CBTC系统地面设备组成与原理培训课件(共39页).ppt

1、12装备机车信号的固定自动闭塞系统CTCS-2级列控系统城市轨道交通CBTCCTCS-3级列控系统3p CBTC定义p 基于通信的列车运行控制系统Communication Based Train Control 简称 CBTCp 高分辨率列车平安定位、连续大容量双向的车-地数据传输连续式列车自动控制系统。p 地面设备和车载设备组成 CBTC的突出优点是可以实现车地之间的双向通信，并且传输信息量大，传输速度快，很容易实现移动自动闭塞系统，大量减少区间敷设电缆，减少一次性投资及减少日常维护工作，可以大幅度提高区间通行能力，灵活组织双向运行和单向连续发车，容易适应不同车速、不同运量、不同类型牵引的

2、列车运行控制等。 在CBTC应用中的关键技术是双向无线通信系统、列车定位技术、列车完整性检测等。在双向无线通信系统中，在欧洲是应用GSM-R系统，但在美洲那么用扩频通信等其他种类无线通信技术。列车定位技术那么有多种方式，例如车载设备的测速-测距系统、全球卫星定位、感应回线等。 CBTC相比传统的铁路信号系统有如下特性： 不须繁杂的电缆，转而以无线通信系统代替，减少电缆铺设及维护本钱。 可以实现车辆与控制中心的双向通信，大幅度提高了列车区间通过能力。 信息传输流量大、效率高、速度快，容易实现移动自动闭塞系统。 容易适应各种车型、不同车速、不同运量、不同牵引方式的列车，兼容性强。 可以将信息分类传

3、输，集中发送和集中处理，提高调度中心工作效率。3、CBTC的结构图p CBTC设备组成设备组成 列车自动监控系统(Automatic Train Supervision, ATS ) 区域控制器(ZC) 计算机联锁系统(Computer Interlocking, CI ) 车载控制器(Vehicle On Board Controller, VOBC) 数据存储单元(Data Saving Unit, DSU) 轨旁设备(Way side Equipment, WE) 数据通信系统(Data Communication System, DCS )一、系统原理与组成8p根本原理根本原理p 系统

4、根据车载测速定位设备获知列车本身在线路上的位置，系统根据车载测速定位设备获知列车本身在线路上的位置，并由车载设备将列车位置、区段占用情况实时向并由车载设备将列车位置、区段占用情况实时向ZC报告，同时联报告，同时联锁系统将线路信息包括信号显示、道岔位置、屏蔽门状态发送给锁系统将线路信息包括信号显示、道岔位置、屏蔽门状态发送给ZC和车载，然后和车载，然后ZC向列车提供移动授权，对列车的运行提供保向列车提供移动授权，对列车的运行提供保护。护。一、系统原理与组成CBTC工作原理 CBTC系统是指通过无线通信的方式实现列车和地面间连续通信的列车控制系统。系统的核心局部为轨旁和车载两局部。 列车通过机车上

5、的测速传感器和线路上的应答器来得到列车的实时位置，应答器在线路的固定位置设置，列车每经过一个应答器就会在数据库中查找其位置，从而得到列车的精确位置，列车的实时速度是通过测速传感器获得的，速度对时间的积分获得列车的相对位移，每经过一个应答器的实际位置加上相对该应答器的相对位移就可以实时的获得列车的准确位置。VOBC将列车的准确位置通过WLAN发送给轨旁设备，实现列车对地面设备的通信。 轨旁的核心设备是区域控制器ZC，它负责管理运行在其管辖范围内的所有列车。 ZC接收VOBC发送过来的列车位置、速度和运行方向信息，同时从联锁设备获得列车进路、道岔状态信息，从ATS接收临时限速信息，在考虑其他一些障

6、碍物的条件计算MA，并向列车发送，告诉列车可以走多远、多快，从而保证列车间的平安行车间隔。 由于CBTC系统能够精确的知道列车的位置，“速度一距离模式曲线(Distance to go )是其对列车的控制原那么。事实上，不管是CBTC系统还是传统意义上的由轨道电路完成列车控制的系统控车原那么都很相似，只不过CBTC系统对列车位置的把握准确度更高，对列车控制的准确度也会更高，基于轨道电路的系统，移动授权是轨道区段长假设干倍，而CBTC系统，移动授权更精确。正是CBTC系统能够更精确的控车，才有的缩短了列车追踪间隔，使运行效率大大提高。11一、系统组成 ATS系统 ATS系统主要实现对列车运行的监

7、督和指挥，辅助调度任意对全线列车进行管理，ATS包括控制中心和车站设备。 根本功能包括：列车识别和跟踪、运行图管理、列车进路办理、在线列车冲突管理、列车运行自动调整、扣车、跳车、临时限速等。 联锁系统 轨道空闲处理、进路控制、道岔控制和信号控制功能是CI子系统的主要功能。进路控制功能负责整条进路的排列、锁闭、保持和解锁。道岔控制功能负责道岔的解锁、转换、锁闭和监督。这些动作是对ATS子系统命令的响应。信号控制功能负责监督轨道旁信号机的状态，并根据进路、轨道区段、道岔和其它轨旁信号机的状态来控制信号机。 它根据来自ATS的命令设置信号机何时为停车显示。它也产生命令输出，ATC系统以此来控制列车从

8、一个进路行驶到另一进路。一、系统组成13一、系统组成 联锁系统 传统联锁系统CBTC联锁系统列车位置检查手段由轨道电路完成，联锁检查GJ前节点的状态来判断某一区段的占用及出清状态联锁接收区域控制器（ZC）的列车位置信息，该信息由车载ATP通过无线或其他方式传输给ZC；在后备模式下通过计轴器来确定物理区段占用情况联锁逻辑检查要素检查进路始、终端信号机及其状态多数情况下，联锁无需检查信号机条件；当线路中设置信号机时联锁检查条件要依据信号机的位置分别处理，详细原则见下文检查进路所包含的轨道区段状态，是否被征用、占用或空闲只需明确进路路径，不需要检查区段空闲状态检查待锁闭进路的相关敌对进路状态，是否已

9、经预选或锁闭与传统联锁相同联锁设备管理区域传统联锁系统以进、出站信号机为界限，只管理站内的进路及相关地面信号要素，车站以外的地面信号要素由区间设备管理实现区域化联锁控制，将区间设备也纳入所属联锁区，由设备集中站联锁统一管辖；联锁区之间通过通信方式实现站间照查?城轨正线计算机联锁逻辑设计浅析?，梁云鹏 、王呈、吕浩炯，机车电传动2021年3期 VOBC子系统 在VOBC子系统中，列车的位置和运行方向信息在保证列车平安运行中作用重大，列车定位方式采用测速传感器和地面应答器相结合的方式实现。 DCS数据通信系统 数据通信系统采用无线局域网WLAN技术，通过沿线设无线接入点(Access Point,

10、AP)的方式实现列车与地面之间不间断的数据通信。一个AP点可以传输几十千米的距离。一、系统组成 DSU系统 城市轨道交通CBTC系统中，列车不是通过轨道电路来定位的，是列车通过安装在车轮上的测速传感器来实现的，为了实现系统的调度和协调统一，就要求列车和地面共用一个数据库。要实现整个数据库的管理就需要数据存储单元DSU来实现，这个数据库存储了列车与地面的各种信息，其中有静态数据库，也有动态数据库。ZC功能的实现就需要不断的调用数据库中的数据。因此，数据库中数据的平安是很重要的，在CBTC系统中是通过冗余的方式来保证数据库中数据的平安。一、系统组成16一、系统组成 ZC 区域控制器(地面ATP系统

11、) ZC 区域控制器 又被称为轨旁ATP,安装在轨旁的地面ATP系统可以接收其控制范围内列车发出的所有位置信息。根据轨道上障碍物的位置，向辖区内的所有列车提供行车许可。 地面ATP系统的主要功能包括：对辖区内所有运行列车的管理、生成行车许可、以及保证列车进入和驶离管辖区域的运行平安等。 17一、系统组成 所谓“障碍物包括前行列车、关闭区域、失去位置表示的道岔，以及任何外部产生的因素如-紧急停车按钮、站台屏蔽门、防淹门和隔离保护门等。同时，地面ATP系统还负责对相邻地面ATP系统的行车许可请求作出响应，完成列车从一个区域到另一个区域的交接。18地面ATP系统与其它设备的信息交互图19 地面ATP

12、设备在对列车进行平安防护及生成MA过程中，需使用车载报告的列车位置信息。但此位置信息不平安，地面ATP系统必须对此信息进行平安处理。 造成位置误差的因素有：车-地通信延时、丢数等。 地面ATP系统需根据列车参数及预估的通信延时对列车位置增加相应的包络，从而保证列车的平安。 经过平安包络处理后的列车位置称为列车的平安位置，列车汇报给地面ATP系统的列车位置称为列车的非平安位置。地面ATP设备功能原理列车平安定位20计算列车平安位置要考虑哪些因素：计算列车平安位置要考虑哪些因素：测距误差测距误差位置汇报的生存周期位置汇报的生存周期列车最大速度列车最大速度列车加速度列车加速度倒溜限制倒溜限制地面AT

13、P设备功能原理列车平安位置21 地面ATP设备在生成MA的过程中，会处理到各种障碍物，从中选取符合条件的能够作为列车当前运行终点的终点障碍物。终点障碍物既有可能是静态障碍物，例如道岔，进路终点等；也有可能是动态障碍物，例如前方列车等。列车的行车许可会有规律地、周期性地重建。 经过平安包络处理后的列车位置称为列车的平安位置，列车汇报给地面ATP系统的列车位置称为列车的非平安位置。地面ATP设备功能原理生成行车许可22 1列车运行在地面ATP系统的管辖范围内，车载设备向地面ATP系统汇报列车位置、测距误差以及行车许可申请等信息，地面ATP根据这些信息，计算产生列车的平安位置，如以下图所示： 2地面

14、ATP根据计算生成的列车平安位置，确定列车在线路上的位置。行车许可计算过程生成行车许可获得当前列车位置23 3联锁采集线路内障碍物状态道岔、屏蔽门、紧急停车按钮、计轴区段等，向地面ATP系统发送障碍物信息及联锁的进路信息。 4确定行车许可的计算范围。地面ATP接收到联锁的进路信息、障碍物信息，根据列车在线路上的位置信息，确定列车当前能够使用的进路范围。 如以下图所示，列车运行在进路R1上，进路R2、R3均已排列，地面ATP通过线路上列车运行情况及信号机的接近区段情况判断该车为最接近进路R2和R3的受控制的列车，将进路R1、R2、R3均分配给该列车使用，这样就确定了为该列车计算行车许可需要考虑的

15、范围。行车许可计算过程生成行车许可采集障碍物信息24 5确定该列车MA需考虑的范围后，MA计算所需考虑的障碍物类型可划分为两大类情况，分别进行遍历：一类为静态障碍物，线路上静态存在的可能影响列车运行的障碍物包括道岔、平安门、站台紧急关闭按钮等；另一类为动态障碍物，在线路上运行的列车。行车许可需考虑这两类障碍物，综合确定。 6假设对于静态障碍物和动态障碍物而言，在按照从近到远的顺序遍历障碍物后，如果在进路中没找到影响列车运行平安的障碍物，将行车许可的终点设置在分配给该车的最远进路的终点，同时将行车许可范围中的所有障碍物以在行车许可信息的形式发送给列车。行车许可计算过程生成行车许可检查前方障碍物2

16、5 7对于静态障碍物，地面ATP需要从列车车尾平安位置行车许可起点，按照由近到远的顺序，遍历线路上的静态障碍物的状态是否会影响列车运行的平安。 8对于静态障碍物中的道岔而言，在进行行车许可计算过程中，需要检查道岔的当前状态与进路要求的联锁状态是否相符，假设当前状态与进路要求的联锁状态相符，那么认为道岔不会影响列车运行平安，允许将行车许可延伸通过该道岔；否那么，不允许行车许可延伸，将该道岔作为终点障碍物。行车许可计算过程生成行车许可检查静态障碍物26 9对于静态障碍物中的站台平安门或站台紧急关闭按钮，需检查站台平安门或站台紧急关闭按钮当前状态是否为翻开状态，假设检查发现障碍物状态为翻开，将不允许

17、MA延伸通过该障碍物，将站台平安门或站台紧急关闭按钮对应的站台区域始端位置作为终点障碍物；反之，那么允许行车许可延伸通过该障碍物。行车许可计算过程生成行车许可检查静态障碍物27 10完成了静态障碍物遍历后，地面ATP系统还需根据线路情况及列车情况，检查MA遍历范围内的其他列车运行情况，根据前车位置情况又可划分为几种情况：情况一为前车位于站台区域内，由于同一时刻只允许一列车在站台区域内运行，因此，此时应将对应的站台区域的始端作为终点障碍物；情况二为两列车在区间运行，将前车的平安车尾位置作为终点障碍物。行车许可计算过程生成行车许可检查动态障碍物28 对控制范围内的列车进行监督管理 将每列车的运行过

18、程划分为不同的运行控制状态 对不同的运行状态，地面ATP实施相应的操作，保证平安。 任意时刻每列车只能处于一种状态 不同列车可以处于相同状态 ZC根据列车状态进行循环处理列车管理列车运行控制状态29列车管理运行控制状态含义进入控制状态该状态下，列车已向ZC申请行车许可MA，由于联锁进路未排出等原因，ZC暂时无法为列车生成MA，未对该列车进行实际控制正常运行状态该状态下，每周期向列车发生MA，列车按MA在线路内正常运行移交状态该状态下，列车将要跨区域边界，列车所在ZC开始向相邻ZC发生列车相关数据，准备移交接管状态该状态下，ZC已收到所在ZC发送的列车移交信息，但该列车还未进入ZC的管辖范围，Z

19、C还未与该列车交互折返状态该状态下，列车已进入折返处理流程，换端还未完成，ZC不进行信息交互注销状态该状态下，列车正在出清所在ZC，进入下一个ZC或退出列控系统，ZC确认列车出清后清除列车信息故障状态该状态下，由于通信故障，ZC无法与列车交互，将对列车进行故障处理，保证其他列车运行安全序号当前状态转移至触发条件1初始状态正常运行状态列车申请MA，联锁排出进路2初始状态进入控制状态列车申请MA，联锁未排出进路3进入控制状态正常运行状态联锁排出进路4初始状态接管状态相邻ZC申请移交列车5接管状态正常运行状态移交列车申请MA，联锁排出进路6接管状态进入控制状态移交列车申请MA，联锁未排出进路7正常运

20、行状态移交状态列车申请MA,列车当前MA终点为ZC分界点8正常运行状态折返状态列车申请折返注销9折返状态正常运行状态列车换端完成，联锁排出进路10折返状态进入控制状态列车换端完成，联锁未排出进路11正常运行状态注销状态列车申请退出12移交状态注销状态列车申请出清本ZC管辖范围13注销状态初始状态清空列车信息14正常运行状态故障状态ZC与列车通信故障15进入控制状态故障状态ZC与列车通信故障16折返状态故障状态ZC与列车通信故障17移交状态故障状态ZC与列车通信故障18故障状态初始状态清空列车信息31 ZC通过严格的逻辑判断，确定出管辖范围内每列车的运行控制状态，时刻追踪列车运行情况，并将管辖范

21、围内的所有列车统一进行管理，保证多车运行的平安性。列车管理32 当通信列车从某一地面ATP系统管辖范围进入另一地面ATP系统管辖范围时，地面ATP系统将根据通信列车的行车许可情况判断列车是否运行到达管辖范围边界。 如果到达地面区域分界点，那么移交地面ATP系统将向接管地面ATP系统发出移交申请，此后由相邻两个地面ATP系统分别为该移交列车计算各自管辖范围内的行车许可，并由列车当前受控的地面ATP系统负责将两局部的行车许可进行混合后发送给列车，并根据线路情况不断更新行车许可。列车跨边界运行控制列车跨边界运行控制33 1列车即将跨越地面区域边界点P，此时列车的MA终点已发至P点且仍在向地面ATP系统申请MA