列車運行控制系統(tǒng)-44列控地面設備CBTC地面設備

1、列車運行控制系統(tǒng)列車運行控制系統(tǒng)-44-44列列控地面設備控地面設備CBTCCBTC地面設備地面設備2裝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CBTCCTCS-3級列控系統(tǒng)3p CBTC定義p 基于通信的列車運行控制系統(tǒng)Communication Based Train Control 簡稱 CBTCp 高分辨率列車平安定位、連續(xù)大容量雙向的車-地數(shù)據(jù)傳輸連續(xù)式列車自動控制系統(tǒng)。p 地面設備和車載設備組成 CBTC的突出優(yōu)點是可以實現(xiàn)車地之間的雙向通信，并且傳輸信息量大，傳輸速度快，很容易實現(xiàn)移動自動閉塞系統(tǒng)，大量減少區(qū)間敷設電纜，減少一次性投資及減少日常維護工作，可以

2、大幅度提高區(qū)間通行能力，靈活組織雙向運行和單向連續(xù)發(fā)車，容易適應不同車速、不同運量、不同類型牽引的列車運行控制等。 在CBTC應用中的關(guān)鍵技術(shù)是雙向無線通信系統(tǒng)、列車定位技術(shù)、列車完整性檢測等。在雙向無線通信系統(tǒng)中，在歐洲是應用GSM-R系統(tǒng)，但在美洲那么用擴頻通信等其他種類無線通信技術(shù)。列車定位技術(shù)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(zhuǎn)而以無線通信系統(tǒng)代替，減少電纜鋪設及維護本錢。 可以實現(xiàn)車輛與控制中心的雙向通信，大幅度提高了列車區(qū)間通過能力。 信息傳輸流量大、效率高、速度快，容易實現(xiàn)移動自動

3、閉塞系統(tǒng)。 容易適應各種車型、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)送和集中處理，提高調(diào)度中心工作效率。3、CBTC的結(jié)構(gòu)圖p CBTC設備組成設備組成 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(lián)鎖系統(tǒng)(Computer Interlocking, CI ) 車載控制器(Vehicle On Board Controller, VOBC) 數(shù)據(jù)存儲單元(Data Saving Unit, DSU) 軌旁設備(Way side Equipment, WE) 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)(Data C

4、ommunication System, DCS )一、系統(tǒng)原理與組成8p根本原理根本原理p 系統(tǒng)根據(jù)車載測速定位設備獲知列車本身在線路上的位置，系統(tǒng)根據(jù)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(lián)報告，同時聯(lián)鎖系統(tǒng)將線路信息包括信號顯示、道岔位置、屏蔽門狀態(tài)發(fā)送給鎖系統(tǒng)將線路信息包括信號顯示、道岔位置、屏蔽門狀態(tài)發(fā)送給ZC和車載，然后和車載，然后ZC向列車提供移動授權(quán)，對列車的運行提供保向列車提供移動授權(quán)，對列車的運行提供保護。護。一、系統(tǒng)原理與組成CBTC工作原理 CBTC系統(tǒng)是指通過無線通

5、信的方式實現(xiàn)列車和地面間連續(xù)通信的列車控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的核心局部為軌旁和車載兩局部。 列車通過機車上的測速傳感器和線路上的應答器來得到列車的實時位置，應答器在線路的固定位置設置，列車每經(jīng)過一個應答器就會在數(shù)據(jù)庫中查找其位置，從而得到列車的精確位置，列車的實時速度是通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(jīng)過一個應答器的實際位置加上相對該應答器的相對位移就可以實時的獲得列車的準確位置。VOBC將列車的準確位置通過WLAN發(fā)送給軌旁設備，實現(xiàn)列車對地面設備的通信。 軌旁的核心設備是區(qū)域控制器ZC，它負責管理運行在其管轄范圍內(nèi)的所有列車。 ZC接收VOBC發(fā)送過來的列車位置、速度和

6、運行方向信息，同時從聯(lián)鎖設備獲得列車進路、道岔狀態(tài)信息，從ATS接收臨時限速信息，在考慮其他一些障礙物的條件計算MA，并向列車發(fā)送，告訴列車可以走多遠、多快，從而保證列車間的平安行車間隔。 由于CBTC系統(tǒng)能夠精確的知道列車的位置，“速度一距離模式曲線(Distance to go )是其對列車的控制原那么。事實上，不管是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)控車原那么都很相似，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)，移動授權(quán)是軌道區(qū)段長假設干倍，而CBTC系統(tǒng)，移動授權(quán)更精確。正是CBTC系統(tǒng)能夠更精確的控車，才有的縮短

7、了列車追蹤間隔，使運行效率大大提高。11一、系統(tǒng)組成 ATS系統(tǒng) ATS系統(tǒng)主要實現(xiàn)對列車運行的監(jiān)督和指揮，輔助調(diào)度任意對全線列車進行管理，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、運行圖管理、列車進路辦理、在線列車沖突管理、列車運行自動調(diào)整、扣車、跳車、臨時限速等。 聯(lián)鎖系統(tǒng) 軌道空閑處理、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。進路控制功能負責整條進路的排列、鎖閉、保持和解鎖。道岔控制功能負責道岔的解鎖、轉(zhuǎn)換、鎖閉和監(jiān)督。這些動作是對ATS子系統(tǒng)命令的響應。信號控制功能負責監(jiān)督軌道旁信號機的狀態(tài)，并根據(jù)進路、軌道區(qū)段、道岔和其它軌旁信號機的狀態(tài)來控制信號

8、機。 它根據(jù)來自ATS的命令設置信號機何時為停車顯示。它也產(chǎn)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(lián)鎖系統(tǒng) 傳統(tǒng)聯(lián)鎖系統(tǒng)CBTC聯(lián)鎖系統(tǒng)列車位置檢查手段由軌道電路完成，聯(lián)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(lián)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(lián)鎖邏輯檢查要素檢查進路始、終端信號機及其狀態(tài)多數(shù)情況下，聯(lián)鎖無需檢查信號機條件；當線路中設置信號機時聯(lián)鎖檢查條件要依據(jù)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

9、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(guān)敵對進路狀態(tài)，是否已經(jīng)預選或鎖閉與傳統(tǒng)聯(lián)鎖相同聯(lián)鎖設備管理區(qū)域傳統(tǒng)聯(lián)鎖系統(tǒng)以進、出站信號機為界限，只管理站內(nèi)的進路及相關(guān)地面信號要素，車站以外的地面信號要素由區(qū)間設備管理實現(xiàn)區(qū)域化聯(lián)鎖控制，將區(qū)間設備也納入所屬聯(lián)鎖區(qū)，由設備集中站聯(lián)鎖統(tǒng)一管轄；聯(lián)鎖區(qū)之間通過通信方式實現(xiàn)站間照查?城軌正線計算機聯(lián)鎖邏輯設計淺析?，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，列車的位置和運行方向信息在保證列車平安運行中作用重大，列車定位方式采用測速傳感器和地面應答器相結(jié)合的方式實現(xiàn)。 DCS數(shù)據(jù)

10、通信系統(tǒng) 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)采用無線局域網(wǎng)WLAN技術(shù)，通過沿線設無線接入點(Access Point,AP)的方式實現(xiàn)列車與地面之間不間斷的數(shù)據(jù)通信。一個AP點可以傳輸幾十千米的距離。一、系統(tǒng)組成 DSU系統(tǒng) 城市軌道交通CBTC系統(tǒng)中，列車不是通過軌道電路來定位的，是列車通過安裝在車輪上的測速傳感器來實現(xiàn)的，為了實現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)度和協(xié)調(diào)統(tǒng)一，就要求列車和地面共用一個數(shù)據(jù)庫。要實現(xiàn)整個數(shù)據(jù)庫的管理就需要數(shù)據(jù)存儲單元DSU來實現(xiàn)，這個數(shù)據(jù)庫存儲了列車與地面的各種信息，其中有靜態(tài)數(shù)據(jù)庫，也有動態(tài)數(shù)據(jù)庫。ZC功能的實現(xiàn)就需要不斷的調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。因此，數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的平安是很重要的，在CBTC系統(tǒng)中是通過

11、冗余的方式來保證數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)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)可以接收其控制范圍內(nèi)列車發(fā)出的所有位置信息。根據(jù)軌道上障礙物的位置，向轄區(qū)內(nèi)的所有列車提供行車許可。 地面ATP系統(tǒng)的主要功能包括：對轄區(qū)內(nèi)所有運行列車的管理、生成行車許可、以及保證列車進入和駛離管轄區(qū)域的運行平安等。 17一、系統(tǒng)組成 所謂“障礙物包括前行列車、關(guān)閉區(qū)域、失去位置表示的道岔，以及任何外部產(chǎn)生的因素如-緊急停車按鈕、站臺屏蔽門、防淹門和隔離保護門等。同時，地面ATP系統(tǒng)還負責對相鄰地面ATP系統(tǒng)的行車許可請求作出響

12、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設備在對列車進行平安防護及生成MA過程中，需使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)必須對此信息進行平安處理。 造成位置誤差的因素有：車-地通信延時、丟數(shù)等。 地面ATP系統(tǒng)需根據(jù)列車參數(shù)及預估的通信延時對列車位置增加相應的包絡，從而保證列車的平安。 經(jīng)過平安包絡處理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考慮哪些因素：計算列車平安位置要考慮哪些因素：測距誤差測距誤差位置匯

13、報的生存周期位置匯報的生存周期列車最大速度列車最大速度列車加速度列車加速度倒溜限制倒溜限制地面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，會處理到各種障礙物，從中選取符合條件的能夠作為列車當前運行終點的終點障礙物。終點障礙物既有可能是靜態(tài)障礙物，例如道岔，進路終點等；也有可能是動態(tài)障礙物，例如前方列車等。列車的行車許可會有規(guī)律地、周期性地重建。 經(jīng)過平安包絡處理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許可22 1列車運行在地面ATP系統(tǒng)的管轄范圍內(nèi)，車載設備向地面ATP系統(tǒng)匯報列車位置、測距

14、誤差以及行車許可申請等信息，地面ATP根據(jù)這些信息，計算產(chǎn)生列車的平安位置，如以下圖所示： 2地面ATP根據(jù)計算生成的列車平安位置，確定列車在線路上的位置。行車許可計算過程生成行車許可獲得當前列車位置23 3聯(lián)鎖采集線路內(nèi)障礙物狀態(tài)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)送障礙物信息及聯(lián)鎖的進路信息。 4確定行車許可的計算范圍。地面ATP接收到聯(lián)鎖的進路信息、障礙物信息，根據(jù)列車在線路上的位置信息，確定列車當前能夠使用的進路范圍。 如以下圖所示，列車運行在進路R1上，進路R2、R3均已排列，地面ATP通過線路上列車運行情況及信號機的接近區(qū)段情況判斷該車為最接近進路R2和R3的

15、受控制的列車，將進路R1、R2、R3均分配給該列車使用，這樣就確定了為該列車計算行車許可需要考慮的范圍。行車許可計算過程生成行車許可采集障礙物信息24 5確定該列車MA需考慮的范圍后，MA計算所需考慮的障礙物類型可劃分為兩大類情況，分別進行遍歷：一類為靜態(tài)障礙物，線路上靜態(tài)存在的可能影響列車運行的障礙物包括道岔、平安門、站臺緊急關(guān)閉按鈕等；另一類為動態(tài)障礙物，在線路上運行的列車。行車許可需考慮這兩類障礙物，綜合確定。 6假設對于靜態(tài)障礙物和動態(tài)障礙物而言，在按照從近到遠的順序遍歷障礙物后，如果在進路中沒找到影響列車運行平安的障礙物，將行車許可的終點設置在分配給該車的最遠進路的終點，同時將行車許

16、可范圍中的所有障礙物以在行車許可信息的形式發(fā)送給列車。行車許可計算過程生成行車許可檢查前方障礙物25 7對于靜態(tài)障礙物，地面ATP需要從列車車尾平安位置行車許可起點，按照由近到遠的順序，遍歷線路上的靜態(tài)障礙物的狀態(tài)是否會影響列車運行的平安。 8對于靜態(tài)障礙物中的道岔而言，在進行行車許可計算過程中，需要檢查道岔的當前狀態(tài)與進路要求的聯(lián)鎖狀態(tài)是否相符，假設當前狀態(tài)與進路要求的聯(lián)鎖狀態(tài)相符，那么認為道岔不會影響列車運行平安，允許將行車許可延伸通過該道岔；否那么，不允許行車許可延伸，將該道岔作為終點障礙物。行車許可計算過程生成行車許可檢查靜態(tài)障礙物26 9對于靜態(tài)障礙物中的站臺平安門或站臺緊急關(guān)閉按鈕

17、，需檢查站臺平安門或站臺緊急關(guān)閉按鈕當前狀態(tài)是否為翻開狀態(tài)，假設檢查發(fā)現(xiàn)障礙物狀態(tài)為翻開，將不允許MA延伸通過該障礙物，將站臺平安門或站臺緊急關(guān)閉按鈕對應的站臺區(qū)域始端位置作為終點障礙物；反之，那么允許行車許可延伸通過該障礙物。行車許可計算過程生成行車許可檢查靜態(tài)障礙物27 10完成了靜態(tài)障礙物遍歷后，地面ATP系統(tǒng)還需根據(jù)線路情況及列車情況，檢查MA遍歷范圍內(nèi)的其他列車運行情況，根據(jù)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(nèi)，由于同一時刻只允許一列車在站臺區(qū)域內(nèi)運行，因此，此時應將對應的站臺區(qū)域的始端作為終點障礙物；情況二為兩列車在區(qū)間運行，將前車的平安車尾位置作為終點障礙物

18、。行車許可計算過程生成行車許可檢查動態(tài)障礙物28 對控制范圍內(nèi)的列車進行監(jiān)督管理 將每列車的運行過程劃分為不同的運行控制狀態(tài) 對不同的運行狀態(tài)，地面ATP實施相應的操作，保證平安。 任意時刻每列車只能處于一種狀態(tài) 不同列車可以處于相同狀態(tài) ZC根據(jù)列車狀態(tài)進行循環(huán)處理列車管理列車運行控制狀態(tài)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申請行車許可MA，由于聯(lián)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(nèi)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(guān)數(shù)據(jù)，

19、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，將對列車進行故障處理，保證其他列車運行安全序號當前狀態(tài)轉(zhuǎn)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(lián)鎖排出進路2初始狀態(tài)進入控制狀態(tài)列車申請MA，聯(lián)鎖未排出進路3進入控制狀態(tài)正常運行狀態(tài)聯(lián)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

20、行狀態(tài)移交列車申請MA，聯(lián)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(lián)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(lián)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(lián)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3

21、1 ZC通過嚴格的邏輯判斷，確定出管轄范圍內(nèi)每列車的運行控制狀態(tài)，時刻追蹤列車運行情況，并將管轄范圍內(nèi)的所有列車統(tǒng)一進行管理，保證多車運行的平安性。列車管理32 當通信列車從某一地面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(jù)通信列車的行車許可情況判斷列車是否運行到達管轄范圍邊界。 如果到達地面區(qū)域分界點，那么移交地面ATP系統(tǒng)將向接管地面ATP系統(tǒng)發(fā)出移交申請，此后由相鄰兩個地面ATP系統(tǒng)分別為該移交列車計算各自管轄范圍內(nèi)的行車許可，并由列車當前受控的地面ATP系統(tǒng)負責將兩局部的行車許可進行混合后發(fā)送給列車，并根據(jù)線路情況不斷更新行車許可。列車跨邊界運行控制列車跨邊界運行控制33 1列車即將跨越地面區(qū)域邊界點P，此時列車的MA終點已發(fā)至P點且仍在向地面ATP系