探讨通信列车定位与间隔防护
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Special Technology专题技术DCW55数字通信世界2019.01新时代背景下,全国大中型城市都在蓬勃发展,城市规模也在日新月异的变化中不断扩大,城市的发展带动了地区交通系统的变革,城市轨道交通因其安全、快捷、环保、高效等优点成为了城市公共交通系统的发展核心。
然而,发展在提速,人们对城轨列车的运行效率的标准同样在提高。
因此如何提高运行效率,降低列车运行的影响同时成为了当今轨道交通技术研究的主题。
在城市轨道交通系统中,无线通信方式是现今列车自动控制系统的主要信息传输手段,而列车追踪间隔在当前移动闭塞模式下的CBTC 系统中也起着重要作用。
但是,通信延迟会对列车追踪间隔产生很深的影响,因此本文分析了无线通信中可能产生延迟的原因,并分析这些延迟对追踪间隔如何影响列车的效率,从而找出优化列车追踪间隔的方案。
1 研究背景现阶段城市轨道交通作为公共交通的核心得到了快速发展,它不仅可以提供大容量、高效率、低成本的快捷出行方式,并且正在逐步改变着我国大中型城市发展结构。
轨道交通的发展带动城市人口的急剧增长,人口的激增同时又给轨道交通带来了考验,如何提高运力、改善乘坐体验变得尤为重要,当前我国各个城市地铁主要采用CBTC 系统,这种系统利用的是车地无线通信技术,此项技术结合车载与地面设备进行信息实时交互,并且随时调整列车闭塞区间,从而有效缩短并且最大化利用列车间隔,列车的在移动闭塞模式下的追踪间隔与列车运行效率密切相关,因此研究列车追踪间隔对提高列车效率具有极其深远的意义。
2 CBTC 系统中追踪间隔2.1 基于移动闭塞的CBTC 系统定义及原理CBTC ,基于通信的列控系统是利用无线通信的轨道交通列车自动控制系统。
CBTC 区别于传统列控系统,不再依赖具有局限性的轨道电路,而是通过利用车地双向通信完成列车实时定位、信息交互等关键步骤,这样的系统更加具有安全性和高效性。
CBTC 系统主要包括列车ATS 监测系统、ZC 控制器、VOBC 、数据存储单元DSU 、CBI 联锁机等,其工作原理如图1所示。
西门子列车控制系统本学期我们学习了《城市轨道交通列车运行控制系统》这门课程,列车运行控制系统包括列车自动防护系统(ATP)、列车自动运行系统(ATO)、列车自动监控系统(ATS)。
从中也了解到有西门子、华为、日立、阿尔卡特等许多这样的公司研发了列车自动运行控制系统,他们的系统各有各的优缺点。
下面介绍一下华为列控系统。
中国列车运行控制系统(CTCS)是在我国铁路高速线路和客运专线上,保证列车行车安全,提高列车运行效率的重要技术装备之一。
C3列控系统基于GSM-R无线通信技术,兼容C2列控系统,符合C3级标准要求,满足最高运营速度350km/h、列车正向运行追踪时间间隔3分钟的要求华为公司自主研发的“CTCS-3级中国列车运行控制系统”(简称C3列控系统)。
C3列控系统包括车载设备和地面设备两大部分。
车载设备负责接收地面命令,生成速度模式曲线,监控列车运行,保证列车行车安全。
地面设备主要根据联锁办理的进路,给车载设备发出行车许可、紧急行车等命令。
其中,车载安全计算机和RBC是C3列控系统的关键设备,负责处理大部分C3业务,二个硬件平台的功能直接影响系统运行的性能。
,国内厂商大都采取和国外厂商合作的方式共同开发C3列控系统,尤其是关键设备。
与此同时,华为凭借多年的科研积累及成熟的软硬件平台,在深入理解ETCS及CTCS 标准的基础上,自主研发了包括安全计算机和RBC在内的C3列控系统。
1、列车定位高速铁路列车定位技术有更高的要求,列车的速度达到350km /h,最小追踪间隔为3min,并且300km/h及以上动车组不装设列车运行监控装置,在300km/h及以上线路,列控系统车载设备速度容限规定为超速2km/h报警、超速5km/h触发常用制动、超速15km/h触发紧急制动。
这些技术原则要求高速铁路列车运行控制系统必须在任何时刻、任何地方都能确定列车的准确位置,包括列车的行车安全的相关间隔、速度、加速度及轨旁设备和车载设备资源的分配。
列车定位及精确停车技术探讨摘要:如何动态、精确地检测城市轨道交通列车的位置和速度,是列车控制系统的核心和关键,本文首先对城市轨道交通常见的列车定位技术和其原理进行介绍,并对各项定位技术的优劣进行分析比较。
同时,结合实际,以宁波轨道交通采用的信号系统的列车定位技术为例,深入研究和探讨列车定位对信号系统以及城市轨道交通运营的影响,推动列车定位和精确停车技术的研究。
关键词:信号定位精确停车Abstract:How to dynamically and accurately detect the location of the train and speed,is the core and key of ATC.This paper first introduces the urban rail transitlocation technology and principle,then analyze and compare the advantages and disadvantages of each location technology.At the same time,combining with the actual to the SIGlocation technology adopted by NBRT as an example,in-depth research and discussion SIG location technology and the influence tourban rail transit,to promote the location technology and precise parking technology research.KeyWords:SIG、location technology、precise parking引言信号系统作为城市轨道交通的重要组成系统之一,主要用于指挥和控制列车运行,其所包含的各项技术,对行车安全和高效率运营起着极为重要的作用。
列车定位技术通信工程07-1班王帆学号:0702040116列车定位技术列车定位的意义实时、精确地确定列车在线路中的位置是保证安全、发挥效率、提供最佳服务的前提。
在轨道交通行车安全和指挥系统中,列车定位是一项关键性的技术。
准确、及时地获取列车位置信息,是列车安全、有效运行的保障。
1 城市轨道交通定位技术的基本功能和作用1)列车定位系统的基本功能:能够在任何时刻、任何地方按要求确定列车的位置,包括列车行车安全的相关间隔、速度;对轨旁设备和车载设备等资源进行分配和故障诊断;在局部出现故障时,能够在满足一定精度要求的前提下,降级运行。
列车定位方式按照空间可用性分为离散方式、连续方式和接近连续方式。
按照产生定位信息的不同部分分为完全基于轨旁设备的方式、完全基于车载设备的方式和基于轨旁设备和车载设备的方式。
2)列车定位技术在现代轨道交通行车安全和指挥系统中的作用主要体现在以下几个方面:1为列车自动防护(ATP)子系统提供准确位置信息。
作为列车在车站停车后打开车门以及站内屏蔽门的依据。
2为列车自动运行(ATO)子系统提供列车精确位置信息,作为列车计算速度曲线,实施速度自动控制的主要参数。
3为列车自动监控(ATS)子系统提供列车位置信息,作为显示列车运行状态的基础信息。
国内外轨道交通主要的列车定位技术一:轨道电路定位轨道电路是以铁路线路的两根钢轨作为导体, 并用引接线连接信号发送、接收设备所构成的电气回路。
轨道电路有机械绝缘和电气绝缘两种类型。
采用机械绝缘的轨道电路, 需切断钢轨, 安装轨道绝缘节, 这对使用长钢轨线路妨碍很大, 不仅需经常维修, 还降低了安全性。
而采用电气绝缘, 则无需切断钢轨, 目前城市轨道交通系统中, 普遍采用“S 棒”进行电气隔离的数字音频轨道电路。
音频无绝缘轨道电路:音频无绝缘轨道电路采用自然衰耗、短路线法等电气方法实现轨道区段的分割。
目前广为采用的是S型连接音频轨道电路。
S型音频轨道电路确保相邻轨道区段的信号互不干扰,同时平衡两条钢轨的牵引回流。
列车自主运行系统中列车间隔防护功能的实现卿建强;俎云燕;雷成健;刘泽【期刊名称】《控制与信息技术》【年(卷),期】2022()2【摘要】列车间隔防护是保障列车安全运行的重要功能之一。
传统的列车控制系统CBTC(communicationbased train control)是通过地面固定式联锁进路集中管理进路内的线路资源,并通过车、地列车控制设备间的协同控制方式实现列车间隔防护。
这种基于进路集中管理线路资源的传统列车间隔防护方式虽能确保列车间的安全间隔,但不能最大限度地提高线路资源的利用率,影响列车的追踪间隔,限制了线路的运能运量。
对此,文章基于列车自主运行控制系统(train autonomous circumambulate system,TACS),提出一种列车间隔防护的解决方案。
其对线路资源进行分散管理,通过增加车-车直接通信并优化车、地列控设备间的协同控制方式来实现列车间隔防护功能。
仿真测试结果表明,该方案在保证列车运行安全的前提下,可使列车追踪折返间隔及列车出库入库能力能提升至少15%,大幅提高了线路的运营效率和运营组织的灵活性。
【总页数】6页(P102-107)【作者】卿建强;俎云燕;雷成健;刘泽【作者单位】湖南中车时代通信信号有限公司北京分公司【正文语种】中文【中图分类】U285【相关文献】1.列车自主运行系统在城市轨道交通网络化建设和运营中的适用性分析2.列车自主运行系统(TACS)成果展示会召开3.基于车车通信的地铁列车自主运行系统线路资源管理方案研究4.列车自主运行系统的行车资源管理方法5.城市轨道交通列车自主运行系统优势浅析与探讨因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
浅谈基于无线通信的地铁信号列车自动控制(ATC)系统原理摘要:ATC以车辆为中心的列车控制;安全以及精确地列车定位;通过移动授权MAL控制的安全的列车间隔以及移动控制连续;高速的车地双向通信。
关键词:ATC,ATO,ATP,ATS引言地鐵是现代化都市的重要基础设施,它安全、迅速、舒适、便利地在城市范围内运送乘客,最大限度地满足市民出行的需要。
在各种公共交通工具中,地铁具有运量大、速度快、安全可靠、污染低、受其他交通方式干扰小等特点,对改变城市交通拥挤、乘车困难、行车速度下降的问题是很有效的,因此,地铁是现代化都市所必需的交通工具。
由此基础上出现了地铁信号列车自动控制(ATC)系统,让市民的出行更加便利、舒适。
1地铁信号列车自动控制(ATC)系统地铁信号列车自动控制(ATC)系统主要包括列车自动防护ATP,列车自动运行ATO,列车自动监督ATS,计算机联锁系统等子系统组成2列车自动防护(ATP)的工作原理列车自动保护系统是确保列车运行速度不超过目标速度的安全控制系统。
它是列车自动控制(ATC)系统的子系统,也是确保列车安全运行,实现超速防护的关键设备。
该子系统通过设于轨旁的ATP地面设备,连续地向列车传送“目标速度”或“目标距离”等信息,以保持后续列车与先行列车之间的安全间隔距离,并监督列车车门和站台屏蔽门的开启和关闭的程序控制,确保它们的安全操作。
ATP子系统地面发送设备平时通过计轴、轨道电路、信标发送列车检测信息,以检查轨道区段的空闲和占用,当检测到列车占用该轨道区段时,将“目标速度”或“目标距离”等数据信息传送给列车。
车载ATP设备接收并解译“速度命令”等数据信息,结合列车实际速度、制动率、车轮磨损补偿等相关条件,实现超速防护控制,并与列车自动运行(ATO)子系统配合,实现列车速度的自动调整。
当列车到达定位停车点,由ATP子系统通过轨旁设备向列车传送列车车门开启和关闭信息,进行列车车门开、闭控制。
探讨通信列车定位与间隔防护摘要:本文通过探讨基于通信的列车控制系统的列车定位、车地通信、间隔控制等有关方面的技术,为信号设备维护人员及使用人员提供一定的理论基础。
关键词:车地通信列车定位间隔控制Abstract: this paper discusses the train control system based on the communication of the train locating, car to communication, interval and other relevant technical control, for signal equipment maintenance personnel and the use of personnel to provide certain theoretical basis.Keywords: car to communication train locating interval control1、引言移动闭塞信号系统建立在联锁子系统的基础上,结合双向无线通信技术、列车定位技术、自动防护间隔控制技术,实现移动闭塞功能,不断提高了系统的安全性能,并大大缩小列车的行车间隔,提高运营效率。
移动闭塞就是基于通信技术的列车控制ATC系统(简称CBTC-Communication Based Train Control),该系统不依靠轨道电路向列控车载设备传递信息,而是利用通信技术实现“车地通信”并实时地传递“列车定位”信息。
通过车载设备、轨旁设备实现列车与车站或控制中心之间的信息交换,完成速度控制,系统通过车地之间连续、双向、高速的通信,使列车命令和状态可以在车辆和地面之间进行实时可靠的交换,并确定列车的准确位置及列车间的相对距离,实现列车的安全间隔控制。
2、列车定位目前信号系统中的列车定位技术存在多种方式,常用的有轨道电路定位技术、信标定位技术、电缆环线定位技术、GPS定位技术等。
高速铁路列车定位技术的研究闫剑平 步 兵(北方交通大学电子信息工程学院,北京100044)摘 要 给出了高速铁路列车定位技术的一般概念,阐述了高速铁路中常用的列车定位技术.最终提出了一种崭新的列车定位模型,综合利用基于卫星的列车定位技术和基于查询/应答器的定位技术,大量减少了地面的查询/应答器.并对这些定位技术进行了比较.关键词 高速铁路 列车定位 查询/应答器 基于卫星的列车定位分类号 U284.21Study on T rain Locating of High Speed R ail w ayYan Jianping Bu Bing(College of Electronics and Information Engineering ,Northern Jiaotong University ,Beijing 100044)Abstract This paper deals with the common concepts for high speed train locating.The main train locating technologies in the worldwide are discussed ,and a new typemethod of train locating are proposed finally.The method combines balises and satellitebased location modules with low requirements concerning trackside equipment.Theproperties of the above mentioned methods are also given.K ey w ords high speed railway train locating balise satellite based train locating高速铁路列车运行控制系统的定位模型的基本功能是在任何时刻、任何地方能决定列车的具体位置,包括列车行车安全的相关间隔、速度、加速度及轨旁设备和车载设备资源的分配.从传统来讲,列车运行控制系统中的信息传输媒体主要是轨道电路.但是利用轨道电路作为高速铁路的控制,还存在着一定的局限性[1],主要是因为:(1)系统控制要求有更多的信息并且要缩短信息响应时间,这自然要求提高传送信息的频率,而频率的提高使电信息在轨道中衰耗增大,即轨道电路只能是缩短或增加补偿的措施.这就会增加投资和维修费用.(2)移动列车与地面控制之间应该有双向的信息传输通道,以利于构成真正的闭环控制系统.但轨道电路作为信息传输的媒体,只能完成地面到列车方向的信息传输.(3)利用轨道电路一般只能构成固定自动闭塞,而难以构成移动自动闭塞系统,就不能显著地缩短列车运行间隔.基于上述原因,高速铁路列车运行控制系统的发展必将取消地面轨道电路,同样,列车定本文收到日期1999201218 闫剑平男1972年生博士生 email yjp @1999年10月第23卷第5期 北 方 交 通 大 学 学 报JOURNAL OF NORTHERN J IAO TON G UN IV ERSIT Y Oct.1999 Vol.23No.547北 方 交 通 大 学 学 报 第23卷位方式也必须不依赖轨道电路.为此,世界范围内发展研究了一系列新型的列车定位方式,并取得了可喜的成果.1 列车定位的一般概念(1)列车定位信息的产生①基于离散的方式 信息在预先排列的一些点上产生(如定位查询/应答器).②基于闭塞的方式 信息在闭塞区间或者分区内产生(如车轴计数器).③基于连续的方式 信息在任何点上都能够连续地产生(如德国L Z B系统中的轨间电缆,基于卫星的定位方式等).(2)定位信息在列车运行控制系统的不同部分产生①完全基于轨旁设备的定位 不依赖于车载设备,所有定位的有源器件都安装在轨道上(如欧洲安装在较低运输密度铁路线上的防护系统的定位系统).②完全基于车载设备的定位 不依赖于轨旁设备,所有定位的有源器件都安装在列车上(例如基于卫星的定位系统).③基于轨旁设备和车载设备的定位 定位信息由轨旁设备和车载设备综合产生,定位的有源器件一部分安装在列车上(如里程计、查询/应答器识别装置等),另一部分安装在轨道上(例如查询/应答器).(3)列车定位系统必须满足的技术要求[2]①精确性 列车定位的精确性需满足两种不同的要求,一个是列车在同一轨道上纵向的定位精确性,另一个是列车在不同轨道之间横向的定位精确性.在纵向的定位精度必须不低于10m,在横向的定位精度必须不低于1m(保证轨道选择的正确性).②对于时间的可用性 定位系统必须具有执行列车定位而不发生任何间断的能力,即有很好的连续性.③对于空间的可用性 不管列车运行在任何地理领域内,定位信息必须不间断地提供给列车运行控制系统,即有良好的覆盖性.④可靠性和安全性 定位系统与列车运行控制系统的其它子系统相互独立,并能检测和报告本身发生的失效和故障.⑤可维护性 定位系统的设计和使用必须综合考虑预防性维护和校正性维护等因素,从而使定位系统的生命周期成本最小.2 高速铁路采用的定位方式高速铁路已在发达国家取得了很大发展,所采用的列车定位技术是各种各样的[3].如法国ASTREE系统采用多普勒雷达进行定位;北美ARES、PTC、PTS系统采用GPS(全球定位系统)进行定位;欧洲ETCS、日本CARA T系统采用查询/应答器和里程计进行定位;德国L Z B系统采用轨间电缆进行列车定位;美国AA TC系统采用无线测距进行定位等.下面简单介绍基于卫星的列车定位、基于查询/应答器和里程计的列车定位.2.1 基于卫星的列车定位这种定位方式比较成熟的系统是GPS.GPS利用低轨道多颗卫星进行全球导航定位,卫星处在距地面高度约20000km、相互间隔120°的三条轨道上.每个轨道上有6~8颗卫星,即总共有18颗到24颗卫星围绕地球运转,每12h 绕地球一周.其目的是保证地球上任何一个用户终端能同时看到4颗卫星,以进行4颗卫星的无源定位,获得三维空间的位置参数.由于电磁波的传播速度是固定不变的光速,如果能够精确测量电磁波在两个物体之间传播的时间,也就等于测量出两个物体之间的距离.测量的精度取决于扩频通信中码片的宽度.码片越窄,扩展的频谱越宽,精度就越高.利用C/A 码(民用码、粗码),定位精度约45m ,通过一些措施可将定位误差限制在高速铁路允许范围内,如差分GPS (D GPS )定位精度可达10m [4].利用GPS 实现列车定位,优点是设备简单、成本低、体积小.缺点是:定位精度较低;列车在隧道中无法接收卫星信号;不能区分两组并行的轨道.2.2 基于查询/应答器和里程计的列车定位基于查询/应答器和里程计的列车定位是世界铁路上运用最为广泛的一种方式.其原理是首先在铁路干线的沿线上安装间隔一定距离的查询/应答器作为列车绝对位置的识别,列车每经过一个查询/应答器都会获得一个新的绝对位置;在两个查询/应答器之间,列车的具体位置通过里程计计算而得出,即得到列车对于绝对位置的相对距离.其原理和结构如图1所示.图1 基于查询/应答器和里程计的定位每一个查询/应答器都存储着它本身的识别号码,还存储着下一个查询/应答器的识别号码、到达下一个查询/应答器的距离以及绝对可靠和安全的列车行车间隔.列车一旦读取了定位查询/应答器的识别号码,就可以通过存储在列车上电子地图的辅助,得到列车在轨道上的绝对位置信息.查询/应答器内部的信息由列车上的查询/应答器识别装置来读取,由车载计算机判别一个查询/应答器的信息是否被成功地读取,处理后送到里程计.里程计对列车在相临两个查询/应答器之间已经走行的距离进行计算,并综合绝对位置信息,产生一个完整的列车位置信息,再送往车载计算机,作为列车运行控制的依据.当列车每经过一个查询/应答器,都得到一个新的绝对位置信息,同时校正里程计的测距误差1基于查询/应答器和里程计的定位方式的特点是:定位精度比较高,可以达到5m ;成本比较昂贵,需要在轨道每间隔1km 处、每一个道岔及道口处安装查询/应答器;由于拥有大量的地面设备,所以不利于设备的维护和保养[2,4].3 卫星辅助的基于查询/应答器和里程计的列车定位通过对上述两种列车定位方式及其特点的阐述,其中基于查询/应答器和里程计的定位方式比较精确,但是这是以很高的成本和维护量为代价的1为了降低成本和维护量,通过适当引入卫星的定位方式,产生一种崭新的列车定位方式———卫星辅助的基于查询/应答器和里程计的列车定位,可互相取长补短,达到最佳的效益/成本比率1首先,由于引入了基于卫星的列车定位方式,因此,需在列车上安装通过传感器(卫星定位模块)以接收卫星信息1基于卫星的定位模块在该方式中只是根据电子地图按一定距离间隔(例如1km )提供列车的绝对位置,即具有同查询/应答器一样的功能1绝对位置之间的相对位置也是由里程计测距得出,每隔一定的距离则由卫星定位模块根据电子地图进行校正1采用里程计而不使用卫星进行列车的连续定位,可以有效避免卫星定位误差的累积,因此该定位57第5期 闫剑平等:高速铁路列车定位技术的研究方式的精度比卫星定位高1另外,要进一步提高精度,相应缩短卫星的定位模块提供绝对位置信息的间隔即可,因此具有高灵活性1其次,考虑到有些地方接收不到卫星发出的定位信息(例如隧道),在这些地方应安装查询/应答器,并切换到基于查询/应答器和里程计的定位方式进行工作1为了保证定位方式之间的切换和兼容,需要在车载计算机和卫星定位模块之间安装调节器,把卫星定位模块提供的绝对位置信息转化为查询/应答器的报文形式1另外为了进一步提高精度,还需在线路上按一定间隔安装查询/应答器以对列车的绝对位置进行精确的调整,这个间隔比基于查询/应答器和里程计的定位方式中的间隔要大得多1综上所述,卫星辅助的基于查询/应答器和里程计的定位方式利用卫星定位模块代替了大多数查询/应答器,大大减少了查询/应答器的数量;其定位精度低于基于查询/应答器和里程计的定位方式,高于卫星定位1其原理和结构参见图21图2 卫星辅助基于查询/应答器和里程计定位当卫星定位模块能够接收到卫星信息时,卫星信息经过调节器转化为查询/应答器的报文形式,送往车载计算机,与内部存储的电子地图结合,把绝对位置信息送到里程计1里程计综合绝对位置信息和本身的测距,产生一完整的列车位置信息,再送往车载计算机作为列车运行控制的依据1里程计的误差由卫星定位模块按一定距离间隔或由查询/应答器校正1当卫星定位模块接收不到卫星信息时,调节器通知查询/应答器识别装置,并开始工作,读取查询/应答器的内容作为列车的绝对位置,通过调节器不加变化地送往车载计算机,此后的工作过程与基于查询/应答器和里程计的定位方式相同14 结论卫星辅助的基于查询/应答器和里程计的定位方式具有如下特点:(1)安装的基于卫星的定位模块的数量远远低于节省的查询/应答器,而安装一个基于卫星的定位模块的费用与安装一个查询/应答器的费用基本相同,所以可大大节约成本.(2)节省了大量的轨旁查询/应答器,而代之于少量的列车上的基于卫星的定位模块,使设备所处的环境得到了改善,提高了定位设备的可靠性.(3)设备数量减少,并且大部分位于列车上,所以利于维护.(4)定位精度对比于基于卫星的定位来说有较大的提高,可完全地满足高速铁路的需要.参考文献1 汪希时.高速铁路行车安全控制系统概论.世界铁路报道,1997,(2):33~372 Rover S.Satellite Based Locating in Guided Traffic.Lisbon :COMPRAIL ’98,19981622~6323 Howard G M.Advanced Train Control System.ASME/IEEE Joint Railroading ,1997,(5):36~404 William C V.Do Y ou Know Where Y our Train Is.Railway Age ,1996,(2):41~4267北 方 交 通 大 学 学 报 第23卷。
列车最小追踪间隔列车最小追踪间隔,也称列车最小相邻距离,是指在铁路运输中,同一轨道上两辆相邻列车之间的最小间隔距离。
这个参数对列车的安全和运行效率具有重要影响。
一个合理的最小追踪间隔可以保证列车之间在行驶过程中不会相互干扰,有效地避免事故的发生,并且可以提高铁路的运输效率和列车的行驶速度。
最小追踪间隔是由铁路的操作规程所规定的,规定的数值通常取决于列车的类型、行驶速度、轨道的状态以及天气条件等一系列因素。
具体而言,最小追踪间隔主要受以下因素的影响:列车类型:不同类型的列车所需的最小追踪间隔不同。
例如,货车在行驶过程中需要更大的安全间隙,以避免因为速度较慢或负载较重而造成的相互干扰。
行驶速度:列车的行驶速度越快,所需的最小追踪间隔也会越大。
这是因为速度越快,列车之间的距离就会迅速缩短,导致操作员在处理紧急情况时的反应时间也会缩短,从而增加了事故的风险。
轨道状态:轨道的状态是另一个重要的因素,因为轨道的状况直接影响列车的行驶速度和安全性。
如果轨道状况较差,列车需要更大的安全距离来防止意外的发生。
天气条件:天气条件也会对最小追踪间隔产生影响。
例如,雨、雪、雾等恶劣天气会降低可见度,从而减缓列车的行驶速度,同时也增加了驾驶员处理突发事件的难度和风险。
根据以上的因素,各国的铁路管理机构都有相应的规定。
例如,欧洲铁路管理机构规定在高速铁路上,同向列车之间的最小追踪间隔为3分钟,而反向列车之间的最小追踪间隔为5分钟。
在中国,铁路管理机构规定,在高速铁路上,同向列车之间的最小追踪间隔为2分钟,而反向列车之间的最小追踪间隔则为3分钟。
在保证列车安全的前提下,尽可能缩短最小追踪间隔是铁路管理机构的一个重要目标。
因为,缩短最小追踪间隔可以提高铁路的交通容量,增加列车的运输量,从而提高铁路运输的经济效益。
但是,这个过程也面临许多技术和管理上的挑战。
例如,必须保障列车之间的相互作用和系统的安全性,使列车能够在高速运行的同时保持不间断的通信联络。
探讨通信列车定位与间隔防护
摘要:本文通过探讨基于通信的列车控制系统的列车定位、车
地通信、间隔控制等有关方面的技术,为信号设备维护人员及使用人员提供一定的理论基础。
关键词:车地通信列车定位间隔控制
abstract: this paper discusses the train control system based on the communication of the train locating, car to communication, interval and other relevant technical control, for signal equipment maintenance personnel and the use of personnel to provide certain theoretical basis.
keywords: car to communication train locating interval control
中图分类号:r142 文献标识码:a文章编号:
1、引言
移动闭塞信号系统建立在联锁子系统的基础上,结合双向无线
通信技术、列车定位技术、自动防护间隔控制技术,实现移动闭塞功能,不断提高了系统的安全性能,并大大缩小列车的行车间隔,提高运营效率。
移动闭塞就是基于通信技术的列车控制atc系统(简称cbtc-communication based train control),该系统不依靠轨道电路向列控车载设备传递信息,而是利用通信技术实现“车地通信”并实
时地传递“列车定位”信息。
通过车载设备、轨旁设备实现列车与车站或控制中心之间的信息交换,完成速度控制,系统通过车地之间连续、双向、高速的通信,使列车命令和状态可以在车辆和地面之间进行实时可靠的交换,并确定列车的准确位置及列车间的相对距离,实现列车的安全间隔控制。
2、列车定位
目前信号系统中的列车定位技术存在多种方式,常用的有轨道电路定位技术、信标定位技术、电缆环线定位技术、gps定位技术等。
卡斯柯公司研发的cbtc移动闭塞信号系统列车定位技术采用信标-编码里程计定位技术,实现列车的绝对定位与相对定位。
信标是安装在线路沿线反映线路绝对位置的物理标志。
信标分有源信标和无源信标两种,有源信标既可以实现列车定位,也可以实现车地的单向通信,一般具备点式atp模式的cbtc信号系统中起到atp信息传递的作用。
无源信标实现列车定位作用,类似于非接触式ic卡,内置有唯一的线路标识,在列车经过信标所在位置时,车载信标天线发射的电磁波激活信标工作,并传递绝对位置信息给列车。
城市轨道交通系统中所使用的信标大部分为无源信标,安装在轨道沿线。
信标的作用是为列车提供精确的绝对位置参考点。
采用信标定位技术的信息传递是间断的,即当列车从一个信息点获得地面信息后,要到下一个信息点才能更新信息,若其间地面情况发生变化,就无法立即将变化的信息实时传递给列车。
列车位置检测信息由计轴信息、atp闭塞信息和计轴信息应用/未应用用三个因素有关。
atp闭塞信息及计轴应用/未应用的信息由zc提供给联锁子系统,计轴信息由联锁机通过安全型采集板采集。
联锁机将依照这些信息及其它相关的条件,编写布尔代数,得出cbi 轨道信息。
即列车位置信息。
3、间隔控制
卡斯柯公司的cbtc移动闭塞信号系统通过监控列车间距防止列车冲突。
它是基于每辆列车发送的列车位置信息,而不是传统的轨道电路或计轴检测。
移动闭塞基于列车定位。
列车车载设备中存有轨道的静态描述。
其数据库包含所有有关土建(包括坡度,曲线,车站,道岔等)和信号设备(包括信号机、区段、信标)的信息(包括公里标、类型等)。
通过无线通信获得轨道动态情况;更新轨旁设备变量的状态(区段占用,道岔位置)。
使用2个连续的信标进行列车位置信息初始化。
当越过一个信标时,信标向列车发送一个唯一的标识号,它能使系统在线路描述中搜索列车位置以确定当前的列车位置。
在两个信标间的列车定位由编码里程计测量。
由于编码里程计存在的固有误差及车轮可能打滑,需要使用2个相距21m 的欧式信标进行车轮校准,定期重新进行初始化来消除这种计算误差。
如果失去定位,系统能通过在线路上的任意位置读取2个连续的信标重定位。
每辆车会定期发送定位信息(位置报告)给轨旁区域控制器,通过区域控制器管理在线列车,从而实现各列车间的安全间隔。
为考虑测量车轮打滑造成的误差,对定位将有最大值和最
小值考虑。
最大定位用于控制列车车头定位的限制,最小定位用于确保能越过某位置。
自动防护是通过连续的车地无线双向通讯,后车根据前车ap尾部位置追踪前车,而前车ap尾部根据列车的位移而移动,系统应根据列车的有效列车位置报告(列车已定位)及列车特性推导出最大的车头位置和车尾位置。
车头最大位置是根据车头最小位置和delta_loc_head 的值推导出来的。
train_id 也是根据loc_report 推导出来的。
区域控制器(zc)会根据收到的各列车的位置报告信息
(loc_report)来计算通信各列车的ap端点。
对于通信列车,区域控制器(zc)通过以下方法计算各列车的ap防护区域,即列车的虚拟头尾。
计算ap的车头端点时会考虑两个相邻间的列车运行距离应低于extrapolation_margin。
即 ap的最大头部位置的计算==最大车头位置+车头修正(向前运行的余量)
计算ap的尾部端点时会考虑为通信列车加上最大后退距离(列车错误后退时可能运行的最大距离)。
即ap的最小尾部位置的计算==最小车尾位置+车尾修正(向后运行的最大距离)
列车的自动防护ap即列车潜在占用的区域,通过区域控制器的管理,将为每辆列车都设置了相应的虚拟防护,没有其他列车能进
入该列车的ap前后点。
当列车移动时,ap同时更新其大小和位置。
通过连续的车地无线双向通讯,后车根据前车ap尾部位置追踪前车,而前车ap尾部根据列车的位移而移动,从而实现间隔控制。
4、车地通信
无线通信系统传输技术目前国际上通常采用方式有交叉感应环线技术、无线电台通信技术、漏泄电缆无线传输技术、裂缝波导管无线传输技术等等。
卡斯柯公司研发的cbtc移动闭塞信号系统采用由波导管构成的通信子系统(dcs)作为车地通讯的传输系统,沿线铺设的波导管作为车地双向传输的媒介。
卡斯柯公司cbtc信号系统既可以实现固定自动闭塞系统,即点式atp,也可以实现移动自动闭塞系统。
为确保车地通信的双向高速、安全可靠,通信传输子系统必须具备以下功能:
4.1端对端数据通信
端对端的数据通信包括两部分:有线部分与无线部分。
应用数据的端对端传输选用基于以太网的ip传输方式。
在sdh骨干网层面,以太网数据包采用gfp协议封装,通过专用sdh虚容器(vc)传输。
无线通信协议遵循ieee 802.11标准,物理层(phy)运行于2,4 ghz 频段。
4.2 移动管理
移动性通过无线交接(hand-off)实现,无线交接使得车载无线设备随列车移动时和沿线固定的无线接入点保持无线通信。
4.3安全性管理
dcs(通信传输子系统)的设计遵循了iec 62280-2国际标准-“铁路应用-通信,信号和处理系统-第2部分:在开放式传输系统中安全相关的通信” .对于轨旁无线接入点和车载modem 的无线链路,通信传输子系统(dcs)支持基于aes算法的wpa2-psk无线加密,通过固定密钥进行用户验证。
可接入dcs(通信传输子系统)无线网络的通信设备是严格受限的,只有授权人员按预先定义的操作流程才能进入。
4.4配置管理
配置管理涉及到三类设备: sdh节点、以太网交换机和ip路由器、
无线接入点和车载无线基站
4.5执行监控
监控涉及三个类别的dcs 设备: sdh节点、以太网交换机和ip 路由器、无线接入点和车载无线基站
结束语
本文对列车控制系统的列车定位、车地通信、间隔控制等有关方面的技术核心理论基本论述清楚,如果要真正了解其性能原理与应用,不应拘泥于单独分析,要结合起来,通过活学活套,结合实际工作中的各种实际情况,不断钻研学习才能更好的理解其真正核心技术。
注:文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。