列車運行控制系統(tǒng)-44列控地面設備CBTC地面設備

1、1第四章 列控地面設備4CBTC系統(tǒng)地面設備組成與原理.2列控系統(tǒng)地面設備配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CBTCZPW-2000A軌道電路應對器列控中心無線閉塞中心地面ATP設備CTCS-3級列控系統(tǒng).3 CBTC定義 基于通訊的列車運轉控制系統(tǒng)Communication Based Train Control 簡稱 CBTC 高分辨率列車平安定位、延續(xù)大容量雙向的車-地數據傳輸延續(xù)式列車自動控制系統(tǒng)。 地面設備和車載設備組成 . CBTC的突出優(yōu)點是可以實現車地之間的雙向通訊，并且傳輸信息量大，傳輸速度快，很容易實現挪動自動閉塞系統(tǒng)，大量減少區(qū)間敷設電纜，減

2、少一次性投資及減少日常維護任務，可以大幅度提高區(qū)間通行才干，靈敏組織雙向運轉和單向延續(xù)發(fā)車，容易順應不同車速、不同運量、不同類型牽引的列車運轉控制等。 在CBTC運用中的關鍵技術是雙向無線通訊系統(tǒng)、列車定位技術、列車完好性檢測等。在雙向無線通訊系統(tǒng)中，在歐洲是運用GSM-R系統(tǒng)，但在美洲那么用擴頻通訊等其他種類無線通訊技術。列車定位技術那么有多種方式，例如車載設備的測速-測距系統(tǒng)、全球衛(wèi)星定位、感應回線等。. 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，轉而以無線通訊系統(tǒng)替代，減少電纜鋪設及維護本錢。 可以實現車輛與控制中心的雙向通訊，大幅度提高了列車區(qū)間經過才干。 信息傳輸流

3、量大、效率高、速度快，容易實現挪動自動閉塞系統(tǒng)。 容易順應各種車型、不同車速、不同運量、不同牽引方式的列車，兼容性強。 可以將信息分類傳輸，集中發(fā)送和集中處置，提高伐度中心任務效率。.3、CBTC的構造圖. CBTC設備組成 列車自動監(jiān)控系統(tǒng)(Automatic Train Supervision, ATS )區(qū)域控制器(ZC)計算機聯鎖系統(tǒng)(Computer Interlocking, CI )車載控制器(Vehicle On Board Controller, VOBC)數據存儲單元(Data Saving Unit, DSU)軌旁設備(Way side Equipment, WE)數據通

4、訊系統(tǒng)(Data Communication System, DCS )一、系統(tǒng)原理與組成.8根本原理 系統(tǒng)根據車載測速定位設備獲知列車本身在線路上的位置，并由車載設備將列車位置、區(qū)段占用情況實時向ZC報告，同時聯鎖系統(tǒng)將線路信息包括信號顯示、道岔位置、屏蔽門形狀發(fā)送給ZC和車載，然后ZC向列車提供挪動授權，對列車的運轉提供維護。一、系統(tǒng)原理與組成.CBTC任務原理 CBTC系統(tǒng)是指經過無線通訊的方式實現列車和地面間延續(xù)通訊的列車控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的中心部分為軌旁和車載兩部分。 列車經過機車上的測速傳感器和線路上的應對器來得到列車的實時位置，應對器在線路的固定位置設置，列車每經過一個應對器就會在數

5、據庫中查找其位置，從而得到列車的準確位置，列車的實時速度是經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，每經過一個應對器的實踐位置加上相對該應對器的相對位移就可以實時的獲得列車的準確位置。VOBC將列車的準確位置經過WLAN發(fā)送給軌旁設備，實現列車對地面設備的通訊。 軌旁的中心設備是區(qū)域控制器ZC，它擔任管理運轉在其管轄范圍內的一切列車。. ZC接納VOBC發(fā)送過來的列車位置、速度和運轉方向信息，同時從聯鎖設備獲得列車進路、道岔形狀信息，從ATS接納暫時限速信息，在思索其他一些妨礙物的條件計算MA，并向列車發(fā)送，通知列車可以走多遠、多快，從而保證列車間的平安行車間隔。 由于CBTC

6、系統(tǒng)可以準確的知道列車的位置，“速度一間隔方式曲線(Distance to go )是其對列車的控制原那么。現實上，不論是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)控車原那么都很類似，只不過CBTC系統(tǒng)對列車位置的把握準確度更高，對列車控制的準確度也會更高，基于軌道電路的系統(tǒng)，挪動授權是軌道區(qū)段長假設干倍，而CBTC系統(tǒng)，挪動授權更準確。正是CBTC系統(tǒng)可以更準確的控車，才有的縮短了列車追蹤間隔，使運轉效率大大提高。.11一、系統(tǒng)組成ATS系統(tǒng) ATS系統(tǒng)主要實現對列車運轉的監(jiān)視和指揮，輔助調度恣意對全線列車進展管理，ATS包括控制中心和車站設備。 根本功能包括：列車識別和跟蹤、

7、運轉圖管理、列車進路辦理、在線列車沖突管理、列車運轉自動調整、扣車、跳車、暫時限速等。.聯鎖系統(tǒng) 軌道空閑處置、進路控制、道岔控制和信號控制功能是CI子系統(tǒng)的主要功能。進路控制功能擔任整條進路的陳列、鎖閉、堅持和解鎖。道岔控制功能擔任道岔的解鎖、轉換、鎖閉和監(jiān)視。這些動作是對ATS子系統(tǒng)命令的呼應。信號控制功能擔任監(jiān)視軌道旁信號機的形狀，并根據進路、軌道區(qū)段、道岔和其它軌旁信號機的形狀來控制信號機。 它根據來自ATS的命令設置信號機何時為停車顯示。它也產生命令輸出，ATC系統(tǒng)以此來控制列車從一個進路行駛到另一進路。一、系統(tǒng)組成.13一、系統(tǒng)組成聯鎖系統(tǒng) 傳統(tǒng)聯鎖系統(tǒng)CBTC聯鎖系統(tǒng)列車位置檢查

8、手段由軌道電路完成，聯鎖檢查GJ前節(jié)點的狀態(tài)來判斷某一區(qū)段的占用及出清狀態(tài)聯鎖接收區(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)段占用情況聯鎖邏輯檢查要素檢查進路始、終端信號機及其狀態(tài)多數情況下，聯鎖無需檢查信號機條件；當線路中設置信號機時聯鎖檢查條件要依據信號機的位置分別處理，詳細原則見下文檢查進路所包含的軌道區(qū)段狀態(tài)，是否被征用、占用或空閑只需明確進路路徑，不需要檢查區(qū)段空閑狀態(tài)檢查待鎖閉進路的相關敵對進路狀態(tài)，是否已經預選或鎖閉與傳統(tǒng)聯鎖相同聯鎖設備管理區(qū)域傳統(tǒng)聯鎖系統(tǒng)以進、出站信號機為界限，只管理站內的進路及相關地面

9、信號要素，車站以外的地面信號要素由區(qū)間設備管理實現區(qū)域化聯鎖控制，將區(qū)間設備也納入所屬聯鎖區(qū)，由設備集中站聯鎖統(tǒng)一管轄；聯鎖區(qū)之間通過通信方式實現站間照查，梁云鵬 、王呈、呂浩炯，機車電傳動2021年3期 . VOBC子系統(tǒng) 在VOBC子系統(tǒng)中，列車的位置和運轉方向信息在保證列車平安運轉中作用艱苦，列車定位方式采用測速傳感器和地面應對器相結合的方式實現。DCS數據通訊系統(tǒng) 數據通訊系統(tǒng)采用無線局域網WLAN技術，經過沿線設無線接入點(Access Point,AP)的方式實現列車與地面之間不延續(xù)的數據通訊。一個AP點可以傳輸幾十千米的間隔。一、系統(tǒng)組成. DSU系統(tǒng) 城市軌道交通CBTC系統(tǒng)中

10、，列車不是經過軌道電路來定位的，是列車經過安裝在車輪上的測速傳感器來實現的，為了實現系統(tǒng)的調度和協(xié)調一致，就要求列車和地面共用一個數據庫。要實現整個數據庫的管理就需求數據存儲單元DSU來實現，這個數據庫存儲了列車與地面的各種信息，其中有靜態(tài)數據庫，也有動態(tài)數據庫。ZC功能的實現就需求不斷的調用數據庫中的數據。因此，數據庫中數據的平安是很重要的，在CBTC系統(tǒng)中是經過冗余的方式來保證數據庫中數據的平安。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)可以接納其控制范圍內列車發(fā)出的一切位置信息。根據軌道上妨礙物的位置

11、，向轄區(qū)內的一切列車提供行車答應。 地面ATP系統(tǒng)的主要功能包括：對轄區(qū)內一切運轉列車的管理、生成行車答應、以及保證列車進入和駛離管轄區(qū)域的運轉平安等。 .17一、系統(tǒng)組成 所謂“妨礙物包括前行列車、封鎖區(qū)域、失去位置表示的道岔，以及任何外部產生的要素如-緊急停車按鈕、站臺屏蔽門、防淹門和隔離維護門等。同時，地面ATP系統(tǒng)還擔任對相鄰地面ATP系統(tǒng)的行車答應懇求作出呼應，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)與其它設備的信息交互圖.19地面ATP設備在對列車進展平安防護及生成MA過程中，需運用車載報告的列車位置信息。但此位置信息不平安，地面ATP系統(tǒng)必需對此信息進展平安處置

12、。呵斥位置誤差的要素有：車-地通訊延時、丟數等。地面ATP系統(tǒng)需根據列車參數及預估的通訊延時對列車位置添加相應的包絡，從而保證列車的平安。經過平安包絡處置后的列車位置稱為列車的平安位置，列車匯報給地面ATP系統(tǒng)的列車位置稱為列車的非平安位置。地面ATP設備功能原理列車平安定位20計算列車平安位置要思索哪些要素：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設備功能原理列車平安位置21地面ATP設備在生成MA的過程中，會處置到各種妨礙物，從中選取符合條件的可以作為列車當前運轉終點的終點妨礙物。終點妨礙物既有能夠是靜態(tài)妨礙物，例如道岔，進路終點等；也有能夠是動態(tài)妨礙物，例如前方

13、列車等。列車的行車答應會有規(guī)律地、周期性地重建。經過平安包絡處置后的列車位置稱為列車的平安位置，列車匯報給地面ATP系統(tǒng)的列車位置稱為列車的非平安位置。地面ATP設備功能原理生成行車答應221列車運轉在地面ATP系統(tǒng)的管轄范圍內，車載設備向地面ATP系統(tǒng)匯報列車位置、測距誤差以及行車答應懇求等信息，地面ATP根據這些信息，計算產生列車的平安位置，如以下圖所示：2地面ATP根據計算生成的列車平安位置，確定列車在線路上的位置。行車答應計算過程生成行車答應獲得當前列車位置233聯鎖采集線路內妨礙物形狀道岔、屏蔽門、緊急停車按鈕、計軸區(qū)段等，向地面ATP系統(tǒng)發(fā)送妨礙物信息及聯鎖的進路信息。4確定行車答

14、應的計算范圍。地面ATP接納到聯鎖的進路信息、妨礙物信息，根據列車在線路上的位置信息，確定列車當前可以運用的進路范圍。 如以下圖所示，列車運轉在進路R1上，進路R2、R3均已陳列，地面ATP經過線路上列車運轉情況及信號機的接近區(qū)段情況判別該車為最接近進路R2和R3的受控制的列車，將進路R1、R2、R3均分配給該列車運用，這樣就確定了為該列車計算行車答應需求思索的范圍。行車答應計算過程生成行車答應采集妨礙物信息245確定該列車MA需思索的范圍后，MA計算所需思索的妨礙物類型可劃分為兩大類情況，分別進展遍歷：一類為靜態(tài)妨礙物，線路上靜態(tài)存在的能夠影響列車運轉的妨礙物包括道岔、平安門、站臺緊急封鎖按

15、鈕等；另一類為動態(tài)妨礙物，在線路上運轉的列車。行車答應需思索這兩類妨礙物，綜合確定。6假設對于靜態(tài)妨礙物和動態(tài)妨礙物而言，在按照從近到遠的順序遍歷妨礙物后，假設在進路中沒找到影響列車運轉平安的妨礙物，將行車答應的終點設置在分配給該車的最遠進路的終點，同時將行車答應范圍中的一切妨礙物以在行車答應信息的方式發(fā)送給列車。行車答應計算過程生成行車答應檢查前方妨礙物257對于靜態(tài)妨礙物，地面ATP需求從列車車尾平安位置行車答應起點，按照由近到遠的順序，遍歷線路上的靜態(tài)妨礙物的形狀能否會影響列車運轉的平安。8對于靜態(tài)妨礙物中的道岔而言，在進展行車答應計算過程中，需求檢查道岔的當前形狀與進路要求的聯鎖形狀能

16、否相符，假設當前形狀與進路要求的聯鎖形狀相符，那么以為道岔不會影響列車運轉平安，允許將行車答應延伸經過該道岔；否那么，不允許行車答應延伸，將該道岔作為終點妨礙物。行車答應計算過程生成行車答應檢查靜態(tài)妨礙物269對于靜態(tài)妨礙物中的站臺平安門或站臺緊急封鎖按鈕，需檢查站臺平安門或站臺緊急封鎖按鈕當前形狀能否為翻開形狀，假設檢查發(fā)現妨礙物形狀為翻開，將不允許MA延伸經過該妨礙物，將站臺平安門或站臺緊急封鎖按鈕對應的站臺區(qū)域始端位置作為終點妨礙物；反之，那么允許行車答應延伸經過該妨礙物。行車答應計算過程生成行車答應檢查靜態(tài)妨礙物2710完成了靜態(tài)妨礙物遍歷后，地面ATP系統(tǒng)還需根據線路情況及列車情況，

17、檢查MA遍歷范圍內的其他列車運轉情況，根據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，由于同一時辰只允許一列車在站臺區(qū)域內運轉，因此，此時應將對應的站臺區(qū)域的始端作為終點妨礙物；情況二為兩列車在區(qū)間運轉，將前車的平安車尾位置作為終點妨礙物。行車答應計算過程生成行車答應檢查動態(tài)妨礙物28對控制范圍內的列車進展監(jiān)視管理將每列車的運轉過程劃分為不同的運轉控制形狀對不同的運轉形狀，地面ATP實施相應的操作，保證平安。恣意時辰每列車只能處于一種形狀不同列車可以處于一樣形狀ZC根據列車形狀進展循環(huán)處置列車管理列車運轉控制形狀29列車管理運行控制狀態(tài)含義進入控制狀態(tài)該狀態(tài)下，列車已向ZC申請

18、行車許可MA，由于聯鎖進路未排出等原因，ZC暫時無法為列車生成MA，未對該列車進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)生列車相關數據，準備移交接管狀態(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，列車已進入折返處理流程，換端還未完成，ZC不進行信息交互注銷狀態(tài)該狀態(tài)下，列車正在出清所在ZC，進入下一個ZC或退出列控系統(tǒng)，ZC確認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，將對列車進行故障

19、處理，保證其他列車運行安全序號當前狀態(tài)轉移至觸發(fā)條件1初始狀態(tài)正常運行狀態(tài)列車申請MA，聯鎖排出進路2初始狀態(tài)進入控制狀態(tài)列車申請MA，聯鎖未排出進路3進入控制狀態(tài)正常運行狀態(tài)聯鎖排出進路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，聯鎖排出進路6接管狀態(tài)進入控制狀態(tài)移交列車申請MA，聯鎖未排出進路7正常運行狀態(tài)移交狀態(tài)列車申請MA,列車當前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，聯鎖排出進路10折返狀態(tài)進入控制狀態(tài)列車換端完成，聯鎖未排出進路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

20、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31ZC經過嚴厲的邏輯判別，確定出管轄范圍內每列車的運轉控制形狀，時辰追蹤列車運轉情況，并將管轄范圍內的一切列車一致進展管理，保證多車運轉的平安性。列車管理32當通訊列車從某一地面ATP系統(tǒng)管轄范圍進入另一地面ATP系統(tǒng)管轄范圍時，地面ATP系統(tǒng)將根據通訊列車的行車答應情況判別列車能否運轉到達管轄范圍邊境。假設到達地面區(qū)域分界點，那么移交地面ATP系統(tǒng)將向接納地面ATP系統(tǒng)發(fā)出移交懇求，以后由相鄰兩個地面ATP系統(tǒng)分別為該移交列車計算各自管轄范圍內的行車答應，并由列車當前受控的地面ATP系統(tǒng)擔任將兩部分的行車答應進展混合后發(fā)送給列車，并根據線路情況不斷更新行車答應。列車跨邊境運轉控制列車跨邊境運轉控制331列車即將跨越地面區(qū)域邊境點P，此時列車的MA終點已發(fā)至P點且仍在向地面AT