第十讲地-车信息传输技术

地-车信息传输通道是列车运行自动控制系统的重要组成部分。列控的车载设备完全靠从地面控制中心接收的行车控制命令进行行车，实时监督列车的实际速度和地面允许的速度指令，当列车速度超过地面行车限速，车载设备将实施制动，保证列车的运行安全。这就要求地-车传输信息的可靠和安全。一、概述第十讲地-车信息传输技术二、地车信息传输的分类地面信息传递到车上目前有两种方式，一种是连续式传递信息方式，另一种为点式传递信息方式。前者能连续不断地将地面信息即列车间隔、线路容许的速度等情况及时地向车上反应，使司机随时掌握列车速度，有利于保证行车安全和提高行车效率。点式信息传递方式有感应器、环线或应答器方式，它只能在闭塞区段内设若干点，通过感应点将地面信息传到车上，在地面信息发生变化时，列车只能经过感应点时才能得到信息，即时性稍差。1、连续式传递信息常用的连续信息传递方式：编码式无绝缘轨道电路、轨道交叉环线、无线通讯等方式。下面以UM-71型无绝缘轨道电路为例叙述连续式信息的发送和传输。它是利用UM-71型轨道电路作为传输信息的通道。闭塞分区空闲时，发送器送电给轨道继电器使之吸起，列车占用时发送器迎向机车传递信息，同时轨道继电器落下，为改变后面轨道电路的信息提供信息条件。系统的信号采用移频键控制式。载频：1700、2000、2300、2600Hz调制频率：10.3Hz到29Hz，间隔1.1Hz，共18个信息。轨道电路频率布置考虑了防止同一线相邻轨道电路和上、下行线间轨道电路等的横向和纵向干扰，轨道中载频的布置见下图。上行线路为2000、2600Hz相间隔排列；下行线路为1700、2300Hz相间隔排列。2、点式传送信息点式传递信息方式多用感应器或应答器方式，如查询应答器、点式环线等。下面以法国高速线上使用的环线为例叙述点式传递信息方式的发送和传输，原理图如下图：为地面有源点方式，向环线内发送信息给机车接收，环线敷设在轨间，法国高速线环线长度约为1Om。发送器放在集中室，通过交叉环线及匹配变压器连接到环线。发送器经常向环线内送检测信号，以检查环线的完整性。点式信息为单频率信号，自1318Hz开始，每间隔140.8Hz有一个单频信息，至3712Hz共18个。其中4个频率1740、2022、2304、2585Hz与连续式机车信号载频靠近未被采用，有效信息共14个。点式信息用于接通或转换连续式机车信号接收上。下行线的载频，在列车离开高速线路时，以点式信息断开连续式机车信号。线路需要限速的地方可用点式信息给出限速值的条件。地面绝对信号机处设点式信息，当显示红灯信号时，以点式信息向列车发送绝对停车命令。点式信息还可作其它用途，例如在接触网分相点两边适当地点（1km左右）设环线给出信息给机车接收，开始进行测距，到分相点的前方切断机车动力，过分相点再接通供电。3、点式信息发送电路结构点式信息为二进制数字信息，要与移频信号叠加发送，因此必须经过调制。点式信息发送电路原理框图下图所示。它主要由输入接口电路、信源编码电路、信道编码电路、差分移相调制电路、输出接口电路、报警指示电路、电源电路等部分组成。（1）输入接口点式信息发送的信息内容是有关列车运行前方线路上的一些重要信息，各轨道电路点所发送的信息是不同的，为了便于使用和维护，要求各点所发的信息内容虽不相同，但各点发送电路结构要求完全一致，具有互换性。因此点式信息内容采用了由外部电路编码的方式。点式信息是二进制数，共80位。信息位为0时，其对应电位为低电平0V，信息位为1时，其对应电位为高电平24V。采用的编码规则能保证外围编码电路出现断线时，发送的点式信息为安全信息，满足“故障一安全”原则。（2）信息编码信息编码电路由CPU系统构成，它完成如下功能：1）完成两路输入信息的一致性比较CPU从两路并行接口电路分别读入两路信息，然后对两路信息进行比较，只有两路信息完全一致时，所采集的信息才有效，才有可能发送出去；如果两路输入的信息不一致，则读入的信息码无效，点式信息发送设备停止发送，并点亮故障报警指示灯。2）信息码的合理性检查CPU读入两路相同的信息后，按规定的信息传输格式重组信息码。在重组过程中，对读入信息的合理性进行检查，如果读入的信息超出规定范围，点式信息发送设备停止发送，并点亮故障报警指示灯。3）对重新组合的信息码添加校验码校验码用于校验信息在发送设备内部的传送过程中的正确性。CPU系统完成上述功能后，生成80位信息，其中包括点式信息和校验码，为信道编码做好准备。（3）信道编码点式信息发送系统是单向、连续发送的传输系统，为了快速传输点式信息和便于点式信息的接收，并保证接收设备对收到的点式信息有检错能力，点式信息的发送设备到点式信息的接收设备之间的信息传送采用具有传输速率高、并有很强检错能力的同步传输方式，把需要传送的信息码按HDLC协议（高级数据链路控制）构成一帧信息，然后以帧为单位传送。1）预同步码：用于接收设备的快速同步。2）帧同步码A：信息码的起始标志。3）帧同步码B：信息码的结束标志。4）信息码：被传送的点式信息。5）CRC校验码：用于接收设备对收到的信息码进行校验，判断信息码在信道传输过程中的正确性。预同步码帧同步码A信息码CRC校验码帧同步码B帧结构：（4）差分移相调制轨道电路不能直接传输二进制的数字信息，所以信道编码电路输出的二进制点式信息必须经过调制。综合比较调幅、调频、调相三种数字调制方式，点式信息的调制最适合采用差分移相调制，因为移相调制的信号具有最强的抗干扰能力，在相同的传输波速率下，移相调制信号具有最窄的频带。为了避免接收设备出现相位模糊采用差分调制。实现差分移相调制的方法是：首先对数字基带信号进行差分编码，即把绝对码变成相对码，然后再进行绝对调相，其调制过程如图4-6所示、图4-7是其波形。差分移相调制电路把二进制的O、1信息调制成模拟信号。4、点式信息发送内容点式信息发送系统发送列车超速防护所需的点式信息，它可以为进站信号点、出站信号点和区间信号点。进站信号点发送的信息有：·本信号机类型；·车站代码：·接车股道代码；·接车进路长度；·进站咽喉区长度；·接车进路换算坡度．·运行前方次一架信号机类型；·出站外方第一闭塞分区限速：·出站外方第一闭塞分区长度。出站信号点发送的信息有：·本信号机类型；·运行方向代码；·超速防护停用代码；·出站咽喉区长度；·出站外方第一闭塞分区换算坡度，可含一个变坡点；·出站外方第一闭塞分区限速等级：·运行前方次一架信号机类型；·运行前方次一闭塞分区限速等级；·运行前方次一闭塞分区长度。区间信号点发送的信息有：·本信号机类型；·运行前方闭塞分区长度；·运行前方闭塞分区换算坡度，可含一个变坡点；·运行前方次一架信号机类型；·运行前方次一闭塞分区限速等级；·运行前方次一闭塞分区长度。5、FTGS数字编码轨道电路FTGS为西门子（SIEMEMS）数字频率轨道电路（Digitalfrequencytrackcircuits）的德文缩写，是德国SIEMENS公司对远程馈送和编码无绝缘音频轨道电路的简称。自1981年首次在德国铁路应用，现已广泛应用于欧洲、美洲、非洲及亚洲干线铁路与城市轨道交通。截止1999年，西门子已安装了约15000套FTGS轨道电路。广州地铁一号线于1994年12月引进，经过设计、安装与调试，于1998年6月28日正式投入载客运营。它是广州地铁一号线ATC系统的信息传输基础设备，也是国内首家采用此种轨道空闲检测系统。广州地铁一号线全长18.48km，共划分轨道区段271个，使用最长控制传输距离约3km，每个区段划分的长度为30～230m。FTGS轨道电路的组成：FTGS轨道电路包含室内、室外2部分设备，室内设备对应每个轨道区段配置1个组匣单元，包括轨道电路的发送与接收。室外设备对应每个轨道区段分界点设置S棒，起分割区段作用，同时设有轨旁单元（相邻区段共用一轨旁盒），直接向轨道发送和接收电信号。室内与室外最长传输距离可达6.5km。FTGS发送器接收器“轨道空闲”“轨道占用”信号室内设备结构轨道S-bonds图3-8FTGS的标准结构工作原理：FTGS无绝缘轨道电路是一种移频键控（FSK）数字编码系统。当某区段无车时，由室内发送设备传来的FSK信号，通过轨旁单元在相应轨道区段始端馈入轨道，并由轨道区段终端接收传至室内设备，进而通过信号鉴别判断（幅值、调制、编码检验），产生区段“空闲”状态。当列车进入某区段时，由于列车车轴的分路作用，减少了相应区段终端接收电压，进而产生区段“占用”状态。FTGS的硬件结构轨道S-bonds图3-9FTGS的硬件框图电平设定和转换电平设定和转换室外滤波器滤波器发送器转换至LZB报文来自/去LZBTC-PCB“轨道占用”信号A-PCBT-PCB电平滤波器接收器1.1R1-PCB接收器1.11接收器2.1接收器2.11启动延时电路和继电器PCB解调器1DEM-PCBR2-PCBDEM-PCB启动延时电路和继电器电源220V-12V、5V解调器1.1来自联锁系统的电源TostwTostwFTGS的电气分割根据需要，轨道电路必须进行分割。一个电器分割点主要由一个短路棒和一个调谐单元组成。这种分割是一种电气分割，没有对钢轨进行物理分割，但如果需要，也可以进行物理分割。FTGS轨道电路可以针对轨道区段的位置不同，分别采用不同类型的电气绝缘方式。用S型短路棒分割两轨道区段；用绝缘节分割两轨道区段；用绝缘节和一个末端短路棒分割两轨道区段；用分流棒实现轨道电路分段。为分离两个相邻的轨道区段，使用了一个S形短路棒（见图）。它的一个额外的功能是对两条轨道的牵引回流进行平衡。运行列车的第一根车轴或最后一根车轴必须避免停在S短路棒区域内。镜像安装S形短路棒是比较合理的图3-10带有S形短路棒的电气绝缘用S型短路棒分割两轨道区段通常仅在以下两种情况采用绝缘节（见图3-11）。一种情况是要求两个轨道区段之间采用点式绝缘；另一种情况是两点之间没有足够的空间安装使用S形短路棒。用绝缘节分割两轨道区段在被绝缘节分割的轨道区段，终端短路棒允许两轨条牵引电流回流（见图3-12）。图3-12具有终端短路棒和绝缘节的电气分割用绝缘节和一个末端短路棒分割两轨道区段装备有FTGS的轨道区段，如果接着一个没有轨道空闲检测系统的区段，就必须使用分流棒（见图3-13），分流棒还起着平衡牵引电流的作用。图3-13有分流棒的电气绝缘用分流棒实现轨道电路分段传输速率为207b/s传输码型：B（runningcommandtelegram）；K（brieftelegram）；N（emergencystoptelegram）；C（controltelegramATO）ATO的报文码有三种：C1、C2C332位CRC校验具体码型发送：ATP正常码发送是KKKK{BBBC}{BBBC}…….，ATP紧急时发送{N}；FTGS传输的报文信息特点B报文信息码：B报文代号、占用轨道电路时间报文、序号、运行速度、距限速区段开始的距离、距限速区段结束的距离、限速区段限速、目标距离、目标速度、运行方向、下一分区无ATP、门控、下分区坡度、本分区号、下分区号、下分区载频、代号、列车折返操作状态、校验码等信息；C报文信息码：C报文代号、报文序号、运行速度、本分区号、ATO数据、校验码等信息；N报文信息码：B报文代号、报文序号、紧急停车、下分区载频代号、校验码等信息6、欧洲型查询/应答器欧洲应答器（EUROBALISE）除了可在常规铁路线路上用作超速防护系统的地面应答器外，也常被用作列车定位的基本设备。列车准确定位成了一项关键技术。欧洲铁路管理部门决定用应答器作为列车定位装置，由地面应答器向列车传送事前贮存的精确位置信息。为了准确定位，就必须大量采用应答器，在有的欧洲铁路线上，为了准确停车，甚至每3～5m设置一块；为了减少投资，也可以用来进行定位校准，即在两个应答器之间用测速传感器实现定位，列车每驶过应答器一次，即进行一次定位校准，以期减小定位误差。EUROBALISE查询应答器结构能量传输频率f1=27