CBTC系統(tǒng)下列車移動授權(quán)及自動防護原理

CBTC系統(tǒng)下列車移動授權(quán)及自動防護原理摘要：隨著我國軌道交通的發(fā)展，基于無線通信的列車控制系統(tǒng)CBTC(CommunicationBasedTrainControl)已逐漸成為我國城市軌道交通控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。CBTC系統(tǒng)采用高精度的列車定位、連續(xù)的車地雙向通信方式，使行車效率大大提高。本文參照某地鐵2號線(蛇口線)URBALISTM列車控制系統(tǒng)，介紹了CBTC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并詳細討論了CBTC系統(tǒng)下列車移動的授權(quán)問題和自動防護的基本原理。關(guān)鍵詞：CBTC系統(tǒng)，列車定位，列車移動授權(quán)，自動防護原理1?引言CBTC系統(tǒng)巳經(jīng)逐漸成為城市軌道交通信號系統(tǒng)的主流。CBTC系統(tǒng)最大的特點是采用獨立于軌道的車地雙向通信設(shè)備，實時不間斷連續(xù)傳遞信息，同時加上列車的精確定位，實現(xiàn)移動閉塞的功能并控制列車移動授權(quán)。CBTC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一個典型的CBTC系統(tǒng)包括：列車自動監(jiān)督系統(tǒng)ATS(AutomaticTrainSupervision)數(shù)據(jù)庫存儲單元DSU(DatabaseStorageUnit)%區(qū)域控制器ZC(ZoneController)、計算機聯(lián)鎖Cl(ComputerInterlocking)、車載控制器CC(CarborneController)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)DCS(DataCommunicationSystem包括軌旁光纖骨干網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)交換機、軌旁無線接入點以及車載無線設(shè)備)。整個系統(tǒng)包括CBTC車載系統(tǒng)和CBTC軌旁系統(tǒng)，并通過DCS聯(lián)系起來，構(gòu)成系統(tǒng)的核心部分，實現(xiàn)對列車的控制。列車定位3.1定位原理CBTC系統(tǒng)列車位置是山列車本身確定，然后通過DCS系統(tǒng)實時傳遞至軌旁CBTC設(shè)備。某地鐵2號線URBALISTM系統(tǒng)采歐式信標(biāo)進行列車定位，當(dāng)列車通過信標(biāo)時，山列車信標(biāo)天線激活地面上的信標(biāo)，并向列車發(fā)送一個唯一的識別號，CBTC系統(tǒng)可以在列車的運行線路上迅速、準確的捕捉到列車的具體位置。當(dāng)CC通過一個信標(biāo)時，CC接收到信標(biāo)識別并和線路配置數(shù)據(jù)比較以確定其在線路上的位置。然后將該位置信息報告給ZC。CC周期性地計算其安全位置。在每2次重新定位之間，CC根據(jù)測算經(jīng)過上一個信標(biāo)之后的位移計算其最大和最小可能位置。列車的實際位置總是在這兩個位置之間。這兩個最大和最小可能位置之間的距離稱為定位誤差。隨著列車的移動，該誤差將山于車輪的空轉(zhuǎn)/打滑效應(yīng)而增加。該原理保證列車的實際位置總是在最大定位報告和最小定位報告之間。檢測到的最大和最小位置將被發(fā)送至ZC用于計算自動防護AP(AutomaticProtection)o山于編碼里程計安裝在車輪上，列車運行時車輪的打滑、編碼里程計固有的誤差和車輪磨損誤差，而且誤差會隨著列車的運行距離增加而不斷積累。在URBALISTM系統(tǒng)中ATC會自動通過兩個相隔21m的重定位信標(biāo)重新進行初始化校準里程計精度來消除計?算誤差，如果列車失去定位，系統(tǒng)能通過在線路上的任意位置讀取2個連續(xù)的信標(biāo)重定位。3.2自動防護移動閉塞要確保線路上列車的安全間隔，ZC根據(jù)CC發(fā)送的位置報告為控制范圍內(nèi)的每列車建立虛擬的安全包絡(luò)(AP),它山列車定位的兩端定義的：對于通信正常的列車(CBTC),定位的一端被認為是車頭，另一端是車尾。此兩端之間區(qū)域被定義為列車占用區(qū)域；對于通信故障的列車(CBTC或點式防護模式)，或未裝備信號設(shè)備的列車，AP為所占用的輔助列車檢測區(qū)域。CC每隔400ms發(fā)送一次位置報告給ZC。主要信息為列車的最大和最小定位和速度，還有列車編號及其相應(yīng)的時間和時效性。如果列車駛出其自身的自動防護范圍之外，ATP將實施緊急制動。列車始終由AP安全地管理。3.3AP更變當(dāng)列車開始行駛時，AP的大小和位置也隨著不斷變化。每次列車發(fā)送新的定位信息時，相應(yīng)的AP也需要更新。在2個定位報告之間，行駛的列車會在自動防護區(qū)域內(nèi)移動。AP與列車行駛的速度有密切的聯(lián)系，AP的更變需要考慮列車行駛速度的影響。同時考慮到列車在2個定位報告間延遲期間的移動。4乍■地通信在城市軌曲交通領(lǐng)域，列車自動控制系統(tǒng)的車-地通信信道主要采用點式和連續(xù)式兩種通信方式來實現(xiàn)列車與軌旁設(shè)備間的信息傳輸。地到車的信息主要是列車自動防護(ATP)信息，車到地的信息主要是列車動態(tài)信息(包括列車位置.速度、駕駛模式、停車保證等)和車載信號設(shè)備及列車車輛相關(guān)狀態(tài)信息等。車-地信息傳輸系統(tǒng)一般采用基于通信的多服務(wù)冗余數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(DataTransmissionSystemCS),實現(xiàn)地車的雙向信息傳輸。U前主要的CBTC系統(tǒng)實現(xiàn)車■地信息傳輸?shù)姆绞接校焊袘?yīng)環(huán)線、漏泄波導(dǎo)/漏纜、無線傳輸?shù)取??列車定位H前在國內(nèi)外城市軌道交通中有多種列車定位方法。依據(jù)軌道電路定位的方法主要有基于軌道電路的列車定位技術(shù)、測速列車定位方法、基于查詢■應(yīng)答器的列車定位法技術(shù)、感應(yīng)回線車載傳感器定位技術(shù)及信標(biāo)定位；基于C盯C的列車定位方法有無線擴頻通信定位技術(shù)和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystem,簡為GPS)等。無線擴頻通信定位技術(shù)，采用先進的無線擴頻通信、偽碼測距和計算機信息處理技術(shù)，實現(xiàn)了對復(fù)雜環(huán)境中列車的實時準確定位及跟蹤。其基本原理為：地面設(shè)置測距基站和中心控制站，在列車兩端安裝無線擴頻通信發(fā)射機；發(fā)射機向地面測距基站發(fā)射定位信息；測距基站(采用全數(shù)字解擴方式)收到定位信息后，使用數(shù)字信號處理技術(shù)計算出偽距，并通過無線或有線鏈路送至中心控制站進行信息處理。其定位結(jié)果顯示在電子地圖上，并以無線方式傳遞到列車上。這種定位方法比較精確，而且是一套完全獨立的定位系統(tǒng)。GPS是一種無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，不僅具有全球性、全天候和連續(xù)的精密三維定位能力，而且還能實時對運載體的速度、姿態(tài)進行測定以及精密授時。H前，GPS提供的定位精度小于10mo為了得到更高的定位精度，通常采用差分GPS(即DifferentialGlobalPositionSystem,簡為DGPS)技術(shù)。DGPS引入一個巳知位置的誤差信息后，定位精確度帶來數(shù)量級的提高，能實時地給出cm級的定位結(jié)果。在此模式下，連續(xù)通信使得DGPS不受物理區(qū)段的約束，只在邏輯分區(qū)之間發(fā)生步進(計算機內(nèi)部模擬的列車從一個區(qū)段運動到相鄰的區(qū)段叫做〃步進“)，并根據(jù)原始的列車位置報文修正列車實際的位置，車次號跟隨列車當(dāng)前的位置步進。6結(jié)束語U前國內(nèi)軌道交通使用的傳統(tǒng)固定閉塞技術(shù)都是依靠軌道本身來傳導(dǎo)控制信號，以軌道電路來劃分控制區(qū)間，從而決定列車間的安全制動距離。與固定閉塞技術(shù)相比，基于無線通信的列車控制系統(tǒng)靠沿軌道鋪設(shè)的簡單線路與移動列車間的通信來實現(xiàn)控制，這樣就縮短了控制區(qū)間單位長度，從而縮短了列車間的安全制動距離。如此就可以精簡列車編組，提高發(fā)車頻率，從而提升軌道交通系統(tǒng)的運客能力。通過使用基于無線通信列車控制系統(tǒng)，可