列車運行控制系統(tǒng) - 44 列控地面設(shè)備CBTC地面設(shè)備

1、12裝備機車信號的固定自動閉塞系統(tǒng)CTCS-2級列控系統(tǒng)城市軌道交通CBTCCTCS-3級列控系統(tǒng)3p C CBTCBTC定義定義 基于通信的列車運行控制系統(tǒng)（Communication Based Train Control 簡稱 CBTC） 高分辨率列車安全定位、連續(xù)大容量雙向的車-地數(shù)據(jù)傳輸連續(xù)式列車自動控制系統(tǒng)。 地面設(shè)備和車載設(shè)備組成 CBTC的突出優(yōu)點是可以實現(xiàn)車地之間的雙向通信，并且傳輸信息量大，傳輸速度快，很容易實現(xiàn)移動自動閉塞系統(tǒng)，大量減少區(qū)間敷設(shè)電纜，減少一次性投資及減少日常維護(hù)工作，可以大幅度提高區(qū)間通行能力，靈活組織雙向運行和單向連續(xù)發(fā)車，容易適應(yīng)不同車速、不同運量、不

2、同類型牽引的列車運行控制等。 在CBTC應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)是雙向無線通信系統(tǒng)、列車定位技術(shù)、列車完整性檢測等。在雙向無線通信系統(tǒng)中，在歐洲是應(yīng)用GSM-R系統(tǒng)，但在美洲則用擴頻通信等其他種類無線通信技術(shù)。列車定位技術(shù)則有多種方式，例如車載設(shè)備的測速-測距系統(tǒng)、全球衛(wèi)星定位、感應(yīng)回線等。 CBTC相比傳統(tǒng)的鐵路信號系統(tǒng)有如下特性： 不須繁雜的電纜，轉(zhuǎn)而以無線通信系統(tǒng)代替，減少電纜鋪設(shè)及維護(hù)成本。 可以實現(xiàn)車輛與控制中心的雙向通信，大幅度提高了列車區(qū)間通過能力。 信息傳輸流量大、效率高、速度快，容易實現(xiàn)移動自動閉塞系統(tǒng)。 容易適應(yīng)各種車型、不同車速、不同運量、不同牽引方式的列車，兼容性強。 可以將信

3、息分類傳輸，集中發(fā)送和集中處理，提高調(diào)度中心工作效率。3 3、CBTCCBTC的結(jié)構(gòu)圖的結(jié)構(gòu)圖p C CBTCBTC設(shè)備組成設(shè)備組成 列車自動監(jiān)控系統(tǒng)(Automatic Train Supervision, ATS ) 區(qū)域控制器(ZC) 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)(Computer Interlocking, CI ) 車載控制器(Vehicle On Board Controller, VOBC) 數(shù)據(jù)存儲單元(Data Saving Unit, DSU) 軌旁設(shè)備(Way side Equipment, WE) 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)(Data Communication System, DCS )一、系統(tǒng)

4、原理與組成8p基本原理基本原理 系統(tǒng)根據(jù)車載測速定位設(shè)備獲知列車本身在線路上的位置，并由車載設(shè)備將列車位置、區(qū)段占用情況實時向ZC報告，同時聯(lián)鎖系統(tǒng)將線路信息包括信號顯示、道岔位置、屏蔽門狀態(tài)發(fā)送給ZC和車載，然后ZC向列車提供移動授權(quán)，對列車的運行提供保護(hù)。一、系統(tǒng)原理與組成CBTCCBTC工作原理工作原理 CBTC系統(tǒng)是指通過無線通信的方式實現(xiàn)列車和地面間連續(xù)通信的列車控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的核心部分為軌旁和車載兩部分。 列車通過機車上的測速傳感器和線路上的應(yīng)答器來得到列車的實時位置，應(yīng)答器在線路的固定位置設(shè)置，列車每經(jīng)過一個應(yīng)答器就會在數(shù)據(jù)庫中查找其位置，從而得到列車的精確位置，列車的實時速度是

5、通過測速傳感器獲得的，速度對時間的積分獲得列車的相對位移，每經(jīng)過一個應(yīng)答器的實際位置加上相對該應(yīng)答器的相對位移就可以實時的獲得列車的準(zhǔn)確位置。VOBC將列車的準(zhǔn)確位置通過WLAN發(fā)送給軌旁設(shè)備，實現(xiàn)列車對地面設(shè)備的通信。 軌旁的核心設(shè)備是區(qū)域控制器ZC，它負(fù)責(zé)管理運行在其管轄范圍內(nèi)的所有列車。 ZC接收VOBC發(fā)送過來的列車位置、速度和運行方向信息，同時從聯(lián)鎖設(shè)備獲得列車進(jìn)路、道岔狀態(tài)信息，從ATS接收臨時限速信息，在考慮其他一些障礙物的條件計算MA，并向列車發(fā)送，告訴列車可以走多遠(yuǎn)、多快，從而保證列車間的安全行車間隔。 由于CBTC系統(tǒng)能夠精確的知道列車的位置，“速度一距離模式曲線(Dist

6、ance to go )”是其對列車的控制原則。事實上，不管是CBTC系統(tǒng)還是傳統(tǒng)意義上的由軌道電路完成列車控制的系統(tǒng)控車原則都很相似，只不過CBTC系統(tǒng)對列車位置的把握準(zhǔn)確度更高，對列車控制的準(zhǔn)確度也會更高，基于軌道電路的系統(tǒng)，移動授權(quán)是軌道區(qū)段長若干倍，而CBTC系統(tǒng)，移動授權(quán)更精確。正是CBTC系統(tǒng)能夠更精確的控車，才有的縮短了列車追蹤間隔，使運行效率大大提高。11一、系統(tǒng)組成 ATS系統(tǒng) ATS系統(tǒng)主要實現(xiàn)對列車運行的監(jiān)督和指揮，輔助調(diào)度任意對全線列車進(jìn)行管理，ATS包括控制中心和車站設(shè)備。 基本功能包括：列車識別和跟蹤、運行圖管理、列車進(jìn)路辦理、在線列車沖突管理、列車運行自動調(diào)整、扣

7、車、跳車、臨時限速等。 聯(lián)鎖系統(tǒng) 軌道空閑處理、進(jìn)路控制、道岔控制和信號控制功能是CI子系統(tǒng)的主要功能。進(jìn)路控制功能負(fù)責(zé)整條進(jìn)路的排列、鎖閉、保持和解鎖。道岔控制功能負(fù)責(zé)道岔的解鎖、轉(zhuǎn)換、鎖閉和監(jiān)督。這些動作是對ATS子系統(tǒng)命令的響應(yīng)。信號控制功能負(fù)責(zé)監(jiān)督軌道旁信號機的狀態(tài)，并根據(jù)進(jìn)路、軌道區(qū)段、道岔和其它軌旁信號機的狀態(tài)來控制信號機。 它根據(jù)來自ATS的命令設(shè)置信號機何時為停車顯示。它也產(chǎn)生命令輸出，ATC系統(tǒng)以此來控制列車從一個進(jìn)路行駛到另一進(jìn)路。一、系統(tǒng)組成13一、系統(tǒng)組成 聯(lián)鎖系統(tǒng) 傳統(tǒng)聯(lián)鎖系統(tǒng)傳統(tǒng)聯(lián)鎖系統(tǒng)CBTC聯(lián)鎖系統(tǒng)聯(lián)鎖系統(tǒng)列車位置檢查手段由軌道電路完成，聯(lián)鎖檢查GJ前節(jié)點的狀態(tài)

8、來判斷某一區(qū)段的占用及出清狀態(tài)聯(lián)鎖接收區(qū)域控制器（ZC）的列車位置信息，該信息由車載ATP通過無線或其他方式傳輸給ZC；在后備模式下通過計軸器來確定物理區(qū)段占用情況聯(lián)鎖邏輯檢查要素檢查進(jìn)路始、終端信號機及其狀態(tài)多數(shù)情況下，聯(lián)鎖無需檢查信號機條件；當(dāng)線路中設(shè)置信號機時聯(lián)鎖檢查條件要依據(jù)信號機的位置分別處理，詳細(xì)原則見下文檢查進(jìn)路所包含的軌道區(qū)段狀態(tài)，是否被征用、占用或空閑只需明確進(jìn)路路徑，不需要檢查區(qū)段空閑狀態(tài)檢查待鎖閉進(jìn)路的相關(guān)敵對進(jìn)路狀態(tài)，是否已經(jīng)預(yù)選或鎖閉與傳統(tǒng)聯(lián)鎖相同聯(lián)鎖設(shè)備管理區(qū)域傳統(tǒng)聯(lián)鎖系統(tǒng)以進(jìn)、出站信號機為界限，只管理站內(nèi)的進(jìn)路及相關(guān)地面信號要素，車站以外的地面信號要素由區(qū)間設(shè)備管

9、理實現(xiàn)區(qū)域化聯(lián)鎖控制，將區(qū)間設(shè)備也納入所屬聯(lián)鎖區(qū)，由設(shè)備集中站聯(lián)鎖統(tǒng)一管轄；聯(lián)鎖區(qū)之間通過通信方式實現(xiàn)站間照查城軌正線計算機聯(lián)鎖邏輯設(shè)計淺析，梁云鵬 、王呈、呂浩炯，機車電傳動2012年3期 VOBC子系統(tǒng) 在VOBC子系統(tǒng)中，列車的位置和運行方向信息在保證列車安全運行中作用重大，列車定位方式采用測速傳感器和地面應(yīng)答器相結(jié)合的方式實現(xiàn)。 DCS數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)采用無線局域網(wǎng)WLAN技術(shù)，通過沿線設(shè)無線接入點(Access Point,AP)的方式實現(xiàn)列車與地面之間不間斷的數(shù)據(jù)通信。一個AP點可以傳輸幾十千米的距離。一、系統(tǒng)組成 DSU系統(tǒng) 城市軌道交通CBTC系統(tǒng)中，列車不是通過軌道

10、電路來定位的，是列車通過安裝在車輪上的測速傳感器來實現(xiàn)的，為了實現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)度和協(xié)調(diào)統(tǒng)一，就要求列車和地面共用一個數(shù)據(jù)庫。要實現(xiàn)整個數(shù)據(jù)庫的管理就需要數(shù)據(jù)存儲單元DSU來實現(xiàn)，這個數(shù)據(jù)庫存儲了列車與地面的各種信息，其中有靜態(tài)數(shù)據(jù)庫，也有動態(tài)數(shù)據(jù)庫。ZC功能的實現(xiàn)就需要不斷的調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。因此，數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的安全是很重要的，在CBTC系統(tǒng)中是通過冗余的方式來保證數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的安全。一、系統(tǒng)組成16一、系統(tǒng)組成 ZC 區(qū)域控制器(地面ATP系統(tǒng)) ZC 區(qū)域控制器 又被稱為軌旁ATP,安裝在軌旁的地面ATP系統(tǒng)可以接收其控制范圍內(nèi)列車發(fā)出的所有位置信息。根據(jù)軌道上障礙物的位置，向轄區(qū)內(nèi)的所有列

11、車提供行車許可。 地面ATP系統(tǒng)的主要功能包括：對轄區(qū)內(nèi)所有運行列車的管理、生成行車許可、以及保證列車進(jìn)入和駛離管轄區(qū)域的運行安全等。 17一、系統(tǒng)組成 所謂“障礙物”包括前行列車、關(guān)閉區(qū)域、失去位置表示的道岔，以及任何外部產(chǎn)生的因素如-緊急停車按鈕、站臺屏蔽門、防淹門和隔離保護(hù)門等。同時，地面ATP系統(tǒng)還負(fù)責(zé)對相鄰地面ATP系統(tǒng)的行車許可請求作出響應(yīng)，完成列車從一個區(qū)域到另一個區(qū)域的交接。18地面ATP系統(tǒng)與其它設(shè)備的信息交互圖19 地面ATP設(shè)備在對列車進(jìn)行安全防護(hù)及生成MA過程中，需使用車載報告的列車位置信息。但此位置信息不安全，地面ATP系統(tǒng)必須對此信息進(jìn)行安全處理。 造成位置誤差的因

12、素有：車-地通信延時、丟數(shù)等。 地面ATP系統(tǒng)需根據(jù)列車參數(shù)及預(yù)估的通信延時對列車位置增加相應(yīng)的包絡(luò)，從而保證列車的安全。 經(jīng)過安全包絡(luò)處理后的列車位置稱為列車的安全位置，列車匯報給地面ATP系統(tǒng)的列車位置稱為列車的非安全位置。地面ATP設(shè)備功能原理列車安全定位20計算列車安全位置要考慮哪些因素：計算列車安全位置要考慮哪些因素： 測距誤差 位置匯報的生存周期 列車最大速度 列車加速度 倒溜限制地面ATP設(shè)備功能原理列車安全位置21 地面ATP設(shè)備在生成MA的過程中，會處理到各種障礙物，從中選取符合條件的能夠作為列車當(dāng)前運行終點的終點障礙物。終點障礙物既有可能是靜態(tài)障礙物，例如道岔，進(jìn)路終點等；

13、也有可能是動態(tài)障礙物，例如前方列車等。列車的行車許可會有規(guī)律地、周期性地重建。 經(jīng)過安全包絡(luò)處理后的列車位置稱為列車的安全位置，列車匯報給地面ATP系統(tǒng)的列車位置稱為列車的非安全位置。地面ATP設(shè)備功能原理生成行車許可22 （1）列車運行在地面ATP系統(tǒng)的管轄范圍內(nèi)，車載設(shè)備向地面ATP系統(tǒng)匯報列車位置、測距誤差以及行車許可申請等信息，地面ATP根據(jù)這些信息，計算產(chǎn)生列車的安全位置，如下圖所示： （2）地面ATP根據(jù)計算生成的列車安全位置，確定列車在線路上的位置。行車許可計算過程生成行車許可獲得當(dāng)前列車位置23 （3）聯(lián)鎖采集線路內(nèi)障礙物狀態(tài)（道岔、屏蔽門、緊急停車按鈕、計軸區(qū)段等），向地面A

14、TP系統(tǒng)發(fā)送障礙物信息及聯(lián)鎖的進(jìn)路信息。 （4）確定行車許可的計算范圍。地面ATP接收到聯(lián)鎖的進(jìn)路信息、障礙物信息，根據(jù)列車在線路上的位置信息，確定列車當(dāng)前能夠使用的進(jìn)路范圍。 如下圖所示，列車運行在進(jìn)路R1上，進(jìn)路R2、R3均已排列，地面ATP通過線路上列車運行情況及信號機的接近區(qū)段情況判斷該車為最接近進(jìn)路R2和R3的受控制的列車，將進(jìn)路R1、R2、R3均分配給該列車使用，這樣就確定了為該列車計算行車許可需要考慮的范圍。行車許可計算過程生成行車許可采集障礙物信息24 （5）確定該列車MA需考慮的范圍后，MA計算所需考慮的障礙物類型可劃分為兩大類情況，分別進(jìn)行遍歷：一類為靜態(tài)障礙物，線路上靜態(tài)

15、存在的可能影響列車運行的障礙物（包括道岔、安全門、站臺緊急關(guān)閉按鈕等）；另一類為動態(tài)障礙物，在線路上運行的列車。行車許可需考慮這兩類障礙物，綜合確定。 （6）若對于靜態(tài)障礙物和動態(tài)障礙物而言，在按照從近到遠(yuǎn)的順序遍歷障礙物后，如果在進(jìn)路中沒找到影響列車運行安全的障礙物，將行車許可的終點設(shè)置在分配給該車的最遠(yuǎn)進(jìn)路的終點，同時將行車許可范圍中的所有障礙物以在行車許可信息的形式發(fā)送給列車。行車許可計算過程生成行車許可檢查前方障礙物25 （7）對于靜態(tài)障礙物，地面ATP需要從列車車尾安全位置（行車許可起點），按照由近到遠(yuǎn)的順序，遍歷線路上的靜態(tài)障礙物的狀態(tài)是否會影響列車運行的安全。 （8）對于靜態(tài)障礙

16、物中的道岔而言，在進(jìn)行行車許可計算過程中，需要檢查道岔的當(dāng)前狀態(tài)與進(jìn)路要求的聯(lián)鎖狀態(tài)是否相符，若當(dāng)前狀態(tài)與進(jìn)路要求的聯(lián)鎖狀態(tài)相符，則認(rèn)為道岔不會影響列車運行安全，允許將行車許可延伸通過該道岔；否則，不允許行車許可延伸，將該道岔作為終點障礙物。行車許可計算過程生成行車許可檢查靜態(tài)障礙物26 （9）對于靜態(tài)障礙物中的站臺安全門（或站臺緊急關(guān)閉按鈕），需檢查站臺安全門（或站臺緊急關(guān)閉按鈕）當(dāng)前狀態(tài)是否為打開狀態(tài)，若檢查發(fā)現(xiàn)障礙物狀態(tài)為打開，將不允許MA延伸通過該障礙物，將站臺安全門（或站臺緊急關(guān)閉按鈕）對應(yīng)的站臺區(qū)域始端位置作為終點障礙物；反之，則允許行車許可延伸通過該障礙物。行車許可計算過程生成行

17、車許可檢查靜態(tài)障礙物27 （10）完成了靜態(tài)障礙物遍歷后，地面ATP系統(tǒng)還需根據(jù)線路情況及列車情況，檢查MA遍歷范圍內(nèi)的其他列車運行情況，根據(jù)前車位置情況又可劃分為幾種情況：情況一為前車位于站臺區(qū)域內(nèi)，由于同一時刻只允許一列車在站臺區(qū)域內(nèi)運行，因此，此時應(yīng)將對應(yīng)的站臺區(qū)域的始端作為終點障礙物；情況二為兩列車在區(qū)間運行，將前車的安全車尾位置作為終點障礙物。行車許可計算過程生成行車許可檢查動態(tài)障礙物28 對控制范圍內(nèi)的列車進(jìn)行監(jiān)督管理 將每列車的運行過程劃分為不同的運行控制狀態(tài) 對不同的運行狀態(tài)，地面ATP實施相應(yīng)的操作，保證安全。 任意時刻每列車只能處于一種狀態(tài) 不同列車可以處于相同狀態(tài) ZC根

18、據(jù)列車狀態(tài)進(jìn)行循環(huán)處理列車管理列車運行控制狀態(tài)29列車管理運行控制狀態(tài)含義進(jìn)入控制狀態(tài)該狀態(tài)下，列車已向ZC申請行車許可MA，由于聯(lián)鎖進(jìn)路未排出等原因，ZC暫時無法為列車生成MA，未對該列車進(jìn)行實際控制正常運行狀態(tài)該狀態(tài)下，每周期向列車發(fā)生MA，列車按MA在線路內(nèi)正常運行移交狀態(tài)該狀態(tài)下，列車將要跨區(qū)域邊界，列車所在ZC開始向相鄰ZC發(fā)生列車相關(guān)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)備移交接管狀態(tài)該狀態(tài)下，ZC已收到所在ZC發(fā)送的列車移交信息，但該列車還未進(jìn)入ZC的管轄范圍，ZC還未與該列車交互折返狀態(tài)該狀態(tài)下，列車已進(jìn)入折返處理流程，換端還未完成，ZC不進(jìn)行信息交互注銷狀態(tài)該狀態(tài)下，列車正在出清所在ZC，進(jìn)入下一個ZC或

19、退出列控系統(tǒng)，ZC確認(rèn)列車出清后清除列車信息故障狀態(tài)該狀態(tài)下，由于通信故障，ZC無法與列車交互，將對列車進(jìn)行故障處理，保證其他列車運行安全序號當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)移至觸發(fā)條件1初始狀態(tài)正常運行狀態(tài)列車申請MA，聯(lián)鎖排出進(jìn)路2初始狀態(tài)進(jìn)入控制狀態(tài)列車申請MA，聯(lián)鎖未排出進(jìn)路3進(jìn)入控制狀態(tài)正常運行狀態(tài)聯(lián)鎖排出進(jìn)路4初始狀態(tài)接管狀態(tài)相鄰ZC申請移交列車5接管狀態(tài)正常運行狀態(tài)移交列車申請MA，聯(lián)鎖排出進(jìn)路6接管狀態(tài)進(jìn)入控制狀態(tài)移交列車申請MA，聯(lián)鎖未排出進(jìn)路7正常運行狀態(tài)移交狀態(tài)列車申請MA,列車當(dāng)前MA終點為ZC分界點8正常運行狀態(tài)折返狀態(tài)列車申請折返注銷9折返狀態(tài)正常運行狀態(tài)列車換端完成，聯(lián)鎖排出進(jìn)路10折

20、返狀態(tài)進(jìn)入控制狀態(tài)列車換端完成，聯(lián)鎖未排出進(jìn)路11正常運行狀態(tài)注銷狀態(tài)列車申請退出12移交狀態(tài)注銷狀態(tài)列車申請出清本ZC管轄范圍13注銷狀態(tài)初始狀態(tài)清空列車信息14正常運行狀態(tài)故障狀態(tài)ZC與列車通信故障15進(jìn)入控制狀態(tài)故障狀態(tài)ZC與列車通信故障16折返狀態(tài)故障狀態(tài)ZC與列車通信故障17移交狀態(tài)故障狀態(tài)ZC與列車通信故障18故障狀態(tài)初始狀態(tài)清空列車信息31 ZC通過嚴(yán)格的邏輯判斷，確定出管轄范圍內(nèi)每列車的運行控制狀態(tài)，時刻追蹤列車運行情況，并將管轄范圍內(nèi)的所有列車統(tǒng)一進(jìn)行管理，保證多車運行的安全性。列車管理32 當(dāng)通信列車從某一地面ATP系統(tǒng)管轄范圍進(jìn)入另一地面ATP系統(tǒng)管轄范圍時，地面ATP系統(tǒng)將根據(jù)通信列車的行車許可情況判斷列車是否運行到達(dá)管轄范圍邊界。 如果到達(dá)地面區(qū)域分界點，則移交地面ATP系統(tǒng)將向接管地面ATP系統(tǒng)發(fā)出移交申請，此后由相鄰兩個地面ATP系統(tǒng)分別為該移交列車計算各自管轄范圍內(nèi)的行車許可，并由列車當(dāng)前受控的地面ATP系統(tǒng)負(fù)責(zé)將兩部分的行車許可進(jìn)行混合后發(fā)送給列車，并根據(jù)線路情況不斷更新行車許可。列車跨邊界運行控制列車跨邊界運行控制33 （1）列車即將跨越地面區(qū)域邊界點P，此時列車的MA終點已發(fā)至P點且仍在向地面ATP