移动闭塞系统3-区域控制器（Zone Controller）
2015-01-08 17:24阅读：
区域控制器（Zone Comtroller
以下简称ZC）是基于CBTC的信号系统的核心组成部分，属于地面设备的一部分。其将一条线路分为若干个控制区域，每个控制区域由一个区域控制器负责。在负责的区域内ZC负责给列车提供移动授权（Movement
Authority
以下简称MA）告知列车允许前进的最远距离，这也是ZC最核心的功能。下面本文将从功能、与其他系统间的接口以及硬件实现三个方面介绍ZC
3.1.1
系统主要功能
首先从功能上来说ZC的功能主要包括：计算列车安全位置、对本区域内列车排序、更新轨道占用状态、向列车发送移动授权、信号机强制命令、列车注册、列车注销、列车管理、数据库版本比较、时钟同步、系统公章报警以及通信状态监测等十二个作用，下面逐一分析。
计算列车安全位置。前文已经介绍过列车实际的行驶位置是由车载信号系统（VOBC）通过车载速度传感器、多普勒雷达结合绝对位置信标（无源信标APR）实现的，然后列车会将这个位置信息通过无线网络传输给ZC。但这个位置信息只是告知列车实际所处的位置，而ZC通过VOBC提供的这个信息结合同是有VOBC提供的列车速度、传输延时、CI提供的进路情况、前方障碍物等信息会计算得出一个列车的安全位置，这个位置不是一个点，而是一个包含整个列车长度在内由最大安全前段及最小安全后端组成的距离段落。本质上，这个短路就是列车在ATC系统中显示的占用区段（防护区段）：任何列车都无法进入这个安全位置。
更新列车占用状态。在昌平线的ZC系统中轨道的占用是以逻辑区段作为最小的
单位。在这里逻辑区段要小于计轴区段，将一个计轴区段划分为若干个逻辑区段。具体来说，
ZC
从连锁处获得计轴的占
/空闲状态，再结合从列车出获得的列车位置信息从而得到的列车占用的逻辑区段。在
ZC系统中逻辑区段占用
/空闲信息有通信列车占用、非通信列车占用、空闲以及
ARB占用四种状态。这其中当
ZC确认计轴监测设备异常后会将这个计轴的区段对应的逻辑区段标记为
ARB区段。
对区域内列车进行排序。ZC要想实现对列车移动授权的设置除了要知道在自己负责的区域内有多少辆列车（包括通信列车和非非通信列车）外，还需要知道列车的前后顺序，这就需要对区域内的列车进行排序。在计轴区段间列车的排序是以计轴区段为单位，结合数据库中的计轴前后顺序从而给列车排序。在计轴区域内部，ZC根据列车汇报的位置周期性的对列车进行排序。
信号机强制命令。在基于CBTC的ATC系统内部信号机是有逻辑状态及亮灭灯状态之分。对于一个信号及机的物理状态来说其是由亮灭灯状态和逻辑状态共同组成的。在正常的CBTC模式下整个线路是处于不点灯状态即信号机不亮，司机根据车载信号系统提供的目标速度（最大允许速度）行车。当系统处于降级模式，或者在接近区段的列车是非通信列车时信号灯点亮，司机根绝线路提供的信号灯信息行车。而ZC则通过强制命令控制在信号机的亮灭灯的状态。
设置与处理移动授权。这个是ZC系统的最核心的功能。移动授权（Movement
Authority
MA）是允许列车在任何情况下能够行驶的最远距离。ZC计算MA的步骤如下
（1）首先根据CI系统提供的进路信息、线路数据以及临时限速信息确定列车的运行权限。
（2）其次ZC通过无线通信系统连续的与VOBC通信接收列车的实际位置，通过计算得到本车的安全位置以及列车能够行驶的最远距离即MA，将其回传给VOBC。
（3）最后VOBC根据MA以及列车目前的位置和速度等信息计算出目标速度和制动时间，从而控制列车。
在同一区域内多列车都处于通信状态下，即列车处于追踪状态时，当列车满足追踪条件后，ZC将会把移动授权设置到前车的安全位置尾部即最短安全后端。
当列车从一个ZC控制区域跨越到另一个ZC控制区域时列车与ZC及接管ZC之间将进行下列交接工作：
（1）当列车接近ZC的控制区域边界时，ZC便于接管ZC进行信息交互，允许列车运行到接管ZC管辖的区域。
（2）当列车车头进入接管ZC区域后，列车向接管ZC申请注册。
（3）注册成功后，列车有接管ZC接管控制。
（4）当列车车尾离开ZC控制区域进入接管ZC区域即列车出清后，ZC对列车进行注销。
（5）注销完成后ZC不在管辖列车，ZC间交接完成。
列车注册。当通信列车进入ZC管辖范围后，列车需要向ZC申请注册，也就是说列车要让ZC知道自己已经在其控制范围接收其管辖。ZC在列车注册后将列车纳入列车管理中并开始给列车提供MA。需要进行列车注册的情况包括：列车初段进入CBTC区域、跨ZC区域、列车完成折返、列车恢复通信。
列车注销。同列车注册相对应，当列车离开ZC控制区域或者列车转入非通信模式时要在ZC系统内进行注销，注销后ZC不再对注销列车进行管理。当列车提出注销申请后，ZC根据列车汇报的位置信息，结合CI汇报的计轴占用/空闲信息确认列车是否符合注销条件，符合条件后允许注销，ZC不在堆列车进行控制。
列车管理。ZC的列车管理主要是将相应的信息保存在列车管理模块中，以便在计算安全位置及生成MA时使用。这里要保存的信息包括：列车ID、列车位置、列车速度列车MA申请、列车注册/注销申请等信息。
数据库版比较。在ZC完成数据库更新后，需将版本信息与列车进行信息交互辅助车载数据库版本号的比较。
时钟同步。ZC是与ATS进行周期性的时钟同步以便保持整个系统时间的一致性。
3.1.2
系统的外部接口
ZC系统主要与ATS、CI、VOBC以及本系统内相邻的ZC有数据接口，进行数据交换。
接收
发送
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ZC
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CI
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VOBC
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ATS
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DSU
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ZC
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1、数据库版本号；2、列车位置；3、列车运行信息；4、MA信息
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1、信号机强制命令；2、逻辑区段占用信息；3、停车保证信息
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1、ZC的ID；2、列车申请信息应答；3、数据库版本号；4、MA信息；5、下一个ZC；6、临时限速信息
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1、通信列车占用的逻辑区段；2、非通信列车占用的逻辑区段；3、时间同步申请
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1、数据库版本号申请；2、运行状态；3、动态数据库
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CI
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1、障碍物数量和状态；2、进路信息；3、申请停车保证对象数量
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VOBC
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1、列车运行信息及类车类型；2、列车位置；3、列车速度、运行方向、车门信息；4、列车完整性标志；5、列车紧急制动状态；6、列车停车保证信息；7、列车停稳信息、列车站台准去停车信息
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ATS
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时间同步
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DSU
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1、数据库版本号；2、运行状态；3、动态数据库
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3.1.3硬件实现
以昌平线为例，整个系统符合国际电工委员会（ICE）61508标准和欧洲铁路标准EN50129的要求。ZC系统采用2乘2取2的安全计算机结构来保证系统的安全和长时间无故障运行。所谓的2乘2取2结构就是提供两组完全相同的ZC设备同时接在两张完全独立的内外网络上。这相当于建立了两个完全相同的冗余系统，当其中一个出现问题或者下线维护是，另一个系统仍然可以正常使用。而在一组系统内部则也由两套设备同时进行运算和处理，当输出时若两套设备的结果一样则判定可输出，这就是所谓的2取2。
上图就是ZC系统硬件的结构示意图。图中我们可以看到ZC系统有4个独立的处理单元，分别被配置在两套独立的硬件设备中。而通讯的冗余则由两套独立的内网和外网及其设备组成，每张网络相互独立。
