轨道交通通信技术发展.ppt

1、轨道交通技术,主要内容,一、轨道交通的发展 二、无线通信技术的需求及应用 三、GSM-R(铁路专用数字移动通信系统) 四、GSM-R在铁路中的应用效益 五、总结,一、轨道交通的发展,轨道交通一般是指车辆在轨道上运行的运输方式，它是以机车车辆等移动设备和轨道线路、桥梁隧道等固定设备为基本设备，以车站为运输生产基地的实现旅客和货物运输的庞大系统，包括干线铁路及城市轨道交通。轨道交通的特点是列车在轨道上运行、不能随意越行，只能通过道岔使列车由一条线变换到另一条线。,1. 轨道交通,轨道交通分成干线轨道交通和城市轨道交通两大类： 干线轨道交通区域间或城市间的铁路，后者是指连接两个大城市之间的城际客运专

2、线铁路 城市轨道交通 城市铁路 市郊铁路 地铁 轻轨 磁悬浮铁路,2. 轨道交通的范畴,城市轨道交通在国外已有100多年的发展历史，世界主要大城市大多有比较成熟与完整的轨道交通系统。有些城市轨道交通运量占城市公交运量的50%以上，有的甚至达70%以上。巴黎1000万人口，轨道交通承担70%的公交运量，这一比例在东京是86%，在莫斯科和香港是55%。,3. 国外一些城市轨道交通的发展,美国东部大都市连绵带,纽约地铁,纽约地铁系统共有27条线路，总长达722英里(合1162公里)，是世界上最长的城市地铁，也是世界上唯一一处24小时运营的地铁。468个车站遍及全市,行车间隔2-3分钟。 车票采用自动

3、售票系统，地铁票与公共汽车票通用。,纽约地铁线路图,巴黎地铁,服务于巴黎城区和近郊的地铁有 16 条线，380 个站。,在巴黎坐地铁，未必要在地铁站里买票，地铁站外的自动售票机以及遍布市内各街区的售票点和酒吧均出售地铁票。地铁内采用自动检票机验票。在一些客流量集中的大站，自动检票机的数量甚至多达十几个。地铁靠近车门的座位都是可折叠的，在高峰时间，乘客们大多自觉站立以减少拥挤程度。,巴黎地铁线路图,东京地铁,目前东京的地铁总运营里程达286.2公里。东京的地铁分为两种，一种是帝都高速交通财团运营的地铁，即营团地铁，有9条线路；另一种是东京交通局运营的地铁，即都营地铁，有4条线路。两家地铁的日均客

4、流量达750多万人次，在城市交通中发挥着重要作用。,东京地铁线路图,4. 国内一些城市轨道交通的发展,城市交通是保持城市活力最主要的基础设施，是城市生活的动脉，制约着城市经济的发展。国内将发展多层次、立体化、智能化的交通体系，发展大、中、低客运量相互匹配的多种形式相结合的客运轨道交通工具。“十一五”我国将建设1500余公里城市地铁或轻轨，已批准北京、上海、天津、重庆、广州、深圳、南京、苏州、杭州、武汉、长春、成都、青岛、大连等15个城市发展城市轨道交通。,17,连接卫星城市,上海市,广州,深圳,5. 国外高速铁路的发展,1964年，世界第一条高速铁路东京至大阪（东海道新干线）建成通车，高速列车

5、运行速度达210公里/小时。此后，欧洲的德国、法国、英国、意大利、西班牙、荷兰、比利时、韩国等国相继发展了高速铁路。,山阳新干线(大阪至博多)：1975年建成通车，全长1069公里，列车行驶最高时速达270公里 上越新干线(大宫至新泻)：1982年建成通车，全长269.5公里，列车行驶时速240公里 东北新干线(东京至盛冈)：1985年建成通车，全长496.5公里 ，列车行驶最高时速达240公里 长野新干线(高崎至长野)：1997年建成通车，全长l17.4公里)，列车行驶最高时速260公里,日本,意大利,高速铁路超过1100km： 都灵、米兰、那不勒斯之间630km高速铁路 米兰-帕多瓦以及热

6、那亚-Po Valley之间270km高速铁路 罗马-佛罗伦萨之间250 km 高速铁路,西班牙,6. 我国高速铁路及客运专线发展,从2005年开始，中国铁路客运专线及高速铁路网络建设进入实施阶段。,中国7个大都市带,三大矛盾：速度慢、 东西差距、区域间,中长期铁路网规划,规划确定扩大规模，完善结构，提高质量，快速扩充运输能力，迅速提高装备水平的铁路网发展目标。到2020年，全国铁路营业里程达到10万公里，主要繁忙干线实现客货分线，复线率和电化率均达到50，运输能力满足国民经济和社会发展需要，主要技术装备达到或接近国际先进水平。 发展客运专线。建立省会城市及大中城市间的快速客运通道，环渤海地区

7、、长江三角洲地区、珠江三角洲地区三个城际快速客运系统，建设客运专线1.2万公里以上。 完善路网布局和西部开发性新线。以扩大西部路网规模为主，形成西部铁路网骨架，完善中东部铁路网结构，提高对地区经济发展的适应能力，规划建设新线约1.6万公里。 加强既有路网技术改造和枢纽建设，提高路网既有通道能力。规划既有线增建二线1.3万公里，既有线电气化1.6万公里。 加大煤运通道能力建设。在大同、神府、太原、晋东南、山西、贵州、河南、兖州、两淮、黑龙江大部等十个煤炭外运基地，形成大能力煤运通道。,二、无线通信技术的需求及应用,1. 轨道交通对通信技术的需求,轨道交通通信系统必须保证轨道交通列车运行的安全、准

8、点、高密度和高效率，形成运输的集中统一指挥、行车调度自动化和列车运行自动化，是连接移动设备、固定设备、运输生产基地的纽带，是轨道交通运输生产及作业人员的信息勾通工具。,轨道交通通信系统分类,轨道交通通信系统按其使用要求，分成确保行车安全提高运行效率、设备维护运营管理、为旅客服务等三类通信系统；按其服务类别，分成话音通信、控制信号传输、数据通信、图像通信，等等；按其技术类别，分成传输子系统、无线子系统、公务电话子系统、专用电话子系统、有线广播子系统、闭路电视监控子系统、时钟子系统、电源子系统、集中告警设备、等等。,2. 无线通信技术的应用,移动通信(话音通信、图像通信、传真通信、数据通信、电子邮

9、件等数据通信，etc) 无线传输(安全数据传输、非安全数据传输、图像传输，etc) 识别及定位(车辆设别、物品识别、司机添乘卡，列车定位、调车机定位，etc),3. 短距离无线通信在轨道交通中的应用,短距离无线通信技术的应用范围广泛。一般意义上，只要通信双方通过无线电波传输信息，并且传输距离在较短的范围内，通常是几十米以内，就可以称为短距离无线通信。,蓝牙：无线耳机，PC-PDA-笔记本电脑之间连接 超宽带：家庭娱乐应用，高速视频传输，PC与外部的高速连接 Zigbee：工业监控，家庭自动化，传感器网络，遥控设备 红外，等等,4. 射频识别技术(RFID)及在轨道交通中的应用,射频识别(RFI

10、D)又称电子标签，是一种利用射频信号自动识别目标对象并获取相关信息的技术，可识别高速运动物体，并可同时识别多个标签。,RFID,分类,按应用频率的不同分为低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）、微波（MW）,按照能源的供给方式分为无源RFID，有源RFID，以及半有源RFID。,桌面读写器,手持机,有源读写器,RFID的优势,可以识别单个的非常具体的物体； 采用无线电射频，可以透过外部材料读取数据； 可以同时对多个物体进行识别； 信息储存量大。,射频识别技术的应用,交通运输领域：集装箱与包裹管理、高速公路收费与停车收费 物流领域：仓库管理、生产线自动化、日用品销售 制造业：零部件与库存的

11、可视化管理 医疗行业：药品生产、病人看护、医疗垃圾跟踪 农牧渔业：羊群、鱼类、水果等的管理以及宠物、野生动物跟踪 其他领域：图书与文档管理、门禁管理、定位与物体跟踪、环境感知和支票防伪等,5.无线定位技术在轨道交通中的应用,雷达测速定位 GPS全球定位 Wi-Fi定位 UWB三角定位 GSM/WCDMA/3G移动网络三角测量定位 RFID定位 查询应答器/轨道交叉环线 等等,使用范围、精确度 准确度、响应时间,三、GSM-R(铁路专用数字移动通信),属于专用移动通信的一种，专用于铁路的日常运营管理，是非常有效的调度指挥通信工具。 GSM-R系统是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统。适

12、用于铁路通信特别是铁路专用调度通信的需要。主要提供无线列调、编组调车通信、区段养护维修作业通信、应急通信、隧道通信等语音通信功能，可为列车自动控制与检测信息提供数据传输通道，并可提供列车自动寻址和旅客服务。,1、GSM-R国外发展,GSM: 全球移动通信系统 GSM-R: 全球铁路移动通信系统 ERTMS：欧洲铁路运输管理系统 CRTMS： 中国铁路运输管理系统 GSM-R是第二代铁路数字移动通信,First ideas for a harmonized european radio network for railways in 1989 1992 decision to use GSM 1

13、994 start of the project ERTMS/GSM-R 1995 validation project MORANE with pilot-installations in three railways 1997 do further investment for radio systems only with GSM-R, signed by 32 railways 1999 start implementation with GSM-R no later than in 2003, signed by 17 railways.,1）GSM-R在欧洲的发展历程,确定制式,三

14、条试验线,建立组织机构,1999 First meeting of ERIG (European Radio Implementation Group with representatitives 1999 Start of first implementation of GSM-R in Sweden End of EIRENE and MORANE New UIC Project ERTMS/GSM-R Start implementation in Germany Several railways started the implementation First interconnect

15、ions in Europe between NL, D, CH 2005 First commercial operation on high speed lines with ETCS level 2 in Italy,标准国际化,网络实施,2）GSM-R三个发展阶段,3）欧洲GSM-R官方机构,欧洲GSM-R官方机构,4）GSM-R正在成为全球铁路无线通信的主流标准,1999年2个国家 2002年7个国家 2005年15个国家 德国、瑞典、意大利、英国、荷兰、西班牙、比利时、芬兰、法国、挪威、斯洛伐克、瑞士、捷克、印度、中国 2008年将达到34个国家,5）国外GSMR最新进展一览表,3

16、31.6万平方公里,欧洲ETCS现状,2、GSM-R国内发展,GSM-R在中国发展的三个阶段,三个阶段： 可行性论证(技术政策，频率资源)； 技术试验(青藏线、大秦线、胶济线)； 工程建设实施。,1）GSM-R在中国的发展历程,GSM-R进入中国已有十余年的历程，经过理论研究、技术决策、工程试验等，正在网络建设阶段，将要进入网络运营阶段。 1994年，国家京沪高速铁路可行性研究，启动新一代铁路数字移动通信的研究； 1996-97年，铁道部题项高速铁路无线列控技术探索的研究(96x07)、基于无线传输的安全信息通道技术研究(96x07-B)； 1997-2000年，西门子公司、北电公司、国际铁路

17、联盟(UIC)多次来中国交流GSM-R技术及发展，中国铁路多次组团考察欧洲GSM-R的进展； 2001年-2002年，铁道部对铁路数字移动通信技术体制开展广泛论证，最后确定采用GSM-R体制，并写入铁路技术装备政策；,研究与起步,决策过程,2003年2月，铁道部建立GSM-R应用与模拟系统实验室； 2003年9月22日，信息产业部无线电管理局批准GSM-R使用频段； 2003年6月至现在，青藏、大秦、胶济三条线的建设，技术规范和标准的制定，工程建设可行性论证、建设规划等，标志GSM-R工作全面启动。,三条试验线,工程建设,2）GSM-R在青藏线应用,利用GSM-R承载ITCS列控信息 利用GS

18、M-R实现调度语音通信 利用GSM-R/GPRS传送调度命令、无线车次号、进路预告信息、停稳信息等 利用GSM-R传送冻土监视数据 利用GSM-R传送工务检车数据 客车运行安全监测系统（TCDS）信息传送 利用GSM-R实现公务移动通信 等等,3）GSM-R在大秦线的应用,大秦线采用GSM-R实现LOCOTROL系统 大秦线采用GSM-R实现列尾辅助制动系统 利用GSM-R实现调度语音通信 利用GSM-R/GPRS传送调度命令、无线车次号、进路预告信息、停稳信息等CTC信息 利用GSM-R实现公务移动通信 等等,4）GSM-R在胶济线的应用,利用GSM-R实现调度语音通信 利用GSM-R/GP

19、RS传送调度命令、无线车次号、进路预告信息、停稳信息等 利用GSM-R实现公务移动通信 等等,5）编组站的典型应用,改编中转货物列车作业 无改编中转货物列车作业 部分改编中转货物列车作业 本站作业车的作业 机务作业 车辆检修作业,系统构成数据传输示意图,调车长 手持终端,标准的GSM-R网络,地面应用节点,制动员 手持终端,调车组1,机车台,调车长 手持终端,制动员 手持终端,调车组2,机车台,语音和数据,语音和数据,系统构成终端,6）十大应用,机车同步操作控制系统的信息传输 列车控制系统的信息传输 调度通信 无线车次号信息/CTC调度命令的传送 列车尾部风压信息传送 机车综合监测信息传送（弓况、工况、轴温等） 客车运行安全监测系统（TCDS）信息传送 旅客移动信息服务系统的信息传送 大型编组场/车站综合移动信息服务系统的信息传送 区间移动通信与公务移动通信,GSM-R业务模型,7）GSM-R核心网络规划,GSM-R“八横八纵”示意图,四、GSM-R在铁路上的应用效益,1. 新的运输模式与管理模式,2. 运输管理优化准确、迅速、便捷,3. 提高服务质量,发展基于无线的列车控制系统(CTCS3)，可以克服