CBTC系统框架及特点

CBTC系统框架及特点发布时间：2012-08-06点击次数：148智能交通网CBTC系统介绍20世纪60年代，我国著名专家汪希时教授提出了“移动自动闭塞系统”，并指出使用无线方式实现车地间双向通信。到80年代，借力于数字通信技术、无线通信技术、编码技术的迅速发展，发达国家相继出现使用无线车地通信的应用方案，如：美国的先进列车控制系统(AdvancedTrainControlSystem，ATCS)、欧洲列车控制系统(EuropeanTrainControlSystem，ETCS)等等。这种列车运行控制系统被称为基于通信的列车控制(Communications-BasedTrainControl，CBTC)系统。包括阿尔卡特、西门子、阿尔斯通等多家信号设备供应商均开发出了自己的CBTC系统，并在温哥华、伦敦、巴黎、香港、纽约等多城市的轨道交通线路上运行。1999年9月，电气和电子工程师协会轨道交通运输车辆接口委员会制定并颁布了第一个CBTC标准，(IEEEStd1474．1．1999)，该标准详细定义了CBTC系统的功能，将CBTC定义为：利用(不依赖于轨道电路的)高精度列车定位、双向大容量车一地数据通信和车载、地面的安全功能处理器实现的一种连续自动列车控制系统。并规定了CBTC系统的列车运行间隔，安全性和可用性等技术指标。传统列控系统TBTC传统的列车运行控制系统主要是基于轨道电路的列车控制(TrackCircuitBasedTrainControl，TBTC)系统。该系统技术成熟，安全可靠，但由于TBTC系统基于轨道电路来检测列车位置并向列车发送控制信息，而轨道电路存在性能和功能上的缺陷和限制，使得TBTC系统成为限制铁路运输效率提高的瓶颈，主要体现在：(1)限制了列车位置检测的精度。列车位置检测的最小分辨率为轨道电路区段，任意一部分轨道电路被占用，整条轨道电路都将认为被占用。过长的区段设置会产生较大的行车间隔，直接导致运行效率下降，过短的区段设置需要更多轨道电路设备，增大投资。(2)传输信息量有限。列车提速及行车间隔减小，需要更多考虑前方线路坡度、弯道情况、前车位置、速度等情况来确保行车安全，这使得列车信息需求量增大。若要实现ATP、ATO等功能，对信息量的要求将更大。轨道电路受工作原理和工作环境的限制，无法满足列车控制信息量增长的需要。(3)轨道电路易受到天气、地理环境及电磁环境影响。道渣电阻变化、雨水、环境温度和列车分路不良等都会对轨道电路性能产生影响。(4)轨道电路至今无法实现车对地的通信，列车相关信息无法有效传送给地面设备。CBTC系统特点1)大容量连续双向车一地通信；2)地面设备及车载设备均采用安全计算机实时处理列车状态、控制命令，实现连续的间隔控制、进路控制、速度防护、自动驾驶等；3)高精度列车定位；4)列车运行控制灵活、高精度，可实现移动闭塞；5)设备集成度高，可减少地面设备，系统结构简单，并改善可靠性和可维修性，减少全寿命周期成本；6)CBTC信息可以叠加在既有信号系统上，便于既有线改造，可实现城市轨道交通的互联互通。CBTC系统框架一个典型的CBTC系统应当包括：列车自动监督系统ATS(AutomaticTrainSupervision)、数据库存储单元DSU(DatabaseStorageUnit)、区域控制器ZC(ZoneController)、计算机联锁CI(ComputerInterlocking)、车载控制器VOBC(Vehicle0nBoardController)和数据通信系统DCS(DataCommunicationSystem，包括骨干网、网络交换机、无线接入点以及车载移动无线设备)，CBTC的基本结构如下图所示。CBTC组成模块及功能(1)列车监控子系统(ATS)ATS子系统负责对列车运行的监督和控制，是非安全系统。其主要功能有：时刻表编辑与维护、自动排列进路、自动记录列车运行实迹、自动列车运行调整、自动进行运行数据统计及自动生成报表等，在控制中心显示控制范围内列车的运行状态和设备状态，辅助调度人员对全线列车进行管理。(2)区域控制器子系统(ZC)ZC安装在轨旁，是基于处理器的安全控制器。ZC子系统需要根据从ATS、CI、DSU和VOBC接收到的各种数据信息和状态信息经过处理，为在ZC控制区域内的列车生成移动授权MA，并持续更新和传输，然后将移动授权通过DCS系统发往车载设备VOBC以控制列车运行；ZC还负责控制道岔和信号机和响应邻近区域ZC的授权请求；对站台屏蔽门的控制和状态进行监视。(3)数据存储单元子系统(DSu)数据存储单元DSU是完成整个CBTC系统数据库管理的子系统。由于在CBTC系统中，列车定位是由车载本身而不再依据轨道电路来实现，因此就需要车载和地面同时用～个统一的数据库DSU来实现整个系统的协调统一。该数据库将包括动念数据库、静态数据库、参数数据库和配置数据库等。鉴于数据库的安全性和重要性，必须采取冗余设计来实现。(4)车载控制器子系统(VOBC)VOBC包括基于微处理器的控制器、相关速度测量及位置定位传感器。车载设备与列车的各子系统接口，并通过数据通信系统与区域控制器进行信息交互。它主要实现列车超速防护、自动驾驶、列车定位等功能。车载控制器采用三取二表决方式，有效地减少了系统故障时问，并大大提高了系统可靠性。(5)计算机联锁子系统(CI)计算机联锁子系统CI的主要功能是轨道空闲处理、道佾控制、信号机控制、进路控制。通过各个设备之间的正确联锁关系，来保证列车的运行安全；而且对于来自操作设备的错误操作，具备有效地防护能力。(6)数据通信系统(DCS)数据通信系统DCS可实现任何子系统问的通信，也就是说和数据通信系统相连的任何两个间接电子件，都可以相互通信。DCS设备包括：轨旁光纤骨干网、轨旁无线设备接入点(AP)、车载无线设备等。结束语CBTC系统作为轨道交通控制中先进的列车运行控制系统，以其运输高速化、信息化、网络化的优点，成为当下国内外研究的重点，随着技术的进步和实践经验的不断丰富，CBTC必将成为未来轨道交通的发展趋势。（来源：21its覃高友）本文原创，如需转载，请注明出处为“智能交通网”（）