城市轨道交通列车自动控制系统维护 课件 1.4 基于CBTC的列车自动控制系统

列车运行控制系统维护SYSTEMMAINTENANCEMAINTENANCEOFTRAINOPERATIONCONTROLSYSTEM1.4基于CBTC的列车自动控制系统主讲教师：杨绚CBTC列车运行控制系统CBTCTrainOperationControlSystemPART01以通信技术为基础的列车运行控制系统，即基于通信的列车运行控制系统（CBTC，CommunicationsBasedTrainControl）。CBTC采用独立于轨道电路的列车控制方法，通过高精度的列车定位和连续、高速、双向的数据通信，建立车载和地面安全设备的实时通信，实现对列车的控制。是一种采用先进的通信和计算机技术，连续控制、监测列车运行的移动闭塞方式。CBTC列车运行控制系统CBTC列车运行控制系统CBTC系统的出现成功解决了基于轨道电路列车运行控制系统的以下弊端：2传输信息量有限。轨道电路限制了列车位置检测的精度。13轨道电路易受到天气、地理环境及电磁环境的影响。CBTC列车运行控制系统CBTC系统的另外一个基础则是列车定位。只有确定了列车的准确位置，才能计算出列车间的相对距离，保证列车的安全间隔；也只有确定了列车的准确位置，才能保证根据线路条件，对列车进行恰当的速度控制。CBTC系统依据列车本身的测速测距和探测地面应答器或其他传感器对列车位置的测量，查询系统数据库，实现列车的定位。CBTC列车运行控制系统CBTC系统确立“信号通过通信”的新理念，使列车与地面紧密结合、整体处理，改变以往车－地相互隔离、以车为主的状态，其主要技术基础在于其车地通信方式及列车定位方式，CBTC系统的通信子系统在车-地之间建立连续、双向、高速的传输通道，列车的命令和状态可以在列车与地面设备之间可靠交换，使地面设备和受控列车紧密地连接在一起。所以，车-地通信是CBTC系统的基础。较基于轨道电路的列车控制系统比较，CBTC系统特点总结？基于感应环线的CBTC系统CBTC车-地通信方式：CBTC以列车与地面的传输信息方式来划分，可以分为无线自由波、感应环线、漏缆及波导管等，北京地铁S1线使用了带交叉感应环线的CBTC技术。基于感应环线的CBTC系统，是我国“十一五”科技支撑计划中的中低速磁浮交通技术及工程化应用的研究课题，在唐山机车车辆厂内建设了1.5km的中低速磁浮列车试验线，交叉感应环线通信系统是中低速磁浮交通的关键技术，感应环线系统是列车运行控制系统的中枢，通过感应环线向地面和车载控制系统提供连续双向的通信通道。基于感应环线的CBTC系统感应环线具有成熟的使用经验，使用寿命长以及投资少等优点，目前仍继续得到应用。感应环线的缺点是安装在钢轨中间，安装困难且不方便工务部门对钢轨的日常维修，车－地通信的速率低。优缺点：感应环线的列车运行控制系统整体结构与轨道电路类似，其特点在于设置于车站的感应环线收发设备与轨旁感应环线的铺设，是实现感应环线通信系统的关键装备。安装：基于感应环线的CBTC系统基于感应环线车地通信采用主从应答方式，地面控制中心为通信主站，各个车载控制器VOBC为从站。地面控制中心按顺序轮流向VOBC发送命令，并要求相应的VOBC应答。地面控制中心和VOBC通常的轮循周期为0.5秒，并保证最长3秒钟内，列车和地面能够交换信息一次。当车载发送天线发送信息时，地面感应环线又变成为接收天线，接收车载设备发送的信息，从而实现车地双向通信。感应环线与车载天线设置如下图所示，感应环线每25-100米交叉一次，车载VOBC在经过每个交叉点是检测到信号相位的变化，以此来进行定位计算。基于感应环线的CBTC系统基于感应环线的列车定位：车载线圈通过感应交叉回线中电流信号所生成的磁场产生感应电压。车载设备对线圈感应电压信号进行滤波、整形处理得到位置脉冲信号，再通过计数脉冲个数即列车通过交叉回线环路的个数来决定列车位置，该方法所得列车的位置信息基于交叉回线的回线宽度，回线宽度在测量上和均匀布置上会有误差。相对定位的误差会随着时间积累，必须每隔一定距离要对列车的位置进行修正。当列车通过两根感应环线的边界确定了列车的精确定位点。列车在每一段感应环线所接收到的通信报文中感应环线标识号是不同的，这样列车只要经过环线边界就可以确定其精确位置了。而在基于无线通信的CBTC系统中，则需要在线路的固定位置配置一种可编码应答器。列车行驶经过应答器时，应答器向列车发送定位信息确定列车的初始定位点。在基于感应环线的CBTC系统中，只需要经过环线边界就可以确定其精确位置，不需要增加额外的设备。基于感应环线的CBTC系统基于感应环线的列车定位特点：列车的行驶距离和方向由车轮转速计确定，但应用车轮转速计测量时会存在一些测量误差，并且随着距离的递增不断累积，从而影响定位效果。在基于感应环线的CBTC系统中，通常每隔25m感应环线交叉一次，当列车经过这个交叉点时，相位相反的信号会被接收天线收到，这样就可确定列车的位置正处在交叉点上。又因为相邻交叉点间的距离一定，所以列车在经过感应环线交叉点时，就可以对转速计测量的列车行驶距离值进行修正，从而避免误差累积。基于无线电台的CBTC系统基于无线电台传输的CBTC系统较基于感应环线电缆的CBTC系统使用更为广泛，基于无线电台通信的CBTC系统继承了基于环线车地通信的各种优势，因其庞大的通信容量，同时还能为地铁运营商增加其他更多的运输操作功能和增值服务，更易于实现不同线路之间的互联互通，已经越来越多地应用到国内外成熟轨道交通系统的新建线路和旧线改造中。基于无线电台的CBTC系统与基于感应环线的CBTC系统不同之处？基于无线电台的CBTC系统无线电台传输技术：无线电台是城市轨道交通WLAN的一种主要应用方式。根据IEEE802.11无线局域网的标准，目前广泛采用基于2.4GHz的ISM（工业、科学和医用）频带，无线电台方式传输的最大距离约为700m。由于城市轨道交通线路多穿行于城市区域，其弯道和坡道较多，增加了无线场强覆盖的难度。为了保证场强覆盖的完整性，保证通信的质量和可靠性，无线电台一般在地下线路200m左右设置一套，在地面和高架线路300m左右设置一套。基于无线电台的CBTC系统无线电台设置原则：1．无线电台的体积较小，安装比较灵活，受其他因素的影响较小，可以根据现场条件和无线场强覆盖的需要进行设计和安装，且安装和维护较容易。2．无线电台在隧道内传输受弯道和坡道影响较大，同时隧道内的反射比较严重，需要考虑多径干扰等问题。3．无线电台在地面和高架线路安装比较容易，但线路周围不能有高大密集的建筑物，否则也会产生反射和衍射，从而导致质量下降和通信速率降低。4．无线电台的传输距离小，为了保证在一个无线接入点（AP）故障时通信不中断，往往需要在同一个地点设置双网覆盖，进一步缩短了AP布置间距。但这样使列车在各个AP之间的漫游和切换比较频繁，大大降低了无线传输的连续性和可靠性，同时相应的电缆使用量很大。讨论总结：为保证信息的可靠、安全、及时传输是CBTC对无线通信子系统的基本要求，无线通信子系统应满足什么特性？基于无线电台的CBTC系统自由波天线裂缝波导管泄漏同轴电缆无线电台传输方式：基于无线电台的CBTC系统裂缝波导管无线传输技术采用沿线铺设的裂缝波导及与波导连接的无线接入点作为轨旁与列车的双向传输通道。波导管是一种空心且内壁光洁的导管，主要用于对超高频电磁波进行传输。基于无线电台的CBTC系统波导管是一种空心且内壁光洁的导管，主要用于对超高频电磁波进行传输。波导系统具有通信容量大，可在隧道及弯曲通道中传输、干扰及衰耗小、无其他车辆引起的传输反射、可在密集城区传输特点。波导的缺点在于安装困难，需全线沿线路安装波导管，安装维护复杂，并且造价高。波导管可以安装在地铁隧道顶部或者地面上，可以结合现场环境灵活确定，波导管安装的要点是保证波导管和列车天线的距离保持不变，为了保证波导传播，要求波导管与天线的距离保持在30~40厘米之间。北京地铁2号线、机场线等多条线路，以及其他各大城市均有采用裂缝波导管传输技术。二、列车运行控制系统分类基于AP的CBTC列车自动控制系统基于无线电台的CBTC系统泄漏同轴电缆：泄漏同轴电缆无线传输技术在新研发的系统采用的不多。漏泄电缆方式特点是场强覆盖较好、可控，抗干扰能力强。单点AP的控制距离通常达800m（每侧漏泄电缆长度400m）。缺点是漏泄同轴电缆价格较高，漏泄电缆通常安装在距离隧道壁10厘米以上的距离，以消除对耦合损耗的影响。基于无线电台的CBTC系统按漏泄原理的不同，漏泄电缆分为三种基本类型:耦合型、辐射型和漏泄型。其中，漏泄型可以归属辐射型。如图所示，其中1是内导体，2是绝缘体，3是外导体，4是长条形槽孔，5是护套，6是电磁波。讨论总结：三种无线电台传输方式的特点？自由波天线裂缝波导管泄漏同轴电缆列车运行控制系统分类基于AP的CBTC列车自动控制系统基于LTE的地铁信号无线传输LTE技术（LongTermEvolution），是通用移动通信系统的重要演进项目，是新定义的无线空中接口标准，能够有效开展增强型的多媒体广播组播业务等工作，已经基本具备了4G通信技术手段的特征。LTE技术在实际应用的过程中，具有较强的抗干扰能力，能够在较低成本的运行状态中，更好地保证和提升信号系统无线传输服务的实际业务质量。相比WLAN，TD-LTE作为无线技术的新标准。目前在商用领域已经获得较大规模的应用。我国新建地铁线路。大多采用LTE作为地铁信号无线传输技术。基于LTE的地铁信号无线传输想一想：LTE技术在地铁信号系统中的应用，具有哪些优势？基于CBTC的列车运行控制系统车地通信方式多是采用WLAN技术，WLAN是免费开放的无线局域网络，这一技术保持着2.4GHz频段应用效果，但由于其免费开放的特征，容易受到相同频段的其他设备的干扰，需要较多的轨旁无线设备，并且无法充分有效地支撑地铁运行系统的高速移动效果。相较于WLAN技术，LTE技术在地铁信号系统中的应用，具有更为明显的优势。基于LTE的地铁信号无线传输LTE设备包括中央控制设备，基站设备，车辆终端设备等。中央控制设备由核心网络设备和LTE网络管理组成，与CBTC业务系统对接。核心网络通过所有级别的交换传输网络连接至基站设备，LTE网络管理系统是整个无线覆盖系统中配置和管理所有基站的网络管理系统。核心网络和网络管理通过交换机