中韓cbc互聯(lián)互通標準對比研究

中韓cbc互聯(lián)互通標準對比研究

u2009sbt點cbts（coordinationcenter）系統(tǒng)具有安全可靠性高、跟蹤距離短等優(yōu)點，是地鐵等城市軌道管理制度的首選。IEEE1474.1(2004)作為CBTC系統(tǒng)的指導(dǎo)標準,沒有定義系統(tǒng)中的子系統(tǒng)(設(shè)備)之間的協(xié)議,因此無法支持CBTC系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通,也不支持無人駕駛等功能1中韓cbtc系統(tǒng)互聯(lián)互通研究歷程2014年,中國城市軌道交通協(xié)會推動實施城市軌道交通信號系統(tǒng)建設(shè)的互聯(lián)互通,2018年底編制并發(fā)布中國CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通接口規(guī)范,包括4組17部分,涵蓋系統(tǒng)、接口、測試和工程的關(guān)鍵領(lǐng)域2010年起,韓國運營商為了實現(xiàn)國外引進的CBTC系統(tǒng)能夠互聯(lián)互通,在CBTC系統(tǒng)的功能需求和國際標準的基礎(chǔ)上,重新定義CBTC子系統(tǒng)之間的協(xié)議,韓國鐵路標準(KRS)成為指導(dǎo)韓國各條運營路線互聯(lián)互通操作的重要標準,指導(dǎo)韓國無線通信列車控制系統(tǒng)(KRTCS)完成性能評估和安全評估中國和韓國CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通指導(dǎo)文件及相關(guān)標準,涵蓋系統(tǒng)需求、設(shè)計開發(fā)、接口和測試等階段,從系統(tǒng)總體需求、系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)接口、系統(tǒng)測試和工程應(yīng)用6個方面對中韓兩國CBTC互聯(lián)互通的研究進展進行對比分析,為中國自主化的CBTC廠商走向世界提供借鑒意義,同時為下一步中國互聯(lián)互通CBTC系統(tǒng)的發(fā)展指明方向。2中韓cbc系統(tǒng)的互聯(lián)互通比較2.1btc系統(tǒng)的最優(yōu)條件中國互聯(lián)互通標準和韓國KRS標準在制定CBTC系統(tǒng)時,都遵循IEC62290-1,IEEE802.3,IEEE1474.1和IEEE1474.3等國際標準。2.1.1系統(tǒng)無危險輸出中韓CBTC系統(tǒng)的設(shè)計理念都遵循故障安全原則,即系統(tǒng)的一個或多個部件或模塊發(fā)生故障,或輸入信號丟失、計算錯誤、軟件錯誤等情況下,系統(tǒng)不應(yīng)該發(fā)生危險的輸出或影響列車運行安全。2.1.2tren服務(wù)平臺功能CBTC系統(tǒng)的功能劃分為車載系統(tǒng)和地面系統(tǒng),具體包括ATP(Automatictrainprotection)功能、ATO(Automatictrainoperation)功能、ATS(Automatictrainsupervision)功能和CI(Computerinterlocking)功能,如表1所示2.1.3駕駛cm中國CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通中定義列車具有的運行模式包括:列車自動駕駛模式(AM);受控人工駕駛(CM);限制人工駕駛(RM),非限制人工駕駛模式(EUM),其中AM和CM為列車正常運行模式韓國互聯(lián)互通CBTC系統(tǒng)的列車運行模式包括:全自動駕駛模式,自動駕駛模式,手動駕駛模式,緊急駕駛模式,基本駕駛模式,無人模式,待機模式和關(guān)閉模式,最后3種模式與用戶要求相關(guān)2.1.4關(guān)鍵技術(shù)指標規(guī)定中韓CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通協(xié)議在列車位置測量精度、列車速度測量的精度、車地通信時延、列車回退等關(guān)鍵技術(shù)指標都進行規(guī)定,對比如表2所示此外,中國CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通標準對系統(tǒng)的安全性、可靠性、可維護性和可用性指標進行定義,如表3所示2.2互聯(lián)互通cbtc系統(tǒng)架構(gòu)CBTC系統(tǒng)的基本架構(gòu)按照地理位置分為兩大類:軌旁設(shè)備和車載設(shè)備,前者包含軌旁ATP(ZC),CI,ATS、PSD(Platformscreendoor)、LEU和應(yīng)答器;后者包括車載ATP和車載ATO。地面設(shè)備與車載設(shè)備通過數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)DCS(Digitalcommunicationsystem)系統(tǒng)進行通信,DCS系統(tǒng)選用W-LAN或者LTE-R實現(xiàn)通信。互聯(lián)互通CBTC系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。圖1中實線的接口1～5在中韓互聯(lián)互通協(xié)議中都進行了規(guī)定;點劃線接口6僅在韓國互聯(lián)互通協(xié)議中進行了規(guī)定;虛線接口7～12僅在中國互聯(lián)互通協(xié)議中進行了規(guī)定。2.3連接cbct系統(tǒng)的功能比較中韓互聯(lián)互通CBTC系統(tǒng)中的關(guān)鍵子系統(tǒng)的功能對比如表4所示。2.4關(guān)鍵系統(tǒng)間的通信模型雖然中韓互聯(lián)互通CBTC系統(tǒng)架構(gòu)存在區(qū)別,但是包含的關(guān)鍵子系統(tǒng)之間信息安全交互流程基本相同,通信傳輸過程分為3個層次:鏈路層、安全數(shù)據(jù)層和用戶數(shù)據(jù)層,其安全傳輸通信模型如圖2所示2.4.1車地通信方案一般來說,可靠和安全的重要設(shè)備在設(shè)備之間的接口鏈路配置使用TCP/IP協(xié)議,中國CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通方案中,車地通信采用TCP/IP協(xié)議,地面設(shè)備之間的通信采用UDP/IP通信協(xié)議。中國與韓國互聯(lián)互通CBTC系統(tǒng)設(shè)備間應(yīng)用層通信協(xié)議對比如表5所示。2.4.2安全數(shù)據(jù)層安全數(shù)據(jù)層的作用是應(yīng)對傳輸過程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險,完成對用戶數(shù)據(jù)的保護,滿足CBTC系統(tǒng)的功能要求2.4.3用戶數(shù)據(jù)層(1)傳輸用戶信息中韓CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通協(xié)議的用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)均為可變長度,由子系統(tǒng)間傳輸信息量決定,為通用字段和特殊字段組成。通用字段信息屬于安全防護范圍,主要保證信息時效性和有效性;特殊字段由相互聯(lián)通的設(shè)備提供商溝通確定,確保各個廠家的設(shè)備在使用過程中發(fā)送和接收信息能夠被充分有效使用(2)用戶信息的比較由圖1可知,韓國的互聯(lián)互通CBTC系統(tǒng)中的關(guān)鍵子系統(tǒng)接口有6類,這6類的中國和韓國的用戶信息比較如表8所示。此外,由圖1可知,中國互聯(lián)互通CBTC系統(tǒng)中關(guān)鍵子系統(tǒng)接口協(xié)議還定義了ATS-ATS之間2.5中韓互聯(lián)cbct系統(tǒng)的測試比較2.5.1cbtc互聯(lián)互通試驗在互聯(lián)互通測試方面,中國的4家CBTC供應(yīng)商為每條新建線路單獨提供一套完整的CBTC系統(tǒng),不同廠家的列車在不同線路上交叉運行,實現(xiàn)互聯(lián)互通性能驗證測試。韓國的設(shè)備供應(yīng)商提供子系統(tǒng)組成一套完整的CBTC系統(tǒng),對一條既有線路進行升級改造,跑車試驗驗證互聯(lián)互通性能。中國和韓國互聯(lián)互通CBTC系統(tǒng)的系統(tǒng)(設(shè)備)供應(yīng)商及產(chǎn)品信息如表9,表10所示2.5.2krtcs的互聯(lián)互通中國互聯(lián)互通CBTC系統(tǒng)測試包括實驗室測試和現(xiàn)場測試兩個階段。4家中國互聯(lián)互通CBTC系統(tǒng)供應(yīng)商,采用真實系統(tǒng)與仿真系統(tǒng)結(jié)合的方式,在重慶龍鳳溪搭建集成測試實驗室,驗證互聯(lián)互通CBTC系統(tǒng)的功能,如圖3所示KRTCS的性能和互聯(lián)互通功能測試在既有線路——莫克波附近的大佛線(伊洛站到大堡站,11.25km)作為實驗線路,線路如圖4所示,站場平面如圖5所示。在5個地方臨時安裝WLAN和LTE-R,用于列車控制系統(tǒng)的無線通信網(wǎng)絡(luò)。伊洛站安裝了ATS系統(tǒng)、軌旁ATP系統(tǒng)、CI系統(tǒng);大佛站安裝CI系統(tǒng)、道岔、信號機和PSD,驗證軌道占用控制功能和無人駕駛功能。軌道每隔200m安裝1組應(yīng)答器,糾正ATP計算的列車位置誤差。測試列車的前部和后部分別配備了1套車載ATP/ATO系統(tǒng)。同時,安裝TCMS(列車控制與監(jiān)控系統(tǒng))和相關(guān)的TGIS(列車圖形信息系統(tǒng))監(jiān)控列車運行狀況2.5.3測試內(nèi)容和要求中國互聯(lián)互通測試規(guī)范中定義的測試內(nèi)容包括的CBTC系統(tǒng)的74個功能點,分為共線和跨線,其中共線的接口/功能和數(shù)據(jù)測試組合有12種;跨線接口/功能和數(shù)據(jù)測試組合共6種,測試分3個階段進行測試:(1)設(shè)計與實現(xiàn)階段,由廠商內(nèi)部獨立測試;(2)室內(nèi)平臺測試階段,各個廠家在互聯(lián)互通實驗室平臺進行測試;(3)試驗線階段,各廠家的車輛進行現(xiàn)場測試。測試內(nèi)容分為6部分:(1)與設(shè)備安全相關(guān);(2)與車輛接口相關(guān);(3)與線路相關(guān)的列車運行功能;(4)與繼電接口相關(guān)功能;(5)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)功能;(6)運營相關(guān)功能。中國互聯(lián)互通測試規(guī)范對74個系統(tǒng)功能點的測試方法、測試階段等內(nèi)容進行了詳細規(guī)定KRS標準按照地面設(shè)備和車載設(shè)備,對其測試內(nèi)容、測試標準、測試步驟進行了規(guī)定。對系統(tǒng)(設(shè)備)的型式試驗包括外觀檢查、功率波動測試、低溫測試、高溫測試、溫度循環(huán)測試、高溫高濕測試、EMC測試、絕緣測試、振動測試、沖擊測試、防水防塵測試和組合測試2.6基于ato和psd的輕軌信號互聯(lián)互通中國互聯(lián)互通CBTC系統(tǒng)示范工程選取4條重慶新建線路,線路如圖6所示,其線路信息如表12所示。韓國CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通線路Shin-lim輕軌7.76km,設(shè)計支持無人駕駛,最短運行時間為2min。為了將KRTCS系統(tǒng)應(yīng)用于此線,對Shin-lim輕軌信號進行升級改造,在站臺上安裝PSD和緊急停車按鈕等安全設(shè)備,互聯(lián)互通協(xié)議定義了ATO和PSD之間的控制操作;站臺緊急停止信號可與KRTCS系統(tǒng)的軌旁ATP系統(tǒng)關(guān)聯(lián),在緊急情況下可以禁止列車進入站臺。Shin-lim輕軌現(xiàn)場系統(tǒng)詳細設(shè)計如表13所示3中韓互聯(lián)互通的主要差異中韓兩國通過示范工程,證明了各自的CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通的可行性。通過對CBTC系統(tǒng)中子系統(tǒng)間接口的標準定義和配置,實現(xiàn)CBTC系統(tǒng)的互聯(lián)互通和標準化,擴大系統(tǒng)的適用性。此外,CBTC系統(tǒng)的互聯(lián)互通增強了信號系統(tǒng)(設(shè)備)制造商之間的市場競爭,通過一個標準化的平臺,降低系統(tǒng)建設(shè)成本和維護成本,擴大了信號系統(tǒng)的市場經(jīng)濟規(guī)模。中韓CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通存在主要差異如下。(1)韓國互聯(lián)互通的CBTC系統(tǒng)應(yīng)用于既有線路改造中,對既有線路升級的過渡方案進行了探索研究;中國的CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通示范工程的4條線路均為新建線路,沒有既有線路改造帶來的問題。隨著中國其他城市軌道交通升級改造,如何將既有線路的信號系統(tǒng)升級為互聯(lián)互通CBTC系統(tǒng)仍需進一步研究。(2)韓國互聯(lián)互通CBTC系統(tǒng)支持全自動駕駛操作,中國互聯(lián)互通示范工程暫時無此項需求。隨著FAO系統(tǒng)在中國地鐵中的廣泛應(yīng)用,后續(xù)支持全自動駕駛操作的互聯(lián)互通研究仍需進一步加強。(3)中國互聯(lián)互通方案是基于系統(tǒng)級,系統(tǒng)(設(shè)備)供應(yīng)商為一條地鐵線路提供一整套完整的CBTC系統(tǒng)