RBC系统组成及其功能

1.系统组成及功能 无限闭塞中心（RBC）是基于故障——安全计算机平台的信号控制系统，是CTCS-3级列控系统的地面核心设备，根据来自联锁、临时限速服务器、相邻RBC、调度集中、车载设备的信息和线路参数信息，生成列车行车许可等控制信息，并通过无线通信方式发送给车载设备，保障其管辖范围内的列车安全、可靠、高效运行。我国高速铁路在用的RBC设备包括RBC-TH、RBC-HS、RBC-2-HS三种型号，其中RBC-TH已经成功应用于京沪、京广、哈大、沪宁、沪杭、合蚌等客运专线，RBC-HS已经成功应用于郑西客运专线，RBC-2-HS已经成功用于广深港客运专线。本章对RBC设备的工作原理及其主要功能、系统结构、设备维护维修原则等进行介绍。 1.1系统功能及构成 RBC设备硬件采用冗余的安全结构，由RBC主机、RBC接口单元、GSM-R接口单元、RBC维护单元(包括控制范围显示屏)等四部分组成。如图1-1所示。 RBC设备 图 1-1 RBC设备结构图 RBC主机 采用2x2取2或3取2安全计算机平台，遵循安全性原则，实现RBC的安全相关逻辑运算和控制。RBC主机具有消息加密-——解密功能，安全完整度达到SIL4级的要求。 RBC接口单元 RBC接口单元实现RBC和外部设备的信息交互功能，采用硬件冗余结构，安全完整度等级为SIL0级。 GSM-R接口单元 GSM-R接口单元实现RBC通过GSM-R网络与列控车载设备的信息交互功能，采用硬件冗余结构，安全完整度等级为SIL0级。其对外接口为ISDN PRI接口，符合DSSI信令。 RBC维护单元 RBC维护单元由服务器和工作站组成，采用硬件冗余结构和以太网数据通信，实现RBC维护与功能，主要可完成站场图形显示、进路级列车运行情况显示、列车注册于注销、紧急操作以及RBC设备的维护与诊断等功能。RBC维护单元应支持大屏显示，安全完整度等级为SIL0级。 RBC的配置 1.2功能需求 在列车运行过程中，RBC需要依据车载设备的身份识别确定受控的列车数据，依据轨道电路及联锁情况确定每列列车各自的移动授权，向每列列车单独发送列车移动授权和轨道情况数据，进行不同RBC点的切换。从功能需求上说，RBC系统应包括如下功能[3]，如图1-2所示。 图1-2 RBC系统功能结构 RBC功能主要包括设备启动、列车注册、行车许可、列车注销、等级转换、RBC-RBC移交、临时限速、自动过分相、调车、紧急停车等。 （1）RBC启动：指RBC自检及与外部系统建立联系； （2）MA管理：包括授予、更新及协作缩短MA； （3）列车信息管理：包括列车数据管理、列车位置管理及其它列车动态数据管理； （4）列车注册/注销/启动管理：“注册/注销”指在RBC中注册/注销车载设备有效身份；“启动”表明车载设备可以通过RBC或轨道电路得到MA； （5）静态数据管理：负责管理线路描述信息、车辆数据信息、应答器配置信息等； （6）RBC交接管理：负责与相邻RBC在交接应答器处实现对列车无缝交接； （7）通信管理：包括无线通信管理及有线通信管理； （8）车载设备模式管理：指RBC应能监督列车的运行模式（包括完全监督（FS）、目视行车（OS）、人工驾驶（SR）、调车模式（SH）等）； （9）紧急消息处理与文本消息转发：用于发生危险情况时，单独发送给每个车载设备； （10）维护与诊断：指RBC应具备故障自诊断能力。 1.3工作原理 RBC根据从外部地面系统（联锁设备、相邻RBC、临时限速服务器）接收到的信息（即轨道占用、进路状态、临时限速、灾害防护等）以及与车载设备交换的信息（位置报告）生成发送给列车的控制命令，主要是提供行车许可，使列车在RBC管辖范围内的线路上安全运行，完成列车间隔控制和列车防护。 RBC采用数据配置、地面动态映射、列车管理行车许可生成、RBC-RBC移交、系统安全等关键技术完成上述工作。 数据配置技术 为了实现RBC与外部各系统的安全通信及信息传递，RBC需要按照自己的格式保存其管辖范围内线路上所有设备之间的拓扑关系和各种特殊区域的岂止范围，从而能够根据车载设备报告位置在该拓扑图上确定列车所在的精确位置，并结合进路信息、临时限速信息、灾害区信息实现后续控车功能。一般来说，RBC需要根据列控数据表和信号平面图生成RBC能够理解的如下静态信息： 线路描述信息;y应答器、信号机、道岔、绝缘节位置及其相邻关系；线路变坡点、变速点位置及对应的坡度、速度值； 进路信息:RBC中保存的进路与联锁进路相对应得编号；每条进路的名称；每条进路的起止位置及通过的道岔； 临时限速信息：区间站内分界点、长短链信息、里程标系信息、线路号信息等。 灾害区信息：灾害区位置及长度；灾害区中包含的设备列表。 接口描述信息:安全通信参数信息、设备对象编号信息等。 RBC设备信息：RBC设备编号、电话号码；RBC版本信息；配置参数、行车许可请求参数、位置报告参数等；允许发送的行车许可最大长度。 地面动态状态映射技术 当RBC启动时，内部所有进路信息和临时限速信息均设置为安全状态，此时不能为车载设备提供行车许可。为了正常的控车，RBC必须能够与相邻RBC、联锁和临时限速服务器建立起安全连接，并根据来自相邻RBC、联锁和临时限速服务器消息，将地面动态状态映射到其保存的内部拓扑图上，更新相应的内部状态。具体而言包括三种映射技术：进路映射技术、灾害区映射技术和临时限速映射技术。 列车管理技术 RBC与车载设备的对应关系为一对多的关系，一套RBC应能够控制多个车载设备，因此需要与不同的车载设备建立独立的安全连接，并通过各安全连接与不同的车载设备交接信息。 当RBC收到呼叫请求时，RBC应该能够根据内部保存的密钥信息区分正常的车载设备呼叫和非法攻击。当RBC建立连接后，RBC应能接受车载设备的注册。此后，RBC应能根据车载设备报告的位置确定列车是否在其管辖范围内，根据车载设备报告的模式和等级确定是否需要为车载设备提供控车信息。对于确定在其管辖范围内的车载设备发送配置参数等信息。当列车离开RBC管辖范围或者车载设备所处的模式、等级不再需要RBC提供控车信息时，RBC应命令车载设备断开连接。此外，RBC应能接受车载设备的主动注销。 行车许可生成技术 RBC最主要的功能就是为列车分配行车许可。RBC根据车载设备报告的位置在内部拓扑图上对列车进行精确定位，根据列车前方进路状态和RBC允许的最大行车许可长度约束，将列车前方尽可能多的空闲进路分配给车载设备，并计算出这些空闲进路总长度，填充行车许可信息；同时，根据静态线路描述信息中包含在分配给车载设备的进路范围内的应答器、变坡点、变速点、分相区、等级转换区、RBC移交区等信息，根据内部拓扑图上的动态临时限速信息，填充链接信息、坡度曲线、静态速度曲线、等级转换命令、设置临时限速、线路条件、RBC移交命令等信息，共同组成行车许可消息发送给车载设备。 图1-3 行车许可控制信息结构 RBC-RBC移交技术 由于单套RBC处理性能的约束，通常来说一套RBC无法管理一整条线的所有设备。所以一般来说每条线都会配备多套RBC。为了保证列车能够不降速通过RBC边界，相邻的RBC以竭力的方式不间断的为车载设备提供行车许可。在RBC-RBC移交过程中，相邻RBC范围内进路信息不再由联锁提供，而由相邻的RBC提供。移交RBC根据来自接受RBC的进路授权信息，采用行车许可生成技术为车载设备生成覆盖接受RBC管辖范围的行车许可；接受RBC根据来自移交RBC的列车信息为车载设备预分配进路。 系统安全技术 为了保证安全，RBC必须基于故障——安全计算机平台，并且采用各种安全策略，如需要对从外部系统接收到的信息、计算工程中间的关键数据、向外部系统发送的信息采用不同的软硬件进行交叉比较，只有通过了交叉比较步骤才可以进入后续处理过程，否则不允许有任何非安全的输出。 1.6设备接口 RBC与外围设备接口如图1-4所示: RBC与CBI接口 RBC与CBI通过信号安全数据网络互联，确保信息传输的安全性和可靠性。RBC与CBI的安全通信体系结构采用分层模型，包括：应用层、安全功能层和通信功能层。其中，安全层与通信层按照《RSSP- 铁路信号安全通信协议（V1.0）》执行，应用层协议符合《RBC-CBI接口 V1.0》. RBC与TSRS接口 RBC与TSRS通过信号安全数据网络互联，确保信息传输的安全性和可靠性。RBC与TSRS的安全通信体系结构采用分层模型，包括：应用层、安全功能层和通信功能层，如图1-5所示。其中，安全层与通信层按照《RSSP- 铁路信号安全通信协议（V1.0）》执行，应用层协议符合《RBC-TSRS接口规范V1.0》 。 图1-5 RBC与TSRS通信协议分层控制 RBC与RBC接口 RBC与RBC通过信号安全数据网络互联，确保信息传输的安全性和可靠性。RBC与RBC的安全通信体系结构采用分层模型，包括:应用层、安全功能层和通信功能层。其中，安全层与通信层按照《RSSP- 铁路信号安全通信协议（V1.0）》执行，应用层协议符合《RBC-RBC接口规范V1.0》,其中移交RBC向接受RBC发送预告、授权相关信息请求、通告、取消等消息；接收RBC向移交RBC发送授权相关信息、接管职责、应答等消息。 RBC与CTC接口 RBC与CTC之间使用封闭的冗余以太网，采用安全通信协议，同时采用专用的冗余传输通道，确保信息传输的安全性和可靠性。冗余网络中主备连接之间的切换不应该影响数据传输。 CTC系统设置双套冗余的RBC接口服务器与RBC通信。RBC与CTC系统的RBC接口服务器之间采用以太网连接，使用冗余的2M专用数字通道，距离较近（小于200m）时采用网络直连，物理接口采用RJ-45。RBC-CTC应用层协议符合《RBC-CTC接口规范V1.0》. RBC与GSM-R接口 RBC通过ISDN PRI与GSM-R接口，一套RBC中所有GSM-R接口单元的ISDN PRI接口采用相同的ISDN号码。RBC-GAM-R接口的信息编码和消息时序符合《CTCS-3级列控系统无线通信功能接口规范（V1.0）》 。 1.7 RBC系统的可靠性评价指标 设备技术要求： 1) 单个RBC至少应能同时处理60辆已注册的列车。 2) 单个RBC至少应能同时处理480条已设置的进路。 3) 单个RBC至少应能同时处理250个已激活的TSR。 4) 单个RBC至少应能同时处理100个已激活的紧急区域。 5) RBC日志大小应涵盖至少24小时。 6) RBC本地终端至少应支持4个RBC。 7) RBC本地终端至少应支持20个操作员帐户。 8) RBC本地终端至少应支持每个调度员4个屏幕（推荐的人体工程学限制）。 9) 每个RBC本地终端的传输带宽至少为2MB。 10) 每个RBC应能连接多达6个联锁系统。 11) 每个RBC应能处理多达4个ISDN PRI线路。 12) 每个本地终端可以连接多达9个RBC主机。 13) 每个R-JRU可以连接多达9个RBC主机。 14) RBC本地终端至少应为每个RBC系统支持10000个内部对象。 15) RBC本地终端至少应同时支持300个带车次号的列车。 16) RBC本地终端至少应支持1500列带有行车计划的列车。 设备配置原则 1) 无线闭塞中心控制范围内可能同时存在的已注册的CTCS-3级列车数量不超过系统容量； 2) 无线闭塞中心控制范围内可能同时存在已设置的进路数不应超过系统设计容量。 3) 无线闭塞中心控制范围内可能同时存在已激活的临时限速区域数不应超过系统设计容量。 4) 无线闭塞中心控制范围内可能同时存在已激活的紧急区域数不应超过系统设计容量。 5) 同时与无线闭塞中心接口的联锁系统数量不应超出系统的设计容量。 6) 同时与无线闭塞中心接口的ISDN PRI线路数量不应超过系统的设计容量。 7) 同时与无线闭塞中心接口的临时限速服务器数量不应超过系统设计容量。 电磁兼容要求 1) 设备应满足TB/T 3073-2003中规定的性能评定A级。 2) 设备应满足TB/T 3074-2003中规定的性能评定2级。 3) RBC系统设备的接地应采用综合接地方式，接地电阻不大于1欧姆。