第5章基于通信的列車運行控制CBTC_2302_2214_20101217131003

1、列車運行控制系統(tǒng)列車運行控制系統(tǒng)第五章第五章 基于通信的列車運行控制基于通信的列車運行控制CBTCCBTC （新型（新型列車運行控制系統(tǒng)列車運行控制系統(tǒng)）nCBTC系統(tǒng)的定義與分類系統(tǒng)的定義與分類 nCBTC系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu) nCBTC系統(tǒng)的功能系統(tǒng)的功能nCBTC系統(tǒng)特點系統(tǒng)特點5.1 CBTC5.1 CBTC系統(tǒng)的定義與分類系統(tǒng)的定義與分類 1 1）CBTCCBTC系統(tǒng)的定義系統(tǒng)的定義n基于通信的列車運行控制系統(tǒng)，簡稱基于通信的列車運行控制系統(tǒng)，簡稱CBTCCBTC（Communication Based Train controlCommunication Based T

2、rain control），是），是擺脫擺脫傳統(tǒng)的基于軌道電路傳統(tǒng)的基于軌道電路的列車運行控制方式（的列車運行控制方式（TBTCTBTC），），采用基于計算機技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)綜合發(fā)采用基于計算機技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)綜合發(fā)展的新型控制系統(tǒng)展的新型控制系統(tǒng)，已成為當(dāng)今世界列車運行控制，已成為當(dāng)今世界列車運行控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。系統(tǒng)的發(fā)展方向。nCBTCCBTC的定義的定義可以通過它的總特點來描述，即可以通過它的總特點來描述，即利用無利用無線通信媒體來代替軌道電路達到車線通信媒體來代替軌道電路達到車/ /地之間的信息傳地之間的信息傳輸，而在此基礎(chǔ)上構(gòu)成的列車運行控制系統(tǒng)，都可輸，而在此基

3、礎(chǔ)上構(gòu)成的列車運行控制系統(tǒng)，都可稱為稱為CBTCCBTC系統(tǒng)系統(tǒng)。2 2）CBTCCBTC系統(tǒng)分類系統(tǒng)分類 由于由于CBTCCBTC系統(tǒng)并不是只有一種體系結(jié)構(gòu)，或者說系統(tǒng)并不是只有一種體系結(jié)構(gòu)，或者說CBTCCBTC的系統(tǒng)中所應(yīng)用的技的系統(tǒng)中所應(yīng)用的技術(shù)并不是完全相同，因而它們所完成的功能也可能不是同一水平和同一內(nèi)術(shù)并不是完全相同，因而它們所完成的功能也可能不是同一水平和同一內(nèi)容，因此對容，因此對CBTCCBTC系統(tǒng)就有分類的必要。但是由于通信技術(shù)的飛速發(fā)展，要系統(tǒng)就有分類的必要。但是由于通信技術(shù)的飛速發(fā)展，要對對CBTCCBTC進行詳盡的分類實際上非常困難，以下將是根據(jù)目前技術(shù)水平進行進行詳

4、盡的分類實際上非常困難，以下將是根據(jù)目前技術(shù)水平進行的參考性分類。的參考性分類。n從閉塞分區(qū)的實現(xiàn)來分類：從閉塞分區(qū)的實現(xiàn)來分類： 基于通信的固定自動閉塞運行控制系統(tǒng)；移動自動閉塞運行控制?；谕ㄐ诺墓潭ㄗ詣娱]塞運行控制系統(tǒng)；移動自動閉塞運行控制。n根據(jù)根據(jù)CBTCCBTC中車一地之間通信方式不同來分類：中車一地之間通信方式不同來分類： 采用全程移動無線通信方式（采用全程移動無線通信方式（GSM-RGSM-R）的）的CBCBT TC C；采用軌道交叉電纜方式的；采用軌道交叉電纜方式的CBCBT TC C；采用漏泄電纜或漏泄波導(dǎo)方式的；采用漏泄電纜或漏泄波導(dǎo)方式的CBCBT TC C；采用查詢；

5、采用查詢- -應(yīng)答器方式的應(yīng)答器方式的CBCBT TC C；采用衛(wèi)星通信系統(tǒng)（；采用衛(wèi)星通信系統(tǒng)（ GPSGPS ）的）的CBCBT TC.C.n根據(jù)根據(jù)CBTCCBTC應(yīng)用控制技術(shù)水平的高低可以進行分類應(yīng)用控制技術(shù)水平的高低可以進行分類: : 采用無線數(shù)據(jù)電臺進行列車與車站之間雙向通信來構(gòu)成采用無線數(shù)據(jù)電臺進行列車與車站之間雙向通信來構(gòu)成CBTCCBTC的低級系統(tǒng)的低級系統(tǒng)(CBTC-(CBTC-半自動閉塞系統(tǒng)半自動閉塞系統(tǒng)) ;) ;采用應(yīng)用技術(shù)水平較高的采用應(yīng)用技術(shù)水平較高的CBTCCBTC系統(tǒng)系統(tǒng)( (例如例如CBTC-CBTC-MASMAS系統(tǒng)等系統(tǒng)等). ). n根據(jù)應(yīng)用區(qū)間閉塞方

6、式來分類根據(jù)應(yīng)用區(qū)間閉塞方式來分類: : CBTC- CBTC-半自動閉塞方式半自動閉塞方式; CBTC-; CBTC-自動站間閉塞方式自動站間閉塞方式; CBTC-; CBTC-電子路簽閉塞方式。電子路簽閉塞方式。（1 1）基于通信的固定自動閉塞運行控制系統(tǒng)）基于通信的固定自動閉塞運行控制系統(tǒng) （CBTC-FAS： Fixd Autoblock System ）n基于通信的固定自動閉塞運行控制系統(tǒng)，表示閉塞分區(qū)是固定不變的，它像基于通信的固定自動閉塞運行控制系統(tǒng)，表示閉塞分區(qū)是固定不變的，它像TBTC-TBTC-FASFAS（基于軌道電路自動閉塞基于軌道電路自動閉塞）樣，閉塞分區(qū)是通過區(qū)間牽

7、引計算來求得其長度，樣，閉塞分區(qū)是通過區(qū)間牽引計算來求得其長度，而而CBTC-FASCBTC-FAS與與TBTC-FASTBTC-FAS的根本區(qū)別是的根本區(qū)別是采用雙向通信技術(shù)代替軌道電路來實現(xiàn)車采用雙向通信技術(shù)代替軌道電路來實現(xiàn)車/ /地地之間信息交換。之間信息交換。n在每個閉塞分區(qū)的始端可以在每個閉塞分區(qū)的始端可以沒有固定信號機作為防護沒有固定信號機作為防護，它的信號顯示是依據(jù)控制，它的信號顯示是依據(jù)控制中心在計算基礎(chǔ)上給定，經(jīng)過調(diào)制的無線頻率中心在計算基礎(chǔ)上給定，經(jīng)過調(diào)制的無線頻率RFRF使移動列車與控制中心相聯(lián)系，使移動列車與控制中心相聯(lián)系，車站控制中心則依據(jù)區(qū)間各列車的實際分布，計算

8、出保護信號機可以給出的信號，車站控制中心則依據(jù)區(qū)間各列車的實際分布，計算出保護信號機可以給出的信號，通過無線中繼設(shè)備與保護信號機線路設(shè)備通過無線中繼設(shè)備與保護信號機線路設(shè)備LI/OLI/O相連，后者經(jīng)譯碼后給出信號顯示。相連，后者經(jīng)譯碼后給出信號顯示。它同時也返回收到的信息及狀態(tài)顯示送給無線中繼設(shè)備轉(zhuǎn)控制中心，由此構(gòu)成信它同時也返回收到的信息及狀態(tài)顯示送給無線中繼設(shè)備轉(zhuǎn)控制中心，由此構(gòu)成信息流的閉環(huán)。與此同時，運行中的列車也隨時與線路設(shè)備息流的閉環(huán)。與此同時，運行中的列車也隨時與線路設(shè)備LI/OLI/O相聯(lián)絡(luò)，報告它的相聯(lián)絡(luò)，報告它的定位與其狀態(tài)信息等，以定位與其狀態(tài)信息等，以構(gòu)成車一地之間的

9、雙向通信。構(gòu)成車一地之間的雙向通信。應(yīng)該指出，在應(yīng)該指出，在CTBC-FASCTBC-FAS中可以中可以仍仍然保留軌道電路然保留軌道電路，作用不是構(gòu)成，作用不是構(gòu)成閉塞系統(tǒng)的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，而僅是為閉塞系統(tǒng)的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，而僅是為了檢測列車的存在及其完整性。了檢測列車的存在及其完整性。軌道電路長度要短一些，長度可軌道電路長度要短一些，長度可縮短到系統(tǒng)造價不會由于電纜的縮短到系統(tǒng)造價不會由于電纜的存在而占有重要成分。因為軌道存在而占有重要成分。因為軌道電路縮短后，可以獲得運輸效率電路縮短后，可以獲得運輸效率的提高。的提高。在在CBTC-FAS系統(tǒng)中還有用軌道間交叉感應(yīng)電系統(tǒng)中還有用軌道間交叉感應(yīng)電纜實現(xiàn)通

10、信的方式，圖纜實現(xiàn)通信的方式，圖4-2是示意圖。是示意圖。（2 2）移動自動閉塞運行控制系統(tǒng)）移動自動閉塞運行控制系統(tǒng)（CBTCMoving Autoblock System，CBTC-MAS）n移動自動閉塞運行控制系統(tǒng)也有閉塞分區(qū)，但此時閉塞分區(qū)有下列特點：移動自動閉塞運行控制系統(tǒng)也有閉塞分區(qū)，但此時閉塞分區(qū)有下列特點： a、閉塞分區(qū)長度是可變的閉塞分區(qū)長度是可變的（隨列車運行而移動），它是依據(jù)列車本身參（隨列車運行而移動），它是依據(jù)列車本身參數(shù)及其所在地段參數(shù)數(shù)及其所在地段參數(shù)實時計算出來的實時計算出來的。 b、在、在CBTC-MAS中閉塞分區(qū)已經(jīng)中閉塞分區(qū)已經(jīng)不再應(yīng)用地面信號不再應(yīng)用地面

11、信號，而且也不需要地面，而且也不需要地面信號，它在車載設(shè)備系統(tǒng)顯示屏上，指示出本車距前行列車尚有多少距離信號，它在車載設(shè)備系統(tǒng)顯示屏上，指示出本車距前行列車尚有多少距離或距離進站的距離（目標距離或速度）等等。或距離進站的距離（目標距離或速度）等等。（3 3）采用查詢）采用查詢- -應(yīng)答器方式的應(yīng)答器方式的CTBCCTBC 采用查詢采用查詢- -應(yīng)答器方式，即在每個信號機處的相應(yīng)答器方式，即在每個信號機處的相應(yīng)一側(cè)或軌道間設(shè)有應(yīng)一側(cè)或軌道間設(shè)有雙方向作用的應(yīng)答器雙方向作用的應(yīng)答器，而，而所有所有地面應(yīng)答器之間均有電纜相聯(lián)地面應(yīng)答器之間均有電纜相聯(lián)。應(yīng)答器取得通過列。應(yīng)答器取得通過列車的車速等信息

12、，它向下一個應(yīng)答器給出前行列車車的車速等信息，它向下一個應(yīng)答器給出前行列車位置信息，下一個應(yīng)答器由此給出相應(yīng)信號顯示。位置信息，下一個應(yīng)答器由此給出相應(yīng)信號顯示。當(dāng)然在這種系統(tǒng)中，一方面列車設(shè)有超速防護系統(tǒng)當(dāng)然在這種系統(tǒng)中，一方面列車設(shè)有超速防護系統(tǒng)（ATPATP），另一方面還應(yīng)設(shè)有），另一方面還應(yīng)設(shè)有連續(xù)式無線移動通信連續(xù)式無線移動通信系統(tǒng)傳輸控制命令，系統(tǒng)傳輸控制命令，同時應(yīng)與車站聯(lián)鎖相聯(lián)以及與同時應(yīng)與車站聯(lián)鎖相聯(lián)以及與調(diào)度集中系統(tǒng)相聯(lián)。這種系統(tǒng)僅在調(diào)度集中系統(tǒng)相聯(lián)。這種系統(tǒng)僅在列車密度較小、列車密度較小、車速較低范圍內(nèi)應(yīng)用。車速較低范圍內(nèi)應(yīng)用。（4 4）采用衛(wèi)星通信系統(tǒng)（采用衛(wèi)星通信系統(tǒng)

13、（ GPSGPS ）的）的CTBCCTBC采用衛(wèi)星通信系統(tǒng)，采用衛(wèi)星通信系統(tǒng)，構(gòu)成列車運行間隔控制系統(tǒng)構(gòu)成列車運行間隔控制系統(tǒng)，圖，圖4-3是其示意圖。這種系是其示意圖。這種系統(tǒng)在統(tǒng)在1990年日本鐵路試用過，衛(wèi)星在東經(jīng)年日本鐵路試用過，衛(wèi)星在東經(jīng)150的靜止軌道上運行，它距的靜止軌道上運行，它距地面約地面約37 000 km，它是一個通用型通信衛(wèi)星。，它是一個通用型通信衛(wèi)星。在地面的在地面的先行列車將自己列車編號、列車速度、列車位置等信息通過衛(wèi)星傳先行列車將自己列車編號、列車速度、列車位置等信息通過衛(wèi)星傳送給后續(xù)列車，后續(xù)列車經(jīng)運算后決定自己可以走行的最高速度送給后續(xù)列車，后續(xù)列車經(jīng)運算后決

14、定自己可以走行的最高速度。出于安。出于安全，這類系統(tǒng)只全，這類系統(tǒng)只在低速、低密度、小運量地區(qū)才能應(yīng)用在低速、低密度、小運量地區(qū)才能應(yīng)用，因為它缺少安全，因為它缺少安全保障。除非另外增加其他設(shè)備。保障。除非另外增加其他設(shè)備。（5 5）無線半自動閉塞系統(tǒng)）無線半自動閉塞系統(tǒng)-CBTC-CBTC低級系統(tǒng)低級系統(tǒng) 列車與車站控制均有無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備，在列車列車與車站控制均有無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備，在列車接近車站的接近車站的4 45km5km范圍內(nèi)構(gòu)范圍內(nèi)構(gòu)成雙向無線數(shù)據(jù)通信成雙向無線數(shù)據(jù)通信。為了構(gòu)成半自動閉塞系統(tǒng)（人工辦理閉塞手續(xù)，列車運行。為了構(gòu)成半自動閉塞系統(tǒng)（人工辦理閉塞手續(xù)，列車運行靠無線通信控

15、制），并保證區(qū)間只允許存在一個列車運行，必需設(shè)置類似靠無線通信控制），并保證區(qū)間只允許存在一個列車運行，必需設(shè)置類似計軸器計軸器之類設(shè)備之類設(shè)備，如圖中符號，如圖中符號T1/T2T1/T2所示，用來檢查兩站之間運行列車完整性，以確保運所示，用來檢查兩站之間運行列車完整性，以確保運行安全。當(dāng)計軸器行安全。當(dāng)計軸器T2T2接收到同樣軸數(shù)的列車后表示列車已完整地撤離兩站之間區(qū)接收到同樣軸數(shù)的列車后表示列車已完整地撤離兩站之間區(qū)間，始發(fā)站才可能再發(fā)出下一列車。間，始發(fā)站才可能再發(fā)出下一列車。 為了保證為了保證CBTCCBTC系統(tǒng)中數(shù)據(jù)電臺的正常工作，在線路上還輔助系統(tǒng)中數(shù)據(jù)電臺的正常工作，在線路上還輔

16、助設(shè)置應(yīng)答器設(shè)置應(yīng)答器A A，B B，C C，其中應(yīng)答器其中應(yīng)答器A A提供列車出站信息（列車已進入到區(qū)間提供列車出站信息（列車已進入到區(qū)間 ）；應(yīng)答器）；應(yīng)答器B B提供區(qū)間信提供區(qū)間信息，通知經(jīng)過的列車已迸人雙向數(shù)據(jù)傳輸信息范圍，應(yīng)接受車站發(fā)來的機車信號息，通知經(jīng)過的列車已迸人雙向數(shù)據(jù)傳輸信息范圍，應(yīng)接受車站發(fā)來的機車信號信息；應(yīng)答器信息；應(yīng)答器C C告訴通過列車本車站準備了哪個股道接車，運行速度上限值為多少告訴通過列車本車站準備了哪個股道接車，運行速度上限值為多少等有關(guān)信息。在該系統(tǒng)中，列車經(jīng)過應(yīng)答器等有關(guān)信息。在該系統(tǒng)中，列車經(jīng)過應(yīng)答器B B之后，車站與列車上的無線數(shù)據(jù)通信之后，車站與

17、列車上的無線數(shù)據(jù)通信電臺就反復(fù)雙向通信，其中包括列車告知車站來者列車編號、時速、去向等等信電臺就反復(fù)雙向通信，其中包括列車告知車站來者列車編號、時速、去向等等信息，而車站告知列車應(yīng)以何種速度進站或站前停車，進站內(nèi)何股道，是停車還是息，而車站告知列車應(yīng)以何種速度進站或站前停車，進站內(nèi)何股道，是停車還是通過等等有關(guān)信息。通過等等有關(guān)信息。 一般適應(yīng)在新線、運量較少或速度較低，人煙稀少，生活困難地區(qū)一般適應(yīng)在新線、運量較少或速度較低，人煙稀少，生活困難地區(qū) （6 6）CBTC-CBTC-半自動閉塞方式半自動閉塞方式半自動閉塞的特征：半自動閉塞的特征：發(fā)車站與接車站人工辦理閉塞手續(xù)，當(dāng)列車出發(fā)后，出站

18、信號發(fā)車站與接車站人工辦理閉塞手續(xù)，當(dāng)列車出發(fā)后，出站信號機立即自動關(guān)閉，在未再次辦理發(fā)車手續(xù)前，該出站信號機機立即自動關(guān)閉，在未再次辦理發(fā)車手續(xù)前，該出站信號機不得再次開放；列車到達前方接車站后，接車站立即關(guān)閉進不得再次開放；列車到達前方接車站后，接車站立即關(guān)閉進站信號機，并辦理解除兩站間閉塞手續(xù)，使兩站間的區(qū)間恢站信號機，并辦理解除兩站間閉塞手續(xù)，使兩站間的區(qū)間恢復(fù)空閑等待狀態(tài)。復(fù)空閑等待狀態(tài)。CBTC-CBTC-半自動閉塞方式：半自動閉塞方式：在在CBTC-CBTC-半自動閉塞系統(tǒng)中，半自動閉塞系統(tǒng)中，無線通信的作用是使出發(fā)站給機車無線通信的作用是使出發(fā)站給機車司機發(fā)出無線機車信號，指揮

19、列車發(fā)車司機發(fā)出無線機車信號，指揮列車發(fā)車，而發(fā)出該信號的顯，而發(fā)出該信號的顯示是與發(fā)出出站信號機顯示相互關(guān)聯(lián)的。即前者只是在出站示是與發(fā)出出站信號機顯示相互關(guān)聯(lián)的。即前者只是在出站信號機允許發(fā)車的顯示下才能獲得機車信號，此時無線機車信號機允許發(fā)車的顯示下才能獲得機車信號，此時無線機車信號可以有記錄為憑。此外，信號可以有記錄為憑。此外，區(qū)間列車到達接車站前同樣可區(qū)間列車到達接車站前同樣可以獲得進站信號一樣顯示的無線機車信號顯示，指揮列車進以獲得進站信號一樣顯示的無線機車信號顯示，指揮列車進站站，以避免司機在目視路旁信號機時遇到困難，這些顯示也，以避免司機在目視路旁信號機時遇到困難，這些顯示也都

20、記錄在案。所以，都記錄在案。所以，CBTC-CBTC-半自動閉塞要比半自動閉塞要比TBTC -TBTC -半自動閉塞半自動閉塞更為方便、清楚、有責(zé)任感和安全感。更為方便、清楚、有責(zé)任感和安全感。（7 7）CBTC-CBTC-自動站間閉塞方式自動站間閉塞方式n這種方法與這種方法與CBTC-半自動閉塞相類似，只是其辦理手續(xù)是自半自動閉塞相類似，只是其辦理手續(xù)是自動的動的。具體而言是：發(fā)車站與接車站均有區(qū)間是否占用的檢。具體而言是：發(fā)車站與接車站均有區(qū)間是否占用的檢查設(shè)備，因此發(fā)車站要發(fā)車，區(qū)間占用檢查設(shè)備自動檢查它查設(shè)備，因此發(fā)車站要發(fā)車，區(qū)間占用檢查設(shè)備自動檢查它實屬空閑后，兩站自動辦理閉塞手續(xù)

21、，并自動開放出站信號實屬空閑后，兩站自動辦理閉塞手續(xù)，并自動開放出站信號機。在列車到達接車站并自動檢查列車完整性后立即自動關(guān)機。在列車到達接車站并自動檢查列車完整性后立即自動關(guān)閉進站信號機。閉進站信號機。CBTC-自動站間閉塞也同樣有無線機車信號，自動站間閉塞也同樣有無線機車信號，它與它與CBTC-半自動閉塞方式相似。半自動閉塞方式相似。nCBTC-自動站間閉塞的最大優(yōu)點是：自動站間閉塞的最大優(yōu)點是：n 它可以集中遙控閉塞手續(xù)它可以集中遙控閉塞手續(xù)，不一定在每個站都要有車站值，不一定在每個站都要有車站值班人員來檢查區(qū)間是否空閑、列車是否已完整地到達等人工班人員來檢查區(qū)間是否空閑、列車是否已完整

22、地到達等人工檢測作用，提高勞動生產(chǎn)率。檢測作用，提高勞動生產(chǎn)率。n 由于一切手續(xù)和檢測是自動的由于一切手續(xù)和檢測是自動的，它可節(jié)省辦理閉塞手續(xù)的，它可節(jié)省辦理閉塞手續(xù)的時間，從而可以提高整個區(qū)段的通過能力。當(dāng)然，在時間，從而可以提高整個區(qū)段的通過能力。當(dāng)然，在CBTC-自動站間閉塞方式情況下必須投入相應(yīng)設(shè)備，特別需要有冗自動站間閉塞方式情況下必須投入相應(yīng)設(shè)備，特別需要有冗余設(shè)備，用以提高系統(tǒng)的可用性、可靠性與安全性。余設(shè)備，用以提高系統(tǒng)的可用性、可靠性與安全性。（8 8） CBTC-CBTC-電子路簽閉塞方式電子路簽閉塞方式n區(qū)間閉塞方式的路簽閉塞在區(qū)間閉塞方式的路簽閉塞在100100年前就幵

23、始應(yīng)年前就幵始應(yīng)用，中國鐵路在建國初期也有大量應(yīng)用。用，中國鐵路在建國初期也有大量應(yīng)用。n從從2020世紀世紀9090年代中開始，在計算機技術(shù)、電子年代中開始，在計算機技術(shù)、電子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及通信技術(shù)的推動下，鐵路的路簽閉網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及通信技術(shù)的推動下，鐵路的路簽閉塞方式發(fā)展為塞方式發(fā)展為電子路簽閉塞方式，即不存在路電子路簽閉塞方式，即不存在路簽實物，而是存在電子路簽簽實物，而是存在電子路簽( (軟件軟件) )，它在有關(guān)，它在有關(guān)計算機及網(wǎng)絡(luò)中按一定的軟件協(xié)議運行。計算機及網(wǎng)絡(luò)中按一定的軟件協(xié)議運行。5.2 5.2 無線移動閉塞無線移動閉塞CBTCCBTC系統(tǒng)的組成與原理系統(tǒng)的組成與原理n5.2.1

24、5.2.1 系統(tǒng)的基本組成系統(tǒng)的基本組成nCBTC系統(tǒng)是一個系統(tǒng)是一個連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖詣涌刂葡到y(tǒng)連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖詣涌刂葡到y(tǒng)，利用高精度的列車定位，利用高精度的列車定位(不依賴于軌道電路）、實現(xiàn)雙向連續(xù)、大容量的車不依賴于軌道電路）、實現(xiàn)雙向連續(xù)、大容量的車地數(shù)據(jù)通信，地數(shù)據(jù)通信， 能夠能夠執(zhí)行執(zhí)行列車自動防護（列車自動防護（ATP）、列車自動運行（）、列車自動運行（ATO）以及列車自動監(jiān)控）以及列車自動監(jiān)控（ATS）功能）功能。CBTC系統(tǒng)主要由系統(tǒng)主要由移動設(shè)備移動設(shè)備(車載設(shè)備）、軌旁設(shè)備、通信車載設(shè)備）、軌旁設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)、調(diào)度控制中心組成網(wǎng)絡(luò)、調(diào)度控制中心組成。系統(tǒng)框圖如圖。系統(tǒng)框圖如

25、圖4-5所示。所示。n無線無線CBTC采用無線通信系統(tǒng)，通采用無線通信系統(tǒng)，通過開放的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了列車過開放的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了列車與軌旁設(shè)備實時雙向通信，信息量與軌旁設(shè)備實時雙向通信，信息量大，可以在實現(xiàn)列車運行控制的同大，可以在實現(xiàn)列車運行控制的同時附加其他功能時附加其他功能(如安全報警、員工如安全報警、員工管理及乘客信息發(fā)布等）管理及乘客信息發(fā)布等）。目前國。目前國際上諸如際上諸如Alcatel，Alstom，Siemens和和Bombardier等信號供等信號供應(yīng)商均開發(fā)出了各自的應(yīng)商均開發(fā)出了各自的CBTC系統(tǒng)系統(tǒng)并在全球得到了廣泛的應(yīng)用。并在全球得到了廣泛的應(yīng)用。5.2.2

26、5.2.2 系統(tǒng)的基本原理系統(tǒng)的基本原理 調(diào)度控制中心調(diào)度控制中心DCCDCC（Dispatch Control CenterDispatch Control Center）控制多個）控制多個車站控制中心車站控制中心SCCSCC（Station Control CenterStation Control Center），實現(xiàn)相鄰），實現(xiàn)相鄰SCCSCC之間的控制交接。之間的控制交接。SCCSCC通通過管轄范圍內(nèi)的多個過管轄范圍內(nèi)的多個基站基站BSBS（Base StationBase Station）與覆蓋范圍內(nèi)的）與覆蓋范圍內(nèi)的車載設(shè)備車載設(shè)備OBEOBE(On Board Equipmen

27、t)(On Board Equipment)實時雙向通信聯(lián)系。列車在區(qū)段內(nèi)運行時，通實時雙向通信聯(lián)系。列車在區(qū)段內(nèi)運行時，通過過全球定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)GPSGPS(Global Positioning System)(Global Positioning System)、查詢查詢- -應(yīng)答器或里程應(yīng)答器或里程計裝置實現(xiàn)列車位置和速度的測定計裝置實現(xiàn)列車位置和速度的測定，OBE OBE 利用無線通過基站利用無線通過基站BSBS將列車位置、將列車位置、速度信息發(fā)送給速度信息發(fā)送給SCCSCC。SCCSCC通過通過BSBS周期地將目標位置、速度及線路參數(shù)等信周期地將目標位置、速度及線路參數(shù)等信息發(fā)

28、送給后行列車。息發(fā)送給后行列車。OBEOBE收到信息后，根據(jù)前車運行狀態(tài)位置、速度、收到信息后，根據(jù)前車運行狀態(tài)位置、速度、工況）線路參數(shù)（彎道、坡度等）、本車運行狀態(tài)、列車參數(shù)工況）線路參數(shù)（彎道、坡度等）、本車運行狀態(tài)、列車參數(shù)( (列車長度、列車長度、牽引重量、制動性能等），采用車上計算、地面牽引重量、制動性能等），采用車上計算、地面(SCC)(SCC)計算或是車上、地計算或是車上、地面同時計算出最佳的速度面同時計算出最佳的速度- -距離模式控制曲線，距離模式控制曲線，并根據(jù)信號故障并根據(jù)信號故障- -安全原則，安全原則，預(yù)測列車在一個信息周期末的狀態(tài)能否滿足列車追蹤間隔的要求，從而預(yù)測

29、列車在一個信息周期末的狀態(tài)能否滿足列車追蹤間隔的要求，從而確確定合理的駕駛策略（最佳運行控制命令）定合理的駕駛策略（最佳運行控制命令），實現(xiàn)列車在區(qū)段內(nèi)高速、平穩(wěn)，實現(xiàn)列車在區(qū)段內(nèi)高速、平穩(wěn)的以最優(yōu)間隔追蹤運行。的以最優(yōu)間隔追蹤運行。5.2.3 5.2.3 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) CBTC系統(tǒng)分為系統(tǒng)分為列車控制和信息傳輸兩大部分列車控制和信息傳輸兩大部分，其中，其中列車控制部分為列車控制部分為ATC 系統(tǒng)系統(tǒng)，包括包括ATP、ATO、ATS三個子系統(tǒng)三個子系統(tǒng)，完成列車狀態(tài)信息以及數(shù)據(jù)信息的處理，并控，完成列車狀態(tài)信息以及數(shù)據(jù)信息的處理，并控制列車運行。制列車運行。信息傳輸部分采用無線

30、通信系統(tǒng)信息傳輸部分采用無線通信系統(tǒng)，進行連續(xù)雙向的車一地通信，完成，進行連續(xù)雙向的車一地通信，完成列車向地面控制設(shè)備傳遞列車的位置、速度以及其他狀態(tài)。圖列車向地面控制設(shè)備傳遞列車的位置、速度以及其他狀態(tài)。圖4-7是是CBTC系統(tǒng)的具系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)以列車為中心，其主要子系統(tǒng)包括：體結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)以列車為中心，其主要子系統(tǒng)包括：區(qū)域控制器，車載控制區(qū)域控制器，車載控制器，列車自動監(jiān)控器，列車自動監(jiān)控ATS（中央控制），數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和司機顯示（中央控制），數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和司機顯示等。等。 區(qū)域控制器區(qū)域控制器即區(qū)域的本地計算機，與聯(lián)鎖區(qū)一一對應(yīng)，通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)保持與即區(qū)域的本地計

31、算機，與聯(lián)鎖區(qū)一一對應(yīng)，通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)保持與控制區(qū)域內(nèi)所有列車的安全信息通信。控制區(qū)域內(nèi)所有列車的安全信息通信。根據(jù)來自列車的位置報告跟蹤列車并對區(qū)域根據(jù)來自列車的位置報告跟蹤列車并對區(qū)域內(nèi)列車發(fā)布移動授權(quán)，實施聯(lián)鎖內(nèi)列車發(fā)布移動授權(quán)，實施聯(lián)鎖。區(qū)域控制器采取三取二的檢驗冗余配置。區(qū)域控制器采取三取二的檢驗冗余配置。 車載控制器車載控制器(VOBC)(VOBC)，實現(xiàn)列車自動防護，實現(xiàn)列車自動防護ATPATP和列車自動運行和列車自動運行ATOATO功能，采取三取二的冗余功能，采取三取二的冗余配置。車載應(yīng)答配置。車載應(yīng)答- -查詢器和天線與地面的應(yīng)答查詢器和天線與地面的應(yīng)答器（信標器（信標)

32、)進行列車定位，測速發(fā)電機用于測進行列車定位，測速發(fā)電機用于測速和對列車定位進行校正。速和對列車定位進行校正。司機顯示司機顯示提供司機提供司機與車載控制器及列車自動監(jiān)控與車載控制器及列車自動監(jiān)控ATSATS的接口，顯的接口，顯示的信息包括最大允許速度、當(dāng)前測得速度、示的信息包括最大允許速度、當(dāng)前測得速度、到站距離、列車運行模式及系統(tǒng)出錯信息等。到站距離、列車運行模式及系統(tǒng)出錯信息等。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)實現(xiàn)各子系統(tǒng)間的通信，采用開實現(xiàn)各子系統(tǒng)間的通信，采用開放的國際標準，以以太網(wǎng)作為列車控制子系統(tǒng)放的國際標準，以以太網(wǎng)作為列車控制子系統(tǒng)間的接口標準，以間的接口標準，以802.11802.1

33、1作為無線通信接口標作為無線通信接口標準，這兩個標準均支持互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議準，這兩個標準均支持互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP(IP）。）。5.3 5.3 無線移動閉塞無線移動閉塞CBTCCBTC系統(tǒng)的功能系統(tǒng)的功能5.3.15.3.1系統(tǒng)的基本功能系統(tǒng)的基本功能 IEEE制定的制定的CBTC標準列舉了典型的標準列舉了典型的CBTC系統(tǒng)的基本功能框圖。系統(tǒng)的基本功能框圖。 整個系統(tǒng)包括整個系統(tǒng)包括“CBTC地面設(shè)備地面設(shè)備”和和“CBTC車載設(shè)備車載設(shè)備”功能模塊功能模塊，地面和車載設(shè)，地面和車載設(shè)備模塊通過備模塊通過“數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)”連接起來，構(gòu)成系統(tǒng)的核心功能模塊。功能框圖中還連接起來，構(gòu)成系統(tǒng)的核心

34、功能模塊。功能框圖中還單獨列出了單獨列出了“聯(lián)鎖聯(lián)鎖”功能模塊功能模塊，該功能模塊與，該功能模塊與CBTC地面設(shè)備連接?？紤]到不同的線地面設(shè)備連接?？紤]到不同的線路長度可能需要多套的路長度可能需要多套的CBTC地面設(shè)備，所以在典型框圖中還列出了地面設(shè)備，所以在典型框圖中還列出了“相鄰的相鄰的CBTC地面設(shè)備地面設(shè)備”模塊模塊。最后，在。最后，在CBTC設(shè)備的基礎(chǔ)上，增加設(shè)備的基礎(chǔ)上，增加ATS模塊模塊，用于實現(xiàn)系統(tǒng)的，用于實現(xiàn)系統(tǒng)的ATS功能。以上列舉的是功能。以上列舉的是CBTC系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)，實際的系統(tǒng)可能由于不同的設(shè)備提系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)，實際的系統(tǒng)可能由于不同的設(shè)備提供商、不同的工程需要而

35、有所差異。但是，所有系統(tǒng)均采用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，連接供商、不同的工程需要而有所差異。但是，所有系統(tǒng)均采用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，連接CBTC地面和車載設(shè)備，實現(xiàn)地面和車載設(shè)備，實現(xiàn)ATP功能，控制列車安全運行。功能，控制列車安全運行。5.3.2 5.3.2 系統(tǒng)的具體功能系統(tǒng)的具體功能1) 1) 列車位置、運行速度及方向確定功能列車位置、運行速度及方向確定功能 CBTCCBTC系統(tǒng)需要決定每輛列車的頭部以及尾部的位置，系統(tǒng)需要決定每輛列車的頭部以及尾部的位置，誤差誤差在在1010英尺（英尺（3.048m3.048m）以內(nèi)。）以內(nèi)。CBTCCBTC系統(tǒng)永遠不需要手動輸入列車系統(tǒng)永遠不需要手動輸入列車位置以及列

36、車長度數(shù)據(jù)。位置以及列車長度數(shù)據(jù)。CBTCCBTC系統(tǒng)需要決定每輛系統(tǒng)需要決定每輛列車的速度和列車的速度和方向，精度在方向，精度在2 2英里英里/ /小時小時(3.22km/h)(3.22km/h)內(nèi)內(nèi)。2) 2) 安全的列車間隔（移動權(quán)限）控制功能安全的列車間隔（移動權(quán)限）控制功能 每列配有每列配有CBTCCBTC的列車在的列車在CBTCCBTC區(qū)域內(nèi)運行時將擁有一個區(qū)域內(nèi)運行時將擁有一個移動移動權(quán)限權(quán)限(MAL)(MAL)，這是根據(jù)條件實時計算出來的。列車的，這是根據(jù)條件實時計算出來的。列車的MALMAL計算是計算是基于列車的安全剎車模式的?？偟膩碚f，在基于列車的安全剎車模式的?？偟膩碚f，

37、在任一時刻一輛列車任一時刻一輛列車的允許速度都設(shè)置為使列車停在前面列車的安全距離內(nèi)的允許速度都設(shè)置為使列車停在前面列車的安全距離內(nèi)。一輛。一輛給定列車的實時給定列車的實時MALMAL還受到其他因素的影響，這將在后續(xù)部分還受到其他因素的影響，這將在后續(xù)部分進行介紹。進行介紹。 3) 3) 超速防護（超速防護（ATPATP）功能）功能 CBTCCBTC超速防護用于防止列車速度超過最大允許速度。超速防護用于防止列車速度超過最大允許速度。列車列車允許的最大速度是使得列車能夠安全停在前面列車安全距離的允許的最大速度是使得列車能夠安全停在前面列車安全距離的速度。其他影響因素包括速度。其他影響因素包括區(qū)間速

38、度限制，設(shè)備的速度限制，任區(qū)間速度限制，設(shè)備的速度限制，任何區(qū)間的臨時速度限制以及何區(qū)間的臨時速度限制以及CBTCCBTC系統(tǒng)及路旁設(shè)備的故障等系統(tǒng)及路旁設(shè)備的故障等。4) 4) 零速度探測零速度探測- -非常規(guī)停車功能非常規(guī)停車功能 當(dāng)列車速度降到當(dāng)列車速度降到2 2英里小時英里小時22(3.22km/h)22(3.22km/h)以下并持續(xù)以下并持續(xù)2s2s時，時，CBTCCBTC系統(tǒng)應(yīng)該做出系統(tǒng)應(yīng)該做出非常規(guī)停車非常規(guī)停車決定決定。這項功能的主要目的是使。這項功能的主要目的是使得在規(guī)定時間限制內(nèi)的一個非常規(guī)停車得到批準。得在規(guī)定時間限制內(nèi)的一個非常規(guī)停車得到批準。CBTCCBTC系統(tǒng)的系統(tǒng)

39、的故障會批準一個非常規(guī)停車，從而進行緊急剎車。故障會批準一個非常規(guī)停車，從而進行緊急剎車。 當(dāng)列車速度高于當(dāng)列車速度高于“零速度零速度”時，規(guī)定列車控制系統(tǒng)控制的時，規(guī)定列車控制系統(tǒng)控制的車門是不允許打開的。車門是不允許打開的。5) 5) 車門開啟控制連鎖功能車門開啟控制連鎖功能 CBTC系統(tǒng)將禁止列車控制系統(tǒng)開啟車門，除非同時滿足以系統(tǒng)將禁止列車控制系統(tǒng)開啟車門，除非同時滿足以下條件：下條件：列車處于零速度狀態(tài)；列車處于零速度狀態(tài)；最小服務(wù)剎車程序在車門最小服務(wù)剎車程序在車門開啟時起作用；開啟時起作用；將要開啟的車門位于將要開啟的車門位于“車門開啟區(qū)域車門開啟區(qū)域”。只只有當(dāng)車門處于站臺內(nèi)并

40、且列車與站臺處于同一側(cè)車門開啟區(qū)域有當(dāng)車門處于站臺內(nèi)并且列車與站臺處于同一側(cè)車門開啟區(qū)域時，才允許車門開啟。時，才允許車門開啟。6) 6) 離站聯(lián)鎖功能離站聯(lián)鎖功能 規(guī)定禁止列車停車后移動，除非所有車門閉合并上鎖。規(guī)定禁止列車停車后移動，除非所有車門閉合并上鎖。7) 7) 緊急制動功能緊急制動功能 根據(jù)應(yīng)用設(shè)計，根據(jù)應(yīng)用設(shè)計，CBTC系統(tǒng)在情況需要時能夠進行緊急剎車，系統(tǒng)在情況需要時能夠進行緊急剎車，并能夠在條件不滿足時制止緊急剎車程序的施行。在大多數(shù)的并能夠在條件不滿足時制止緊急剎車程序的施行。在大多數(shù)的應(yīng)用中緊急剎車是在非常規(guī)停車末進行的，或者當(dāng)非常規(guī)停車應(yīng)用中緊急剎車是在非常規(guī)停車末進行

41、的，或者當(dāng)非常規(guī)停車實施后列車剎車服務(wù)不能足夠地減慢列車速度時進行。非常規(guī)實施后列車剎車服務(wù)不能足夠地減慢列車速度時進行。非常規(guī)停車通常是由列車防護功能提供的最大限度剎車實現(xiàn)的，因為停車通常是由列車防護功能提供的最大限度剎車實現(xiàn)的，因為列車速度已經(jīng)超過了規(guī)定速度并且人為或者自動控制不能夠足列車速度已經(jīng)超過了規(guī)定速度并且人為或者自動控制不能夠足夠地降低列車速度。非常規(guī)停車是不可取消的，并且只有在列夠地降低列車速度。非常規(guī)停車是不可取消的，并且只有在列車速度為零時才能夠被重置。車速度為零時才能夠被重置。8) 8) 線路聯(lián)鎖功能線路聯(lián)鎖功能 如果一條線路進行了聯(lián)鎖，那么如果一條線路進行了聯(lián)鎖，那么C

42、BTC將提供聯(lián)鎖將提供聯(lián)鎖功能來防止列車相撞或者出軌功能來防止列車相撞或者出軌。這與傳統(tǒng)聯(lián)鎖（閉塞）。這與傳統(tǒng)聯(lián)鎖（閉塞）概念的功能一樣概念的功能一樣(例如車站進路聯(lián)鎖例如車站進路聯(lián)鎖)。線路聯(lián)鎖是指線路聯(lián)鎖是指嚴格的無線移動授權(quán)和進路聯(lián)鎖的制約關(guān)系，嚴格的無線移動授權(quán)和進路聯(lián)鎖的制約關(guān)系，移動權(quán)移動權(quán)限（限（MAL）只有在進路鎖閉后才能延伸到聯(lián)鎖線路上。）只有在進路鎖閉后才能延伸到聯(lián)鎖線路上。一旦一旦MAL進入聯(lián)鎖路段，線路就將鎖閉，直到列車駛進入聯(lián)鎖路段，線路就將鎖閉，直到列車駛出聯(lián)鎖路段。在大多數(shù)情況下，雖然聯(lián)鎖在出聯(lián)鎖路段。在大多數(shù)情況下，雖然聯(lián)鎖在CBTC區(qū)區(qū)域外，并由路邊系統(tǒng)通過傳

43、統(tǒng)的信號技術(shù)進行控制，域外，并由路邊系統(tǒng)通過傳統(tǒng)的信號技術(shù)進行控制，但但CBTC系統(tǒng)將和路邊設(shè)備以及聯(lián)鎖設(shè)備連接并提供系統(tǒng)將和路邊設(shè)備以及聯(lián)鎖設(shè)備連接并提供列車所需的防護功能。列車所需的防護功能。5.3.3 CBTC5.3.3 CBTC不同應(yīng)用水平的基本功能不同應(yīng)用水平的基本功能(1)(1)構(gòu)成閉塞功能。構(gòu)成閉塞功能。在在TBTCTBTC系統(tǒng)中各種水平的應(yīng)用均依靠軌道電路來構(gòu)成閉系統(tǒng)中各種水平的應(yīng)用均依靠軌道電路來構(gòu)成閉塞，因為閉塞是保證行車的基本方法。塞，因為閉塞是保證行車的基本方法。在在CBTCCBTC系統(tǒng)中，則必須同樣具有構(gòu)系統(tǒng)中，則必須同樣具有構(gòu)成閉塞區(qū)段的功能。成閉塞區(qū)段的功能。在在

44、CBTCCBTC半自動閉塞系統(tǒng)中，采用進半自動閉塞系統(tǒng)中，采用進/ /出站口的標志器、出站口的標志器、查詢查詢- -應(yīng)答器或其他類似設(shè)置來表明站間閉塞的分界口，并且要達到在出站應(yīng)答器或其他類似設(shè)置來表明站間閉塞的分界口，并且要達到在出站標志之后一定使用某個專用頻率來區(qū)分，用這個頻率來構(gòu)成機車信號以供標志之后一定使用某個專用頻率來區(qū)分，用這個頻率來構(gòu)成機車信號以供給司機給司機( (指最低應(yīng)用水平），或用此信號顯示供給車載設(shè)備上指最低應(yīng)用水平），或用此信號顯示供給車載設(shè)備上ATPATP系統(tǒng)系統(tǒng)( (指較指較高一級應(yīng)用水平）。高一級應(yīng)用水平）。CBTCCBTC中的閉塞功能可以是固定的，也可以是移動的

45、。中的閉塞功能可以是固定的，也可以是移動的。目前在目前在CBTC-CBTC-半自動閉塞系統(tǒng)中的閉塞區(qū)段長度相當(dāng)于站間長度，而在半自動閉塞系統(tǒng)中的閉塞區(qū)段長度相當(dāng)于站間長度，而在CBTC-MASCBTC-MAS系統(tǒng)中則為最短，其長度為本列車常用制動所需的距離附加安全系統(tǒng)中則為最短，其長度為本列車常用制動所需的距離附加安全距離。所以閉塞功能也是保證安全功能。距離。所以閉塞功能也是保證安全功能。(2)(2)列車定位功能。在列車定位功能。在CBTCCBTC系統(tǒng)中定位精度愈高，則系統(tǒng)可使行車效率愈高。系統(tǒng)中定位精度愈高，則系統(tǒng)可使行車效率愈高。(3)(3)速度計算功能。速度計算功能。CBTCCBTC系統(tǒng)

46、要有能力計算出在給定最大允許列車車速條件系統(tǒng)要有能力計算出在給定最大允許列車車速條件下本列車目前最大可能達到的車速。因為在任意一個移動閉塞區(qū)間，列車下本列車目前最大可能達到的車速。因為在任意一個移動閉塞區(qū)間，列車只能依據(jù)各種動態(tài)和靜態(tài)參數(shù)，以及其定位值和實際速度來計算出應(yīng)有速只能依據(jù)各種動態(tài)和靜態(tài)參數(shù)，以及其定位值和實際速度來計算出應(yīng)有速度，才能保證安全。度，才能保證安全。(4)(4)信息采集功能。信息采集功能。CBTCCBTC系統(tǒng)必須向系統(tǒng)的地面設(shè)施和車載設(shè)施及時、動態(tài)系統(tǒng)必須向系統(tǒng)的地面設(shè)施和車載設(shè)施及時、動態(tài)地給出相應(yīng)的參數(shù)和運行狀態(tài)，以備司機人為或車載設(shè)備自動地作出應(yīng)有地給出相應(yīng)的參數(shù)和運行狀態(tài)，以備司機人為或車載設(shè)備自動地作出應(yīng)有的操作。的操作。(5)(5)雙向通信功能。雙向通信功能。CBTCCBTC系統(tǒng)為管轄范圍內(nèi)列車及地面設(shè)施提系統(tǒng)為管轄范圍內(nèi)列車及地面設(shè)施提供良好的雙向通信功能，它不僅供良好的雙向通信功能，它不僅提供運行列車的參數(shù)，而且也提供運行列車的參數(shù)，而且也應(yīng)提供非信號范圍內(nèi)的各種有關(guān)參數(shù)應(yīng)提供非信號范圍內(nèi)的各種有關(guān)參數(shù)，滿足信息社會所需的數(shù)，滿足信息社會所需的數(shù)據(jù)要求。據(jù)要求。(6)(6)信息記錄功能。信息記錄功能。CBTCCBTC系統(tǒng)應(yīng)具有良好的記錄功能，即不僅系統(tǒng)應(yīng)具有良好的記錄功能，即不僅在車載設(shè)施上，而且還應(yīng)在地面設(shè)施有記錄。這種記錄應(yīng)