管理；（8）車載設(shè)備模式管理：指RBC應(yīng)能監(jiān)督列車的運(yùn)行模式（包括完全監(jiān)督（FS）、目視行車（OS）、人工駕駛（SR）、調(diào)車模式（SH）等）；（9）緊急消息處理與文本消息轉(zhuǎn)發(fā)：用于發(fā)生危險(xiǎn)情況時(shí)，單獨(dú)發(fā)送給每個(gè)車載設(shè)備；（10）維護(hù)與診斷：指RBC應(yīng)具備故障自診斷能力。1.3工作原理RBC根據(jù)從外部地面系統(tǒng)（聯(lián)鎖設(shè)備、相鄰RBC、臨時(shí)限速服務(wù)器）接收到的信息（即軌道占用、進(jìn)路狀態(tài)、臨時(shí)限速、災(zāi)害防護(hù)等）以及與車載設(shè)備交換的信息（位置報(bào)告）生成發(fā)送給列車的控制命令，主要是提供

6、行車許可，使列車在RBC管轄范圍內(nèi)的線路上安全運(yùn)行，完成列車間隔控制和列車防護(hù)。RBC采用數(shù)據(jù)配置、地面動(dòng)態(tài)映射、列車管理行車許可生成、RBC-RBC移交、系統(tǒng)安全等關(guān)鍵技術(shù)完成上述工作。數(shù)據(jù)配置技術(shù)為了實(shí)現(xiàn)RBC與外部各系統(tǒng)的安全通信及信息傳遞，RBC需要按照自己的格式保存其管轄范圍內(nèi)線路上所有設(shè)備之間的拓?fù)潢P(guān)系和各種特殊區(qū)域的豈止范圍，從而能夠根據(jù)車載設(shè)備報(bào)告位置在該拓?fù)鋱D上確定列車所在的精確位置，并結(jié)合進(jìn)路信息、臨時(shí)限速信息、災(zāi)害區(qū)信息實(shí)現(xiàn)后續(xù)控車功能。一般來(lái)說(shuō)，RBC需要根據(jù)列控?cái)?shù)據(jù)表和信號(hào)平面圖生成RBC能夠理解的如下靜態(tài)信息：線路描述信息;y應(yīng)答器、信號(hào)機(jī)、道岔、絕緣節(jié)位置及其相鄰

7、關(guān)系；線路變坡點(diǎn)、變速點(diǎn)位置及對(duì)應(yīng)的坡度、速度值；進(jìn)路信息:RBC中保存的進(jìn)路與聯(lián)鎖進(jìn)路相對(duì)應(yīng)得編號(hào)；每條進(jìn)路的名稱；每條進(jìn)路的起止位置及通過(guò)的道岔；臨時(shí)限速信息：區(qū)間站內(nèi)分界點(diǎn)、長(zhǎng)短鏈信息、里程標(biāo)系信息、線路號(hào)信息等。災(zāi)害區(qū)信息：災(zāi)害區(qū)位置及長(zhǎng)度；災(zāi)害區(qū)中包含的設(shè)備列表。接口描述信息:安全通信參數(shù)信息、設(shè)備對(duì)象編號(hào)信息等。RBC設(shè)備信息：RBC設(shè)備編號(hào)、電話號(hào)碼；RBC版本信息；配置參數(shù)、行車許可請(qǐng)求參數(shù)、位置報(bào)告參數(shù)等；允許發(fā)送的行車許可最大長(zhǎng)度。地面動(dòng)態(tài)狀態(tài)映射技術(shù)當(dāng)RBC啟動(dòng)時(shí)，內(nèi)部所有進(jìn)路信息和臨時(shí)限速信息均設(shè)置為安全狀態(tài)，此時(shí)不能為車載設(shè)備提供行車許可。為了正常的控車，RBC必須能

8、夠與相鄰RBC、聯(lián)鎖和臨時(shí)限速服務(wù)器建立起安全連接，并根據(jù)來(lái)自相鄰RBC、聯(lián)鎖和臨時(shí)限速服務(wù)器消息，將地面動(dòng)態(tài)狀態(tài)映射到其保存的內(nèi)部拓?fù)鋱D上，更新相應(yīng)的內(nèi)部狀態(tài)。具體而言包括三種映射技術(shù)：進(jìn)路映射技術(shù)、災(zāi)害區(qū)映射技術(shù)和臨時(shí)限速映射技術(shù)。列車管理技術(shù)RBC與車載設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系為一對(duì)多的關(guān)系，一套R(shí)BC應(yīng)能夠控制多個(gè)車載設(shè)備，因此需要與不同的車載設(shè)備建立獨(dú)立的安全連接，并通過(guò)各安全連接與不同的車載設(shè)備交接信息。當(dāng)RBC收到呼叫請(qǐng)求時(shí)，RBC應(yīng)該能夠根據(jù)內(nèi)部保存的密鑰信息區(qū)分正常的車載設(shè)備呼叫和非法攻擊。當(dāng)RBC建立連接后，RBC應(yīng)能接受車載設(shè)備的注冊(cè)。此后，RBC應(yīng)能根據(jù)車載設(shè)備報(bào)告的位置確定列車

9、是否在其管轄范圍內(nèi)，根據(jù)車載設(shè)備報(bào)告的模式和等級(jí)確定是否需要為車載設(shè)備提供控車信息。對(duì)于確定在其管轄范圍內(nèi)的車載設(shè)備發(fā)送配置參數(shù)等信息。當(dāng)列車離開(kāi)RBC管轄范圍或者車載設(shè)備所處的模式、等級(jí)不再需要RBC提供控車信息時(shí)，RBC應(yīng)命令車載設(shè)備斷開(kāi)連接。此外，RBC應(yīng)能接受車載設(shè)備的主動(dòng)注銷。行車許可生成技術(shù)RBC最主要的功能就是為列車分配行車許可。RBC根據(jù)車載設(shè)備報(bào)告的位置在內(nèi)部拓?fù)鋱D上對(duì)列車進(jìn)行精確定位，根據(jù)列車前方進(jìn)路狀態(tài)和RBC允許的最大行車許可長(zhǎng)度約束，將列車前方盡可能多的空閑進(jìn)路分配給車載設(shè)備，并計(jì)算出這些空閑進(jìn)路總長(zhǎng)度，填充行車許可信息；同時(shí)，根據(jù)靜態(tài)線路描述信息中包含在分配給車載設(shè)

10、備的進(jìn)路范圍內(nèi)的應(yīng)答器、變坡點(diǎn)、變速點(diǎn)、分相區(qū)、等級(jí)轉(zhuǎn)換區(qū)、RBC移交區(qū)等信息，根據(jù)內(nèi)部拓?fù)鋱D上的動(dòng)態(tài)臨時(shí)限速信息，填充鏈接信息、坡度曲線、靜態(tài)速度曲線、等級(jí)轉(zhuǎn)換命令、設(shè)置臨時(shí)限速、線路條件、RBC移交命令等信息，共同組成行車許可消息發(fā)送給車載設(shè)備。圖1-3 行車許可控制信息結(jié)構(gòu)RBC-RBC移交技術(shù)由于單套R(shí)BC處理性能的約束，通常來(lái)說(shuō)一套R(shí)BC無(wú)法管理一整條線的所有設(shè)備。所以一般來(lái)說(shuō)每條線都會(huì)配備多套R(shí)BC。為了保證列車能夠不降速通過(guò)RBC邊界，相鄰的RBC以竭力的方式不間斷的為車載設(shè)備提供行車許可。在RBC-RBC移交過(guò)程中，相鄰RBC范圍內(nèi)進(jìn)路信息不再由聯(lián)鎖提供，而由相鄰的RBC提供。

11、移交RBC根據(jù)來(lái)自接受RBC的進(jìn)路授權(quán)信息，采用行車許可生成技術(shù)為車載設(shè)備生成覆蓋接受RBC管轄范圍的行車許可；接受RBC根據(jù)來(lái)自移交RBC的列車信息為車載設(shè)備預(yù)分配進(jìn)路。系統(tǒng)安全技術(shù)為了保證安全，RBC必須基于故障安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)，并且采用各種安全策略，如需要對(duì)從外部系統(tǒng)接收到的信息、計(jì)算工程中間的關(guān)鍵數(shù)據(jù)、向外部系統(tǒng)發(fā)送的信息采用不同的軟硬件進(jìn)行交叉比較，只有通過(guò)了交叉比較步驟才可以進(jìn)入后續(xù)處理過(guò)程，否則不允許有任何非安全的輸出。1.6設(shè)備接口RBC與外圍設(shè)備接口如圖1-4所示:RBC與CBI接口RBC與CBI通過(guò)信號(hào)安全數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，確保信息傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?。RBC與CBI的安全通信體

12、系結(jié)構(gòu)采用分層模型，包括：應(yīng)用層、安全功能層和通信功能層。其中，安全層與通信層按照RSSP-II鐵路信號(hào)安全通信協(xié)議（V1.0）執(zhí)行，應(yīng)用層協(xié)議符合RBC-CBI接口規(guī)范 V1.0.RBC與TSRS接口RBC與TSRS通過(guò)信號(hào)安全數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，確保信息傳輸?shù)陌踩院涂煽啃浴BC與TSRS的安全通信體系結(jié)構(gòu)采用分層模型，包括：應(yīng)用層、安全功能層和通信功能層，如圖1-5所示。其中，安全層與通信層按照RSSP-II鐵路信號(hào)安全通信協(xié)議（V1.0）執(zhí)行，應(yīng)用層協(xié)議符合RBC-TSRS接口規(guī)范V1.0 。 網(wǎng)絡(luò)層（IP）圖1-5 RBC與TSRS通信協(xié)議分層控制RBC與RBC接口RBC與RBC通過(guò)信號(hào)

13、安全數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，確保信息傳輸?shù)陌踩院涂煽啃浴BC與RBC的安全通信體系結(jié)構(gòu)采用分層模型，包括:應(yīng)用層、安全功能層和通信功能層。其中，安全層與通信層按照RSSP-II鐵路信號(hào)安全通信協(xié)議（V1.0）執(zhí)行，應(yīng)用層協(xié)議符合RBC-RBC接口規(guī)范V1.0,其中移交RBC向接受RBC發(fā)送預(yù)告、授權(quán)相關(guān)信息請(qǐng)求、通告、取消等消息；接收RBC向移交RBC發(fā)送授權(quán)相關(guān)信息、接管職責(zé)、應(yīng)答等消息。RBC與CTC接口RBC與CTC之間使用封閉的冗余以太網(wǎng)，采用安全通信協(xié)議，同時(shí)采用專用的冗余傳輸通道，確保信息傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?。冗余網(wǎng)絡(luò)中主備連接之間的切換不應(yīng)該影響數(shù)據(jù)傳輸。CTC系統(tǒng)設(shè)置雙套冗余的RBC

14、接口服務(wù)器與RBC通信。RBC與CTC系統(tǒng)的RBC接口服務(wù)器之間采用以太網(wǎng)連接，使用冗余的2M專用數(shù)字通道，距離較近（小于200m）時(shí)采用網(wǎng)絡(luò)直連，物理接口采用RJ-45。RBC-CTC應(yīng)用層協(xié)議符合RBC-CTC接口規(guī)范V1.0.RBC與GSM-R接口RBC通過(guò)ISDN PRI與GSM-R接口，一套R(shí)BC中所有GSM-R接口單元的ISDN PRI接口采用相同的ISDN號(hào)碼。RBC-GAM-R接口的信息編碼和消息時(shí)序符合CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)無(wú)線通信功能接口規(guī)范（V1.0） 。1.7 RBC系統(tǒng)的可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)備技術(shù)要求：1) 單個(gè)RBC至少應(yīng)能同時(shí)處理60輛已注冊(cè)的列車。2) 單個(gè)RBC至

15、少應(yīng)能同時(shí)處理480條已設(shè)置的進(jìn)路。3) 單個(gè)RBC至少應(yīng)能同時(shí)處理250個(gè)已激活的TSR。4) 單個(gè)RBC至少應(yīng)能同時(shí)處理100個(gè)已激活的緊急區(qū)域。5) RBC日志大小應(yīng)涵蓋至少24小時(shí)。6) RBC本地終端至少應(yīng)支持4個(gè)RBC。7) RBC本地終端至少應(yīng)支持20個(gè)操作員帳戶。8) RBC本地終端至少應(yīng)支持每個(gè)調(diào)度員4個(gè)屏幕（推薦的人體工程學(xué)限制）。9) 每個(gè)RBC本地終端的傳輸帶寬至少為2MB。10) 每個(gè)RBC應(yīng)能連接多達(dá)6個(gè)聯(lián)鎖系統(tǒng)。11) 每個(gè)RBC應(yīng)能處理多達(dá)4個(gè)ISDN PRI線路。12) 每個(gè)本地終端可以連接多達(dá)9個(gè)RBC主機(jī)。13) 每個(gè)R-JRU可以連接多達(dá)9個(gè)RBC主機(jī)。14) RBC本地終端至少應(yīng)為每個(gè)RBC系統(tǒng)支持10000個(gè)內(nèi)部對(duì)象。15) RBC本地終端至少應(yīng)同時(shí)支持300個(gè)帶車次號(hào)的列車。16) RBC本地終端至少應(yīng)支持1500列帶有行車計(jì)劃的列車。設(shè)備配置原則1) 無(wú)線閉塞中心控制范圍內(nèi)可能同時(shí)存在的已注冊(cè)的CTCS-3級(jí)列車數(shù)量不超過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)容量；2) 無(wú)線閉塞中心控制范圍內(nèi)可能同時(shí)存在已設(shè)置的進(jìn)路數(shù)不應(yīng)超過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)容量。3) 無(wú)線閉塞中心控制范圍內(nèi)可能同時(shí)存在已激活的臨時(shí)限速區(qū)域數(shù)不應(yīng)超過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)容量。4) 無(wú)