城市轨道交通CBTC列车自动监控子系统设计与创新
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CBTC 系统区域控制器(ZC )功能及原理探究屈耀(通号城市轨道交通技术有限公司,北京100070)1概述基于无线通信的列车控制系统CBTC (CommunicationBased Train Control )是当今城市轨道交通的主流控制系统,作为CBTC 系统的核心地面控制设备,区域控制器(ZC )主要功能是根据通信列车所汇报的位置信息以及联锁排列的进路和轨旁设备提供的轨道占用/空闲信息,为其控制范围内的列车生成和发送移动授权(MA ),是车-地信息处理的枢纽,保障了CBTC 系统下通信列车行车效率及安全运行,具备在各种列车控制级别和驾驶模式下进行列车管理的能力。
本文以区域控制器为对象,在介绍CBTC 系统结构基础上,进一步剖析了区域控制器的功能、原理,以及与其它子系统的通信信息传输。
2CBTC 系统结构及地面区域控制器介绍CBTC (Communication Based Train Control )系统是一个安全的,具有高可靠性、高稳定性的基于无线的列车自动控制系统,它最大的特点是可以与列车实现无线通信功能。
由列车-地面间周期传递列车位置信息和地面-列车间传递移动授权来实现车地通信功能。
2.1系统结构CBTC 系统由列车自动监控(ATS )系统、计算机联锁系统、及ATC 系统,CBTC 系统的具体结构示意图如图1。
图1为CBTC 系统的典型系统结构,主要包括了区域控制器(ZC )、车载控制器(VOBC )、联锁和ATS 系统。
CBTC 采用先进的通信、计算机技术,连续控制、监测列车运行的移动闭塞方式,摆脱用轨道电路判断对闭塞分区占用与否,突破了固定闭塞的局限性,通过无线传输设备实现列车与地面区域控制器时时双向通信。
2.2地面区域控制器(ZC )结构及外部通信CBTC 系统地面区域控制器(ZC )是保证列车运行安全的重要设备,ZC 子系统采用“2乘2取2”冗余结构的安全计算机平台,主要负责根据CBTC 列车所汇报的位置信息以及联锁所排列的进路和轨道占用/空闲信息,为其控制范摘要:地面区域控制器(ZC )作为CBTC 系统的核心地面设备,剖析其功能、工作原理及外部通信,对我们深化认知,学习和理解有着极为重要意义。
102研究与探索Research and Exploration ·工艺流程与应用中国设备工程 2023.10 (下)信号作为轨道交通系统保证运行安全、提高运行效率的重要基础装备,一直在安全与效率之间寻求平衡。
目前,城市轨道交通基于通信的列车控制系统(CBTC)从以前的电话闭塞、半自动闭塞到现在的准移动闭塞,列车在区间内的行车间隔逐步缩短,最短时间间隔达到2分钟以内。
在保证安全的基础上,运行效率大大提高了。
随着我国国民经济的快速发展,轨道交通系统的高效、舒适、智能成为热门课题,信号系统以及信号设备的高智能化、高性价比也是各轨道交通所追求的。
怎么能在保证安全运行的情况下,节约成本、高效运行是未来的信号系统的方向。
城市轨道交通目前常用的信号系统为基于无线通信的CBTC 系统,区间采用移动闭塞,联锁实现轨旁设备信息的分配等。
闭塞主要实现列车在区间内的运行安全和效率,目前使用的移动闭塞,相比之前系统采用的闭塞方式,现在信号系统的追踪间隔是最短的,从这个角度来看,基于CBTC 系统是比之前的信号系统要高效。
轨旁的设备信息是以进路方式由联锁来控制,所以在岔区、折返区段等,效率低,影响这个系统的性能。
城市轨道交通的发展其实是城市轨道交通信号系统的发展,对信号系统的运能、灵活性、可靠性、经济性以及兼容性等都提出了更高的要求。
各个指标之间又是相互联系和相互制约的,对未来信号系统的发展是一个待解决的难题。
各轨道机构以及专家在原有系统的基础上提出了基于车-车通信的新型CBTC 系统,轨旁设备中的计算机联锁设备和区域控制设备取消,采用对象控制器来控制轨旁设备,比如道岔控制等,列车不再需要轨旁设备来采集地面信息(道岔、信号机、区段等),直接通过轨旁的无线通信设备直接与周围列车进行通信,不再主要依据车载信号来进行行车,实现了列车与列车之间相互通信。
新系统取消了联锁设备,也就减少了联锁关系的相互制约,各个线路之间能更好地兼容,运行效率也会大幅度提升。
城市轨道交通CBTC系统关键技术探讨摘要:先简要分析基于无线通信的列车自动控制系统(CBTC)与传统铁路信号系统相比所拥有的优越之处,而后以城市轨道交通中的地铁为例,具体阐述地铁CBTC系统的组成与发展现状。
最后围绕地铁CBTC系统无线通信技术,重点论述GSM-R技术、无线电台的WLAN技术、裂缝波导管技术、结合式组网技术在地铁CBTC系统中的应用。
关键词:城市轨道交通;地铁;CBTC系统;无线通信技术伴随着城市化的稳步推进,城市轨道交通获得了良好的发展,尤其是地铁交通取得了很好发展。
在地铁运行中,列车的自动控制系统是核心所在,当前主要使用ATC(列车自动控制)设备、轨旁设备、控制中心所组成的控制系统,可以有效控制列车运行[1]。
ATC信号系统的一大组成便是固定闭塞制式,但固定闭塞制式的缺陷逐渐明显,已经无法很好的满足地铁安全运行的需要。
针对于此,移动闭塞制式信号系统获得了很好的发展,主要是基于无线通信的列车自动控制系统(CBTC),应该说,CBTC系统可以将自动化控制技术、无线电通信技术有机结合起来,在多种功能优势的支撑下形成连续自动列车控制系统,应用优势非常显著。
本文围绕地铁CBTC系统的无线通信技术,具体谈一谈CBTC系统关键技术,现作如下的论述。
一、CBTC系统的优越之处相比于传统铁路信号系统,CBTC系统的各方面优势是毋庸置疑的,优越性体现在多个方面。
具体来说,CBTC系统的优越之处可以从六个方面分析。
一是CBTC系统使用无线通信技术,无线通信系统大大减少了电缆铺设量和轨旁设备,整个维护成本可以有效控制;二是CBTC系统可以实现控制中心与列车的双向通信,列车区间通过能力大大提高;三是CBTC系统的兼容性强,各种车型、不同运量与车速的列车仅可以使用;四是CBTC系统的信息传输流量大且速度快,更易实现移动自动闭塞系统[2];五是CBTC系统能够实现信息的分类传输,也可以集中发送和处理,调度中心的工作效率可以由此得到提高;六是当前阶段的城市轨道交通逐渐实现多线路并行建设,已经形成了较完备的线网轨道交通格局,可以较好的实现线网间联通联运。
1题1. 城市轨道交通系统中,列车控制系统的核心功能是什么?A. 列车调度B. 列车安全C. 列车速度控制D. 列车维护2. 下列哪项不是城市轨道交通列车控制系统的组成部分?A. 信号系统B. 通信系统C. 乘客信息系统D. 列车自动防护系统3. 列车自动防护系统(ATP)的主要作用是?A. 提高列车速度B. 防止列车碰撞C. 增加列车载客量D. 减少列车维护成本4. 城市轨道交通信号系统中,CBTC代表什么?A. 计算机辅助列车控制B. 连续移动块信号系统C. 基于通信的列车控制D. 中央控制列车系统5. 下列哪项技术不属于CBTC系统?A. 无线通信B. 轨道电路C. 车载控制单元D. 地面控制中心6. 城市轨道交通列车控制系统中,ATO代表什么?A. 列车自动操作B. 列车自动优化C. 列车自动运行D. 列车自动调整7. 列车自动运行系统(ATO)的主要优点是?A. 提高列车安全性B. 减少人为错误C. 增加列车速度D. 降低运营成本8. 城市轨道交通列车控制系统中,ATS代表什么?A. 列车自动调度B. 列车自动系统C. 列车自动跟踪D. 列车自动监控9. 列车自动监控系统(ATS)的主要功能是?A. 控制列车速度B. 监控列车位置C. 调整列车载客量D. 维护列车设备10. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项不是ATS的组成部分?A. 调度员工作站B. 列车位置检测C. 乘客信息显示屏D. 列车运行图11. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车位置检测?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载摄像头D. 乘客信息系统12. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车速度控制?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统13. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车安全?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统14. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车调度?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统15. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车维护?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统16. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车载客量控制?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统17. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车运行图调整?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统18. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车设备维护?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统19. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车位置监控?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统20. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车速度监控?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统21. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车安全监控?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统22. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车调度监控?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统23. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车维护监控?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统24. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车载客量监控?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统25. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车运行图监控?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统26. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车设备监控?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统27. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车位置调整?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统28. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车速度调整?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统29. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车安全调整?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统30. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车调度调整?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统31. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车维护调整?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统32. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车载客量调整?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统33. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车运行图调整?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统34. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车设备调整?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统35. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车位置优化?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统36. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车速度优化?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统37. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车安全优化?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统38. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车调度优化?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统39. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车维护优化?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统40. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车载客量优化?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统41. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车运行图优化?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统42. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车设备优化?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统43. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车位置管理?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统44. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车速度管理?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统45. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车安全管理?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统46. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车调度管理?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统47. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车维护管理?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统48. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车载客量管理?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统49. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车运行图管理?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统50. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车设备管理?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统51. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车位置控制?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统52. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车速度控制?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统53. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车安全控制?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统54. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车调度控制?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统55. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车维护控制?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统56. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车载客量控制?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统57. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车运行图控制?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统58. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车设备控制?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统59. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车位置监控?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统60. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车速度监控?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统61. 城市轨道交通列车控制系统中,下列哪项技术用于列车安全监控?A. 轨道电路B. 无线通信C. 车载控制单元D. 乘客信息系统答案1. C2. C3. B4. C5. B6. C7. B8. D9. B10. C11. A12. C13. C14. A15. D16. D17. A18. D19. A20. C21. C22. A23. D24. D25. A26. D27. A28. C29. C30. A31. D32. D33. A34. D35. A36. C37. C38. A39. D40. D41. A42. D43. A44. C45. C46. A47. D48. D49. A50. D51. A52. C53. C54. A55. D56. D57. A58. D59. A60. C61. C。