中韩cbc互联互通标准对比研究

中韩cbc互联互通标准对比研究

u2009sbt点cbts（coordinationcenter）系统具有安全可靠性高、跟踪距离短等优点，是地铁等城市轨道管理制度的首选。IEEE1474.1(2004)作为CBTC系统的指导标准,没有定义系统中的子系统(设备)之间的协议,因此无法支持CBTC系统之间的互联互通,也不支持无人驾驶等功能1中韩cbtc系统互联互通研究历程2014年,中国城市轨道交通协会推动实施城市轨道交通信号系统建设的互联互通,2018年底编制并发布中国CBTC系统互联互通接口规范,包括4组17部分,涵盖系统、接口、测试和工程的关键领域2010年起,韩国运营商为了实现国外引进的CBTC系统能够互联互通,在CBTC系统的功能需求和国际标准的基础上,重新定义CBTC子系统之间的协议,韩国铁路标准(KRS)成为指导韩国各条运营路线互联互通操作的重要标准,指导韩国无线通信列车控制系统(KRTCS)完成性能评估和安全评估中国和韩国CBTC系统互联互通指导文件及相关标准,涵盖系统需求、设计开发、接口和测试等阶段,从系统总体需求、系统架构、系统功能、系统接口、系统测试和工程应用6个方面对中韩两国CBTC互联互通的研究进展进行对比分析,为中国自主化的CBTC厂商走向世界提供借鉴意义,同时为下一步中国互联互通CBTC系统的发展指明方向。2中韩cbc系统的互联互通比较2.1btc系统的最优条件中国互联互通标准和韩国KRS标准在制定CBTC系统时,都遵循IEC62290-1,IEEE802.3,IEEE1474.1和IEEE1474.3等国际标准。2.1.1系统无危险输出中韩CBTC系统的设计理念都遵循故障安全原则,即系统的一个或多个部件或模块发生故障,或输入信号丢失、计算错误、软件错误等情况下,系统不应该发生危险的输出或影响列车运行安全。2.1.2tren服务平台功能CBTC系统的功能划分为车载系统和地面系统,具体包括ATP(Automatictrainprotection)功能、ATO(Automatictrainoperation)功能、ATS(Automatictrainsupervision)功能和CI(Computerinterlocking)功能,如表1所示2.1.3驾驶cm中国CBTC系统互联互通中定义列车具有的运行模式包括:列车自动驾驶模式(AM);受控人工驾驶(CM);限制人工驾驶(RM),非限制人工驾驶模式(EUM),其中AM和CM为列车正常运行模式韩国互联互通CBTC系统的列车运行模式包括:全自动驾驶模式,自动驾驶模式,手动驾驶模式,紧急驾驶模式,基本驾驶模式,无人模式,待机模式和关闭模式,最后3种模式与用户要求相关2.1.4关键技术指标规定中韩CBTC系统互联互通协议在列车位置测量精度、列车速度测量的精度、车地通信时延、列车回退等关键技术指标都进行规定,对比如表2所示此外,中国CBTC系统互联互通标准对系统的安全性、可靠性、可维护性和可用性指标进行定义,如表3所示2.2互联互通cbtc系统架构CBTC系统的基本架构按照地理位置分为两大类:轨旁设备和车载设备,前者包含轨旁ATP(ZC),CI,ATS、PSD(Platformscreendoor)、LEU和应答器;后者包括车载ATP和车载ATO。地面设备与车载设备通过数字通信网络DCS(Digitalcommunicationsystem)系统进行通信,DCS系统选用W-LAN或者LTE-R实现通信。互联互通CBTC系统架构如图1所示。图1中实线的接口1～5在中韩互联互通协议中都进行了规定;点划线接口6仅在韩国互联互通协议中进行了规定;虚线接口7～12仅在中国互联互通协议中进行了规定。2.3连接cbct系统的功能比较中韩互联互通CBTC系统中的关键子系统的功能对比如表4所示。2.4关键系统间的通信模型虽然中韩互联互通CBTC系统架构存在区别,但是包含的关键子系统之间信息安全交互流程基本相同,通信传输过程分为3个层次:链路层、安全数据层和用户数据层,其安全传输通信模型如图2所示2.4.1车地通信方案一般来说,可靠和安全的重要设备在设备之间的接口链路配置使用TCP/IP协议,中国CBTC系统互联互通方案中,车地通信采用TCP/IP协议,地面设备之间的通信采用UDP/IP通信协议。中国与韩国互联互通CBTC系统设备间应用层通信协议对比如表5所示。2.4.2安全数据层安全数据层的作用是应对传输过程中可能出现的风险,完成对用户数据的保护,满足CBTC系统的功能要求2.4.3用户数据层(1)传输用户信息中韩CBTC系统互联互通协议的用户数据结构均为可变长度,由子系统间传输信息量决定,为通用字段和特殊字段组成。通用字段信息属于安全防护范围,主要保证信息时效性和有效性;特殊字段由相互联通的设备提供商沟通确定,确保各个厂家的设备在使用过程中发送和接收信息能够被充分有效使用(2)用户信息的比较由图1可知,韩国的互联互通CBTC系统中的关键子系统接口有6类,这6类的中国和韩国的用户信息比较如表8所示。此外,由图1可知,中国互联互通CBTC系统中关键子系统接口协议还定义了ATS-ATS之间2.5中韩互联cbct系统的测试比较2.5.1cbtc互联互通试验在互联互通测试方面,中国的4家CBTC供应商为每条新建线路单独提供一套完整的CBTC系统,不同厂家的列车在不同线路上交叉运行,实现互联互通性能验证测试。韩国的设备供应商提供子系统组成一套完整的CBTC系统,对一条既有线路进行升级改造,跑车试验验证互联互通性能。中国和韩国互联互通CBTC系统的系统(设备)供应商及产品信息如表9,表10所示2.5.2krtcs的互联互通中国互联互通CBTC系统测试包括实验室测试和现场测试两个阶段。4家中国互联互通CBTC系统供应商,采用真实系统与仿真系统结合的方式,在重庆龙凤溪搭建集成测试实验室,验证互联互通CBTC系统的功能,如图3所示KRTCS的性能和互联互通功能测试在既有线路——莫克波附近的大佛线(伊洛站到大堡站,11.25km)作为实验线路,线路如图4所示,站场平面如图5所示。在5个地方临时安装WLAN和LTE-R,用于列车控制系统的无线通信网络。伊洛站安装了ATS系统、轨旁ATP系统、CI系统;大佛站安装CI系统、道岔、信号机和PSD,验证轨道占用控制功能和无人驾驶功能。轨道每隔200m安装1组应答器,纠正ATP计算的列车位置误差。测试列车的前部和后部分别配备了1套车载ATP/ATO系统。同时,安装TCMS(列车控制与监控系统)和相关的TGIS(列车图形信息系统)监控列车运行状况2.5.3测试内容和要求中国互联互通测试规范中定义的测试内容包括的CBTC系统的74个功能点,分为共线和跨线,其中共线的接口/功能和数据测试组合有12种;跨线接口/功能和数据测试组合共6种,测试分3个阶段进行测试:(1)设计与实现阶段,由厂商内部独立测试;(2)室内平台测试阶段,各个厂家在互联互通实验室平台进行测试;(3)试验线阶段,各厂家的车辆进行现场测试。测试内容分为6部分:(1)与设备安全相关;(2)与车辆接口相关;(3)与线路相关的列车运行功能;(4)与继电接口相关功能;(5)网络相关功能;(6)运营相关功能。中国互联互通测试规范对74个系统功能点的测试方法、测试阶段等内容进行了详细规定KRS标准按照地面设备和车载设备,对其测试内容、测试标准、测试步骤进行了规定。对系统(设备)的型式试验包括外观检查、功率波动测试、低温测试、高温测试、温度循环测试、高温高湿测试、EMC测试、绝缘测试、振动测试、冲击测试、防水防尘测试和组合测试2.6基于ato和psd的轻轨信号互联互通中国互联互通CBTC系统示范工程选取4条重庆新建线路,线路如图6所示,其线路信息如表12所示。韩国CBTC系统互联互通线路Shin-lim轻轨7.76km,设计支持无人驾驶,最短运行时间为2min。为了将KRTCS系统应用于此线,对Shin-lim轻轨信号进行升级改造,在站台上安装PSD和紧急停车按钮等安全设备,互联互通协议定义了ATO和PSD之间的控制操作;站台紧急停止信号可与KRTCS系统的轨旁ATP系统关联,在紧急情况下可以禁止列车进入站台。Shin-lim轻轨现场系统详细设计如表13所示3中韩互联互通的主要差异中韩两国通过示范工程,证明了各自的CBTC系统互联互通的可行性。通过对CBTC系统中子系统间接口的标准定义和配置,实现CBTC系统的互联互通和标准化,扩大系统的适用性。此外,CBTC系统的互联互通增强了信号系统(设备)制造商之间的市场竞争,通过一个标准化的平台,降低系统建设成本和维护成本,扩大了信号系统的市场经济规模。中韩CBTC系统互联互通存在主要差异如下。(1)韩国互联互通的CBTC系统应用于既有线路改造中,对既有线路升级的过渡方案进行了探索研究;中国的CBTC系统互联互通示范工程的4条线路均为新建线路,没有既有线路改造带来的问题。随着中国其他城市轨道交通升级改造,如何将既有线路的信号系统升级为互联互通CBTC系统仍需进一步研究。(2)韩国互联互通CBTC系统支持全自动驾驶操作,中国互联互通示范工程暂时无此项需求。随着FAO系统在中国地铁中的广泛应用,后续支持全自动驾驶操作的互联互通研究仍需进一步加强。(3)中国互联互通方案是基于系统级,系统(设备)供应商为一条地铁线路提供一整套完整的CBTC系统