城市轨道交通列车运行控制 CBTC 安全制动模型

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课程城市轨道交通控制

姓名王黎敏

撰写时间：2012 年12 月13 日

课题总览

1) CBTC系统的结构以及各个子系统的主要功能

2) 移动闭塞系统与固定闭塞系统的主要区别（系统组成、技术特点、系统性能）

3) ATS的系统结构与主要功能

4) ATP、ATO的主要功能

5) 列车安全制动模型的基本原理

6) 典型的列控系统举例

作业内容

第一部分：CBTC系统的结构以及各个子系统的主要功能CBTC即Communication Based Train Control System，中文名为基于通信的列车控制系统，是当前列控系统发展的最先进层次。

简述：

IEEE将CBTC定义为：“利用高精度的列车定位（不依赖于轨道电路），

双向连续、大容量的车-地数据通信，车载、地面的安全功能处理器实现的一

种连续自动列车控制系统”。定义中指出CBTC中的通信必须是连续的，这样才能够实现连续自动列车控制，利用轨间电缆、漏泄电缆和空间无线都可以实现车、地双向信息的连续传输。

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过能力，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等。在CBTC中不仅可以实现列车运行控制，而且可以综合成为运行管理，因为双向无线通信系统，既可以有安全类信息双向传输，也可以双向传输非安全类信息，例如车次号、乘务员班组号、车辆号、运转时分、机车状态、油耗参数等等大量机车、工务、电务等有关信息。利用CBTC既可以实现固定自动闭塞系统(CBTC-FAS)，也可以实现移动自动闭塞系统(CBTC-MAS)。

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。

优点：

与使用轨道电路的传统列控系统相比，CBTC有以下显著优点：

（1）、通过整个系统提供可靠的检查与平衡手段，通过车-地间双向信息传输，实现

列车的闭环控制，从而大大降低认为错误的影响，系统的可靠性更高。 （2）、各级调度都可以随时了解区段内任意列车的位置、速度、机车工程及其他各

种参数，利用上述信息，各级调度可以规范、协调地直接指挥行车。

（3）、车站控制中心依据列车状态及前车状态，结合智能技术调整列车运行，获得

最佳区间通过能力，减少列车在区段内运行时不需要的加速、制动，增加旅客乘坐的舒适度。

（4）、区段内 所有运行列车的各种参数（如：列车号、机车号、位置速度、工况、

始发站、终点站、车辆数、载重量等自动的发给各种管理系统，如：TMIS 、DMIS ，不需要人工键入，从而可以避免对参数的漏键、错键、迟键和其他认为的错误，将以上控制和管理紧密结合，实现铁路信息化。

（5）、减少沿线设备，设备组要集中在车站及机车上，减轻设备维护和管理的劳动强

度，受环境影响小（如：可减少雷击等现象的干扰和损伤在遭受自然灾害或战争破坏后，易恢复运行。

结构：

目前能提供CBTC 系统的信号设备供应商只有寥寥几家，如德国西门子，法国阿尔斯通、美国USSI 和加拿大庞巴迪等，各个厂商的CBTC 系统的结构虽然有细小差别，但是大体类似。这里以西门子的CBTC 作为描述对象。

按照功能，西门子的CBTC 可以划分为以下五部分：

计算机联锁子系统 （ＩＬ）

列车自动防护子系统 （ＡＴＰ） 列车自动驾驶子系统 （ＡＴＯ） 列车自动监督子系统 （ＡＴＳ） 无线传输系统（Radio ）

其结构如下：

列车自动监督

TRAINGUARD MT 轨道

空闲

检测 联锁

无线、应答器 中央

轨旁 通信

各部分主要功能：

1、计算机联锁子系统：SICAS （商品名）

系统功能: ➢ 轨道空闲检测 ➢ 进路控制 ➢ 道岔控制

➢ 信号机控制

系统结构：

2、列车自动防护子系统

列车自动防护负责列车的安全运行。在地铁系统中它完成保证安 全的各种任务。ATP 连续检测列车的位置和速度、监督列车的速度限制、车门的控制、监督和启动屏蔽门及安全门、追踪所有装备信号设备的列车、考虑联锁条件并为列车产生移动授权。

ATP 是列车自动控制系统(ATC)的一部分，它分为轨旁单元和车 载计算机单元。通过轨旁到列车的无线通信网络，在轨旁单元和车载单元之间建立了双向通信。

具体功能包含有：

➢ 列车定位 ➢ 速度测量 ➢ 移动闭塞运行

操作和显示系统

以太网控制系统总线

EIM ECC1

联锁计算机

EIM ECC2

EIM ECC3

EIM ECC4

EIM ECCn

ODI

PROFIBUS 元件接口模块总线

PROFIBUS 联锁总线

➢ 列车追踪

➢ 列车间隔

➢ 临时速度限制

➢ 运行方向和后退的监督 ➢ 停稳监督

➢ 车门监督及释放 ➢

无人自动折返 ➢ 站台屏蔽门/安全门 ➢ 列车完整性 ➢ 速度监督 ➢ 防淹门

➢ 处理防护点和运行停车点 ➢ 紧急停车按钮

结构：

3、列车自动驾驶子系统：TRAINGUARD （商品名）

列车自动驾驶ATO 负责控制列车的运行，例如列车的自动离站， 列车的速度调节，列车的目标制动以及车门、屏蔽门和安全门的开/关的启动控制。ATO 设备没有安全相关的功能，因为ATO 总是运行于ATP 的安全监督之下。

ATO 的主要部件在列车上，以实现TG MT 的自动驾驶模式。ATO 的功能是非安全型的，ATO 车载单元是单通道的计算机。轨旁ATO 的功能通过ATS ，轨旁ATP 和SICAS 实现。所以，ATO 轨旁功能不需额外的物理设备。

具体功能包含：

➢ 自动驾驶模式 ➢ 列车速度控制 ➢ 列车目标制动

➢ 根据时刻表生成节能运行曲线

➢ 车门和站台屏蔽门/安全门的打开和关闭

轨旁ATP

轨旁ATP

SICAS 联锁

SICAS 联锁

VICOS ATS

车载ATP

车载ATO

A

A

E

B

B

C

C

D