无线闭塞中心原理、结构及功能

RBC系统原理、结构及功能

北京交通大学一、无线闭塞中心概述二、无线闭塞中心在C3中的作用四、无线闭塞中心系统功能内容提纲三、移动自动闭塞基本原理五、无线闭塞中心系统结构基于轨道电路的列车运行控制系统主要利用轨道电路传送地面至车上的信息一、无线闭塞中心概述为什么需要在列控系统中引入RBC以及RBC具有什么特殊性？

借鉴欧洲列控系统（ETCS）建设经验，结合我国铁路运输特点和既有信号设备制式，考虑未来发展，制定了我国列控系统CTCS技术标准，分为CTCS-0、1、2、3、4级。国内CTCS技术研究现状既有线提速和250km/h客运专线。基于轨道电路信息的ATP系统CTCS-2级300km/h及以上客运专线。基于轨道电路和无线通信(GSM-R)的ATP系统CTCS-3级面向未来的列控系统.完全基于无线通信(GSM-R)的ATP系统CTCS-4级既有线控制模式：区间轨道电路+站内电码化+通用机车信号+列车运行监控装置。CTCS-0级为什么在列控系统中引入RBC

CTCS-2级目前列车控制系统特点：基于点式应答器

连续轨道电路传输列车运行控制信息的点-连式列车超速防护系统，已经在提速线路和客运专线获得成功应用，适用于200km/h~250km/h的线路。基于轨道电路的列车控制系统主要利用轨道电路传送地面至车上的信息。列车速度的提高需要对列车实施更为精确的控制，这就需要车上、地面之间传输大量的信息，但为满足列车控制对信息传递实时性的要求，轨道电路只能传输较少的信息量。轨道电路的工作稳定性易受环境的影响，如:道砟阻抗变化、天气变化。在用轨道电路构成自动闭塞系统时，闭塞分区长度固定，对不同类型的列车适应性差，影响铁路运输效率。在用轨道电路构成自动闭塞系统时很难用轨道电路来实现列车对地面控制中心进行通信，即利用轨道电路是难以实现双向通信的，也就无法实现真正意义上的列车闭环控制。轨道电路构成闭塞分区时的分割，对长钢轨的应用造成障碍，例如采用无绝缘轨道电路，需增设补偿电容抵消钢轨衰耗的影响，此外，还需消除死区段。轨道电路需要大量电缆以便采集轨道电路发送端和接收端的信息集中到车站进行处理，其投资费用占整个自动闭塞系统的40%-60%通过轨道电路只能判断闭塞分区是否被占用，而无法实现对列车精确定位，严重影响列车运行效率。重要结论“闭塞分区”是任何列车运行控制系统必须遵循的控制单位，它一直被保持着，是任何列车自我保护的基本距离单位，只是在TBTC-FAS系统中，“闭塞分区”的长度和地段在确定之后就固定不变，是它的不足。1.系统存在如下需改进的方面铁路沿线地面设备过多地面向列车传送信息的信息量不足实时性不够车地之间不能实现双向通信

铁路沿线地面设备过多

地面设备和线路检查设备沿铁路全线分布，设备投资高，维护成本大。尤其是一些地理环境恶劣的区域，维护的困难很大。地面向列车传送信息的信息量不足列车在站间反向运行时，只能采用自动站间闭塞，列车不能追踪运行，影响运行效率。目前的ZPW2000轨道电路最多只能显示前方七个闭塞分区空闲，难以支持350公里以上时速高速列车的运行需要。

实时性不够临时限速和解除临时限速信息只能通过一些点式设备传送给列车，所以有时候临时限速不能及时下达，而有时候临时限速条件解除后列车又不能及时加速，影响列车运行安全和运行效率。同样，一些紧急信息也难以实时地传递给列车。

车地之间不能实现双向通信

只能从地面向列车单向传输信息，列车的信息无法传输到地面所以地面不能区分列车，只能对列车进行粗放型的控制。2.解决方案尽量减少地面设备采用无线传输方式来实现车地之间的双向、大容量、实时的信息传递3.CTCS-4级列控系统的出现系统特点：连续式列车速度监控，信息通道是无线通信（GSM-R）方式地面不设区间传统信号设备和检查轨道状况的设备列车运行控制功能集中于车上，列车具有自行定位的功能，只设一些固定地面应答器用于列车定位校准列车的位置由列车传至RBC，并由RBC传送至后续列车，实现移动闭塞方式的间隔控制。列车运行安全速度是根据地面设备传递的信息，由车上设备进行自动控制。4.CTCS-4级列控系统车地之间大数据量的传输可以支持高速列车的运行需要，列车运行的时速可以达到350公里以上；取消地面信号和轨道区段空闲检查设备及相应电缆，可以降低设备成本；可以实现移动闭塞方式，使两列车追踪间隔大大缩短，提高列车在区间追踪运行的密度，从而大大提高铁路运输效率;由于能够实现车地之间的双向信息传输，构成了闭环控制系统，使列车运行的安全性大大提高；RBC具有什么特殊性地面可以根据列车报告的具体情况进行更加精准的控制（例如，可以实现对不同等级的列车施加不同的临时限速）。此外，还可以通过RBC将列车信息和防护信息发送给其他相关信息管理系统，实现调度系统全方位的集成。从CTCS-2级CTCS-3到CTCS-4级CTCS-3的出现需要解决最重要的问题就是采用无线方式传输列控信息的可靠性、实时性。对无线传输通道的可靠性和实时性没有十足的把握，所以列车报告的位置可用性也不确定，需要实现一个中间的列车控制等级，即CTCS-3级。CTCS-3级列控系统依然使用准移动闭塞而非移动闭塞，并采用成熟的CTCS-2级列控系统作为后备模式。CTCS-3级与CTCS-2级基本类似，只是在CTCS-2级的基础上引入RBC实现了车地双向通信。CTCS-3级列控系统使用的地面设备等于全套的CTCS-2级地面设备加上RBC和大量的GSM-R基站，经济性并不是很高，但是CTCS-3级系统是CTCS体系结构中不可缺的一个重要环节。目标：为实现更为理想的CTCS-4级列控系统。RBC特点：RBC与CTCS-2级列控系统中的地面设备有所不同，其中最大的区别即RBC与ISDN/GSM-R网络之间的接口CTCS-2级地面列控设备都是采用封闭传输网络来传输列控信息RBC是利用开放的通信环境（GSM-R）来传输列控信息的列控设备。由于是首次尝试，肯定会遇到很多问题，需要不断摸索。只有通过CTCS-3级的RBC设备彻底解决了开放网络环境下的各种问题后，才有可能实现CTCS-4级的RBC设备和CTCS-4级列控系统。CTCS-3级RBC与其他地面

设备的连接关系

CTCS-3级列控系统地面设备组成：由列控中心轨旁电子单元（LEU）轨道电路临时限速服务器（TSR）RBC等组成与联锁、CTC、集中监测系统、GSM-R等设备/子系统共同构成地面系统。其中，RBC是车地之间联系的纽带。一台RBC可以连接多台联锁，（通过联锁）连接多台列控中心，同时控制多列列车。在RBC和GSM-R网络均正常的情况下，车载应主要使用来自RBC的信息监控列车运行。只有当RBC或者GSM-R网络出现故障时，车载才应该降级使用CTCS-2级地面设备提供的信息监控列车运行。二、无线闭塞中心在C3中的作用什麽是无线闭塞中心(RBC)基于安全计算机平台的信号控制系统，属于CTCS-3级列控系统的地面核心设备。无线闭塞中心：根据所控制的列车的状态控制范围内的轨道占用列车进路状态临时限速命令灾害防护和线路参数等信息产生针对所控列车的移动授权（MA）信息，并通过GSM-R无线通信系统传输给车载子系统，保证管辖范围内列车的运行安全。GSM-R无线通信模块及天线CTCS-3级列控系统主要设备密钥管理系统（本工程不含此设备）无线闭塞中心（RBC）临时限速服务器及操作终端地面列控中心（TCC）轨道电路应答器电子编码器（LEU）车载设备GSM-R网络等组成C3系统总体结构图

CTCS-3级系统结构CTCS-3级系统是基于GSM-R无线通信实现车-地信息双向传输，无线闭塞中心（RBC）生成行车许可，轨道电路实现列车占用检查，应答器实现列车定位，并具备CTCS-2级功能的列车运行控制系统。包括：无线闭塞中心RBC、GSM-R网络、轨道电路、应答器、列控中心、车载设备等。调度中心CTC车站联锁道岔信号机轨道电路列控中心应答器车载设备无线闭塞中心RBCGSM-R室内设备无线闭塞中心RBCGSM-R室内设备C3级列控与C2级列控的比较地面设备增加无线闭塞中心RBC、GSM-R无线通信网络；车载设备增加GSM-R无线通信单元及天线；车载设备根据RBC的行车许可，生成连续速度控制模式曲线，实时监控列车安全运行。调度中心CTC车站联锁轨道电路列控中心应答器道岔信号机RBC为CTCS-3提供行车许可速度曲线GSM-R无线通信模块及天线车载设备C3地面设备总体结构示意图CTCS-3级各部分功能根据轨道电路、联锁进路等信息生成行车许可无线闭塞中心RBC应答器通过GSM-R无线通信系统将行车许可、线路参数、临时限速传输给CTCS-3级车载设备通过GSM-R无线通信系统接受车载设备发送的位置和列车数据等信息向车载设备传输定位和等级转换信息向车载设备传送线路参数和临时限速等信息，满足后备系统的需要用于实现车载设备与地面设备的双向通信GSM-R核心网包括移动交换子系统、GPRS子系统、智能网接口GSM-R网络采用冗余交叉覆盖的方式进行布置，提高了车地通信的可靠性根据地面设备提供的行车许可、线路参数、临时限速等信息和列车参数，按照目标距离连续速度控制模式生成动态速度曲线，监控列车的安全运行车载安全计算机轨道电路实现列车占用检查发送行车许可信息，满足后备系统的需要无线闭塞中心（RBC）是CTCS-3级列控系统核心，是基于信号故障安全计算机的控制系统主要功能：负责根据线路特性（如坡度、线路固定限速）、运输条件（列车间隔）和其它系统的情况（如轨道占用信息、联锁进路状态等）向列车发送速度－距离监控所需要的移动授权信息（MA），并通过GSM-R无线通信系统传输给车载自动超速防护系统ATP设备，保证其管辖之内列车的运行安全。每个无线闭塞中心（RBC）最多可控制30列动车组，可与相邻的2个无线闭塞中心（RBC）和8个车站联锁设备接口。RBC及RBC本地操作终端均采用3取2的结构，使用3个独立的处理单元来保证安全：数据处理同时独立进行，按照3取2多数胜出的表决程序对结果进行选择（专用的外部故障导向安全单元自动将结果不同于其它两个处理单元的处理单元排除在外）。RBC设备的安全等级达到IEC61508规定的安全等级SIL4级。无线闭塞中心（RBC）通过2×4芯专用光芯构成冗余的RBC/IXL安全数据通信以太网实现与车站联锁设备的信息交换；通过冗余的E1通道与CTC设备间信息交换。无线闭塞中心（RBC）通过车站联锁计算机，获取轨道占用、进路状态、区间方向、闭塞分区的可用性等信息，RBC不直接与列控中心TCC进行信息交互。无线闭塞中心（RBC）通过以太网与临时限速服务器进行连接，获取临时限速命令信息。TSRS与RBC间传递安全信息使用

Subset-098安全协议，满足EN50159-2对开放网络通信的安全要求。且临时限速服务器可以和多个RBC相连。一个RBC只能和一个临时限速服务器相连。无线闭塞中心（RBC）通过RBC-记录警报子系统ART与信号集中监测系统的CSM-RBC接口通信机接口，向信号集中监测系统输出其工作状态、收发信息记录等信息。三、移动自动闭塞功能特点CBTC系统根据闭塞分区来分为：基于通信的固定自动闭塞运行控制系统（CBTC基于通信的列车控制系统-FAS）基于通信移动自动闭塞运行控制系统（CBTC-MAS）

固定自动闭塞系统固定自动闭塞系统（FixedAutobockSystem一FAS）采用地面固定信号机、轨道电路等设备将铁路线路分成若干个闭塞分区，在同一时间点上每个闭塞分区只能被一列车占用。FAS的特点

闭塞分区的长度是固定的，在进行设计和施工决定后就不再改变。闭塞的长度根据给定的线路参数、列车参数等，在进行牵引计算后得出结果，长度不一定相等。移动自动闭塞系统（MovingAutoblockSystem一MAS）闭塞分区长度是可变的，并且随列车运行而移动，它是依据列车本身参数及其所在地段参数实时计算出来的。MAS特点：可以缩短列车安全间隔有效的方法，任何时候都能知道前列车和本列车的定位信息，依据列车的载重量、制动能力、运行速度、所在地点前方的坡道/曲线值等多种因素，动态的地给出闭塞区间。CBTC-MAS下无线闭塞中心的特点1、移动闭塞区间无线闭塞中心周期性地向管辖区域的所有列车提供闭塞分区信息，并管理闭塞分区。闭塞分区随着列车的运行而移动；其长度是可变的，列车的种类、运动状态、载重量、其所在线路参数等因素不同，闭塞分区的长度就不同，闭塞分区是无线闭塞中心跟据这些因素和列车之间的位置关系，实时进行计算得出的。CBTC-MAS下无线闭塞中心的特点2、车一地连续双向的通信列车和无线闭塞中心之间建立了双向的无线通信信道，保证列车和无线闭塞中心可以实时交互大量信息，保证了列车运行信息和列车运行许可的及时性、连续性。可靠、安全的无线通信系统是CBTC-MAS的基础。CBTC-MAS下无线闭塞中心的特点3、强大的实时信息处理能力无线闭塞中心实现列车运行控制不仅需要和车载设备、联锁设备、调度集中系统、相邻RBC等外部设备进行大量的数据交换而且还要从RBC内部数据库调出线路参数、列车基本参数等既定信息，并对这些数据进行处理，才能得到列车控制信息所以强大的信息处理是RBC列车控制的保障。CBTC-MAS下无线闭塞中心的特点4、极少的地面设备CBTC-MAS中闭塞分区已不需要应用地面信号，RBC传送的运行许可和控制信息，在车载设备系统的显示屏上，可以指示出本车距前行列车尚有多少距离，或列车进站距离等等。5、高行车安全性大量及时的信息交互，列车的精确定位，便于实现列车自动超速防护系统（ATP），无线闭塞中心配合调度集中系统可以进一步实现列车区间的自动控制

(ATO)。CBTC-MAS下无线闭塞中心的特点6、故障安全性列车运行许可由无线闭塞中心产生，是列车运行的基本依据，要求无线闭塞中心本身就是故障一安全系统，要求RBC不仅要有硬件冗余，而且在系统软件上也要有冗余。

四、无线闭塞中心的功能(1)与辖区内各列车的车载设备OBE建立实时双向的数据通信，保证收发信息的实时性、可靠性和安全性；(2)对辖区内所有列车运行实时监控，根据运行情况，实时计算得出各列车每一时刻的移动闭塞分区；(3)发送列车运行许可，计算多辆列车的列车间隔，避免列车追尾事件的发生；无线闭塞中心的功能(4)与相邻RBC通信，完成跨区列车运行控制；(5)采集车站联锁设备信息，申请列车进路，车站列车运行控制；(6)与CTC通信获得列车运行控制信息，列车运行计划；(7)与CTC通信反馈管辖范围内列车运行实迹；(8)行车中特殊情况处理；(9)显示区间和车站列车运行实迹；(10)记录和打印所有管辖内列车行车实迹。五、无线闭塞中心的结构MSC移动交换中心BSC无线基站子系统BTS基站收发台无线闭塞中心的结构列车运行控制子系统联锁设备接口GSM-R通信接口以太网络接口辅助系统（风扇控制、光电接口和电源模块)数据记录子系统等构成人机交互界面(故障保护键盘子系统)中央联锁单元系统TLC/LD和ISDN通信接口①列车运行控制子系统：

无线闭塞中心的中枢，管理和控制管辖范围内所有列车，及时进行列车的注册和注销操作。

它接收辖区内所有车载设备的定位信息、列车运行状态等信息，并采集车站联锁设备的信息，以及调度中心的调度命令；

根据这些信息计算得列车运行许可和控制信息，通过无线通信接口，经无线信道发送给车载设备②联锁设备接口：

在列车进出站时，通过联锁设备接口，申请列车进路。

如果调度集中系统分机控制联锁设备办理好列车进路，通过RBC发给列车运行许可，允许列车进站停车，运行许可末端为股道的列车的停止位置；

如果联锁设备未办理列车进路，RBC发给的列车运行许可末端，只能达到进站线路前端。

③GSM-R接口：

连接GSM-R通信有线网络中，经过移动交换中心(MSC)和无线基站子系统(BSC)，最后通过基站收发信台((BTS)实现车载信号设备进行无线通信。

主要负责接收列车信息，发送列车运行许可及其相关控制信息，同时负责信息传输通道的管理、加密并检查所接收信息的完整性。④以太网络接口：

将RBC接入以太局域网，通过以太网和调度集中CTC分机进行通信，以太局域网和通信主干网络是相连的，从而实现与相邻RBC的网络连接。⑤人机交互界面：

显示RBC控制范围内的线路图和站场图；

显示RBC管辖区域内列车位置信息、速度信息、列车追踪情况；

显示与车载设备、调度中心CTC，相邻RBC的通信状态；

显示RBC的参数信息和设备状态、故障报警提示等。⑥RBC内部数据库：存储了RBC在运行和管理中需要的所有的数据，是RBC正常运行的基础。⑦数据记录子系统：

记录RBC管辖地区内所有列车的运行信息；

记录RBC与外部设备(联锁设备、CTC分

机、相邻RBC)通信信息；

记录RBC自身设备