CBTC系统

LOGO2015.11.20LOGOContentsCBTC的概念1CBTC的特性2CBTC的结构图3CBTC的子系统的介绍4LOGOContentsCBTC的工作原理5国外CBTC的发展6我国CBTC的发展7CBTC的关键技术8LOGO1、CBTC的概念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通信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。它的特点是用无线通信媒体来实现列车和地面设备的双向通信，用以代替轨道电路作为媒体来实现列车运行控制。基于无线通信的CBTC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。LOGOCBTC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行能力，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。在CBTC应用中的关键技术是双向无线通信系统、列车定位技术、列车完整性检测等。在双向无线通信系统中，在欧洲是应用GSM-R系统，但在美洲则用扩频通信等其他种类无线通信技术。列车定位技术则有多种方式，例如车载设备的测速-测距系统、全球卫星定位、感应回线等。LOGO2、CBTC的特性CBTC相比传统的铁路信号系统有如下特性：不须繁杂的电缆，转而以无线通信系统代替，减少电缆铺设及维护成本。可以实现车辆与控制中心的双向通信，大幅度提高了列车区间通过能力。信息传输流量大、效率高、速度快，容易实现移动自动闭塞系统。容易适应各种车型、不同车速、不同运量、不同牵引方式的列车，兼容性强。可以将信息分类传输，集中发送和集中处理，提高调度中心工作效率。LOGO3、CBTC的结构图LOGO从上图可以看出CBTC系统主要包括列车自动监控系统(AutomaticTrainSupervision,ATS)、区域控制器(ZC)、计算机联锁系统(ComputerInterlocking,CI)、车载控制器(VehicleOnBoardController,VOBC)、数据存储单元(DataSavingUnit,DSU)、轨旁设备(WaysideEquipment,WE)和数据通信系统(DataCommunicationSystem,DCS)等。LOGO4、CBTC子系统的介绍(1)ATS子系统在控制中心显示控制范围内列车运行状态及设备状态信息是ATS子系统的主要功能。基于这些状态信息和运行时刻表，ATS能够实现自动排列进路，自动调整列车运行，可以通过改变停站时间和站间运行时间来完成。ATS子系统包含时刻表工作站、操作员工作站、其他的网络和设备等。LOGO(2)CI子系统轨道空闲处理、进路控制、道岔控制和信号控制功能是CI子系统的主要功能。进路控制功能负责整条进路的排列、锁闭、保持和解锁。道岔控制功能负责道岔的解锁、转换、锁闭和监督。这些动作是对ATS子系统命令的响应。信号控制功能负责监督轨道旁信号机的状态，并根据进路、轨道区段、道岔和其它轨旁信号机的状态来控制信号机。它根据来自ATS的命令设置信号机何时为停车显示。它也产生命令输出，ATC系统以此来控制列车从一个进路行驶到另一进路。LOGO（3）ZC子系统ZC从VOBC,CI,ATS和DSU接收各种状态信息和数据信息，并对这些信息进行处理，为辖区内的列车计算移动授权(MovementAuthority,MA)，并通过无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork,WLAN)发送给列车，控制列车安全运行。（4）VOBC子系统在VOBC子系统中，列车的位置和运行方向信息在保证列车安全运行中作用重大，列车定位方式采用测速传感器和地面应答器相结合的方式实现。LOGO（5）DCS数据通信系统数据通信系统采用无线局域网WLAN技术，通过沿线设无线接入点(AccessPoint,AP)的方式实现列车与地面之间不间断的数据通信。一个AP点可以传输几十千米的距离。(6)DSU系统城市轨道交通CBTC系统中，列车不是通过轨道电路来定位的，是列车通过安装在车轮上的测速传感器来实现的，为了实现系统的调度和协调统一，就要求列车和地面共用一个数据库。要实现整个数据库的管理就需要数据存储单元DSU来实现，这个数据库存储了列车与地面的各种信息，其中有静态数据库，也有动态数据库。ZC功能的实现就需要不断的调用数据库中的数据。因此，数据库中数据的安全是很重要的，在CBTC系统中是通过冗余的方式来保证数据库中数据的安全。LOGO5、CBTC工作原理CBTC系统是指通过WLAN的方式实现列车和地面间连续通信的列车控制系统。系统的核心部分为轨旁和车载两部分。列车通过机车上的测速传感器和线路上的应答器来得到列车的实时位置，应答器在线路的固定位置设置，列车每经过一个应答器就会在数据库中查找其位置，从而得到列车的精确位置，列车的实时速度是通过测速传感器获得的，速度对时间的积分获得列车的相对位移，每经过一个应答器的实际位置加上相对该应答器的相对位移就可以实时的获得列车的准确位置。VOBC将列车的准确位置通过WLAN发送给轨旁设备，实现列车对地面设备的通信。轨旁的核心设备是区域控制器ZC，它负责管理运行在其管辖范围内的所有列车。LOGOZC接收VOBC发送过来的列车位置、速度和运行方向信息，同时从联锁设备获得列车进路、道岔状态信息，从ATS接收临时限速信息，在考虑其他一些障碍物的条件计算MA，并向列车发送，告诉列车可以走多远、多快，从而保证列车间的安全行车间隔。由于CBTC系统能够精确的知道列车的位置，“速度一距离模式曲线(Distancetogo)”是其对列车的控制原则。事实上，不管是CBTC系统还是传统意义上的由轨道电路完成列车控制的系统控车原则都很相似，只不过CBTC系统对列车位置的把握准确度更高，对列车控制的准确度也会更高，基于轨道电路的系统，移动授权是轨道区段长若干倍，而CBTC系统，移动授权更精确。正是CBTC系统能够更精确的控车，才有的缩短了列车追踪间隔，使运行效率大大提高。LOGO基于无线局域网的CBTC系统，在定位精度，车地数据通信方面有明显的优势，成为国内外城市轨道交通发展的趋势，国外对基于WLAN的CBTC系统研究的较早，也取得了一定的成就，形成了美国、日本、欧洲三大体系。①美国AATC基于无线通信的“先进的自动化控制系统(AATC)”是美国在1992年提出的，系统最大的特点就是列车定位采用扩频通信方式来实现，实现的方式是沿着铁路线路按规定距离布设很多个无线电台，这些无线电台作为车一地之间传输信息的中转站，控制中心从无线电台接收到信号后，处理这些信号，通过无线电在传输信号时传输的时间来计算出列车的位置，并根据位置信息计算速度，从而“告诉”列车以多大速度行驶，何时加速，从而控制列车运行。6、国外CBTC的发展LOGO②日本ATACS基于双向无线通信的先进列车管理与通信系统(ATACS)是日立公司在1995年开发研制的。与AATC系统不一样，ATACS系统是采用将铁路线路划分成很多个控制区，每个控制区作为一个独立的单元，由一个地面控制器和一个无线电基站组成。地面控制器通过与无线电基站相连，从无线电基站接收列车的位置信息，为列车计算前方安全的运行间隔，实现列车安全的以最小追踪间隔追踪运行。LOGO③欧洲ETCS欧洲列车运行控制系统ETCS主要包含三个级别：级别1就是以前线路上普遍采用的固定闭塞加信号机实现控车的方式，对列车的控制信息是通过应答器传送给列车的，轨道电路不传输信息给列车，只是检查列车完整性和不精确的为列车定位;级别2通过无线通信系统GSM-R实现列车与地面之间的通信，连续的控制列车速度，采用应答器定位的方式为列车定位，并通过地面核心设备无线闭塞中心(RadioBlockCenter,RBC)实现列车完整性的检测;级别3是通过车地之间双向通信实现移动闭塞方式控车。这一级就属的CBTC系统。LOGO7、我国CBTC的发展经几代人的孜孜以求，使我国成为继德国、法国、加拿大之后，第四个成功掌握该项核心技术、并成功开通运营的国家。解决了信号系统核心技术依赖外国公司的难题，为我国大中城市大规模城市轨道建设与运营提供了国产化技术与装备保障。LOGO（1）FZL3OO型CBTC系统FZL300型CBTC系统是北京全路通信信号研究设计院在基于数字轨道电路列控系统FZL100型的基础上，升级而成的新一代CBTC系统。该系统主要由基于通号集团国产的中心和车站ATS子系统；通号集团国产的DS6-60型计算机联锁子系统；轨旁ATP/ATO设备，采用的是通号集团国产的DS6-60型区域控制器设备、LEU（数据传输设备，用于接收列控中心传送的数据报文并发送给有源应答器和应答器设备以及车-地通信环线设备；基于通号集团国产的FZL.Z20型车载ATP/ATO设备；数据通信子系统，有线通信网络采用基于标准协议的SDH骨干传输设备和高端的交换设备，无线通信网络采用基于WLAN协议的无线接入设备等部分组成。LOGO根据通号公司发布的信息显示，FZL300型CBTC系统在2008年开始系统的研制工作，2011年完成软件研发和室内测试，2011年底准备开展现场试验工作，2012年，该系统的部分子系统已通过了欧标SIL4级认证，还有一些子系统将相继通过劳氏安全认证。该系统的各个子系统平台在伊朗地铁，唐山中低速磁浮试验线，长春轻轨3、4号线等工程中均有应用。LOGO(2)LCF-300型CBTC系统LCF-300型CBTC系统是北京交控科技有限公司依托北京交通大学、轨道交通控制与安全国家重点实验室、轨道交通运行控制国家工程研究中心自主创新研发的，目前在国内应用最成熟的一套ATC系统。LCF-300型CBTC系统是一个基于无线的移动闭塞系统，实现了工程化的拼图式产品体系，且轨旁设备少、设备体积小、价格低；根据列车自主定位，通过计算后续列车的位置，给出最佳制动曲线，切实提高了区间的通过能力；通过与车辆的配合，实现了开门状态下的折返，节省了折返换端时间，提高了系统的折返能力；完整的驾驶台和完备的数据记录故障诊断功能。LOGO（3）MTC-Ⅰ型CBTC系统MTC-Ⅰ型CBTC系统是中国铁道科学研究院和广州市地下铁道总公司联合开发研制。整个系统主要由6个子系统组成：由中心和车站本地控制设备组成的FZy型ATS子系统；TYJL-Ⅲ型二乘二取二安全冗余结构的计算机联锁子系统，包括计轴设备和国产欧标应答器设备；基于CPCI工业计算机平台开发的ATO列车自动运行子系统；包括二乘二取二冗余架构的车载VOBC和轨旁ZC设备组成的ATP列车控制子系统；基于SDH同步数字系列骨干通信网和车-地无线通信网构建的DCS子系统；进行系统设备维修信息收集、管理的TJWX型微机监测子系统。作为广州地铁参与研制的一套ATC系统，MTC-Ⅰ型CBTC系统已在广州地铁进行了全面的现场试验，并且研发同步由英国劳氏铁路进行了安全认证。LOGO（4）iCBTC系统iCBTC系统是卡斯柯信号有限公司通过引进国外技术，经消化吸收再自主创新研发，且日趋成熟的基于车-地双向无线通信的移动闭塞控制系统。该系统主要由：区域控制器/线路中心单元ZC/LC；数据存储单元DSU；联锁CI；中心及车站ATS；车载控制器CC；LEU等轨旁设备构成。icbtc系统是当前国产CBTC中的佼佼者。主要特点有：后车的地址终端（EOA）可以是前车的尾部，不用划分虚拟区段，真正实现了移动闭塞；只需要2条网线即可实现车载设备首尾热备，简化了接口与维护成本；其ATS系统在国内地铁已广泛应用，且与各个厂家进行过接口，拥