GSMR与CTCS3(北交大)详解

GSM-R与CTCS3北京交通大学钟章队教授内容提要列控模式的发展列控信息传输技术的发展ETCSCTCS三条试验线GSM-RGSM-R规划与发展CTCS3与GSM-R一、列控模式的发展三显示模式四显示模式阶梯速度模式连续速度模式列控发展趋势（一）三显示模式三显示自动闭塞就是通过信号机具有三种显示，能预告列车前方两个闭塞分区状态的自动闭塞。其特征为：通过信号机具有三种显示；能预告列车前方两个闭塞分区状态；分二个速度等级，一个闭塞分区的长度满足从规定速度到零的制动距离。运行方向列车1列车2信号灯信号灯信号灯闭塞分区闭塞分区闭塞分区闭塞分区（二）四显示模式四显示自动闭塞就是通过信号机具有四种显示，能预告列车前方三个闭塞分区状态的自动闭塞。其特征为：通过信号机具有四种显示；能预告列车前方三个闭塞分区状态；分三个速度等级，二个闭塞分区的长度满足从规定速度到零的制动距离。闭塞分区闭塞分区闭塞分区闭塞分区列车1信号灯信号灯信号灯信号灯列车2列车2运行方向列车1信号灯信号灯信号灯信号灯闭塞分区（三）阶梯速度模式1302009017030出口检查入口检查001702000190130VL阶梯速度模式示意图1302009017030出口检查入口检查001702000190130VL（四）连续速度模式S1+S2S3S4S制动性能差的车制动性能好的车设备监督曲线目标速度连续速度控制模式示意图（五）列控发展趋势控制精度不断提高；时间响应越来越快；信息传输量不断增大；双向闭环控制；无线传输通道；等等。二、列控信息传输技术的发展模拟/数字轨道电路轨道环线有源/无源应答器应答器+点式轨道环线泄漏电源无线通信(GSM-R,WiMax,等)二、列控信息传输技术的发展性能传输方式传输信息连续性信息传输方向信息量传输介质完整性检查及轨道占用检查列车定位模拟轨道电路连续单向（地车）少钢轨电特性差有以闭塞分区为单位数字轨道电路连续单向（地车）较大钢轨电特性差有以闭塞分区为单位连续轨道环线连续双向（地车）较大钢轨电特性好无以电缆交叉为单位泄漏电缆连续单向（地车）较大电缆电特性好无无点式轨道环线点式单向（地车）或（车地）较大电缆电特性好无以轨道环线为单位应答器点式单向（地车）或（车地）大空气无以线路某点坐标为单位无线通信连续双向（地车）很大电缆电特性较好无根据不同无线方式确定；GSM-R无定位功能三、ETCSERTMS欧洲联锁ETCSGSM-RETML（ETMS）ERTMS/ETCS等级ERTMS/ETCS等级（0，STM，1，2，3）ERTMS/ETCS等级0——装备了ERTMS/ETCS的列车可以在没有装备ERTMS/ETCS地面设备或者无本国信号系统的线路上运行，或者在试运行中的ERTMS/ETCS线路上运行。ERTMS/ETCS等级STM——装备了ERTMS/ETCS的列车，在装备了本国信号系统的线路上运行。它们之间通过STM进行接口。ERTMS/ETCS等级1——装备了ERTMS/ETCS的列车，在装备有点式传输设备欧洲应答器Eurobalise的线路上运行，线路上可以安装欧洲环线或者无线注入单元。ERTMS/ETCS等级2——装备了ERTMS/ETCS的列车，在由无线闭塞中心控制的、并且装备了Eurobalise和Euroradio的线路上运行。由地面设备提供列车定位功能和列车完整性检查。ERTMS/ETCS等级3——与等级2相同，但是列车定位和列车完整性检测由车载设备实现。四、CTCSCRTMS（？）联锁CTCSGSM-RCTC(TDCS,DMIS)CTCS应用等级CTCS应用等级（0，1，2，3，4）CTCS应用等级0——由通用机车信号+列车运行监控装置组成，为既有系统。CTCS应用等级1——由主体机车信号+安全型运行监控记录装置组成，点式信息作为连续信息的补充，可实现点连式超速防护功能。CTCS应用等级2——基于轨道传输信息并采用车-地一体化系统设计的列车运行控制系统。可实现行指-联锁-列控一体化、区间-车站一体化、通信-信号一体化和机电一体化。CTCS应用等级3——基于无线传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统。点式设备主要传送定位信息。CTCS应用等级4——完全基于无线传输信息的列车运行控制系统。地面可取消轨道电路，由RBC和车载验证系统共同完成列车定位和完整性检查，实现虚拟闭塞或移动闭塞。五、三条试验线GSM-RGSM-R在中国的发展青藏线大秦线1、GSM-R在中国的发展三个阶段：可行性论证(技术政策，频率资源)；技术试验(青藏线、大秦线、胶济线)；工程建设实施。2、青藏线三大难点：高原缺氧；生态脆弱(环保)；冻土(青藏铁路穿过冻土区有550公里，真正的冻土地段400公里；属于较不稳定、不稳定多年冻土地区190公里，极不稳定高温冻土地段100公里)。技术难点：替代轨道电路，传送列车控制系统数据；冻土地区的基站建设；高原缺氧，减少维护、免维护；三性：可靠性、有效性、可维护性。(1)调度通信行车调度员、车站值班员、机车司机之间的通信。车站值班员、机车司机、运转车长之间的通信。站内组呼：210/211仅限于车站本小区紧急组呼：299发起者所在小区及前后各一个小区邻站组呼：220/221发起者所在车站及前后各一个车站(2)基于GSM-R的行车指挥系统行车业务信息–车次号校核信息–调度命令信息(含行车凭证)–调车作业信息–列车启动和停稳信息车次号与调度命令数据传输采用GPRS分组数据方式IP地址信息IP地址查询信息IP地址更新信息GGSNGSM-R通信服务器CTC/TDCS系统GPRS归属接口服务器GPRS接口服务器GPRS接口服务器路由器防火墙GSM-R通信服务器SGSN机车综合无线通信设备PCUBSC内DNS外DNSRadiusGPRS与铁路信息网铁路移动信息传输协议栈IPUDP数据封装IPUDP数据封装IPTCP数据封装存储转发协议转换IPTCP数据封装GPRS网络以太网应用层应用层机车综合无线通信设备GPRS接口服务器GSM-R通信服务器(3)ITCS–增强型列车控制系统由美国GE公司开发在青藏线上使用2005年11月，在青藏线试验段通过测试ITCS网络结构3、大秦线内容大纲1)重要地位2)机车同步操控系统3)调度通信4)无线车次号传输5)尾部风压传输1)重要地位大秦线是我国西煤东运的大通道，是中国能源经济的生命线。它承担着全国六大电网、五大发电公司、380多家主要发电厂、十大钢铁公司等的生产用煤和民用煤、出口煤的运输任务，煤炭运量占全国铁路煤运总量的1/7。然而，煤炭运输依然处于十分紧张的状态，我国东、南部及沿海地区对煤炭的需求持续增长，让这条年轻的钢铁动脉难以招架。电煤运输吃紧，直接波及电力市场供应，2004年前10个月，我国24个省级电力网先后出现不同程度的拉闸限电。严峻的形势下，大秦铁路的扩能工程势在必行。作为我国国民经济的大动脉，铁路的运输能力直接影响着我国国民经济的发展。2)机车同步操控系统大秦线(大同－秦皇岛)作为一条重载运煤专线，采用多机车牵引模式，实现机车间的同步操控，达到年运量2亿吨。如果牵引机车操作不同步，就会造成车箱间的挤压或者拉钩现象，影响运输安全，降低运输效率。为了保证操作的可靠性，利用GSM-R网络提供可靠的数据传输通道，采用无线通信的方式来实现机车间的同步操控。三大难点：无线通信(100余公里的两个长大坡道)牵引(拉勾力、过分相)制动纵向冲力五项关键技术：数据会议呼叫与保持多目标切换可靠性措施注册注销与通信安全防护实时状态监视与告警技术优势：不受隧道、山区、丘陵等特殊地段影响；不受列车的编组方式的影响；同组内机车之间的间隔距离不受限制；同组内的机车数目不受限制。系统结构通信子系统应用子系统30B+DGSM-R网络机车1机车2机车3机车4Locotrol控制单元Locotrol控制单元Locotrol控制单元Locotrol控制单元GSM-R车载通信单元GSM-R车载通信单元GSM-R车载通信单元GSM-R车载通信单元RS-232应用数据端口RS-232控制数据端口RS-232应用数据端口RS-232应用数据端口RS-232应用数据端口RS-232控制数据端口RS-232控制数据端口RS-232控制数据端口BTSBSCMSC通信接入单元编组控制单元Locotrol地面应用节点列车编组列车启动前首先要进行编组，列车编组包括两个过程：机车注册登记与通信连接制动管路测试与会话链接51@100ton主控机车51@100ton51@100ton主控机车从控机车151@100ton51@100ton51@100ton主控机车从控机车1从控机车251@100ton51@100ton51@100ton51@100ton从控机车1从控机车2从控机车3主控机车（1）（2）（3）（4）列车注册登记和通信连接过程列车运行中的同步控制主控机车Locotrol应用节点指令数据状态(确认)回复通信单元指令数据状态(确认)回复通信单元1从控机车1从控机车2从控机车3指令数据指令数据状态(确认)回复状态(确认)回复指令数据状态(确认)回复操作指令传递列车解编组列车到达目的地后，要进行列车解编组。列车解编组的过程与列车编组正好相反：制动管路测试与解除会话链接为了保证安全，主控机车通过检查制动管路的连通性，确保指定的从控机车已经被摘挂。会话链接解除要依从控机车3、2、1的顺序执行。通信连接拆除机车的通信注销由Locotrol发出，主控机车与从控机车的通信注销没有严格的顺序要求，由各个机车单独完成，应用节点接收到注销数据后，即将该机车分离出对应的数据会议组，并给相应机车返回注销确认消息。地面应用节点在检测到全部机车完成通信注销以后，删除Locotrol数据会议组，表示该车次号列车解体。两个长大下坡道的通信方案隧道统计：长度小于650m的隧道：28个长度大于650m且小于1300m的隧道：6个长度大于1300m且小于1950m的隧道：5个长度大于1950m且小于2600m的隧道：3个长度大于2600m的隧道：10个间隔小于670m的相邻隧道：26对间隔大于670m且小于1340m的相邻隧道：9对间隔大于1340m且小于2010m的相邻隧道：2对间隔大于2010m的相邻隧道：14对独立隧道:10个暖泉、下王峪、郑重山、别山、小陵、国各庄、景中山、郭家沟子、天马山、陈庄相邻两隧道:9对（和尚坪、大团尖）、（栗家二号、西坪）、（张家湾、李家嘴）、（李家嘴、河南寺）、（白家湾、方家沟）、（铁炉村一号、铁炉村二号）、（大黑山、花果山）、（庄户庙、摩天岭）、（九山、西寨）相邻三隧道:10套（大团尖、栗家一号、栗家二号）、（军都山、劈破石、铁炉村一号）、（铁炉村二号、上房子、大岭沟一号）、（大岭沟一号、大岭沟二号、桃园）、（大岭沟二号、桃园、松树沟）、（桃园、松树沟、麻虎寨）、（分水岭一号、分水岭二号、分水岭三号）、（下庄一号、下庄二号、北门口峪）、（下庄二号、北门口峪、黄台北）、（北门口峪、黄台北、庄户庙）相邻五隧道：3套（麻虎寨、采石场、大虎狼一号、大虎狼二号、分水岭一号）、（分水岭二号、分水岭三号、南峡一号、南峡二号、南峡三号）、（分水岭三号、南峡一号、南峡二号、南峡三号、大黑山）越区切换点的控制DistanceRxLevMinleveltoensureQoSHOBTSTransmissionRepeaterYagiantenna短隧道情形：HOBTSTransmissionRepeaterYagiantenna中隧道的情形：HOBTSTransmissionRepeaterYagiantenna长隧道情形：HOBTSTransmissionRepeaterYagiantenna4、中国GSM-R的试验成果通过三年多的研究开发和三条试验线的实施，除