基于通信的列车控制系统CBTC

基于通信的列车控制系统（CBTC）一、概述CBTC(CommunicationBasedTrainControl)系统是一个安全的，具有高可靠性、高稳定性的基于无线的列车自动控制系统，现较广泛的应用于城市轨道交通运输中。它最大的特点是可以无线通信，由列车-地面间周期传递列车位置信息和地面-列车间传递移动授权来实现功能。基于通信的列车控制系统（CBTC）包含两种类型一种是基于感应环线的型CBTC，一种是基于无线的CBTC。基于无线通信的CBTC系统是指通过无线通信方式（而不是轨道电路），来确定列车位置和实现车－地双向实时通信。列车通过轨道上的应答器，确定列车绝对位置，轨旁CBTC设备，根据各列车的当前位置、运行方向、速度等要素，向所管辖的列车发送“移动授权条件”，即向列车传送运行的距离、最高的运行速度，从而保证列车间的安全间隔距离。西门子的CBTC系统是基于无线通信的列车运行控制系统。它由SICAS计算机联锁系统、RAINGUARDMTTRAINGUARDMT移动闭塞式列控系统(ATP(ATP／ATO)、VIC0SOC系统(ATS)组成。它与前述西门子的准移动闭塞ATC系统的区别在于采用无线通信构成移动闭塞，而前者采用数字编码轨道电路构成准移动闭塞，它们的计算机联锁系统及ATS是基本相同的。二、CBTC系统组成CBTC系统由列车自动监控（ATS）系统、数据通信系统（DCS）、区域控器(ZC)、车载控制器(VOBC)及司机显示等组成。CBTS系统也可以分为列车自动监督ATS系统、计算机联锁系统、列车自动防护系统以及无线系统。三、CBTC各子系统介绍ATS系统计算机锁联列车自动防护系统列车自动运行无线系统1.ATS系统在CBTC制式下,不同厂家ATP/ATO设备的构成有很大区别,有的厂家为整条线路配备1~2套地面区域控制器,有的厂家则为每个设备集中站(有岔站)配备1套地面区域控制器。有的区域控制器设置在调度中心,有的区域控制器设置在车站,这就造成了ATS与ATP/ATO系统进行接口时,有多种形式。本文基于每个设备集中站配置1套区域控制器的ATP/ATO系统模式,描述CBTC制式下的ATS系统结构。1.1.调度中心系统调度中心系统由中心机房设备、调度大厅设备、计划室设备及培训室设备组成,主要设备及功能如下。1．应用服务器。为双机热备系统,是调度中心ATS的核心设备。应用服务器接收来自地面的站场设备状态信息,以及来自车载设备的列车位置和状态信息,对这些信息进行运算、缓存,然后将处理后的信息发送到相应的客户端;另一方面,应用服务器根据接收到的列车报点信息进行偏移计算和计划调整,并将调整指令发送到车载ATO执行。2．数据库服务器。用来保存ATS中重要的运行数据,包括各版本的基本运行图,每日的实时运行图等。为了保证数据的可靠存储,数据库系统采用共享磁盘阵列的双机系统。3．运行图管理调度工作站。用来为每班选择对应的基本运行图,下达运行计划,记录运行时间结果,以及对运行计划进行人工调整。4．站场监控调度工作站。监视沿线地面信号设备,站台设备状态,以及列车运行位置和状态,允许调度员进行控制模式的切换,实施各种人工办理,例如扣车、跳停、办理封锁等操作。5．维护工作站。对中心以及车站所有ATS设备工作状态进行监视,对所有人工以及自动办理指令进行记录,对重要的事件进行语音或文字告警,存储站场运行历史记录并提供回放功能。6．时刻表编辑工作站。主要提供离线的基本图编辑,供调度计划人员根据各种不同的时间段,提前制作正常工作日、周末、节假日等基本图。7．接口通信服务器。为ATS与信号外系统的通信接口,包括与综合监控系统、通信系统、广告系统等接口,向外提供列车位置、广告信息,接收外系统时钟、供电臂状态信息等。8．仿真培训服务器及工作站。通过对站场信号设备以及列车运行的仿真,对现场CI以及ATP/ATO系统进行仿真替代,在此基础上提供对ATS系统的测试,对新编制计划的仿真运行以及对调度人员的培训。1.2.车站系统车站系统按照设备集中站,非设备集中站,辆段具备不同的系统结构特点。1.3.基于CBTC的ATS子系统主要功能特点在CBTC制式下,ATS子系统的有些功能继承了基于轨道电路制式的功能,有些则有了较大的变化。主要有信息显示、站场控制、列车跟踪与控制、运行计划管理、系统仿真以及后备系统6个方面功能。2.计算机联锁系统（SICAS）联锁系统采用了SIMISPc／SIMISECC计算机管理进路、道岔和轨旁信号机．以响应来自ATS功能的命令。同时，将进路、轨道区段、道岔和信号机的状态信息提供给ATS系统和ATP轨旁系统。SICAS是西门子的故障-安全和高度可用的SIMIS®原理的先进设计，同时也提供了走向现代科技的方法；它对未来的扩展及解决方案是开放的。这个联锁系统的现代化设计和安全数字总线通讯的采用将联锁系统的总数降到最小。SICAS®ECC联锁系统功能的基本系统配置如下：3.列车自动防护系统（ATP)3.1.轨旁子系统轨旁子系统主要由区域控制器（ZC）组成。ATP轨旁设备配置图ZC：ZoneController区域控制器RI：RelayInterface继电接口BS：BackboneSwitch骨干交换机AS：AccessSwitch接入交换机ACS：AxleCountingSystem计轴系统3.2.车载子系统4.ATO子系统概述：ATO为非故障一安全系统，其控制列车自动运行，主要目的是模拟最佳司机的驾驶，实现正常情况下高质量的自动驾驶，提高列车运行效率，提高列车运行的舒适度，节省能源。ATP系统是城市轨道交通列车运行时必不可少的安全保障，ATO系统则是提高城市轨道交通列车运行水平(准点、平稳、节能)的技术措施。ATO系统采用的基本功能模块与ATP系统相同。和ATP系统一样，ATO也载有有关轨道布置和坡度的所有资料，以便能优化列车控制指令。ATO还装有一个双向的通信系统，使列车能够直接与车站内的ATS系统接口，保证实现最佳的运行图控制。当列车处在自动驾驶模式下，车载ATO运用牵引和制动控制，实现列车自动运行。4.1.ATO功能4.2.轨旁设备5.无线基于通信的列车（CommunicationBasedTrainControl，CBTC），CBTC系统不依靠轨道电路判定列车位置，实现了列车速度、停站时间、区间运行时间的精确控制，能进一步缩小列车间隔，并提高系统节能水平和运营服务质量。此篇论文主要是通过对基于无线通信的车地通信网络的分析，设计基于无线通信的车地无线通信系统，对其结构进行设计，包括对无线接入点（AccessPoint，AP）的布置间隔的讨论、对WLAN所使用的标准的选择等。通过对城市轨道交通中信号传播模型的分析，对车地无线通信系统的包丢失率和系统延时进行分析使系统的可靠性、有效性、安全性达到CBTC系统的要求。无线系统包括：1．轨旁无线设备(WLAN接入点和天线)提供完全的、连续的线路覆盖。它们通过以太网交换机分别与A鸭总线(对列车自动防护系统)和旅客资讯系统接口链路相连。轨旁无线设备室外有保证车辆与轨旁网络通信的接入点AP和天线，室内有无线骨干网的交换机机柜与服务器机柜。2．车载无线单元TU分别安装在列车的两头。-N车两头的无线单元通过车载设备间的串行线相互连接。车地无线通信系统结构四、系统特点CBTC的优越性体现在如下方面：1连续式和点式通信方式并存同一线路上，使用连续式通信方式的列车与使用点式通信的列车可以共同运行。连续式通信足使用无线进行轨旁和列车间通信。配合连续通信通道．列车根据移动闭塞原理相111IJ隔，提供最d,Jd行间隔，列车受ATP／ATO控制，构成移动闭塞。点式通信则不依赖于无线通信通道，而采用基于应答器的点式通信通道从轨旁向车t传输数据。配合点式通信通道，列车根据固定闭塞原理相间隔，并受ATP／ATO控制，构成固定闭塞。2列车可以升、降级列车实现定位以及收到相应的移动授权后，系统可以从最低运行级别(联锁级)升级到较高控制级别(点式、同定式)或升级到更高性能的等级(连续式通信、移动闭塞)。当连续式或点式通信级不能上E常工作时，可以采用降级运行即联锁级．标准的色灯信譬系统提供全面的联锁州车防护。该功能使得列车在站间自动闭塞模式上运营成为可能。3车载设备冗余列车运行过程中．当一端的车载无线设备、列车防护设备等发生故障时．另一端的车载设备会接管列车，在乘客毫无察觉的情况下继续保持列车的平稳运行。4混合运行装备和未装备ATP／ATO的列车可以在同一线路上运行。人工驾驶的列车可以与采用ATO自动驾驶的列车混跑。5可扩展性一条装备了列车防护系统的线路可很容易的扩展，增加车站和列车。6适应性列车自动防护系统能够处理具有不同特性的各种类型的列车。例如，4车编组列车和6车编组列车，不同的加速和减速参数．不同的列车长度。列车将会设依照他们各自的特性进行最佳驾驶。谢谢