第5章-ppt基于通信的列车运行控制CBTC _2302_2214_20101217131003

（8） CBTC-电子路签闭塞方式 区间闭塞方式的路签闭塞在100年前就幵始应 用，中国铁路在建国初期也有大量应用。 从20世纪90年代中开始，在计算机技术、电子 网络技术及通信技术的推动下，铁路的路签闭 塞方式发展为电子路签闭塞方式，即不存在路 签实物，而是存在电子路签(软件)，它在有关 计算机及网络中按一定的软件协议运行。
5.2 无线移动闭塞CBTC系统的组成与原理来自5.2.1 系统的基本组成
CBTC系统是一个连续数据传输的自动控制系统，利用高精度的列车定位 (不依赖于轨道电路）、实现双向连续、大容量的车—地数据通信， 能够 执行列车自动防护（ATP）、列车自动运行（ATO）以及列车自动监控 （ATS）功能。CBTC系统主要由移动设备(车载设备）、轨旁设备、通信 网络、调度控制中心组成。系统框图如图4-5所示。
5.2.2 系统的基本原理
调度控制中心DCC（Dispatch Control Center）控制多个车站控制中心 SCC（Station Control Center），实现相邻SCC之间的控制交接。SCC通 过管辖范围内的多个基站BS（Base Station）与覆盖范围内的车载设备 OBE(On Board Equipment)实时双向通信联系。列车在区段内运行时，通 过全球定位系统GPS(Global Positioning System)、查询-应答器或里程 计装置实现列车位置和速度的测定，OBE 利用无线通过基站BS将列车位置、 速度信息发送给SCC。SCC通过BS周期地将目标位置、速度及线路参数等信 息发送给后行列车。OBE收到信息后，根据前车运行状态〔位置、速度、 工况）线路参数（弯道、坡度等）、本车运行状态、列车参数(列车长度、 牵引重量、制动性能等），采用车上计算、地面(SCC)计算或是车上、地 面同时计算出最佳的速度-距离模式控制曲线，并根据信号故障-安全原则， 预测列车在一个信息周期末的状态能否满足列车追踪间隔的要求，从而确 定合理的驾驶策略（最佳运行控制命令），实现列车在区段内高速、平稳 的以最优间隔追踪运行。
5.2.3 系统的基本结构
CBTC系统分为列车控制和信息传输两大部分，其中列车控制部分为ATC 系统， 包括ATP、ATO、ATS三个子系统，完成列车状态信息以及数据信息的处理，并控 制列车运行。信息传输部分采用无线通信系统，进行连续双向的车一地通信，完成 列车向地面控制设备传递列车的位置、速度以及其他状态。图4-7是CBTC系统的具 体结构示意图，该系统以列车为中心，其主要子系统包括：区域控制器，车载控制 器，列车自动监控ATS（中央控制），数据通信系统和司机显示等。 区域控制器即区域的本地计算机，与联锁区一一对应，通过数据通信系统保持与 控制区域内所有列车的安全信息通信。根据来自列车的位置报告跟踪列车并对区域 内列车发布移动授权，实施联锁。区域控制器采取三取二的检验冗余配置。 车载控制器(VOBC)，实现列车自动防护ATP 和列车自动运行ATO功能，采取三取二的冗余 配置。车载应答-查询器和天线与地面的应答 器（信标)进行列车定位，测速发电机用于测 速和对列车定位进行校正。司机显示提供司机 与车载控制器及列车自动监控ATS的接口，显 示的信息包括最大允许速度、当前测得速度、 到站距离、列车运行模式及系统出错信息等。 数据通信系统实现各子系统间的通信，采用开 放的国际标准，以以太网作为列车控制子系统 间的接口标准，以802.11作为无线通信接口标 准，这两个标准均支持互联网协议(IP）。
（7）CBTC-自动站间闭塞方式 这种方法与CBTC-半自动闭塞相类似，只是其办理手续是自 动的。具体而言是：发车站与接车站均有区间是否占用的检 查设备，因此发车站要发车，区间占用检查设备自动检查它 实属空闲后，两站自动办理闭塞手续，并自动开放出站信号 机。在列车到达接车站并自动检查列车完整性后立即自动关 闭进站信号机。CBTC-自动站间闭塞也同样有无线机车信号， 它与CBTC-半自动闭塞方式相似。 CBTC-自动站间闭塞的最大优点是： ① 它可以集中遥控闭塞手续，不一定在每个站都要有车站值 班人员来检查区间是否空闲、列车是否已完整地到达等人工 检测作用，提高劳动生产率。 ② 由于一切手续和检测是自动的，它可节省办理闭塞手续的 时间，从而可以提高整个区段的通过能力。当然，在CBTC自动站间闭塞方式情况下必须投入相应设备，特别需要有冗 余设备，用以提高系统的可用性、可靠性与安全性。
应该指出，在CTBC-FAS中可以仍 然保留轨道电路，作用不是构成 闭塞系统的调节环节，而仅是为 了检测列车的存在及其完整性。 轨道电路长度要短一些，长度可 缩短到系统造价不会由于电缆的 存在而占有重要成分。因为轨道 电路缩短后，可以获得运输效率 的提高。
在CBTC-FAS系统中还有用轨道间交叉感应电 缆实现通信的方式，图4-2是示意图。




（1）基于通信的固定自动闭塞运行控制系统


（CBTC-FAS： Fixd Autoblock System ） 基于通信的固定自动闭塞运行控制系统，表示闭塞分区是固定不变的，它像TBTCFAS（基于轨道电路自动闭塞）—样，闭塞分区是通过区间牵引计算来求得其长度， 而CBTC-FAS与TBTC-FAS的根本区别是采用双向通信技术代替轨道电路来实现车/地 之间信息交换。 在每个闭塞分区的始端可以没有固定信号机作为防护，它的信号显示是依据控制 中心在计算基础上给定，经过调制的无线频率RF使移动列车与控制中心相联系， 车站控制中心则依据区间各列车的实际分布，计算出保护信号机可以给出的信号， 通过无线中继设备与保护信号机线路设备LI/O相连，后者经译码后给出信号显示。 它同时也返回收到的信息及状态显示送给无线中继设备转控制中心，由此构成信 息流的闭环。与此同时，运行中的列车也随时与线路设备LI/O相联络，报告它的 定位与其状态信息等，以构成车一地之间的双向通信。
一般适应在新线、运量较少或速度较低，人烟稀少，生活困难地区
（6）CBTC-半自动闭塞方式 半自动闭塞的特征： 发车站与接车站人工办理闭塞手续，当列车出发后，出站信号 机立即自动关闭，在未再次办理发车手续前，该出站信号机 不得再次开放；列车到达前方接车站后，接车站立即关闭进 站信号机，并办理解除两站间闭塞手续，使两站间的区间恢 复空闲等待状态。 CBTC-半自动闭塞方式： 在CBTC-半自动闭塞系统中，无线通信的作用是使出发站给机车 司机发出无线机车信号，指挥列车发车，而发出该信号的显 示是与发出出站信号机显示相互关联的。即前者只是在出站 信号机允许发车的显示下才能获得机车信号，此时无线机车 信号可以有记录为凭。此外，区间列车到达接车站前同样可 以获得进站信号一样显示的无线机车信号显示，指挥列车进 站，以避免司机在目视路旁信号机时遇到困难，这些显示也 都记录在案。所以，CBTC-半自动闭塞要比TBTC -半自动闭塞 更为方便、清楚、有责任感和安全感。
2）CBTC系统分类
由于CBTC系统并不是只有一种体系结构，或者说CBTC的系统中所应用的技 术并不是完全相同，因而它们所完成的功能也可能不是同一水平和同一内 容，因此对CBTC系统就有分类的必要。但是由于通信技术的飞速发展，要 对CBTC进行详尽的分类实际上非常困难，以下将是根据目前技术水平进行 的参考性分类。 从闭塞分区的实现来分类： 基于通信的固定自动闭塞运行控制系统；移动自动闭塞运行控制。 根据CBTC中车一地之间通信方式不同来分类： 采用全程移动无线通信方式（GSM-R）的CBTC；采用轨道交叉电缆方式的 CBTC；采用漏泄电缆或漏泄波导方式的CBTC；采用查询-应答器方式的 CBTC；采用卫星通信系统（ GPS ）的CBTC. 根据CBTC应用控制技术水平的高低可以进行分类: 采用无线数据电台进行列车与车站之间双向通信来构成CBTC的低级系统 (CBTC-半自动闭塞系统) ;采用应用技术水平较高的CBTC系统(例如CBTCMAS系统等). 根据应用区间闭塞方式来分类: CBTC-半自动闭塞方式; CBTC-自动站间闭塞方式; CBTC-电子路签闭塞方 式。
（4）采用卫星通信系统（ GPS ）的CTBC
采用卫星通信系统，构成列车运行间隔控制系统，图4-3是其示意图。这种系 统在1990年日本铁路试用过，卫星在东经150°的静止轨道上运行，它距 地面约37 000 km，它是一个通用型通信卫星。 在地面的先行列车将自己列车编号、列车速度、列车位置等信息通过卫星传 送给后续列车，后续列车经运算后决定自己可以走行的最高速度。出于安 全，这类系统只在低速、低密度、小运量地区才能应用，因为它缺少安全 保障。除非另外增加其他设备。
无线CBTC采用无线通信系统，通
过开放的数据通信网络实现了列车 与轨旁设备实时双向通信，信息量 大，可以在实现列车运行控制的同 时附加其他功能(如安全报警、员工 管理及乘客信息发布等）。目前国 际上诸如Alcatel，Alstom， Siemens和Bombardier等信号供 应商均开发出了各自的CBTC系统 并在全球得到了广泛的应用。
列车运行控制系统
第五章 基于通信的列车运行控制CBTC （新型列车运行控制系统）

CBTC系统的定义与分类 CBTC系统的组成与结构 CBTC系统的功能 CBTC系统特点
5.1 CBTC系统的定义与分类
1）CBTC系统的定义


基于通信的列车运行控制系统，简称CBTC （Communication Based Train control），是摆脱 传统的基于轨道电路的列车运行控制方式（TBTC）， 采用基于计算机技术、通信技术和控制技术综合发 展的新型控制系统，已成为当今世界列车运行控制 系统的发展方向。 CBTC的定义可以通过它的总特点来描述，即利用无 线通信媒体来代替轨道电路达到车/地之间的信息传 输，而在此基础上构成的列车运行控制系统，都可 称为CBTC系统。
（5）无线半自动闭塞系统-CBTC低级系统
列车与车站控制均有无线数据通信设备，在列车接近车站的4〜5km范围内构 成双向无线数据通信。为了构成半自动闭塞系统（人工办理闭塞手续，列车运行 靠无线通信控制），并保证区间只允许存在一个列车运行，必需设置类似计轴器 之类设备，如图中符号T1/T2所示，用来检查两站之间运行列车完整性，以确保运 行安全。当计轴器T2接收到同样轴数的列车后表示列车已完整地撤离两站之间区 间，始发站才可能再发出下一列车。 为了保证CBTC系统中数据电台的正常工作，在线路上还辅助设置应答器A，B， C，其中应答器A提供列车出站信息（列车已进入到区间 ）；应答器B提供区间信 息，通知经过的列车已迸人双向数据传输信息范围，应接受车站发来的机车信号 信息；应答器C告诉通过列车本车站准备了哪个股道接车，运行速度上限值为多少 等有关信息。在该系统中，列车经过应答器B之后，车站与列车上的无线数据通信 电台就反复双向通信，其中包括列车告知车站来者列车编号、时速、去向等等信 息，而车站告知列车应以何种速度进站或站前停车，进站内何股道，是停车还是 通过等等有关信息。