CBTC系统介绍

CBTC系统介绍2CBTC原理CBTC系统结构轨旁设备车载设备控制中心ATS设备DSU设备数据通信系统DCS系统可靠性列车进入和退出CBTC区域列车追踪间隔计算3CBTC原理CBTC为基于通信的列车控制系统。受益于计算机技术和通信方式的发展，信号的概念已经改变：从被动反应到主动检测，从轨旁设备控制到列车自我控制。现在列车具备了思考和对话能力。TRAINATP&InterlockingTRAINMovementAuthorityTrainDetection(TrackCircuit)TrackCircuitBasedSystemTRAINATP&InterlockingTRAINMovementAuthorityCBTCSystemTrainPosition4CBTC定位技术5移动授权和安全距离•列车的LMA是指从列车的车尾起到前方障碍物的这部分线路。障碍物可能是另一列车的LMA、关闭的线路区域等。LMA将考虑障碍物的相关特性，例如列车倒溜容限。•移动授权(LMA)由地面区域控制器传递给车载控制器•车载控制器计算安全距离并确定停车点.•安全距离的计算包括（但不限于）以下参数：–线路参数–障碍物属性–车辆属性–当前的车辆状态6移动授权和安全距离SupervisedOperatingArea被监督运行区域TrZCTrainPosition位置LimitofMovementAuthority移动授权极限SafetyMargin安全余量BrakingDistance制动距离SupervisedStoppingLocation被监督的停车位置SupervisedBrakingCurve被监督的制动曲线SupervisedMaximumVelocity被监督的最大速度Obstruction障碍物Status状态LimitofMovementAuthority移动授权极限7CBTC传输介质感应环线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8CBTC传输介质比较数据通信能力有限真正的数据通信On-boardtransducer(antenna)EmbeddedloopsWE'OBEWE'OBE较难配置和安装很难维护高的带宽漏缆感应环线漏缆9CBTC传输介质比较开放的系统需要应对干扰和入侵的挑战高的带宽灵活覆盖和扩展FibreopticbackboneOn-boardantennasAccesspointantennasWE'OBE随着通信技术的应用，采用开放空间无方式是今后车地通信的发展方向10设备通过无缝隙的数据通信网络相连接，而非点对点的连接区域控制器车载控制中心其它系统无线无线CBTCCBTC11CBTC系统结构12•分布式结构•以列车为中心的系统•主要的子系统包括:区域控制器车载控制器中央控制（列车自动监控子系统ATS）以及连接各子系统的数据通信系统(DCS)列车司机显示CBTC系统结构13列车控制子系统间的逻辑接口14区域控制器–故障－安全轨旁子系统–校验冗余的三取二配置–每个联锁区设一个区域控制器–实现与所控区域内所有列车的安全信息通信–实施联锁功能–向所辖区域内每列车发布移动授权区域控制器概况15北京4号线ZC控制区域16•与所辖区域内所有列车进行安全通信•基于来于列车的列车位置报告跟踪列车•为每列车确定移动授权•道岔的控制及状态监视•道岔联锁–当列车通过或接近道岔时防止道岔移动–确保在道岔正确到位且锁闭之后，列车才能进入该道岔区•排列并锁闭列车进路•信号机的控制及状态监视•监控列车运行区域控制器功能区域控制器功能1117站台屏蔽门的控制和状态监视站台紧急停车按钮及防护隔断门的监视与相邻区域控制器的通信–实现列车在两个相邻区域控制器间的交接–将列车移动授权由一个控制器的辖区延伸到相邻控制器与自动列车监控ATS的通信–处理来自ATS的列车进路命令–报告道岔及信号机状态–出错信息报告区域控制器功能218区域控制器接口19•应答器安装于轨旁，地面应答器与车载应答查询器协同工作，用来提供列车定位系统所需的信息。每个应答器被赋予一个唯一的身份标识（ID号）。应答器ID号与所处线路位置的对应关系会存储在数据库里。应答器20应答查询器天线21接近盘安装在车站轨旁停车点位置。它与车载接近盘阅读器配合提供正确的对位信息并支持精确的车站停车。接近盘接近盘22•沿线路安装，大约每250m一个。实际距离要取决于详细线路测量所确定的地形、隧道结构等。•如果隧道壁是直壁，可以将箱子直接固定到墙上；如果隧道壁是弧形的，那么通常需要通过安装支架将设备箱固定。APAP箱箱23•根据线路条件，天线可以采用多种安装方式：墙面安装、顶棚安装、立柱安装•天线的位置设置使得相邻AP的信号可以重叠覆盖整个线路。这种重叠提供了轨旁无线信号的冗余，如果一个AP或者隔一个AP交替发生故障，都能确保连续的无线覆盖。APAP天线天线24•轨旁计轴设备一般安装在信号机和道岔区段处轨旁计轴设备轨旁计轴设备25VOBC概述车载控制器：故障－安全车载子系统校验冗余的三取二配置每辆车设一套车载控制器（VOBC）实现与轨旁的安全信息通信根据移动授权实施安全距离计算、车门控制等功能26车载系统设备配置27实现自动列车防护ATP和自动列车驾驶ATO的功能确定列车位置–检测到轨旁的应答器，随之提供了同步点。当检测到两个相邻的应答器，列车位置就被初始化–速度传感器及加速度计进一步细定位–线路数据库唯一地定义了线路上的所有位置测量列车速度列车速度监控列车走行方向监督VOBC功能128强制执行移动授权控制–动态计算安全距离倒溜监督障碍物移动监督（仅使用于自动模式）车门控制及安全联锁屏蔽门控制及安全联锁列车完整性检测在安全运行速度限制范围内调整列车速度根据乘客乘坐舒适度控制列车运行节能运行控制VOBC功能229•切除模式NRM•限制人工模式RM•保护人工模式ATPM•自动驾驶模式ATO•待机模式STDBY驾驶模式30列车速度确定列车采用转速计与加速计来确定行驶距离、速度和方向•VOBC在每个处理周期内处理转速计的输入•加速计被用于空转/打滑的探测与补偿。•系统自动进行车轮磨损校正•测速精度为0.125米/秒31系统利用接近盘/传感器支持精确停车接近盘是安装在轨道上停车点位置的金属板，每个站台安装两个接近盘。每个TrVOBC单元安装一个接近传感器,接近传感器用来检测安装在轨旁的接近盘在检测到车速为零时，TrVOBC命令牵引禁止，并启动机械制动精确停车32列车位置确定列车采用应答器来确定列车位置•系统使用校准应答器来提供明确的轨道位置标志，确定已行进距离•在两个应答器之间，列车位置由输入的转速计信号而确定。•定位精度高，为厘米级。33速度曲线控制系统在列车处于自动运行模式下,TrVOBC将负责列车速度的控制。•速度控制的主要目的满足数据库提供的最大速度曲线考虑监控的停车位置并且确保在正常情况下不应用紧急制动准确地在车站停车点和停车信号点停车为了乘客舒适而提供一个平滑的速度曲线使旅行时间最短能源消耗少34VOBC机柜PICCPCMPICCPICCPCMPCMI/OI/OI/OI/OVIM1VIM1VIM2VIM2I/OI/OVIM3P2P1CPUPSUCPUPSUCPUPSUCSSCPUPSUPSUCPU13293834537239103533468OFFONRSTP335TOD对司机的信息显示–最大允许速度–当前运行速度–到目标点距离–列车运行模式–停站时间倒计时–系统出错信息36TODTOD数据输入屏幕数据输入屏幕司机输入信息–司机身份–列车运行号37•非安全控制设备冗余的设备配置•在控制中心和各设备站配置•实现与所有的自动列车控制子系统的通信传输命令监督子系统状况自动列车监控ATS概况38•人机界面•列车位置及功能状况的监视和显示•列车控制子系统的设备及功能状况的监视和显示•道岔、信号机、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，以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自动列车监控功能-139•提供站台乘客广播系统接口•提供站台乘客向导系统接口•提供通信无线系统的接口•与主时钟系统的接口•与背投显示系统的接口•提供FAS/BAS的接口•SCADA状态显示自动列车监控功能-240•车站跳停•车站扣车•节能运行控制•停站时分控制•车载音频广播的触发•报警监督，并向ATS报告自动列车监控功能-341ScheduleRegulationSubsystemCPUs(2)DataLoggerCPUs(2)ATSWorkstations(2)SystemNetworkManagementProcessorNetworkSwitchCollapsiblemonitorandhiddenkeyboardswitchableforeachPCindividuallyATS设备示例42ATS人机界面示例43Appearance显示ZoomLevel4放大级别4ZoomLevel3放大级别3ZoomLevel2放大级别2Vertical垂直Diagonal对角线Horizontal水平State状态TrainIcon1列车图标Appearance显示RightDirection–HorizontalTrain右向-水平列车LeftDirection–HorizontalTrain左向-水平列车Left–DiagonalTrain左-对角线的列车State状态TrainTravelDirection列车行驶方向ATS列车显示示例144Appearance显示RM限速模式ProtectedManual人工保护Automatic自动State状态TrainOperatingMode列车操作模式ATS列车显示示例2October200245Appearance显示HeadwayorScheduled–Early间隔或按时间表-早到HeadwayorScheduled–Late间隔或按时间表-迟到HeadwayorScheduled–OnTime间隔或按时间表-准时UnscheduledState–NoPunctualityIndicated未按时间表状态-无准时显示State状态TrainPunctuality列车准时性ATS列车界面示例346Appearance显示EmergencyBrakesApplied紧急制动启动NoEmergencyBrakes无紧急制动State状态TrainEmergencyBrakeStatus列车紧急制动状态Appearance显示Hold扣车NoHold未扣车State状态TrainHoldStatus列车扣车状态ATS列车表示示例447Appearance显示ActiveTemporarySpeedRestriction激活临时限速Normal正常State状态TemporarySpeedRestriction临时限速轨道表示示例48Appearance显示PlatformEmergencyStop站台紧急关闭Hold–horizontal扣车-水平NoHold无扣车State状态PlatformStatus站台保持状态ATS站台显示示例49ATS列车信息显示示例50站台信息示例51ATS报警信息示例52ATS时刻表窗口示例53时刻表列表显示示例54时刻表图形显示示例55DSU功能:•数据库的存储•数据库下载至子系统•创建TSR数据库（动态数据库）DSU56DCSDCS系统系统SDSDSDSDNMSSDSD802.3NetworkCACENTRALEQUIPMENTZCILAPAPAPAPAPAPAPCE－控制设备WE－轨旁设备AP－接入点OBE－车载设备SD－保密器件802.3有线网络802.11无线网络'SDMROBEMRSDZCZCZ