CBTC系统功能介绍和技术分析.ppt

CBTC 系统功能介绍和技术分析北京通号国铁城市轨道技术有限公司 系统部 侯京星10月,20121.轨旁子系统功能列车位置检测列车位置检测非通信列车位置检测通信列车位置检测CBTC列车筛选 列车安全保护列车安全保护列车安全间隔保护进路保护管理列车运行方向车门和屏蔽门安全保护联锁功能辅助联锁功能辅助屏蔽信号机显示旁路区段故障加快人工进路延时解锁时间区域控制器重叠区管理区域控制器重叠区管理2.车载子系统功能确定列车位置确定列车位置检测到轨旁的应答器，随之提供了参考点当检测到两个相邻的应答器，列车位置就被初始化车载测速电机及加速度计或测速雷达进一步进行细定位线路数据库唯一地定义了线路上的所有位置列车安全保护列车安全保护测量列车速度和列车速度监督列车运行方向监督强制执行移动授权控制倒溜监督车门控制及安全联锁列车完整性检测司机显示和输入司机显示和输入车载系统其他非安全功能车载系统其他非安全功能3.自动列车监督子系统功能人机界面人机界面列车位置及功能状况的监视和显示列车控制子系统的功能状况的监视和显示道岔、站台屏蔽门及轨道侵入设备状态的监视和显示列车运行的调整列车运行的调整保证列车运行间隔和运行图的实施基于运行线分配的列车进路安排根据系统延迟或调度员要求调整列车运行参数为管理报表、维护及运营分析搜集数据为管理报表、维护及运营分析搜集数据与其他系统的接口与其他系统的接口提供站台乘客广播系统接口提供无线通信系统接口SCADA 命令和状态显示，并与远程SCADA单元接口提供楼宇和火灾报警系统接口4.安萨尔多CBTC系统介绍系统结构系统结构系统结构图网络配置图系统设计特点系统设计特点轨旁子系统三取二结构车载子系统三取二结构数据输入多样性列车速度和方向的计算5.阿尔卡特感应环线CBTC系统介绍系统结构系统结构系统设计特点系统设计特点感应环线定位精度列车运行控制进路设置和解锁道岔锁闭和解锁人工设置进路列车位置检测列车位置检测(1/2)(1/2)联锁设备区域控制器*点击列车进行列车运行动画非通信列车位置跟踪区段占用相关数据列车位置检测列车位置检测(2/2)(2/2)联锁设备车载设备道岔相关数据1/联锁设备发送道岔相关数据给区域控制器2/区域控制器发送道岔相关数据给列车3/车载子系统用道岔相关数据计算自己的列车位置区域控制器通信列车位置跟踪4/车载子系统把列车位置发送给区域控制器CBTCCBTC列车筛选列车筛选(1/2)(1/2)列车筛选的目的是为了探测非CBTC列车和CBTC列车不存在同一个区段中。当列车第一次把位置报告给区域控制时，必须对列车进行筛选当列车外部位置和前方计轴点的距离小于最小列车长度时，并且前方轨道区段未占用时，区域控制器将清除前方的假设列车当列车外部位置和前方计轴点的距离大于等于最小列车长度时，后者前方轨道区段占用时，区域控制器将保留前方的假设列车?CBTCCBTC列车筛选列车筛选(2/2)(2/2)车载新的通信列车新的通信列车联锁联锁区域控制器区域控制器联锁状态联锁状态联锁状态联锁状态位置位置位置位置?CC 1位置位置位置位置CC 1?CC 1位置接近计轴点位置接近计轴点位置接近计轴点位置接近计轴点最小的列车长度最小的列车长度.CBTCCBTC列车筛选速度列车筛选速度列车运行间隔控制概念列车运行间隔控制概念固定闭塞（Fixed Block)：线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区一个分区只能被一列车占用闭塞分区的长度按最长列车、满负载、最高速、最不利制动率等最不利条件设计列车间隔为若干闭塞分区，而与列车在分区内的实际位置无关制动的起点和终点总是某一分区的边界台阶式制动曲线要求运行间隔越短，闭塞分区(设备)数也越多列车运行间隔控制概念列车运行间隔控制概念准移动闭塞(Distance-To-Go)：线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区一个分区只能被一列车占用闭塞分区的长度按最长列车、满负载、最高速、最不利制动率等最不利条件设计列车间隔为若干闭塞分区，而与列车在分区内的实际位置无关制动的起点可以延伸，但终点总是某一分区的边界一次性抛物线型制动曲线要求运行间隔越短，闭塞分区(设备)数也越多列车运行间隔控制概念列车运行间隔控制概念虚拟/逻辑闭塞(Virtual/Logical Block)：线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区一个原固定闭塞分区可以被分为几个虚拟分区(旧线改造)闭塞分区的长度按最长列车、满负载、最高速、最不利制动率等最不利条件设计列车间隔为若干闭塞分区，而与列车在分区内的实际位置无关制动的起点可以延伸，但终点总是某一虚拟分区的边界一次性抛物线型制动曲线要求运行间隔越短，分区数也越多，但设备基本不增加列车运行间隔控制概念列车运行间隔控制概念移动闭塞(Moving Block)：线路没有被固定划分的闭塞分区列车间的间隔是动态的、并随前一列车的移动而移动该间隔是按后续列车在当前速度下的所需制动距离、加上安全裕量计算和控制的，确保不追尾制动的起始和终点是动态的一次性抛物线型制动曲线轨旁设备的数量与列车运行间隔关系不大移动闭塞移动闭塞 (C)(C)、准移动闭塞、准移动闭塞 (B)(B)与传统与传统固定闭塞信号系统固定闭塞信号系统 (A)(A)80/8080/8080/6060/4040/080604020速度（公里/小时）A)固定闭塞(速差式信号)0/0速度（公里/小时）80/8080/8080/6080/4040/080604020B)准移动闭塞(目标距离模式)性能改善每一段区间的速度代码80/8080/8080/6080/4040/00/080604020速度（公里/小时）C)移动闭塞性能改善非安全移动授权(j)虚拟区段虚拟区段安全移动授权(j)安全移动授权(i)非安全移动授权(i)虚拟区段 AT i AT j AT kCBTC列车跟踪CBTC列车:列车间的间隔（安全移动授权)自动列车后溜余量列车安全间隔保护（列车安全间隔保护（1/2)1/2)非安全移动授权安全移动授权 缓冲区域 AT jCBTC列车跟踪非CBTC列车:缓冲区域原理（非安全移动授权)后溜余量和隐藏距离安全速度曲线非安全速度曲线列车安全间隔保护列车安全间隔保护(2/2)(2/2)被区域控制器检测到得占用区段（通信列车）被区域控制器检测到得占用区段（非通信列车被区域控制器检测到得空闲区段进路保护进路保护:联锁保护联锁保护(1/3)(1/3)冲突进路保护联锁设备区域控制器进路设置状态1/联锁设备管理冲突进路和发送进路设置状态给区域控制器2/区域控制器发送移动授权给车载设备主要有三种进路保护:联锁保护接近锁闭保护区段锁闭联锁保护包括:进路保护进路保护:联锁保护联锁保护(2/3)(2/3)冲突进路保护反向进路保护进路保护进路保护:联锁保护联锁保护(3/3)(3/3)道岔位置进路保护进路保护:接近锁闭接近锁闭CBTC 接近区域接近锁闭区域控制器联锁设备1/列车接近信号机CBTC接近区域状态数据联锁设置状态数据2/在定时器结束后，区域控制器延长移动授权2/列车离开接近区域进路保护进路保护:保护区段锁闭保护区段锁闭(1/2)(1/2)车站4/CBTC列车进入保护区段接近区域保护区段请求保护区段锁闭状态6/列车延长移动授权联锁设备区域控制器2/联锁检查冲突状况并锁闭保护区段3/联锁设置进路ATS1/ATS向联锁请求进路设置5/联锁发送给区域控制器保护区段锁闭状态进路保护进路保护:保护区段锁闭保护区段锁闭(2/2)(2/2)车站1/列车挺稳保护区段解锁授权2/区域控制器向车载设备对严格的移动授权请求停车保证3/车载设备确保列车停稳并禁止移动4/区域控制器解锁保护区段联锁设备区域控制器5/联锁解锁保护区段相反的列车进路保护:道岔区域及方向锁闭管理列车运行方向（管理列车运行方向（1/21/2）双向运行区域联锁状态联锁设备区域控制器2/对于CBTC列车联锁设备发送方向锁闭1/对非CBTC列车联锁设备给出信号显示3/区域控制器发送移动授权相反的列车进路保护:区段区域及方向锁闭管理列车运行方向（管理列车运行方向（2/22/2）双向运行区域区段方向锁闭状态联锁设备区域控制器1/联锁设区段把方向锁闭状态发送给区域控制器2/区域控制器发送移动授权车门安全和屏蔽门安全保护功能是管理相关开门和关门的动作，并保证乘客的安全乘车这个功能具体包括下面功能:在站台授权车门和屏蔽门的打开和关闭发出车门和屏蔽门开门命令发出车门和屏蔽门关门命令车门和屏蔽门安全保护车门和屏蔽门安全保护 列车禁止移动授权打开车门车载列车禁止移动授权打开车门授权打开屏蔽门屏蔽门授权打开屏蔽门授权打开屏蔽门开门准备请求车门打开确认列车在在车窗 联锁区域控制器安全开门原理安全开门原理 发车授权移动禁止取消移动禁止取消列车门关闭关门按钮请求列车门关闭请求关闭屏蔽门命令列车门关闭关闭屏蔽门采集列车门关闭请求屏蔽门关闭状态安全关门原理安全关门原理CBTC列车:车载信号为主 隐藏信号机显示非CBTC列车:地面信号为主 显示信号机显示隐藏信号显示（隐藏信号显示（1/3)1/3)车载车载区域控制器区域控制器联锁设备联锁设备移动授移动授权权列车定位列车定位位置位置隐藏信号机显示授隐藏信号机显示授权权区域控制器状态区域控制器状态车载设备发送列车位置和隐藏信号机显示授权给区车载设备发送列车位置和隐藏信号机显示授权给区域控制器域控制器区域控制器发送更远的移动授权给列车区域控制器发送更远的移动授权给列车区域控制器发送隐藏信号机显示请求给联锁设备区域控制器发送隐藏信号机显示请求给联锁设备隐藏信号显示隐藏信号显示(2/3)(2/3)车载车载联锁设备联锁设备列车定位列车定位位置位置隐藏信号机显示授隐藏信号机显示授权权当列车通过信号机时，信号机显示不再被隐藏当列车通过信号机时，信号机显示不再被隐藏31隐藏信号显示隐藏信号显示(3/3)(3/3)区域控制器区域控制器区域控制器状态区域控制器状态旁路联锁设备的轨道电路或者计轴区段故障可以优化联锁功能当区段故障发生时道岔无法动作道岔无法动作未旁路的区段未旁路的区段道岔可以动作道岔可以动作旁路的区段旁路的区段旁路区段故障旁路区段故障(1/5)(1/5)旁路区段故障旁路区段故障(2/5)(2/5)旁路区段故障旁路区段故障(3/5)(3/5)旁路区段故障旁路区段故障(4/5)(4/5)旁路区段故障旁路区段故障(5/5)(5/5)37加快人工进路延时解锁时间加快人工进路延时解锁时间车载区域控制器联锁设备信号相关数据（停车保证请求）1/联锁设备要求一个人工进路延时解锁2/一个停车保证和新的移动授权被请求3/列车承诺可以保证停车信号相关数据（停车保证）4/联锁设备立即解锁进路在延时时间之前5/联锁设备可以设置新的进路区域控制器重叠区区域控制器2区域控制器1区域控制器重叠区介绍区域控制器重叠区介绍区域控制器2车载车载区域控制器1车载车载设备发送它的位置给区域控制器1并且区域控制器1发送移动授权给车载设备。同时车载设备发送它的位置给区域控制器2并且区域控制器2发送移动授权给车载设备。位置移动授权移动授权位置车载设备选择最宽容的移动授权。区域控制器重叠区区域控制器重叠区:移动授权选择移动授权选择名字类型安全性对象布尔数值定义强制/可选BLOCKcyes每个区段1区段信息未占用强制0区段信息占用SW_LEFT_C cyes每个道岔1道岔检测到并锁定在左位强制0道岔未检测到在左位SW_RIGHT_C cyes每个道岔1道岔检测到并锁定在右位强制0道岔未检测到在右位IL_SETcyes每个终端信号机1联锁确保进路在保护中（道岔锁闭，进路设置）强制0联锁确保进路在未保护中（道岔锁闭，进路设置）PR_ASPECTcyes每个出CBTC区域信号机1信号机为容许信号（灭灯,绿,黄)强制0信号机为禁止信号(红)联锁发送给区域控制器信息（联锁发送给区域控制器信息（1/31/3）PR_ASPECTCno每个信号机1信号机为容许信号（灭灯,绿,黄)强制0信号机为禁止信号(红)AP_CAN_RQCno每个终端信号机（带延时人工解锁）1延时人工解锁在进行中可选var_Stop_Assurance0延时人工解锁未在进行中B_ATBPyes每个CBTC自动折返站台1自动折返请求可选var_CBTC_Automatic_TurnBackB_ESScyes每个站台紧停按钮1紧急制动未请求可选var_CBTC_applies_Emergency_Stop_In_Station0紧急制动请求B_THcno每个站台1列车扣停请求可选var_CBTC_applies_train_hold0列车扣停未请求B_TADcno每个站台1列车发车请求可选var_CBTC_applies_train_ahead_departure0列车发车未请求联锁发送给区域控制器信息（联锁发送给区域控制器信息（2/32/3）PSD_ALARMcyes每个有屏蔽门的站台1检测到不正确的门打开可选var_CBTC_supervises_PSD_Locking0未检测到不正确的门打开BLOCK_NORMAL_DIRECTION_LK cyes每个在双向CBTC区域的区段1区段方向锁闭在正常方向可选var_CBTC_applies_Direction_Locking_Protection0区段方向未锁闭在正常方向BLOCK_REVERSE_DIRECTION_LKcyes每个在双向CBTC区域的区段1区段方向锁闭在反方向可选var_CBTC_applies_Direction_Locking_Protection0区段方向未锁闭在反方向OVERLAP_LKcyes每个带CBTC保护区段的信号机1CBTC保护区段在联锁中锁闭可选var_CBTC_overlap_CBTC_request and var_CBTC_overlap_no_CBTC_request0CBTC保护区段在联锁中未锁闭联锁发送给区域控制器信息（联锁发送给区域控制器信息（3/33/3）名字名字类类型型安安全全性性对对象象布布尔尔数数值值定定义义强强制制/可可选选ZC_BLOCKcYes每一个旁路区段1区段信息旁路并未在区域控制器列车地图中占用可选:var_CBTC_Overrides_Block_Failure0区段信息未旁路TRAIN_PASS_HSpYes每一个接近锁闭信号机1列车已经通过信号机可选:Route_Sectional_ReleaseGET_OVERLAP_STATUScno每一个带保护区段的信号机1CBTC向联锁请求CBTC保护区段信息可选:var_CBTC_overlap_no_CBTC_request0CBTC未向联锁请求CBTC保护区段信息OVERLAP_RELEASE_AUTHcYes每一个带保护区段的信号机1CBTC保护区段解锁授权可选:var_CBTC_overlap_CBTC_request and var_CBTC_overlap_no_CBTC_request0CBTC保护区段解锁未授权区域控制器发送给联锁信息（区域控制器发送给联锁信息（1/21/2）CBTC_APZcyes每个终端信号机（带人工立即解锁）1 CBTC接近区域未占用强制0CBTC接近区域占用STOP_ASSUREpyes每个终端信号机（带人工延时解锁）1列车 将停到信号机前 可选var_Stop_AssuranceX_RQcyes每个信号机1区域控制器请求隐藏信号机可选var_CBTC_Conceals_signal_aspect0区域控制器未请求隐藏信号机区域控制器发送给联锁信息（区域控制器发送给联锁信息（2/22/2）CBTCCBTC的定位技术的定位技术感应环线使用安装在两根轨条间的电缆无线（射频信号）波导管漏泄电缆无线空间天线GPS(全球定位系统）应答器绝对参考位置校准测速发电机（和加速度计）测速（多普勒）雷达CBTCCBTC的通信介质的通信介质感应环线使用安装在两根轨条间的电缆无线波导管漏泄电缆无线空间天线司机显示和输入司机显示和输入对司机的信息显示最大允许速度和推荐速度当前运行速度目标距离列车运行模式停站时间倒计时系统故障信息车门和屏蔽门状态司机输入信息乘务组号列车运行模式车载系统非安全功能车载系统非安全功能车站程序停车，包括车门操作，站台门控制命令停站时分控制车载音频广播的触发报警监督，并向ATS报告在安全运行速度限制范围内调整列车速度根据乘客乘坐质量标准控制列车运动CBTCCBTC系统结构系统结构骨干交换机骨干交换机AP接入交换机AP接入交换机A网接入交换机B网接入交换机AP接入点AP接入点区域控制器列车ATP/ATOAP接入点AP接入点CBTCCBTC设备网络配置图设备网络配置图车载无线电台车载无线电台轨旁子系统三取二结构轨旁子系统三取二结构Direct linksCAP1CAP3CAP2CVO-ACVO-BCIER-ACIER-BCME1CME2CME3VME BUS 1VME BUS 2VME BUS3Ethernet backbone AEthernet backbone B车载子系统三取二结构车载子系统三取二结构数据输入多样性数据输入多样性速度传感器脉冲速度传感器脉冲脉冲1领先于脉冲2脉冲2领先于脉冲1速度大小计算速度大小计算列车速度的计算是基于在给定周期里对速度传感器脉冲进行计数。计算公式如下：加速度计可用于补偿速度传感器测量的车轮速度，公式如下：列车速度方向的确定列车速度方向的确定典型的正常和不正常的脉冲输入典型的正常和不正常的脉冲输入方向触方向触发发器器图图1顺时针顺时针正常正常图图2顺时针顺时针 脉冲脉冲1 错误错误图图3 顺时针顺时针脉冲脉冲2错误错误图图4逆逆时针时针正常正常图图5逆逆时针时针脉冲脉冲1错误错误图图6逆逆时针时针脉冲脉冲2错误错误 D0101001010110D1D2010101100101D3D4011001100110D5D6100101010101D7 69H99HAAH96HAAH99H方向输出的真值表方向输出的真值表Vehicle Control Centre车辆控制中心车辆控制中心VCC1 DTVCC1 I/OVCC1 DTVCC1 I/OStation Controller System车站控制器车站控制器System 系统管理中系统管理中心心ManagementCentrePROVEISAInductive Loop Communications Subsystem 感应环线通信子系统感应环线通信子系统CENTRAL EQUIPMENT 中心设备中心设备WAYSIDE EQUIPMENT 轨旁设备轨旁设备ON-BOARD EQUIPMENT车载设备车载设备Vehicle On-Board Control 车载控制车载控制器器PROVEISATraining&SimulationEquipment 培训及仿真培训及仿真设备设备External Interfaces外部接口外部接口车辆段联锁车辆段联锁DepotComputerInterlocking系统结构系统结构定位元素分辨率环线识别号LID 1LID 2LID 33.2kms环线交叉25metres测速发电机脉冲0.012metres位置单元N+1N+2N+3N+46.25metres车站停车参照点0.2metres感应环线系统定位精度感应环线系统定位精度列车移动命令由SMC启动进路设置目的地临时限速VCC根据“障碍”情况前移目标点。一旦确定安全目标点，即向该VOBC发出命令目标点（三秒钟走行距离，加上制动距离）最大速度在目标点的目标速度车载控制器VOBC将依据VCC的命令，通过自动控制算法确定的列车控制速度、并在速度和距离监督下计算的牵引/制动命令来实现自动驾驶。列车运行控制列车运行控制(1/3)(1/3)列车运行控制（列车运行控制（2/3)2/3)系统管理中心车辆控制中心车站控制器车载控制器1 1.进路进路请求，目的地请求，目的地2.2.转动转动道岔道岔3.3.道岔道岔状态表示状态表示4.4.目标目标点点5.5.列车列车位置位置6.6.到达到达目的地目的地3-secTravelBrakingDistanceSafetyDistanceLOATargetPointPosition and Control MessagesPosition and Control MessagesTrain EnvelopeUTRADPDATSDPFDEMADEMBUTRS O S S T MO D E MMO D E M MO D E M MO D E M MO D E MMO D E M S O S S TSEL Canada 1 2 3 1 2 3 VCCCOMMTTYLOOPMAINTENANCE MODE 1 2 3 RX TX CRTCOMPUTERDISABLEDESKPRINTEROFFTX RX TX RX20 MaADJ.DESK PRINTER/CRTCURRENTMETERCIRCUITBREAKERPOWERONVCC CPUIO 1DT 1IO 2DT 2DT1 IO1 DT2 IO2 RS232 CURRENT ONSGVCC 列车运行控制（列车运行控制（3/3)3/3)进路设置方式不同于基于轨道电路的传统系统SelTrac系统的每个子系统包含有通过全系统可能通路的数据库。对每条通路分配一个唯一的号码，并称为一条“进路”进路设置和解锁进路设置和解锁6 61 112122 23 34 45 57 78 89 910101111-set of switch settings 一系列道岔位置-bidirectional 双方向性-does not define station stops不定义车站停车-two or more routes 两个以上（含）进路-adds stopping points 加上停车点-continuous operation 可连续运行-a line 一条运行线-start and stop times 有起、止时间-arrival time and departure time from stopping points 有停车站的到达和出发时间Route进路进路Line运行线运行线Run运行班次运行班次进路设置和解锁进路设置和解锁当列车尾部出清道岔警冲标后（利用6.26米的列车定位分辨率），对该道岔的征用即自动解除如果一进路为一列车而设置，该进路只能在下列条件下由中央调度员命令解除：列车停在它的目的地列车位置不在道岔区当输入命令后，VCC将命令列车禁止牵引 当牵引被禁止，VCC将解除该列车前方的所有征用为使列车能继续前进，SMC必须发出一个新进路和目的地，而中央调度员必须“释放”该列车（通过“列车出发”命令）道岔锁闭与解锁道岔锁闭与解锁中央调度员可以使用“人工进路征用”命令设置进路中央调度员用一列车或一轨道区段作为该进路的始端中央调度员用另一轨道区段作为该进路的终端中央调度员来选择需要的进路VCC征用自始端至终端的轨道，并扳动设置进路所需的所有道岔在征用的轨道区域，不允许自动运行自始端至终端的进路上的道岔都不许移动，包括由VCC联锁功能锁闭的道岔人工设置进路人工设置进路