基于通信的列車控制系統(tǒng)CBTC

1、一、概述CBTC(Communication Based Train Control)CBTC(Communication Based Train Control)系統(tǒng)是一個安全的，具有系統(tǒng)是一個安全的，具有高可靠性、高穩(wěn)定性的基于無線的列車自動控制系統(tǒng)，現(xiàn)較廣泛的應(yīng)用于城高可靠性、高穩(wěn)定性的基于無線的列車自動控制系統(tǒng)，現(xiàn)較廣泛的應(yīng)用于城市軌道交通運輸中。它最大的特點是可以無線通信，由列車市軌道交通運輸中。它最大的特點是可以無線通信，由列車- -地面間周期傳遞地面間周期傳遞列車位置信息和地面列車位置信息和地面- -列車間傳遞移動授權(quán)來實現(xiàn)功能?；谕ㄐ诺牧熊嚳刂屏熊囬g傳遞移動授權(quán)來實現(xiàn)功能?；?/p>

2、于通信的列車控制系統(tǒng)（系統(tǒng)（CBTCCBTC）包含兩種類型）包含兩種類型 一種是基于感應(yīng)環(huán)線的型一種是基于感應(yīng)環(huán)線的型CBTCCBTC， 一種是基于無一種是基于無線的線的CBTCCBTC。基于無線通信的基于無線通信的CBTC CBTC 系統(tǒng)是指通過無線通信方式（而不是軌道電路），系統(tǒng)是指通過無線通信方式（而不是軌道電路），來確定列車位置和實現(xiàn)車地雙向?qū)崟r通信。列車通過軌道上的應(yīng)答器，確來確定列車位置和實現(xiàn)車地雙向?qū)崟r通信。列車通過軌道上的應(yīng)答器，確定列車絕對位置，軌旁定列車絕對位置，軌旁 CBTC CBTC設(shè)備，根據(jù)各列車的當(dāng)前位置、運行方向、速度設(shè)備，根據(jù)各列車的當(dāng)前位置、運行方向、速度等要

3、素，向所管轄的列車發(fā)送等要素，向所管轄的列車發(fā)送“移動授權(quán)條件移動授權(quán)條件”，即向列車傳送運行的距離、，即向列車傳送運行的距離、最高的運行速度，從而保證列車間的安全間隔距離。最高的運行速度，從而保證列車間的安全間隔距離。西門子的西門子的CBTC CBTC 系統(tǒng)是基于無線通信的列車運行控制系統(tǒng)。它由系統(tǒng)是基于無線通信的列車運行控制系統(tǒng)。它由SICASSICAS計計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)、算機聯(lián)鎖系統(tǒng)、RAINGUARD MT TRAINGUARD MTRAINGUARD MT TRAINGUARD MT移動閉塞式列控系統(tǒng)移動閉塞式列控系統(tǒng)(ATP (ATP (ATP(ATPATO)ATO)、VIC0S O

4、C VIC0S OC 系統(tǒng)系統(tǒng)(ATS)(ATS)組成。它與前述西門子的準(zhǔn)移動閉塞組成。它與前述西門子的準(zhǔn)移動閉塞ATCATC系統(tǒng)的區(qū)別在于采用無線通信構(gòu)成移動閉塞，而前者采用數(shù)字編碼軌道電路系統(tǒng)的區(qū)別在于采用無線通信構(gòu)成移動閉塞，而前者采用數(shù)字編碼軌道電路構(gòu)成準(zhǔn)移動閉塞，它們的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)及構(gòu)成準(zhǔn)移動閉塞，它們的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)及ATSATS是基本相同的。是基本相同的。二、CBTC系統(tǒng)組成CBTCCBTC系統(tǒng)由列車自動監(jiān)控（系統(tǒng)由列車自動監(jiān)控（ATSATS）系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（）系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（DCSDCS）、區(qū)域控）、區(qū)域控器器(ZC)(ZC)、車載控制器、車載控制器(VOBC)(VO

5、BC)及司機顯示等組成。及司機顯示等組成。CBTSCBTS系統(tǒng)也可以分為列車自系統(tǒng)也可以分為列車自動監(jiān)督動監(jiān)督ATSATS系統(tǒng)、計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)、列車自動防護系統(tǒng)以及無線系統(tǒng)。系統(tǒng)、計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)、列車自動防護系統(tǒng)以及無線系統(tǒng)。 三、CBTC各子系統(tǒng)介紹 ATSATS系統(tǒng)系統(tǒng) 計算機鎖聯(lián)計算機鎖聯(lián) 列車自動防護系統(tǒng)列車自動防護系統(tǒng) 列車自動運行列車自動運行 無線系統(tǒng)無線系統(tǒng)1. ATS系統(tǒng) p 在CBTC制式下, 不同廠家ATP/ATO設(shè)備的構(gòu)成有很大區(qū)別, 有的廠家為整條線路配備12套地面區(qū)域控制器, 有的廠家則為每個設(shè)備集中站(有岔站) 配備1套地面區(qū)域控制器。有的區(qū)域控制器設(shè)置在調(diào)度中心,

6、 有的區(qū)域控制器設(shè)置在車站, 這就造成了ATS與ATP/ATO系統(tǒng)進行接口時, 有多種形式。本文基于每個設(shè)備集中站配置1套區(qū)域控制器的ATP/ATO系統(tǒng)模式, 描述CBTC制式下的ATS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。1.1. 調(diào)度中心系統(tǒng) 調(diào)度中心系統(tǒng)由中心機房設(shè)備、調(diào)度大廳設(shè)備、計劃室設(shè)備及培訓(xùn)室設(shè)備組成, 主要設(shè)備及功能如下。 1應(yīng)用服務(wù)器。為雙機熱備系統(tǒng), 是調(diào)度中心ATS的核心設(shè)備。應(yīng)用服務(wù)器接收來自地面的站場設(shè)備狀態(tài)信息, 以及來自車載設(shè)備的列車位置和狀態(tài)信息, 對這些信息進行運算、緩存, 然后將處理后的信息發(fā)送到相應(yīng)的客戶端; 另一方面, 應(yīng)用服務(wù)器根據(jù)接收到的列車報點信息進行偏移計算和計劃調(diào)整, 并

7、將調(diào)整指令發(fā)送到車載ATO執(zhí)行。2數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。用來保存ATS中重要的運行數(shù)據(jù), 包括各版本的基本運行圖, 每日的實時運行圖等。為了保證數(shù)據(jù)的可靠存儲, 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用共享磁盤陣列的雙機系統(tǒng)。 3運行圖管理調(diào)度工作站。用來為每班選擇對應(yīng)的基本運行圖, 下達(dá)運行計劃, 記錄運行時間結(jié)果, 以及對運行計劃進行人工調(diào)整。4站場監(jiān)控調(diào)度工作站。監(jiān)視沿線地面信號設(shè)備, 站臺設(shè)備狀態(tài), 以及列車運行位置和狀態(tài),允許調(diào)度員進行控制模式的切換, 實施各種人工辦理, 例如扣車、跳停、辦理封鎖等操作。5維護工作站。對中心以及車站所有ATS設(shè)備工作狀態(tài)進行監(jiān)視, 對所有人工以及自動辦理指令進行記錄, 對重要的事件進

8、行語音或文字告警,存儲站場運行歷史記錄并提供回放功能。 6時刻表編輯工作站。主要提供離線的基本圖編輯, 供調(diào)度計劃人員根據(jù)各種不同的時間段,提前制作正常工作日、周末、節(jié)假日等基本圖。 7接口通信服務(wù)器。為ATS與信號外系統(tǒng)的通信接口, 包括與綜合監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、廣告系統(tǒng)等接口, 向外提供列車位置、廣告信息, 接收外系統(tǒng)時鐘、供電臂狀態(tài)信息等。 8仿真培訓(xùn)服務(wù)器及工作站。通過對站場信號設(shè)備以及列車運行的仿真, 對現(xiàn)場CI以及ATP/ATO系統(tǒng)進行仿真替代, 在此基礎(chǔ)上提供對ATS系統(tǒng)的測試, 對新編制計劃的仿真運行以及對調(diào)度人員的培訓(xùn)。1.2. 車站系統(tǒng)車站系統(tǒng)按照設(shè)備集中站, 非設(shè)備集中站

9、, 輛段具備不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點。1.3. 基于CBTC的ATS子系統(tǒng)主要功能特點 在CBTC制式下, ATS子系統(tǒng)的有些功能繼承了基于軌道電路制式的功能, 有些則有了較大的變化。主要有信息顯示、站場控制、列車跟蹤與控制、運行計劃管理、系統(tǒng)仿真以及后備系統(tǒng)6個方面功能。2. 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)（SICAS） 聯(lián)鎖系統(tǒng)采用了SIMISPcSIMISECC計算機管理進路、道岔和軌旁信號機以響應(yīng)來自ATS功能的命令。同時，將進路、軌道區(qū)段、道岔和信號機的狀態(tài)信息提供給ATS系統(tǒng)和ATP軌旁系統(tǒng)。 SICAS是西門子的故障-安全和高度可用的SIMIS 原理的先進設(shè)計，同時也提供了走向現(xiàn)代科技的方法；它對未來

10、的擴展及解決方案是開放的。這個聯(lián)鎖系統(tǒng)的現(xiàn)代化設(shè)計和安全數(shù)字總線通訊的采用將聯(lián)鎖系統(tǒng)的總數(shù)降到最小。SICAS ECC聯(lián)鎖系統(tǒng)功能的基本系統(tǒng)配置如下：3. 列車自動防護系統(tǒng)（ATP)3.1. 軌旁子系統(tǒng)軌旁子系統(tǒng)主要由區(qū)域控制器（ZC）組成。ATP軌旁設(shè)備配置圖 ZC：Zone Controller區(qū)域控制器 RI：Relay Interface繼電接口 BS：Backbone Switch骨干交換機AS：Access Switch接入交換機 ACS：Axle Counting System計軸系統(tǒng) 3.2. 車載子系統(tǒng)4. ATO子系統(tǒng) 概述：ATO 為非故障一安全系統(tǒng)，其控制列車自動運行，

11、主要目的是模擬最佳司機的駕駛， 實現(xiàn)正常情況下高質(zhì)量的自動駕駛， 提高列車運行效率， 提高列車運行的舒適度， 節(jié)省能源。 ATP 系統(tǒng)是城市軌道交通列車運行時必不可少的安全保障，ATO 系統(tǒng)則是提高城市軌 道交通列車運行水平(準(zhǔn)點、平穩(wěn)、節(jié)能)的技術(shù)措施。 ATO 系統(tǒng)采用的基本功能模塊與 ATP 系統(tǒng)相同。和 ATP 系統(tǒng)一樣，ATO 也載有有關(guān) 軌道布置和坡度的所有資料， 以便能優(yōu)化列車控制指令。 ATO 還裝有一個雙向的通信系統(tǒng)， 使列車能夠直接與車站內(nèi)的 ATS 系統(tǒng)接口，保證實現(xiàn)最佳的運行圖控制。 當(dāng)列車處在自動駕駛模式下，車載ATO 運用牽引和制動控制，實現(xiàn)列車自動運行。4.1.

12、ATO功能4.2. 軌旁設(shè)備5. 無線基于通信的列車（Communication Based Train Control，CBTC），CBTC系統(tǒng)不依靠軌道電路判定列車位置，實現(xiàn)了列車速度、停站時間、區(qū)間運行時間的精確控制，能進一步縮小列車間隔，并提高系統(tǒng)節(jié)能水平和運營服務(wù)質(zhì)量。此篇論文主要是通過對基于無線通信的車地通信網(wǎng)絡(luò)的分析，設(shè)計基于無線通信的車地?zé)o線通信系統(tǒng)，對其結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，包括對無線接入點（Access Point，AP）的布置間隔的討論、對WLAN所使用的標(biāo)準(zhǔn)的選擇等。通過對城市軌道交通中信號傳播模型的分析，對車地?zé)o線通信系統(tǒng)的包丟失率和系統(tǒng)延時進行分析使系統(tǒng)的可靠性、有效性、安

13、全性達(dá)到CBTC系統(tǒng)的要求。無線系統(tǒng)包括： 1軌旁無線設(shè)備(WLAN接入點和天線)提供完全的、連續(xù)的線路覆蓋。它們通過以太網(wǎng)交換機分別與A鴨總線(對列車自動防護系統(tǒng))和旅客資訊系統(tǒng)接口鏈路相連。軌旁無線設(shè)備室外有保證車輛與軌旁網(wǎng)絡(luò)通信的接入點AP和天線，室內(nèi)有無線骨干網(wǎng)的交換機機柜與服務(wù)器機柜。2車載無線單元TU分別安裝在列車的兩頭。-N車兩頭的無線單元通過車載設(shè)備間的串行線相互連接。車地?zé)o線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)四、系統(tǒng)特點CBTC的優(yōu)越性體現(xiàn)在如下方面： 1 連續(xù)式和點式通信方式并存同一線路上，使用連續(xù)式通信方式的列車與使用點式通信的列車可以共同運行。 連續(xù)式通信足使用無線進行軌旁和列車間通信。配合

14、連續(xù)通信通道列車根據(jù)移動閉塞原理相111IJ隔，提供最d,Jd行間隔，列車受ATPATO控制，構(gòu)成移動閉塞。 點式通信則不依賴于無線通信通道，而采用基于應(yīng)答器的點式通信通道從軌旁向車t傳輸數(shù)據(jù)。配合點式通信通道，列車根據(jù)固定閉塞原理相間隔，并受ATPATO控制，構(gòu)成固定閉塞。2 列車可以升、降級 列車實現(xiàn)定位以及收到相應(yīng)的移動授權(quán)后，系統(tǒng)可以從最低運行級別(聯(lián)鎖級)升級到較高控制級別(點式、同定式)或升級到更高性能的等級(連續(xù)式通信、移動閉塞)。當(dāng)連續(xù)式或點式通信級不能上E常工作時，可以采用降級運行即聯(lián)鎖級標(biāo)準(zhǔn)的色燈信譬系統(tǒng)提供全面的聯(lián)鎖州車防護。該功能使得列車在站間自動閉塞模式上運營成為可能。3 車載設(shè)備冗余 列車運行過程中當(dāng)一端的車載無線設(shè)備、列車防護設(shè)備等發(fā)生故障時