第2講 城市軌道交通列控系統(tǒng)

1、城市軌道交通列車運(yùn)行城市軌道交通列車運(yùn)行控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)主講人：劉曉娟主講人：劉曉娟Contents基于通信的列車控制系統(tǒng)基于通信的列車控制系統(tǒng)CBTCCBTC2城市軌道交通列車運(yùn)行控制城市軌道交通列車運(yùn)行控制3 11. 城市軌道交通列車運(yùn)行控制城市軌道交通列車運(yùn)行控制1.1 城市軌道交通城市軌道交通信號信號控制系統(tǒng)特點(diǎn)控制系統(tǒng)特點(diǎn) 城市軌道交通信號系統(tǒng)的技術(shù)制式雖然是沿城市軌道交通信號系統(tǒng)的技術(shù)制式雖然是沿襲干線鐵路的制式，但還是有它固有的特點(diǎn)，主襲干線鐵路的制式，但還是有它固有的特點(diǎn)，主要反映在以下幾個方面：要反映在以下幾個方面： 對列車速度監(jiān)控提出了極高的要求，要求其能對列車速度監(jiān)控提出

2、了極高的要求，要求其能提供更高的安全保證。提供更高的安全保證。 由于運(yùn)行速度遠(yuǎn)低于干線鐵路，在信號系統(tǒng)中由于運(yùn)行速度遠(yuǎn)低于干線鐵路，在信號系統(tǒng)中可以采用較低速率的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)?？梢圆捎幂^低速率的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。車站的功能和線路均較簡單，聯(lián)鎖設(shè)備的監(jiān)控對象車站的功能和線路均較簡單，聯(lián)鎖設(shè)備的監(jiān)控對象遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于一般干線鐵路車站，通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于一般干線鐵路車站，通常1 1個控制中心即個控制中心即可實(shí)現(xiàn)全線的聯(lián)鎖功能?？蓪?shí)現(xiàn)全線的聯(lián)鎖功能。城市軌道交通車輛段的功能較多，其行車組織工作城市軌道交通車輛段的功能較多，其行車組織工作包括編解、接發(fā)及調(diào)車等，信號設(shè)備遠(yuǎn)多于其他車包括編解、接發(fā)及調(diào)車等，信號設(shè)備遠(yuǎn)多于

3、其他車站，通常獨(dú)立采用一套聯(lián)鎖裝置。站，通常獨(dú)立采用一套聯(lián)鎖裝置。在城市軌道交通的信號系統(tǒng)內(nèi)，通常都包含有進(jìn)路在城市軌道交通的信號系統(tǒng)內(nèi)，通常都包含有進(jìn)路自動排列功能，即按事先預(yù)定的程序自動排列進(jìn)路，自動排列功能，即按事先預(yù)定的程序自動排列進(jìn)路，只有運(yùn)行圖變更時才有人工介入。只有運(yùn)行圖變更時才有人工介入。1.2 1.2 城市軌道交通對信號系統(tǒng)的要求城市軌道交通對信號系統(tǒng)的要求 現(xiàn)代城市軌道交通的主要運(yùn)行特點(diǎn)是行車現(xiàn)代城市軌道交通的主要運(yùn)行特點(diǎn)是行車密度高、站間距離短及行車間隔時間短。目前密度高、站間距離短及行車間隔時間短。目前的發(fā)展水平，新建（或改建）的地下鐵路與輕的發(fā)展水平，新建（或改建）的

4、地下鐵路與輕軌鐵路，其載客高峰期的行車間隔最小可達(dá)軌鐵路，其載客高峰期的行車間隔最小可達(dá)90s90s，甚至更小。如此短暫的行車間隔對城市，甚至更小。如此短暫的行車間隔對城市軌道交通信號系統(tǒng)的自動化程度提出了較高的軌道交通信號系統(tǒng)的自動化程度提出了較高的要求。要求。安全性要求高：安全性要求高：由于城市軌道交通尤其是地下部分由于城市軌道交通尤其是地下部分隧道空間小隧道空間小, , 行車密度大行車密度大, , 故障排除難度大故障排除難度大, , 若發(fā)若發(fā)生事故難以救援生事故難以救援, , 損失將非常嚴(yán)重。因此，對保障損失將非常嚴(yán)重。因此，對保障行車安全的信號系統(tǒng)提出了更高的安全要求。行車安全的信號系

5、統(tǒng)提出了更高的安全要求。通過能力大：通過能力大：城市軌道交通一般不設(shè)站線城市軌道交通一般不設(shè)站線, , 進(jìn)站列進(jìn)站列車均停在正線上車均停在正線上, , 先行列車停站時間直接影響后續(xù)先行列車停站時間直接影響后續(xù)列車接近車站列車接近車站, , 所以要求信號設(shè)備必須滿足通過能所以要求信號設(shè)備必須滿足通過能力的要求。另一方面力的要求。另一方面, , 不設(shè)站線使列車正常運(yùn)行的不設(shè)站線使列車正常運(yùn)行的順序是固定的順序是固定的, , 有利于實(shí)現(xiàn)行車調(diào)度自動化。有利于實(shí)現(xiàn)行車調(diào)度自動化。保證信號顯示：保證信號顯示：城市軌道交通雖然地面信號機(jī)少城市軌道交通雖然地面信號機(jī)少, , 但地下曲線地段受隧道壁的遮擋但地

6、下曲線地段受隧道壁的遮擋, , 信號顯示距離受信號顯示距離受到限制到限制, , 所以保證信號顯示也是個重要問題。所以保證信號顯示也是個重要問題。抗干擾能力強(qiáng)：抗干擾能力強(qiáng)：城市軌道交通均為電力牽引城市軌道交通均為電力牽引, , 是直是直流電氣化鐵路流電氣化鐵路, , 要求信號設(shè)備對其有較強(qiáng)的抗電氣要求信號設(shè)備對其有較強(qiáng)的抗電氣化干擾能力。化干擾能力?？煽啃愿撸嚎煽啃愿撸河捎诔鞘熊壍澜煌ㄋ淼纼艨招∮捎诔鞘熊壍澜煌ㄋ淼纼艨招? , 且裝有且裝有帶電的牽引接觸軌或接觸網(wǎng)帶電的牽引接觸軌或接觸網(wǎng), , 行車時不便下洞維修行車時不便下洞維修和排除設(shè)備故障，所以要求信號設(shè)備具有高可靠性，和排除設(shè)備故障，所

7、以要求信號設(shè)備具有高可靠性，應(yīng)盡量做到平時不維修或少維修。應(yīng)盡量做到平時不維修或少維修。自動化程度高：自動化程度高：城市軌道交通站間距短城市軌道交通站間距短, , 列車密列車密度大度大, , 行車工作十分頻繁行車工作十分頻繁, , 而且地下部分環(huán)境潮而且地下部分環(huán)境潮濕濕, , 空氣不佳空氣不佳, , 沒有陽光沒有陽光, , 工作條件差。所以要工作條件差。所以要求盡量采用自動化程度高的先進(jìn)技術(shù)設(shè)備求盡量采用自動化程度高的先進(jìn)技術(shù)設(shè)備, , 以減以減少工作人員，并減輕他們的勞動強(qiáng)度。少工作人員，并減輕他們的勞動強(qiáng)度。限界條件苛刻：限界條件苛刻：城市軌道交通的室外設(shè)備及車載城市軌道交通的室外設(shè)備及

8、車載設(shè)備受土建限界的制約設(shè)備受土建限界的制約, , 要求設(shè)備體積小要求設(shè)備體積小, , 同時同時必須兼顧施工和維護(hù)作業(yè)空間。必須兼顧施工和維護(hù)作業(yè)空間。1.3 1.3 城市軌道交通信號控制系統(tǒng)組成城市軌道交通信號控制系統(tǒng)組成ATOATPATSIS安安全全相相關(guān)關(guān)系系統(tǒng)統(tǒng)非非安安全全相相關(guān)關(guān)系系統(tǒng)統(tǒng) 城市軌道交通的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)從一開始城市軌道交通的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)從一開始就直接使用了列車自動控制就直接使用了列車自動控制ATC ATC （Automatic Automatic Train ControlTrain Control）。該系統(tǒng)包括列車自動防護(hù)）。該系統(tǒng)包括列車自動防護(hù)ATPATP（

9、Automatic Train ProtectionAutomatic Train Protection）、列車自動駕）、列車自動駕駛駛ATOATO（Automatic Train OperationAutomatic Train Operation）及列車自）及列車自動監(jiān)控動監(jiān)控ATSATS（Automatic Train SupervisionAutomatic Train Supervision）三）三個子系統(tǒng)（簡稱為個子系統(tǒng)（簡稱為“3A”3A”系統(tǒng)）。系統(tǒng)）。ATCATC系統(tǒng)與聯(lián)鎖系統(tǒng)與聯(lián)鎖系統(tǒng)共同構(gòu)成城市軌道交通的信號系統(tǒng)。系統(tǒng)共同構(gòu)成城市軌道交通的信號系統(tǒng)。 ATPATP子系統(tǒng)子

10、系統(tǒng)是是ATCATC系統(tǒng)中最重要的一個子系統(tǒng)。系統(tǒng)中最重要的一個子系統(tǒng)。城市軌道交通列車運(yùn)行速度高，在高峰期列車密度城市軌道交通列車運(yùn)行速度高，在高峰期列車密度大，發(fā)生行車事故后果嚴(yán)重。依靠運(yùn)行人員防止運(yùn)大，發(fā)生行車事故后果嚴(yán)重。依靠運(yùn)行人員防止運(yùn)行事故發(fā)生遠(yuǎn)不能滿足運(yùn)行安全要求，因此必須使行事故發(fā)生遠(yuǎn)不能滿足運(yùn)行安全要求，因此必須使用具有列車超速防護(hù)功能的用具有列車超速防護(hù)功能的ATPATP。使用。使用ATPATP子系統(tǒng)的子系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是保證了行車的安全可靠性，縮短了列車間隔，優(yōu)點(diǎn)是保證了行車的安全可靠性，縮短了列車間隔，提高了線路的利用率。提高了線路的利用率。ATPATP系統(tǒng)根據(jù)故障安全原系

11、統(tǒng)根據(jù)故障安全原則執(zhí)行列車間安全間距的監(jiān)控、列車的超速防護(hù)、則執(zhí)行列車間安全間距的監(jiān)控、列車的超速防護(hù)、安全開關(guān)門的監(jiān)督和進(jìn)路的安全監(jiān)控等功能，確保安全開關(guān)門的監(jiān)督和進(jìn)路的安全監(jiān)控等功能，確保列車和乘客的安全。列車和乘客的安全。 ATOATO子系統(tǒng)子系統(tǒng)以以ATPATP系統(tǒng)為基礎(chǔ)，配置車載計算系統(tǒng)為基礎(chǔ)，配置車載計算機(jī)系統(tǒng)和必要的輔助設(shè)備，主要用于實(shí)現(xiàn)機(jī)系統(tǒng)和必要的輔助設(shè)備，主要用于實(shí)現(xiàn)“地對地對車控制車控制”，即用地面信息實(shí)現(xiàn)對列車驅(qū)動、惰行，即用地面信息實(shí)現(xiàn)對列車驅(qū)動、惰行和制動的控制，傳送車門和屏蔽門同步開關(guān)信號，和制動的控制，傳送車門和屏蔽門同步開關(guān)信號，執(zhí)行車站之間列車的自動運(yùn)行、列

12、車在車站的定執(zhí)行車站之間列車的自動運(yùn)行、列車在車站的定點(diǎn)停車、在終點(diǎn)的自動折返等功能。點(diǎn)停車、在終點(diǎn)的自動折返等功能。 使用使用ATOATO子系統(tǒng)后，可以使列車運(yùn)行規(guī)范化、子系統(tǒng)后，可以使列車運(yùn)行規(guī)范化、減少人為影響，對于列車在高密度、高速度運(yùn)行減少人為影響，對于列車在高密度、高速度運(yùn)行條件下保證運(yùn)行秩序有很大好處。條件下保證運(yùn)行秩序有很大好處。 ATSATS子系統(tǒng)子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對列車運(yùn)行的監(jiān)督和控主要實(shí)現(xiàn)對列車運(yùn)行的監(jiān)督和控制，輔助行車人員對全線列車運(yùn)行進(jìn)行管理，統(tǒng)制，輔助行車人員對全線列車運(yùn)行進(jìn)行管理，統(tǒng)一指揮調(diào)度，充分發(fā)揮其運(yùn)輸快捷、準(zhǔn)時的特點(diǎn)。一指揮調(diào)度，充分發(fā)揮其運(yùn)輸快捷、準(zhǔn)時的特點(diǎn)

13、。它可以為行車指揮人員提供全線列車的運(yùn)行狀態(tài)它可以為行車指揮人員提供全線列車的運(yùn)行狀態(tài)顯示；監(jiān)督和記錄運(yùn)行圖的執(zhí)行情況；在列車運(yùn)顯示；監(jiān)督和記錄運(yùn)行圖的執(zhí)行情況；在列車運(yùn)行偏離運(yùn)行圖時能夠及時做出反應(yīng)（提出調(diào)整建行偏離運(yùn)行圖時能夠及時做出反應(yīng)（提出調(diào)整建議或自動修整運(yùn)行圖），從而保證列車按時刻表議或自動修整運(yùn)行圖），從而保證列車按時刻表正點(diǎn)運(yùn)行；還可通過正點(diǎn)運(yùn)行；還可通過ATOATO子系統(tǒng)的接口，向旅客提子系統(tǒng)的接口，向旅客提供運(yùn)行信息通報（例如：列車到達(dá)、出發(fā)時間，供運(yùn)行信息通報（例如：列車到達(dá)、出發(fā)時間，運(yùn)行方向，中途停靠站名等）。運(yùn)行方向，中途?？空久龋?。 聯(lián)鎖聯(lián)鎖是車站范圍內(nèi)進(jìn)路、信

14、號、道岔之間互是車站范圍內(nèi)進(jìn)路、信號、道岔之間互相制約的關(guān)系，它們之間必須建立嚴(yán)密的聯(lián)鎖關(guān)相制約的關(guān)系，它們之間必須建立嚴(yán)密的聯(lián)鎖關(guān)系，才能確保行車安全。聯(lián)鎖由聯(lián)鎖設(shè)備完成，系，才能確保行車安全。聯(lián)鎖由聯(lián)鎖設(shè)備完成，建設(shè)較早的城市軌道交通，采用建設(shè)較早的城市軌道交通，采用65026502電氣集中聯(lián)電氣集中聯(lián)鎖，近年均采用計算機(jī)聯(lián)鎖。鎖，近年均采用計算機(jī)聯(lián)鎖。 正線上的集中控制站由設(shè)于該站的聯(lián)鎖設(shè)備正線上的集中控制站由設(shè)于該站的聯(lián)鎖設(shè)備控制。該設(shè)備除了實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖關(guān)系外，還將聯(lián)鎖的控制。該設(shè)備除了實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖關(guān)系外，還將聯(lián)鎖的有關(guān)信息傳送至有關(guān)信息傳送至ATP/ATOATP/ATO系統(tǒng)，并接收系統(tǒng)，并接

15、收ATSATS系統(tǒng)的系統(tǒng)的命令。命令。1.4 城市軌道交通運(yùn)行控制系統(tǒng)的發(fā)展城市軌道交通運(yùn)行控制系統(tǒng)的發(fā)展 目前，基于通信的列車控制目前，基于通信的列車控制CBTC（Communication-Based Train Control）系統(tǒng)發(fā)展系統(tǒng)發(fā)展迅速，由于其采用無線通信技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)地面和迅速，由于其采用無線通信技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)地面和列車間雙向信息傳輸和更高的傳輸速率、更多的信列車間雙向信息傳輸和更高的傳輸速率、更多的信息量，實(shí)現(xiàn)了真正意義的移動閉塞。使行車間隔大息量，實(shí)現(xiàn)了真正意義的移動閉塞。使行車間隔大大縮短，增加了系統(tǒng)的實(shí)時性，提高了運(yùn)能與安全大縮短，增加了系統(tǒng)的實(shí)時性，提高了運(yùn)能與安

16、全性。性。 因此，因此，CBTC已成為未來城市軌道交通運(yùn)行控已成為未來城市軌道交通運(yùn)行控制技術(shù)的發(fā)展方向。制技術(shù)的發(fā)展方向。2. 基于通信的列車控制基于通信的列車控制CBTC2.1 2.1 基于通信的列車控制系統(tǒng)基于通信的列車控制系統(tǒng)CBTCCBTC定義定義 19991999年年9 9月，月，IEEEIEEE將將CBTCCBTC定義定義為：為：“利用高利用高精度的列車定位（不依賴于軌道電路），雙向連精度的列車定位（不依賴于軌道電路），雙向連續(xù)、大容量的車一地數(shù)據(jù)通信，車載、地面的安續(xù)、大容量的車一地數(shù)據(jù)通信，車載、地面的安全功能處理器實(shí)現(xiàn)的一種連續(xù)自動列車控制系全功能處理器實(shí)現(xiàn)的一種連續(xù)自動列

17、車控制系統(tǒng)統(tǒng)”。定義中指出。定義中指出CBTCCBTC中的通信必須是連續(xù)的，中的通信必須是連續(xù)的，這樣才能實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動列車控制，利用軌間電纜、這樣才能實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動列車控制，利用軌間電纜、漏泄電纜和無線通信都可以實(shí)現(xiàn)車、地雙向信息漏泄電纜和無線通信都可以實(shí)現(xiàn)車、地雙向信息的連續(xù)傳輸。的連續(xù)傳輸。 列車運(yùn)行速度的測定列車運(yùn)行速度的測定 測定列車運(yùn)行的實(shí)際速度，實(shí)施對列車的控制。測定列車運(yùn)行的實(shí)際速度，實(shí)施對列車的控制。列車定位技術(shù)列車定位技術(shù) 判明被控列車的位置，以便構(gòu)成動態(tài)閉塞區(qū)間。判明被控列車的位置，以便構(gòu)成動態(tài)閉塞區(qū)間。列車列車- -地面之間雙向通信技術(shù)：地面之間雙向通信技術(shù)： 它不同于一般

18、通信，因?yàn)樗獋鬏數(shù)氖歉呖煽恐厮煌谝话阃ㄐ?，因?yàn)樗獋鬏數(shù)氖歉呖煽恐?要數(shù)據(jù)，要數(shù)據(jù)，其內(nèi)容涉及人命財產(chǎn)，而且不能拖延時間。其內(nèi)容涉及人命財產(chǎn)，而且不能拖延時間。列車完整性檢測：列車完整性檢測： 測量列車是否完整，一旦發(fā)生列車中間分離，則對后半截測量列車是否完整，一旦發(fā)生列車中間分離，則對后半截列車分開而失去控制能力時，就有可能發(fā)生重大事故。列車分開而失去控制能力時，就有可能發(fā)生重大事故。2.2 CBTC2.2 CBTC系統(tǒng)中的主要關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)中的主要關(guān)鍵技術(shù) 目前廣泛應(yīng)用的有：目前廣泛應(yīng)用的有： 車軸轉(zhuǎn)動車軸轉(zhuǎn)動/ /傳感器檢測法傳感器檢測法 各類陀螺法各類陀螺法 激光測速法激光測速法

19、雷達(dá)測速法雷達(dá)測速法 其他其他CBTCCBTC中的列車運(yùn)行速度的測定方法中的列車運(yùn)行速度的測定方法 測速測距法測速測距法 全球衛(wèi)星定位法全球衛(wèi)星定位法 查詢查詢/ /應(yīng)答器法應(yīng)答器法 鋼軌間感應(yīng)線圈法鋼軌間感應(yīng)線圈法 無線測速無線測速( (轉(zhuǎn)測距轉(zhuǎn)測距) )法法 陀螺儀法陀螺儀法CBTCCBTC中的列車定位方法中的列車定位方法 軌間感應(yīng)電纜法軌間感應(yīng)電纜法 漏泄同軸電纜漏泄同軸電纜 漏泄波導(dǎo)法漏泄波導(dǎo)法 無線移動通信無線移動通信GSM-RGSM-R法法 無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng)WLANWLAN法法 其它其它CBTCCBTC中實(shí)現(xiàn)雙向通信的方法中實(shí)現(xiàn)雙向通信的方法列車管氣壓法列車管氣壓法 從機(jī)車來檢

20、測全列車制動用氣壓在運(yùn)行中是從機(jī)車來檢測全列車制動用氣壓在運(yùn)行中是否有突變。否有突變。計軸法計軸法 固定點(diǎn)檢測通過列車的軸數(shù)，驗(yàn)證其完整性。固定點(diǎn)檢測通過列車的軸數(shù)，驗(yàn)證其完整性。CBTCCBTC中的列車完整性檢測的方法中的列車完整性檢測的方法尾部無線信號檢測法尾部無線信號檢測法 在列車車箱有專用無線信號發(fā)送裝置，司機(jī)在列車車箱有專用無線信號發(fā)送裝置，司機(jī)室檢測列車尾部車箱無線裝置是否存在。主要用室檢測列車尾部車箱無線裝置是否存在。主要用于客車條件。于客車條件。IEEE Std 1473-1999IEEE Std 1473-1999車載單元間通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；車載單元間通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；IEEE St

21、d 1474.1-1999 CBTCIEEE Std 1474.1-1999 CBTC性能及功能需求標(biāo)準(zhǔn)；性能及功能需求標(biāo)準(zhǔn)；IEEE Std 1475-1999 IEEE Std 1475-1999 車載控制功能及動力系統(tǒng)、車載控制功能及動力系統(tǒng)、 制動系統(tǒng)的接口標(biāo)準(zhǔn)；制動系統(tǒng)的接口標(biāo)準(zhǔn)；IEEE Std 1482.1 -1999 IEEE Std 1482.1 -1999 車載事件記錄儀標(biāo)準(zhǔn)；車載事件記錄儀標(biāo)準(zhǔn)；IEEE Std 1483-2000 IEEE Std 1483-2000 鐵路運(yùn)輸控制處理器系統(tǒng)鐵路運(yùn)輸控制處理器系統(tǒng) 安全功能驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)。安全功能驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)。 CBTCCBTC規(guī)范規(guī)范 CBTC CBTC應(yīng)用情況應(yīng)用情況 CBTCCBTC系統(tǒng)是具有發(fā)展?jié)摿Φ牧熊囘\(yùn)行控制系系統(tǒng)是具有發(fā)展?jié)摿Φ牧熊囘\(yùn)行控制系統(tǒng)，正在日趨完善。目前，該技術(shù)已經(jīng)在統(tǒng)，正在日趨完善。目前，該技術(shù)已經(jīng)在2020多個多個國家的城市軌道交通中使用。國家的城市軌道交通中使用。 基于無線通信的基于無線通信的CBTCCBTC系統(tǒng)，已在拉斯維加斯、系統(tǒng)，已在拉斯維加斯、舊金山、新加坡等地投入商業(yè)運(yùn)行。法國巴黎有舊金山、新加坡等地投入商業(yè)運(yùn)行