CBTC系统功能介绍和技术分析全解

CBTC系统功能介绍和技术分析电子信息134A0533顾双全3月,2015L简介OREMIPSUMDOLOR简介CBTC的突出优点是可以实现车—地之间的双向通信，并且传输信息量大，传输速度快，很容易实现移动自动闭塞系统，大量减少区间敷设电缆，减少一次性投资及减少日常维护工作，可以大幅度提高区间通过能力，灵活组织双向运行和单向连续发车，容易适应不同车速、不同运量、不同类型牵引的列车运行控制等等。在CBTC中不仅可以实现列车运行控制，而且可以综合成为运行管理，因为双向无线通信系统，既可以有安全类信息双向传输，也可以双向传输非安全类信息，例如车次号、乘务员班组号、车辆号、运转时分、机车状态、油耗参数等等大量机车、工务、电务等有关信息。利用CBTC既可以实现固定1.轨旁子系统功能列车位置检测非通信列车位置检测通信列车位置检测CBTC列车筛选列车安全保护列车安全间隔保护进路保护管理列车运行方向车门和屏蔽门安全保护联锁功能辅助屏蔽信号机显示旁路区段故障加快人工进路延时解锁时间区域控制器重叠区管理2.车载子系统功能确定列车位置检测到轨旁的应答器，随之提供了参考点当检测到两个相邻的应答器，列车位置就被初始化车载测速电机及加速度计或测速雷达进一步进行细定位线路数据库唯一地定义了线路上的所有位置列车安全保护测量列车速度和列车速度监督列车运行方向监督强制执行移动授权控制倒溜监督车门控制及安全联锁列车完整性检测司机显示和输入车载系统其他非安全功能3.自动列车监督子系统功能人机界面列车位置及功能状况的监视和显示列车控制子系统的功能状况的监视和显示道岔、站台屏蔽门及轨道侵入设备状态的监视和显示列车运行的调整保证列车运行间隔和运行图的实施基于运行线分配的列车进路安排根据系统延迟或调度员要求调整列车运行参数为管理报表、维护及运营分析搜集数据与其他系统的接口提供站台乘客广播系统接口提供无线通信系统接口SCADA命令和状态显示，并与远程SCADA单元接口提供楼宇和火灾报警系统接口列车位置检测(1/2)联锁设备区域控制器*点击列车进行列车运行动画–非通信列车位置跟踪区段占用相关数据列车位置检测(2/2)联锁设备车载设备道岔相关数据1/联锁设备发送道岔相关数据给区域控制器2/区域控制器发送道岔相关数据给列车3/车载子系统用道岔相关数据计算自己的列车位置区域控制器–通信列车位置跟踪4/车载子系统把列车位置发送给区域控制器CBTC列车筛选(1/2)列车筛选的目的是为了探测非CBTC列车和CBTC列车不存在同一个区段中。当列车第一次把位置报告给区域控制时，必须对列车进行筛选当列车外部位置和前方计轴点的距离小于最小列车长度时，并且前方轨道区段未占用时，区域控制器将清除前方的假设列车当列车外部位置和前方计轴点的距离大于等于最小列车长度时，后者前方轨道区段占用时，区域控制器将保留前方的假设列车??CBTC列车筛选(2/2)车载新的通信列车联锁区域控制器联锁状态联锁状态位置位置??CC1位置位置CC1??CC1位置接近计轴点位置接近计轴点最小的列车长度...CBTC列车筛选速度列车运行间隔控制概念◦固定闭塞（FixedBlock)：线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区一个分区只能被一列车占用闭塞分区的长度按最长列车、满负载、最高速、最不利制动率等最不利条件设计列车间隔为若干闭塞分区，而与列车在分区内的实际位置无关制动的起点和终点总是某一分区的边界台阶式制动曲线要求运行间隔越短，闭塞分区(设备)数也越多列车运行间隔控制概念◦准移动闭塞(Distance-To-Go)：线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区一个分区只能被一列车占用闭塞分区的长度按最长列车、满负载、最高速、最不利制动率等最不利条件设计列车间隔为若干闭塞分区，而与列车在分区内的实际位置无关制动的起点可以延伸，但终点总是某一分区的边界一次性抛物线型制动曲线要求运行间隔越短，闭塞分区(设备)数也越多列车运行间隔控制概念◦虚拟/逻辑闭塞(Virtual/LogicalBlock)：线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区一个原固定闭塞分区可以被分为几个虚拟分区(旧线改造)闭塞分区的长度按最长列车、满负载、最高速、最不利制动率等最不利条件设计列车间隔为若干闭塞分区，而与列车在分区内的实际位置无关制动的起点可以延伸，但终点总是某一虚拟分区的边界一次性抛物线型制动曲线要求运行间隔越短，分区数也越多，但设备基本不增加列车运行间隔控制概念◦移动闭塞(MovingBlock)：线路没有被固定划分的闭塞分区列车间的间隔是动态的、并随前一列车的移动而移动该间隔是按后续列车在当前速度下的所需制动距离、加上安全裕量计算和控制的，确保不追尾制动的起始和终点是动态的一次性抛物线型制动曲线轨旁设备的数量与列车运行间隔关系不大移动闭塞(C)、准移动闭塞(B)与传统固定闭塞信号系统(A)80/8080/8080/6060/4040/080604020速度（公里/小时）A)固定闭塞(速差式信号)0/0速度（公里/小时）80/8080/8080/6080/4040/080604020B)准移动闭塞(目标距离模式)性能改善每一段区间的速度代码80/8080/8080/6080/4040/00/080604020速度（公里/小时）C)移动闭塞性能改善非安全移动授权(j)虚拟区段虚拟区段安全移动授权(j)安全移动授权(i)非安全移动授权(i)虚拟区段ATiATjATkCBTC列车跟踪CBTC列车:列车间的间隔（安全移动授权)自动列车后溜余量列车安全间隔保护（1/2)非安全移动授权安全移动授权缓冲区域ATjCBTC列车跟踪非CBTC列车:缓冲区域原理（非安全移动授权)后溜余量和隐藏距离安全速度曲线非安全速度曲线列车安全间隔保护(2/2)被区域控制器检测到得占用区段（通信列车）被区域控制器检测到得占用区段（非通信列车被区域控制器检测到得空闲区段进路保护:联锁保护(1/3)冲突进路保护联锁设备区域控制器进路设置状态1/联锁设备管理冲突进路和发送进路设置状态给区域控制器2/区域控制器发送移动授权给车载设备主要有三种进路保护:◦联锁保护◦接近锁闭◦保护区段锁闭联锁保护包括:进路保护:联锁保护(2/3)进路‘A’进路‘B’进路‘A’进路‘B’冲突进路保护反向进路保护进路‘A’进路‘B’进路‘A’进路‘B’进路保护:联锁保护(3/3)道岔位置安全停车点安全停车点进路保护:接近锁闭CBTC接近区域接近锁闭区域控制器联锁设备1/列车接近信号机CBTC接近区域状态数据联锁设置状态数据2/在定时器结束后，区域控制器延长移动授权2/列车离开接近区域进路保护:保护区段锁闭(1/2)车站4/CBTC列车进入保护区段接近区域保护区段请求保护区段锁闭状态6/列车延长移动授权联锁设备区域控制器2/联锁检查冲突状况并锁闭保护区段3/联锁设置进路ATS1/ATS向联锁请求进路设置5/联锁发送给区域控制器保护区段锁闭状态进路保护:保护区段锁闭(2/2)车站1/列车挺稳保护区段解锁授权2/区域控制器向车载设备对严格的移动授权请求停车保证3/车载设备确保列车停稳并禁止移动4/区域控制器解锁保护区段联锁设备区域控制器5/联锁解锁保护区段相反的列车进路保护:◦道岔区域及方向锁闭管理列车运行方向（1/2）双向运行区域联锁状态联锁设备区域控制器2/对于CBTC列车联锁设备发送方向锁闭1/对非CBTC列车联锁设备给出信号显示3/区域控制器发送移动授权相反的列车进路保护:◦区段区域及方向锁闭管理列车运行方向（2/2）双向运行区域区段方向锁闭状态联锁设备区域控制器1/联锁设区段把方向锁闭状态发送给区域控制器2/区域控制器发送移动授权车门安全和屏蔽门安全保护功能是管理相关开门和关门的动作，并保证乘客的安全乘车这个功能具体包括下面功能:◦在站台授权车门和屏蔽门的打开和关闭◦发出车门和屏蔽门开门命令◦发出车门和屏蔽门关门命令车门和屏蔽门安全保护列车禁止移动授权打开车门车载列车禁止移动授权打开车门授权打开屏蔽门屏蔽门授权打开屏蔽门授权打开屏蔽门开门准备请求车门打开确认列车在在车窗联锁区域控制器安全开门原理发车授权移动禁止取消移动禁止取消列车门关闭关门按钮请求列车门关闭请求关闭屏蔽门命令列车门关闭关闭屏蔽门采集列车门关闭请求屏蔽门关闭状态安全关门原理CBTC列车:车载信号为主隐藏信号机显示非CBTC列车:地面信号为主显示信号机显示隐藏信号显示（1/3)车载区域控制器联锁设备移动授权列车定位位置隐藏信号机显示授权区域控制器状态车载设备发送列车位置和隐藏信号机显示授权给区域控制器区域控制器发送更远的移动授权给列车区域控制器发送隐藏信号机显示请求给联锁设备隐藏信号显示(2/3)车载联锁设备列车定位位置隐藏信号机显示授权当列车通过信号机时，信号机显示不再被隐藏31隐藏信号显示(3/3)区域控制器区域控制器状态旁路联锁设备的轨道电路或者计轴区段故障可以优化联锁功能当区段故障发生时道岔无法动作未旁路的区段道岔可以动作旁路的区段旁路区段故障(1/5)旁路区段故障(2/5)真实轨道区段占有区段信息(联锁输出)如果列车不是通信列车ZC区段信息(ZC输出)ZC区段信息(联锁)旁路区段信息(联锁内部参数ZC区段保持占用信息真实区段占有区段信息(联锁)列车是通信列车ZC区段(ZC输出)ZC区段(联锁)旁路区段信息(联锁内部参数)列车位置(车载输出)ZC区段保持占用延时旁路区段故障(3/5)区段1区段2区段3SES区段1区段2区段3时间(区段1)时间(出清时间)时间(出清时间)时间(出清时间)时间(区段2)时间(区段3)信号接近锁闭区段2ES方向锁闭区段3ES方向锁闭区段保持占用延时区段保持占用延时区段保持占用延时t旁路区段故障(4/5)区段1区段2区段3SES旁路区段1旁路区段2接近锁闭区段2ES方向锁闭错误地限制,由于区段2故障,并且联锁和ZC通信故障错误解锁联锁和ZC通信恢复旁路区段故障(5/5)37加快人工进路延时解锁时间车载区域控制器联锁设备信号相关数据（停车保证请求）1/联锁设备要求一个人工进路延时解锁2/一个停车保证和新的移动授权被请求3/列车承诺可以保证停车信号相关数据（停车保证）4/联锁设备立即解锁进路在延时时间之前5/联锁设备可以设置新的进路区域控制器重叠区区域控制器2区域控制器1区域控制器重叠区介绍区域控制器2车载车载区域控制器1车载车载设备发送它的位置给区域控制器1并且区域控制器1发送移动授权给车载设备。同时车载设备发送它的位置给区域控制器2并且区域控制器2发送移动授权给车载设备。位置移动授权移动授权位置车载设备选择最宽容的移动授权。区域控制器重叠区:移动授权选择CBTC的定位技术感应环线◦使用安装在两根轨条间的电缆无线（射频信号）◦波导管◦漏泄电缆◦无线空间天线◦GPS(全球定位系统）应答器◦绝对参考位置◦校准测速发电机（和加速度计）测速（多普勒）雷达CBTC的通信介质感应环线◦使用安装在两根轨条间的电缆无线◦波导管◦漏泄电缆◦无线空间天线司机显示和输入对司机的信息显示◦最大允许速度和推荐速度◦当前运行速度◦目标距离◦列车运行模式◦停站时间倒计时◦系统故障信息◦车门和屏蔽门状态司机输入信息◦乘务组号◦列车运行模式车载系统非安全功能车站程序停车，包括车门操作，站台门控制命令停站时分控制车载音频广播的触发报警监督，并向ATS报告在安全运行速度限制范围内调整列车速度根据乘客乘坐质量标准控制列车运动TagsVehicleCCDCSMicrolokMicrolokLCWXStationATSOCCATSZoneControllerFRONTAMIPEthernetnetworkSignalAxleCounterCBTC系统结构骨干交换机骨干交换机AP接入交换机AP接入交换机…A网接入交换机B网接入交换机AP接入点AP接入点区域