列车运行控制系统 - 4.4 列控地面设备CBTC地面设备

一、系统组成
➢ 联锁系统
列车位 置检查 手段
联锁逻 辑检查 要素
联锁设 备管理 区域
传统联锁系统
CBTC联锁系统
由轨道电路完成，联锁检查GJ前 联锁接收区域控制器（ZC）的列车位置信息，该信
节点的状态来判断某一区段的占 息由车载ATP通过无线或其他方式传输给ZC；在后
用及出清状态
备模式下通过计轴器来确定物理区段占用情况
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CBTC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。
一、系统原理与组成
基本原理 系统根据车载测速定位设备获知列车本身在线路上的位置，
并由车载设备将列车位置、区段占用情况实时向ZC报告，同时联 锁系统将线路信息包括信号显示、道岔位置、屏蔽门状态发送给 ZC和车载，然后ZC向列车提供移动授权，对列车的运行提供保护 。
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CBTC工作原理
CBTC系统是指通过无线通信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。
一、系统组成
➢ 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。 ➢ 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(Access Point,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。
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。
ZC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。
➢ （5）确定该列车MA需考虑的范围后，MA计算所需考虑的障碍物类型可划分为两 大类情况，分别进行遍历：一类为静态障碍物，线路上静态存在的可能影响列 车运行的障碍物（包括道岔、安全门、站台紧急关闭按钮等）；另一类为动态 障碍物，在线路上运行的列车。行车许可需考虑这两类障碍物，综合确定。
➢ （6）若对于静态障碍物和动态障碍物而言，在按照从近到远的顺序遍历障碍物
而保证列车的安全。 ➢ 经过安全包络处理后的列车位置称为列车的安全位置，列车汇报给地面ATP系统
的列车位置称为列车的非安全位置。
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地面ATP设备功能原理
列车安全位置
计算列车安全位置要考虑哪些因素： ➢ 测距误差 ➢ 位置汇报的生存周期 ➢ 列车最大速度 ➢ 列车加速度 ➢ 倒溜限制
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地面ATP设备功能原理
➢ （8）对于静态障碍物中的道岔而言，在进行行车许可计算过程中 ，需要检查道岔的当前状态与进路要求的联锁状态是否相符，若 当前状态与进路要求的联锁状态相符，则认为道岔不会影响列车 运行安全，允许将行车许可延伸通过该道岔；否则，不允许行车 许可延伸，将该道岔作为终点障碍物。
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行车许可计算过程
生成行车许可——检查静态障碍物
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行车许可计算过程
地面ATP设备功能原理
列车安全定位
➢ 地面ATP设备在对列车进行安全防护及生成MA过程中，需使用车载报告的列车位 置信息。但此位置信息不安全，地面ATP系统必须对此信息进行安全处理。
➢ 造成位置误差的因素有：车-地通信延时、丢数等。 ➢ 地面ATP系统需根据列车参数及预估的通信延时对列车位置增加相应的包络，从
一、系统组成
➢ 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。
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。
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一、系统组成
所谓“障碍物”包括前行列车、关闭区域、失去位置表示的 道岔，以及任何外部产生的因素如-紧急停车按钮、站台屏蔽门 、防淹门和隔离保护门等。同时，地面ATP系统还负责对相邻地 面ATP系统的行车许可请求作出响应，完成列车从一个区域到另 一个区域的交接。
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地面ATP系统与其它设备的信息交互图 18
传统联锁系统以进、出站信号机 为界限，只管理站内的进路及相 关地面信号要素，车站以外的地 面信号要素由区间设备管理
实现区域化联锁控制，将区间设备也纳入所属联锁 区，由设备集中站联锁统一管辖；联锁区之间通过 通信方式实现站间照查
《城轨正线计算机联锁逻辑设计浅析》，梁云鹏 、王呈、吕浩炯，机车电传动2012年3期 13
一、系统组成
➢ ATS系统 ATS系统主要实现对列车运行的监督和指挥，辅助调度任意
对全线列车进行管理，ATS包括控制中心和车站设备。 基本功能包括：列车识别和跟踪、运行图管理、列车进路
办理、在线列车冲突管理、列车运行自动调整、扣车、跳车、临 时限速等。
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一、系统组成
➢ 联锁系统 轨道空闲处理、进路控制、道岔控制和信号控制功能是CI子
生成行车许可 ➢ 地面ATP设备在生成MA的过程中，会处理到各种障碍物，从中选取符合条件的能够作为列
车当前运行终点的终点障碍物。终点障碍物既有可能是静态障碍物，例如道岔，进路终 点等；也有可能是动态障碍物，例如前方列车等。列车的行车许可会有规律地、周期性 地重建。 ➢ 经过安全包络处理后的列车位置称为列车的安全位置，列车汇报给地面ATP系统的列车位 置称为列车的非安全位置。
如下图所示，列车运行在进路R1上，进路R2、R3均已排列，地面ATP通过线路上列 车运行情况及信号机的接近区段情况判断该车为最接近进路R2和R3的受控制的列车，将 进路R1、R2、R3均分配给该列车使用，这样就确定了为该列车计算行车许可需要考虑的 范围。
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行车许可计算过程
生成行车许可——检查前方障碍物
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(Distance to go )”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。
➢ （9）对于静态障碍物中的站台安全门（或站台紧急关闭按钮）， 需检查站台安全门（或站台紧急关闭按钮）当前状态是否为打开状 态，若检查发现障碍物状态为打开，将不允许MA延伸通过该障碍物 ，将站台安全门（或站台紧急关闭按钮）对应的站台区域始端位置 作为终点障碍物；反之，则允许行车许可延伸通过该障碍物。
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行车许可计算过程
生成行车许可——获得当前列车位置
➢ （1）列车运行在地面ATP系统的管辖范围内，车载设备向地面ATP 系统汇报列车位置、测距误差以及行车许可申请等信息，地面ATP 根据这些信息，计算产生列车的安全位置，如下图所示：
➢ （2）地面ATP根据计算生成的列车安全位置，确定列车在线路上 的位置。
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。
3、CBTC的结构图
一、系统原理与组成
CBTC设备组成
✓ 列车自动监控系统(Automatic Train Supervision, ATS ) ✓ 区域控制器(ZC) ✓ 计算机联锁系统(Computer Interlocking, CI ) ✓ 车载控制器(Vehicle On Board Controller, VOBC) ✓ 数据存储单元(Data Saving Unit, DSU) ✓ 轨旁设备(Way side Equipment, WE) ✓ 数据通信系统(Data Communication System, DCS )
第四章 列控地面设备（4） CBTC系统地面设备组成与原理
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装备机车信号的 固定自动闭塞系统
ZPW-2000A轨道电路
列
控 系
CTCS-2级列控系统
统
地
面
设
CTCS-3级列控系统
备
应答器 列控中心
无线闭塞中心
城市轨道交通CBTC
地面ATP设备
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Βιβλιοθήκη Baidu
CBTC定义
➢ 基于通信的列车运行控制系统（Communication Based Train Control 简称 CBTC） ➢ 高分辨率列车安全定位、连续大容量双向的车-地数 据传输连续式列车自动控制系统。 ➢ 地面设备和车载设备组成
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。
检查进路始、终端信号机及其状 态
多数情况下，联锁无需检查信号机条件；当线路中 设置信号机时联锁检查条件要依据信号机的位置分 别处理，详细原则见下文
检查进路所包含的轨道区段状态， 是否被征用、占用或空闲
只需明确进路路径，不需要检查区段空闲状态
检查待锁闭进路的相关敌对进路 状态，是否已经预选或锁闭
与传统联锁相同
后，如果在进路中没找到影响列车运行安全的障碍物，将行车许可的终点设置
在分配给该车的最远进路的终点，同时将行车许可范围中的所有障碍物以在行 车许可信息的形式发送给列车。
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行车许可计算过程
生成行车许可——检查静态障碍物
➢ （7）对于静态障碍物，地面ATP需要从列车车尾安全位置（行车 许可起点），按照由近到远的顺序，遍历线路上的静态障碍物的 状态是否会影响列车运行的安全。
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。
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行车许可计算过程
生成行车许可——采集障碍物信息
➢ （3）联锁采集线路内障碍物状态（道岔、屏蔽门、紧急停车按钮、计轴区段等 ），向地面ATP系统发送障碍物信息及联锁的进路信息。
➢ （4）确定行车许可的计算范围。地面ATP接收到联锁的进路信息、障碍物信息 ，根据列车在线路上的位置信息，确定列车当前能够使用的进路范围。
一、系统组成
➢ ZC 区域控制器(地面ATP系统) ZC 区域控制器 又被称为轨旁ATP,安装在轨旁的地面ATP系统
可以接收其控制范围内列车发出的所有位置信息。根据轨道上障 碍物的位置，向辖区内的所有列车提供行车许可。
地面ATP系统的主要功能包括：对辖区内所有运行列车的管 理、生成行车许可、以及保证列车进入和驶离管辖区域的运行安 全等。