列车运行控制系统-44列控地面设备CBTC地面设备

1、1第四章 列控地面设备4CBTC系统地面设备组成与原理.2列控系统地面设备配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CBTCZPW-2000A轨道电路应对器列控中心无线闭塞中心地面ATP设备CTCS-3级列控系统.3 CBTC定义 基于通讯的列车运转控制系统Communication Based Train Control 简称 CBTC 高分辨率列车平安定位、延续大容量双向的车-地数据传输延续式列车自动控制系统。 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讯，并且传输信息量大，传输速度快，很容易实现挪动自动闭塞系统，大量减少区间敷设电缆，减

2、少一次性投资及减少日常维护任务，可以大幅度提高区间通行才干，灵敏组织双向运转和单向延续发车，容易顺应不同车速、不同运量、不同类型牵引的列车运转控制等。 在CBTC运用中的关键技术是双向无线通讯系统、列车定位技术、列车完好性检测等。在双向无线通讯系统中，在欧洲是运用GSM-R系统，但在美洲那么用扩频通讯等其他种类无线通讯技术。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，转而以无线通讯系统替代，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讯，大幅度提高了列车区间经过才干。 信息传输流

3、量大、效率高、速度快，容易实现挪动自动闭塞系统。 容易顺应各种车型、不同车速、不同运量、不同牵引方式的列车，兼容性强。 可以将信息分类传输，集中发送和集中处置，提高伐度中心任务效率。.3、CBTC的构造图. CBTC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

4、讯系统(Data Communication System, DCS )一、系统原理与组成.8根本原理 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ZC报告，同时联锁系统将线路信息包括信号显示、道岔位置、屏蔽门形状发送给ZC和车载，然后ZC向列车提供挪动授权，对列车的运转提供维护。一、系统原理与组成.CBTC任务原理 CBTC系统是指经过无线通讯的方式实现列车和地面间延续通讯的列车控制系统。系统的中心部分为轨旁和车载两部分。 列车经过机车上的测速传感器和线路上的应对器来得到列车的实时位置，应对器在线路的固定位置设置，列车每经过一个应对器就会在数

5、据库中查找其位置，从而得到列车的准确位置，列车的实时速度是经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，每经过一个应对器的实践位置加上相对该应对器的相对位移就可以实时的获得列车的准确位置。VOBC将列车的准确位置经过WLAN发送给轨旁设备，实现列车对地面设备的通讯。 轨旁的中心设备是区域控制器ZC，它担任管理运转在其管辖范围内的一切列车。. ZC接纳VOBC发送过来的列车位置、速度和运转方向信息，同时从联锁设备获得列车进路、道岔形状信息，从ATS接纳暂时限速信息，在思索其他一些妨碍物的条件计算MA，并向列车发送，通知列车可以走多远、多快，从而保证列车间的平安行车间隔。 由于CBTC

6、系统可以准确的知道列车的位置，“速度一间隔方式曲线(Distance to go )是其对列车的控制原那么。现实上，不论是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类似，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，挪动授权是轨道区段长假设干倍，而CBTC系统，挪动授权更准确。正是CBTC系统可以更准确的控车，才有的缩短了列车追踪间隔，使运转效率大大提高。.11一、系统组成ATS系统 ATS系统主要实现对列车运转的监视和指挥，辅助调度恣意对全线列车进展管理，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、

7、运转图管理、列车进路办理、在线列车冲突管理、列车运转自动调整、扣车、跳车、暂时限速等。.联锁系统 轨道空闲处置、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。进路控制功能担任整条进路的陈列、锁闭、坚持和解锁。道岔控制功能担任道岔的解锁、转换、锁闭和监视。这些动作是对ATS子系统命令的呼应。信号控制功能担任监视轨道旁信号机的形状，并根据进路、轨道区段、道岔和其它轨旁信号机的形状来控制信号机。 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

8、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

9、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，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，列车的位置和运转方向信息在保证列车平安运转中作用艰苦，列车定位方式采用测速传感器和地面应对器相结合的方式实现。DCS数据通讯系统 数据通讯系统采用无线局域网WLAN技术，经过沿线设无线接入点(Access Point,AP)的方式实现列车与地面之间不延续的数据通讯。一个AP点可以传输几十千米的间隔。一、系统组成. DSU系统 城市轨道交通CBTC系统中

10、，列车不是经过轨道电路来定位的，是列车经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一致，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求数据存储单元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功能的实现就需求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系统中是经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) ZC 区域控制器 又被称为轨旁ATP,安装在轨旁的地面ATP系统可以接纳其控制范围内列车发出的一切位置信息。根据轨道上妨碍物的位置

11、，向辖区内的一切列车提供行车答应。 地面ATP系统的主要功能包括：对辖区内一切运转列车的管理、生成行车答应、以及保证列车进入和驶离管辖区域的运转平安等。 .17一、系统组成 所谓“妨碍物包括前行列车、封锁区域、失去位置表示的道岔，以及任何外部产生的要素如-紧急停车按钮、站台屏蔽门、防淹门和隔离维护门等。同时，地面ATP系统还担任对相邻地面ATP系统的行车答应恳求作出呼应，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设备在对列车进展平安防护及生成MA过程中，需运用车载报告的列车位置信息。但此位置信息不平安，地面ATP系统必需对此信息进展平安处置

12、。呵斥位置误差的要素有：车-地通讯延时、丢数等。地面ATP系统需根据列车参数及预估的通讯延时对列车位置添加相应的包络，从而保证列车的平安。经过平安包络处置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思索哪些要素：测距误差位置汇报的生存周期列车最大速度列车加速度倒溜限制地面ATP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，会处置到各种妨碍物，从中选取符合条件的可以作为列车当前运转终点的终点妨碍物。终点妨碍物既有能够是静态妨碍物，例如道岔，进路终点等；也有能够是动态妨碍物，例如前方

13、列车等。列车的行车答应会有规律地、周期性地重建。经过平安包络处置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答应221列车运转在地面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、测距误差以及行车答应恳求等信息，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。行车答应计算过程生成行车答应获得当前列车位置233联锁采集线路内妨碍物形状道岔、屏蔽门、紧急停车按钮、计轴区段等，向地面ATP系统发送妨碍物信息及联锁的进路信息。4确定行车答

14、应的计算范围。地面ATP接纳到联锁的进路信息、妨碍物信息，根据列车在线路上的位置信息，确定列车当前可以运用的进路范围。 如以下图所示，列车运转在进路R1上，进路R2、R3均已陈列，地面ATP经过线路上列车运转情况及信号机的接近区段情况判别该车为最接近进路R2和R3的受控制的列车，将进路R1、R2、R3均分配给该列车运用，这样就确定了为该列车计算行车答应需求思索的范围。行车答应计算过程生成行车答应采集妨碍物信息245确定该列车MA需思索的范围后，MA计算所需思索的妨碍物类型可划分为两大类情况，分别进展遍历：一类为静态妨碍物，线路上静态存在的能够影响列车运转的妨碍物包括道岔、平安门、站台紧急封锁按

15、钮等；另一类为动态妨碍物，在线路上运转的列车。行车答应需思索这两类妨碍物，综合确定。6假设对于静态妨碍物和动态妨碍物而言，在按照从近到远的顺序遍历妨碍物后，假设在进路中没找到影响列车运转平安的妨碍物，将行车答应的终点设置在分配给该车的最远进路的终点，同时将行车答应范围中的一切妨碍物以在行车答应信息的方式发送给列车。行车答应计算过程生成行车答应检查前方妨碍物257对于静态妨碍物，地面ATP需求从列车车尾平安位置行车答应起点，按照由近到远的顺序，遍历线路上的静态妨碍物的形状能否会影响列车运转的平安。8对于静态妨碍物中的道岔而言，在进展行车答应计算过程中，需求检查道岔的当前形状与进路要求的联锁形状能

16、否相符，假设当前形状与进路要求的联锁形状相符，那么以为道岔不会影响列车运转平安，允许将行车答应延伸经过该道岔；否那么，不允许行车答应延伸，将该道岔作为终点妨碍物。行车答应计算过程生成行车答应检查静态妨碍物269对于静态妨碍物中的站台平安门或站台紧急封锁按钮，需检查站台平安门或站台紧急封锁按钮当前形状能否为翻开形状，假设检查发现妨碍物形状为翻开，将不允许MA延伸经过该妨碍物，将站台平安门或站台紧急封锁按钮对应的站台区域始端位置作为终点妨碍物；反之，那么允许行车答应延伸经过该妨碍物。行车答应计算过程生成行车答应检查静态妨碍物2710完成了静态妨碍物遍历后，地面ATP系统还需根据线路情况及列车情况，

17、检查MA遍历范围内的其他列车运转情况，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，由于同一时辰只允许一列车在站台区域内运转，因此，此时应将对应的站台区域的始端作为终点妨碍物；情况二为两列车在区间运转，将前车的平安车尾位置作为终点妨碍物。行车答应计算过程生成行车答应检查动态妨碍物28对控制范围内的列车进展监视管理将每列车的运转过程划分为不同的运转控制形状对不同的运转形状，地面ATP实施相应的操作，保证平安。恣意时辰每列车只能处于一种形状不同列车可以处于一样形状ZC根据列车形状进展循环处置列车管理列车运转控制形状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

18、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，ZC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

19、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

20、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31ZC经过严厉的逻辑判别，确定出管辖范围内每列车的运转控制形状，时辰追踪列车运转情况，并将管辖范围内的一切列车一致进展管理，保证多车运转的平安性。列车管理32当通讯列车从某一地面ATP系统管辖范围进入另一地面ATP系统管辖范围时，地面ATP系统将根据通讯列车的行车答应情况判别列车能否运转到达管辖范围边境。假设到达地面区域分界点，那么移交地面ATP系统将向接纳地面ATP系统发出移交恳求，以后由相邻两个地面ATP系统分别为该移交列车计算各自管辖范围内的行车答应，并由列车当前受控的地面ATP系统担任将两部分的行车答应进展混合后发送给列车，并根据线路情况不断更新行车答应。列车跨边境运转控制列车跨边境运转控制331列车即将跨越地面区域边境点P，此时列车的MA终点已发至P点且仍在向地面AT