列车运行控制系统列控地面设备CBTC地面设备.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,*,*,*,第四章 列控地面设备（,4,）,CBTC,系统地面设备组成与原理,1,第1页,列,控,系,统,地,面,设,备,装备机车信号,固定自动闭塞系统,CTCS-2,级,列控系统,城市轨道交通,CBTC,ZPW-A,轨道电路,应答器,列控中心,无线闭塞中心,地面,ATP,设备,CTCS-3,级,列控系统,2,第2页,C,BTC,定义,基于通信列车运行控制系统（,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,3,第3页,CBTC突出优点是能够实现车地之间双向通信，而且传输信息量大，传输速度快，很轻易实现移动自动闭塞系统，大量降低区间敷设电缆，降低一次性投资及降低日常维护工作，能够大幅度提升区间通行能,力,，灵活组织双向运行和单向连续发车，轻易适应不一样车速、不一样运量、不一样类型牵引列车运行控制等。,在CBTC应用中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它种类无线通信技术。列车定位技术则有各种方式，比如车载设备测速-测距系统、全球卫星定位、感应回线等。,第4页,CBTC相比传统铁路信号系统有以下特征：,不须繁杂电缆，转而以无线通信系统代替，降低电缆铺设及维护成本。,能够实现车辆与控制中心双向通信，大幅度提升了列车区间经过能力。,信息传输流量大、效率高、速度快，轻易实现移动自动闭塞系统。,轻易适应各种车型、不一样车速、不一样运量、不一样牵引方式列车，兼容性强。,能够将信息分类传输，集中发送和集中处理，提升调度中心工作效率。,第5页,3,、,CBTC,结构图,第6页,C,BTC,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),数据存放单元(Data Saving Unit,DSU),轨旁设备(Way side Equipment,WE),数据通信系统(Data Communication System,DCS),一、系统原理与组成,第7页,基本原理,系统依据车载测速定位设备获知列车本身在线路上位置，并由车载设备将列车位置、区段占用情况实时向,ZC,汇报，同时联锁系统将线路信息包含信号显示、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，对列车运行提供保护。,一、系统原理与组成,8,第8页,CBTC工作原理,CBTC系统是指经过,无线通信,方式实现列车和地面间连续通信列车控制系统。系统关键部分为轨旁和车载两部分,。,列车经过机车上测速传感器和线路上应答器来得到列车实时位置，应答器在线路固定位置设置，列车每经过一个应答器就会在数据库中查找其位置，从而得到列车准确位置，列车实时速度是经过测速传感器取得，速度对时间积分取得列车相对位移，每经过一个应答器实际位置加上相对该应答器相对位移就能够实时取得列车准确位置。VOBC将列车准确位置经过WLAN发送给轨旁设备，实现列车对地面设备通信。,轨旁关键设备是区域控制器ZC，它负责管理运行在其管辖范围内全部列车。,第9页,ZC接收VOBC发送过来列车位置、速度和运行方向信息，同时从联锁设备取得列车进路、道岔状态信息，从ATS接收暂时限速信息，在考虑其它一些障碍物条件计算MA，并向列车发送，告诉列车能够走多远、多快，从而确保列车间安全行车间隔。,因为CBTC系统能够准确知道列车位置，“速度一距离模式曲线(Distance to go)”是其对列车控制标准。实际上，不论是CBTC系统还是传统意义上由轨道电路完成列车控制系统控车标准都很相同，只不过CBTC系统对列车位置把握准确度更高，对列车控制准确度也会更高，基于轨道电路系统，移动授权是轨道区段长若干倍，而CBTC系统，移动授权更准确。正是CBTC系统能够更准确控车，才有缩短了列车追踪间隔，使运行效率大大提升。,第10页,一、系统组成,ATS,系统,ATS,系统主要实现对列车运行监督和指挥，辅助调度任意对全线列车进行管理，,ATS,包含控制中心和车站设备。,基本功效包含：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、暂时限速等。,11,第11页,联锁系统,轨道空闲处理、进路控制、道岔控制和信号控制功效是CI子系统主要功效。进路控制功效负责整条进路排列、锁闭、保持和解锁。道岔控制功效负责道岔解锁、转换、锁闭和监督。这些动作是对ATS子系统命令响应。信号控制功效负责监督轨,道旁,信号机状态，并依据进路、轨道区段、道岔和其它轨旁信号机状态来控制信号机。,它依据来自ATS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。,一、系统组成,第12页,一、系统组成,联锁系统,传统联锁系统,CBTC,联锁系统,列车位置检验伎俩,由轨道电路完成，联锁检验GJ前节点状态来判断某一区段占用及出清状态,联锁接收区域控制器（ZC）列车位置信息，该信息由车载ATP经过无线或其它方式传输给ZC；在后备模式下经过计轴器来确定物理区段占用情况,联锁逻辑检验要素,检验进路始、终端信号机及其状态,多数情况下，联锁无需检验信号机条件；当线路中设置信号机时联锁检验条件要依据信号机位置分别处理，详细标准见下文,检验进路所包含轨道区段状态，是否被征用、占用或空闲,只需明确进路路径，不需要检验区段空闲状态,检验待锁闭进路相关敌对进路状态，是否已经预选或锁闭,与传统联锁相同,联锁设备管理区域,传统联锁系统以进、出站信号机为界限，只管理站内进路及相关地面信号要素，车站以外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；联锁区之间经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3期,13,第13页,VOBC,子系统,在,VOBC,子系统中，列车位置和运行方向信息在确保列车安全运行中作用重大，列车定位方式采取测速传感器和地面应答器相结合方式实现。,DCS,数据通信系统,数据通信系统采取无线局域网,WL,AN技术，经过沿线设无线接入点(Access Point,AP)方式实现列车与地面之间不间断数据通信。一个AP点能够传输几十千米距离。,一、系统组成,第14页,DSU系统,城市轨道交通CBTC系统中，列车不是经过轨道电路来定位，是列车经过安装在车轮上测速传感器来实现，为了实现系统调度和协调统一，就要求列车和地面共用一个数据库。要实现整个数据库管理就需要数据存放单元DSU来实现这个数据库存放了列车与地面各种信息，其中有静态数据库，也有动态数据库。ZC功效实现就需要不停调用数据库中数据。所以，数据库中数据安全是很主要，在CBTC系统中是经过冗余方式来确保数据库中数据安全。,一、系统组成,第15页,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,安装在轨旁地面,ATP,系统能够接收其控制范围内列车发出全部位置信息。依据轨道上,障碍物,位置，向辖区内全部列车提供行车许可。,地面,ATP,系统主要功效包含：对辖区内全部运行列车管理、生成行车许可、以及确保列车进入和驶离管辖区域运行安全等。,16,第16页,一、系统组成,所谓“,障碍物,”包含前行列车、关闭区域、失去位置表示道岔，以及任何外部产生原因如,-,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交接。,17,第17页,地面,ATP,系统,与其它设备信息交互,图,18,第18页,地面,ATP,设备在对列车进行安全防护及生成,MA,过程中，需使用车载汇报列车位置信息。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。,造成位置误差原因有：车,-,地通信延时、丢数等。,地面,ATP,系统需依据列车参数及预估通信延时对列车位置增加对应包络，从而确保列车安全。,经过安全包络处理后列车位置称为列车,安全位置,，列车汇报给地面,ATP,系统列车位置称为列车,非安全位置,。,地面,ATP,设备功效原理,列车安全定位,19,第19页,计算列车安全位置要考虑哪些原因：,测距误差,位置汇报生存周期,列车最大速度,列车加速度,倒溜限制,地面,ATP,设备功效原理,列车安全,位置,20,第20页,地面,ATP,设备在生成,MA,过程中，会处理到各种障碍物，从中选取符合条件能够作为列车当前运行终点终点障碍物。终点障碍物现有可能是静态障碍物，比如道岔，进路终点等；也有可能是动态障碍物，比如前方列车等。列车行车许可会有规律地、周期性地重建。,经过安全包络处理后列车位置称为列车,安全位置,，列车汇报给地面,ATP,系统列车位置称为列车,非安全位置,。,地面,ATP,设备功效原理,生成行车许可,21,第21页,（,1,）列车运行在地面,ATP,系统管辖范围内，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,依据这些信息，计算产生列车,安全位置,，以下列图所表示：,（,2,）地面,ATP,依据计算生成列车安全位置，确定列车在线路上位置。,行车许可计算过程,生成行车许可,取得当前列车位置,22,第22页,（,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进路信息。,（,4,）确定行车许可计算范围。地面,ATP,接收到联锁进路信息、障碍物信息，依据列车在线路上位置信息，确定列车当前能够使用进路范围。,以下列图所表示，列车运行在进路,R1,上，进路,R2,、,R3,均已排列，地面,ATP,经过线路上列车运行情况及信号机靠近区段情况判断该车为最靠近进路,R2,和,R3,受控制列车，将进路,R1,、,R2,、,R3,均分配给该列车使用，这么就确定了为该列车计算行车许可需要考虑范围。,行车许可计算过程,生成行车许可,采集障碍物信息,23,第23页,（,5,）确定该列车,MA,需考虑范围后，,MA,计算所需考虑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，线路上静态存在可能影响列车运行障碍物（包含道岔、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，在按照从近到远次序遍历障碍物后，假如在进路中,没找到影响列车运行安全障碍物,，将行车许可终点设置在分配给该车最远进路终点，同时将行车许可范围中全部障碍物以在行车许可信息形式发送给列车。,行车许可计算过程,生成行车许可,检验前方障碍物,24,第24页,（,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），按照由近到远次序，遍历线路上静态障碍物状态是否会影响列车运行安全。,（,8,）对于静态障碍物中,道岔,而言，在进行行车许可计算过程中，需要检验道岔当前状态与进路要求联锁状态是否相符，若当前状态与进路要求联锁状态相符，则认为道岔不会影响列车运行安全，允许将行车许可延伸经过该道岔；不然，不允许行车许可延伸，将该道岔作为终点障碍物。,行车许可计算过程,生成行车许可,检验静态障碍物,25,第25页,（,9,）对于静态障碍物中,站台安全门,（或,站台紧急关闭按钮,），需检验站台安全门（或站台紧急关闭按钮）当前状态是否为打开状态，若检验发觉障碍物状态为打开，将不允许,MA,延伸经过该障碍物，将站台安全门（或站台紧急关闭按钮）对应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经过该障碍物。,行车许可计算过程,生成行车许可,检验静态障碍物,26,第26页,（,10,）完成了静态障碍物遍历后，地面,ATP,系统还需依据线路情况及列车情况，检验,MA,遍历范围内其它列车运行情况，依据前车位置情况又可划分为几个情况：,情况一,为前车位于站台区域内，因为同一时刻只允许一列车在站台区域内运行，所以，此时应将对应站台区域始端作为终点障碍物；,情况,二,为两列车在区间运行，将前车安全车尾位置作为终点障碍物。,行车许可计算过程,生成行车许可,检验动态障碍物,27,第27页,对控制范围内列车进行监督管理,将每列车运行过程划分为不一样运行控制状态,对不一样运行状态，地面,ATP,实施对应操作，确保安全。,任意时刻每列车只能处于一个状态,不一样列车能够处于相同状态,ZC,依据列车状态进行循环处理,列车管理,列车运行控制状态,28,第28页,列车管理,运行控制状态,含义,进入控制状态,该状态下，列车已向ZC申请行车许可MA，因为联锁进路未排出等原因，ZC暂时无法为列车生成MA，未对该列车进行实际控制,正常运行状态,该状态下，每七天期向列车发生MA，列车按MA在线路内正常运行,移交状态,该状态下，列车将要跨区域边界，列车所在,ZC,开始向相邻,ZC,发生列车相关数据，准备移交,接管状态,该状态下，ZC已收到所在ZC发送列车移交信息，但该列车还未进入ZC管辖范围，ZC还未与该列车交互,折返状态,该状态下，列车已进入折返处理流程，换端还未完成，,ZC,不进行信息交互,注销状态,该状态下，列车正在出清所在ZC，进入下一个ZC或退出列控系统，ZC确认列车出清后去除列车信息,故障状态,该状态下，因为通信故障，ZC无法与列车交互，将对列车进行故障处理，确保其它列车运行安全,29,第29页,序号,当前状态,转移至,触发条件,1,初始状态,正常运行状态,列车申请,MA,，联锁排出进路,2,初始状态,进入控制状态,列车申请,MA,，联锁未排出进路,3,进入控制状态,正常运行状态,联锁排出进路,4,初始状态,接管状态,相邻,ZC,申请移交列车,5,接管状态,正常运行状态,移交列车申请,MA,，联锁排出进路,6,接管状态,进入控制状态,移交列车申请,MA,，联锁未排出进路,7,正常运行状态,移交状态,列车申请,MA,列车当前,MA,终点为,ZC,分界点,8,正常运行状态,折返状态,列车申请折返注销,9,折返状态,正常运行状态,列车换端完成，联锁排出进路,10,折返状态,进入控制状态,列车换端完成，联锁未排出进路,11,正常运行状态,注销状态,列车申请退出,12,移交状态,注销状态,列车申请出清本,ZC,管辖范围,13,注销状态,初始状态,清空列车信息,14,正常运行状态,故障状态,ZC,与列车通信故障,15,进入控制状态,故障状态ZC,与列车通信故障,16,折返状态,故障状态,ZC,与列车通信故障,17,移交状态,故障状态,ZC,与列车通信故障,18,故障状态,初始状态,清空列车信息,第30页,ZC,经过严格逻辑判断，确定出管辖范围内每列车运行控制状态，时刻追踪列车运行情况，并将管辖范围内全部列车统一进行管理，确保多车运行安全性。,列车管理,31,第31页,当通信列车从某一地面,ATP,系统管辖范围进入另一地面,ATP,系统管辖范围时，地面,ATP,系统将依据通信列车行车许可情况判断列车是否运行抵达管辖范围边界。,假如抵达地面区域分界点，则移交地面,ATP,系统将向接管地面,ATP,系统发出移交申请，今后由相邻两个地面,ATP,系统分别为该移交列车计算各自管辖范围内行车许可，并由列车当前受控地面,ATP,系统负责将两部分行车许可进行混合后发送给列车，并依据线路情况不停更新行车许可。,列车跨边界运行控制,列车跨边界运行控制,32,第32页,（,1,）列车即将跨越地面区域边界点,P,，此时列车,MA,终点已发至,P,点且仍在向地面,ATP,系统申请,MA,，满足切换条件，触发地面,ATP,系统切换流程。,列车跨边界运行控制,列车跨边界运行控制,触发切换,33,第33页,（,2,）此时,移交地面,ATP,系统,为列车计算行车许可,MA1,，,接管地面,ATP,系统,为列车计算行车许可,MA2,，因为此时列车仍受移交地面,ATP,系统控制，所以移交地面,ATP,系统将,MA1,和,MA2,信息混合后向列车发送终点至,H,点行车许可。,列车跨边界运行控制,列车跨边界运行控制,开始移交,34,第34页,（,3,）此时移交地面,ATP,系统为列车计算行车许可,MA1,，接管地面,ATP,系统为列车计算行车许可,MA2,，但因为此时列车已进入到接管地面区域中，受接管地面,ATP,系统控制，所以由接管地面,ATP,系统将,MA1,和,MA2,信息混合后向列车发送终点至,H,点行车许可。,列车跨边界运行控制,列车跨边界运行控制,完成移交切换,35,第35页,右图用,UML,中,次序图,方式，描述了交权过程,控制权交接过程,交权,36,第36页,装备机车信号固定闭塞系统,制式：交流技术、极频、移频、,UM71,、,UM,轨道电路两大功效：列车位置检测、地车信息传输,位置检测：,轨道电路三种状态：调整状态、分路状态、空闲状态,“红光带”故障、分路不良,分路灵敏度、赔偿电容,地车信息传输：,ZPW,原理：,FSK,邻线干扰、极性交叉,小结,37,第37页,CTCS-2,级列控系统地面设备,工作原理,系统组成,应答器：,原理：有源应答器、无源应答器；应答器组、单应答器组,报文组成：变量、信息包、报文,布置标准,列控中心：,基本组成,码序逻辑,暂时限速处理,小结,38,第38页,CTCS-3,级列控系统地面设备,原理、信息交互流图,功效流程：,生成行车许可,RBC,切换,暂时限速,CBTC,地面,ATP,设备,原理和组成,功效流程：,生成行车许可,列车跨边界运行控制,小结,39,第39页,