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IEEE原文翻译
1.概述
本标准规定了城市轨道交通基于通信的列车运行控制系统功能、性能以及其它相关技术条件。
本标准适用于城市轨道交通地铁与轻轨系统。
1.1范围
1.2目的
1.3现有应用
2.参考文献
下列文件对于本标准的应用是必不可少的。
●IEEEStd1477™-1998(Reaff2003),IEEEStandardforPassengerInformationSystemforRailTransitVehicles.
●IEEEStd1475™-1999,IEEEStandardfortheFunctioningofandInterfacesAmongPropulsion,FrictionBrakeandTrain-borneMasterControlonRailRapidTransitVehicles.
●IEEEStd1483™-2000,IEEEStandardforVerificationofVitalFunctionsinProcessor-BasedSystemsUsedinRailTransitControl.
●IEEEStd1478™-2001,IEEEStandardforEnvironmentalConditionsforTransitRailCarElectronicEquipment.
●IEEEStd1570™-2002,IEEEStandardfortheInterfaceBetweentheRailSubsystemandtheHighwaySubsystemataHighwayRailIntersection.
……
3.术语与缩略语
3.1术语
3.1.1APM:
一个全自动驾驶的,使车辆运行在专门优先权的导轨上有向导的运输模式。
3.1.2列车自动控制系统:
确保列车安全,指导列车运行。
ATC必须包括ATP,也可以包括ATO或者ATS。
3.1.3列车自动防护系统:
该子系统包含在ATC中,它通过列车检测,列车分离和联锁来避免碰撞,超速或其他危险状况来维持故障安全防护。
3.1.4列车自动监控系统:
该子系统包含在ATC中,它监控列车,调整个别列车的性能来维持时刻表,并提供数据来减少其他违规行为所造成的不便从而调整服务。
3.1.5列车自动驾驶系统:
,该子系统包含在ATC中,它进行速度调节,停车控制,车门的开关控制,性能水平的调节,或分配给列车司机其他的功能的任何或所有功能。
3.1.6辅助轨旁系统:
一个后备或二级列车控制系统,给没有装CBTC设备的和CBTC设备部分或完全不起作用的列车提供全部或部分ATP功能。
辅助轨旁系统可包括车上设备,并且还可以提供断轨检测。
3.1.7紧急刹车:
故障安全,开环的制动在最大的制动距离内使列车完全停止。
一旦该应用程序被启动,就不能再改变(即直到列车停止或超时该程序才能被释放)。
3.1.8轨道速限:
每部分轨道的最大授权的速度,它主要取决于线路,纵断面和结构。
3.1.9基于通信的列车控制:
不依赖轨道电路的高分辨率列车主动定位的连续ATC系统;连续、大容量车-地双向数据通信;具有能够执行安全功能的车载和地面安全处理器。
3.1.10联锁:
对开关,锁闭和信号设备的安排。
列车按照预先规定的顺序行运行这些设备相互联系,从而防止反向或冲突的列车行驶。
3.1.11移动权限:
列车在给定的运行方向进入轨道的一个特定的部分。
CBTC系统分配,监督和执行移动权限来保证列车安全距离并通过联锁提供保护。
3.2缩略语
3.2.1APM:
自动旅客运输
3.2.2ATC:
列车自动控制
3.2.3ATO:
列车自动驾驶
3.2.4ATP:
列车自动防护
3.2.5ATS:
列车自动监控
3.2.6CBTC:
基于通信的列车控制
3.2.7GEBR:
紧急制动率
3.2.8MTBF:
平均故障间隔时间
3.2.9MTBFF:
首次故障间隔时间
3.2.10MTTR:
平均修复时间
3.2.11SSHA:
子系统危害分析
4.总体要求
4.1系统应具有如下基本特征
4.1.1不依赖轨道电路的高分辨率列车定位;
4.1.2连续、大容量车-地双向数据通信;
4.1.3具有能够执行安全功能的车载和地面安全计算机;
4.2系统分类
4.2.1该标准认为,根据特定的应用要求,CBTC系统可能有不同有配置。
例如,一个CBTC系统可能是:
4.2.1.1只提供ATP功能,没有ATO和ATS功能
4.2.1.2提供ATP功能,同样也提供一定的ATS和ATO功能,能够满足特定应用的操作需求
4.2.1.3在具体的应用中,作为唯一的列车控制系统,也可以与其它辅助轨旁系统结合使用
4.2.1.4一个典型的CBTC系统功能结构框图见附录B。
4.3适用范围
4.3.1本标准定义的CBTC性能和功能需求可以满足所有线路应用,包括轻轨、重轨、通勤火车,如果CBTC系统配置ATC的话,该标准也能够用于其它线路应用如旅客捷运系统。
4.3.2本标准旨在使运营管理部门提出功能等级、不同供应商提供不同设备的互换性,这些要求更容易些。
4.3.2所有的CBTC系统必须具备ATP功能。
4.4列车配置
4.4.1CBTC系统应可以支持各种列车配置,包括:
4.4.1.1单方向运行,由单个或若干操作单元组成的、编组长度固定的列车;
4.4.1.2双方向运行,由单个或若干操作单元组成的、编组长度固定的列车;
4.4.1.3单方向运行编组长度可变的列车;
4.4.1.4双方向运行编组长度可变的列车;
4.4.2CBTC系统应可以支持具有不同性能参数的特殊列车和/或常规列车的混合运行。
4.5列车操作模式
4.5.1装备CBTC的列车可以由一个或多个司机操作。
4.5.2CBTC系统应可以支持列车的无人驾驶。
4.5.3对于有司机的列车,列车司机通常坐在车头驾驶室里,并负责驾驶列车由一站向另一站运行。
对于有多位列车员的情况,列车员一般在列车中的司机的位置操作列车的车门。
对于单个列车员的情况,CBTC应将列车操作情况集中到司机的显示器上。
4.5.4该标准规定,列车无人驾驶包括无人值守和无驾驶操作两种。
对于无人值守,通常车上没有乘务人员;对于无驾驶操作,通常是车上有乘务人员,但是不在驾驶室,也不负责驾驶列车,除非故障恢复。
4.5.5装备CBTC的列车(包括装备CBTC系统的维修作业车)应当能够在不同的模式下运行,这取决于列车运行在CBTC区域还是在非CBTC区域,同样还取决于车载或轨旁的CBTC设备的状态。
4.5.6根据运营管理部门的需要,混合运行模式也可以作为常用的运行模式,其中:
混合运行模式定义为在CBTC区域内装备CBTC系统的列车和未装备CBTC系统的列车(包括维修作业车)同时运营。
4.5.7混合驾驶模式运行可以使用以下一个或多种方式:
4.5.7.1在CBTC区域有计划的运营模式;
4.5.7.2在CBTC区域很少用的、非计划内的运营模式;
4.5.7.3在有新的CBTC系统接入的过渡时期;
4.5.7.4CBTC车载设备故障时。
4.5.1在CBTC区域正常的列车运行模式
4.5.1.1CBTC装备列车
4.5.1.1.1按照运营管理部门的规定,在CBTC区域内,装备CBTC的列车需在ATP的限制和CBTC系统防护下运行;可以由司机人工驾驶列车,或是可以实现由CBTC系统自动驾驶(在司机监控下)。
自动驾驶时,部分功能(如车门操作和列车发车)仍然可以由司机或者列车员负责。
4.5.1.2非CBTC装备列车
4.5.1.2.1按照运营管理部门的规定,没有装备CBTC或者CBTC装备不起作用的列车在CBTC区域运行时,应当在辅助轨旁系统的防护下运行。
4.5.2在CBTC区域故障模式的列车运行
4.5.2.1根据运营管理部门的要求,对有司机驾驶的轻轨、重轨和通勤线,当CBTC设备和/或数据通信故障时,允许列车能够继续安全运行,相对于正常运行的列车,可能会降低列车运行速度或者是增加运营间隔。
4.5.2.2一个CBTC系统应当设计为支持在故障时的降级运行模式,并在对运营规则最小的依赖下继续提供ATP防护。
这可以通过CBTC系统本身的功能、辅助轨旁系统或者二者的结合所实现。
4.5.2.3对于完全的无人驾驶,按照运营管理部门的规定,该CBTC系统在设备故障时能够支持列车的降级运行模式,并且可以远程重启车载设备、支持自动恢复、支持人为驾驶和自动路线调节的能力。
4.5.2.4根据故障分析和运营规则,应具备一个故障降级模式的后备方案,来充分发挥降级的运行模式和CBTC系统故障恢复能力。
这个后备方案旨在结合5.3节减小对旅客的危害,继续为旅客提供服务。
4.5.2.5特别地,CBTC区域内的故障运行模式应该能处理CBTC系统故障如下:
4.5.2.5.2一个特殊区域的所有列车的控制;
4.5.2.5.2一个特殊的列车在所有区域的控制。
4.5.2.1CBTC系统故障对特定区域内所有列车运行的影响
4.5.2.1.1如果CBTC系统故障(如轨旁CBTC设备或车-地通信中断)并且影响特定CBTC区域内所有CBTC装备列车运行,列车应当能够在司机的控制下继续安全运行:
并要求有轨旁辅助系统的保护(如果运营管理部门指定),且严格的执行运行规则,也可以结合以上两种方式。
4.5.2.1.2当故障模式下运行时,单个列车上的ATP功能持续有效,以增加安全程度。
4.5.2.2CBTC系统故障对某一特定列车在所有区域运行的影响
4.5.2.2.1如果CBTC系统故障影响某一特定的列车在整个线路上的运行(比如车载CBTC设备故障),列车应当能够在司机的控制下继续安全运行,并要求有轨旁辅助系统的保护,牵引系统控制列车速度,且严格的执行运行规则,也可以结合以上三种方式。
4.5.2.2.2在故障模式下运行时,属于轨旁及其它车载CBTC设备的ATP功能持续有效,以增加安全程度。
4.5.3非CBTC区域内正常列车的运行模式
4.5.3.1本标准中,非CBTC区域被定义为未装备与车载CBTC设备完全兼容的轨旁CBTC设备的任何区域。
4.5.3.2运营在非CBTC区域的列车车载CBTC设备应当包括必要的功能支持列车进入CBTC区域运行。
如果运营管理部门规定,车载CBTC设备可以在运行于非CBTC区域时执行其他的ATP功能,如列车速度限制和/或零速检测。
4.5.3.3如果运营管理部门要求,在非CBTC区域运行的列车的车载CBTC设备与非完全兼容的轨旁设备有接口,除非运营管理部门要求的应用中车载和轨旁设备能通过轨旁和车载设备的集成来确保标准的CBTC操作,否则在任何情况下,在非CBTC区域运行时,车载CBTC设备应提供标准的CBTC运行指示。
4.5.4在非CBTC区域内的故障模式的列车运行
4.5.4.1除非指定在非CBTC区域运行时需要的ATP功能,否则车载CBTC设备的故障应对列车运行产生最小的影响。
4.5.4.2如果有司机操作的情况下,应该把产生的故障信息通知司机。
4.6进入/离开CBTC区域
4.6.1进入CBTC区域
4.6.1.1CBTC系统应确切的知道CBTC区域边界,并且具备在进入CBTC区域之前校准检验车载CBTC设备的能力。
4.6.1.2应在列车进入CBTC区域之前进行充分的检查以确保车载CBTC设备的正常工作(包括任何相关的轨旁CBTC设备),
4.6.1.2.1如果验证通过,会提供一个指示信息,在正常情况下并考虑ATP的限制,除非有特殊运营方面的原因,在进入CBTC区域时不必停车。
4.6.1.2.2如果验证失败,会提供一个CBTC系统故障的指示信息,列车运行就会重新依赖于轨旁辅助信号系统,如果没有轨旁辅助系统的话,就按照运行规则驾驶。
4.6.1.3验证信息会在ATS用户界面上显示,对于有人驾驶的列车,验证信息同样也会显示给司机。
4.6.2离开CBTC区域
4.6.2.1对于有司机的列车,在离开CBTC区域之前,CBTC系统可能会提供一个可视的指示信息(如当前距离开CBTC区域还有多少时间、距离)给司机,还可能会收到一个列车即将要切入的控制模式的指示信息。
4.6.2.2在正常情况下并考虑ATP的限制,除非有特殊运营方面的原因,在离开CBTC区域时不必停车。
4.7列车运行速度
4.7.1CBTC系统应当能够满足本标准所提的性能和功能需求,覆盖运营管理部门要求的可能的所有速度范围。
5.性能要求
5.1CBTC系统影响追踪间隔的因素
5.1.1正向或反向运行所要求的设计和追踪间隔应当由运营管理部门来指定,追踪间隔可以指定为无干扰的和/或有干扰的。
5.1.2在无干扰追踪间隔情况下,列车速度曲线不受前行列车影响,其最大允许速度取决与列车本身速度限制、加速度、制动能力;在给定停站时间的前提下,以无干扰追踪间隔运行得到最小的端到端的旅行时间。
5.1.3在有干扰追踪间隔情况下,追踪间隔可以缩短(代价是旅行时间增加),此时列车的速度曲线受前行列车的影响,列车在接近车站时会减速并以减小的速度进入车站区域。
5.1.4对于特定线路和特定车辆的设计,追踪间隔还受到很多其它非CBTC因素的影响(例如,轨道的走向、坡度、土建限速、列车加速度和制动率、停站时间、轨道末端的配置和司机的反应时间等)。
这些因素由运营管理部门在各线路的专用技术规格中指定
5.1.5本标准只是表述了影响可获得追踪间隔的CBTC因素,其中最重要的因素是:
5.1.5.1位置(包括列车车头车尾位置的测量精度以及列车接收到的移动授权的分辨率),还包括列车定位报告和移动授权更新的频率。
5.1.5.2速度,包括速度测量精度和在给定位置上列车接收到的速度限制的分辨率。
5.1.5.3通信延时,包括正常和最坏情况下车—地、地—车的命令/状态信息的传输时间(命令/状态信息包括:
例如,与移动授权更新和/或位置报告更新相关的信息)。
5.1.5.4CBTC设备的反应时间,包括各种模式下轨旁或车载设备的最大误差积累。
(CBTC设备反应时间包括:
例如,位置报告更新后建立移动授权命令需要的时间,移动授权更新后生成ATP曲线需要的时间)
5.1.5.5CBTC系统的性能限制(例如,CBTC系统在特定控制区域可以管理的最大列车数量)。
5.1.5.6CBTC自动速度管理算法。
5.2CBTC系统影响旅行时间的因素
5.2.1运营管理部门应该根据列车的性能和轨道的布置情况确定旅行时间要求。
5.2.2在固定的停站时间内,无干扰的追踪间隔速度曲线将导致最小端到端的旅行时间。
5.3系统安全性需求
5.3.1CBTC系统安全程序需求。
5.3.1.1应在CBTC系统的计划/设计阶段开始建立系统的安全程序,并贯穿系统的整个生命周期。
5.3.1.2CBTC系统的安全程序应以一种系统的方式确定和解决危险来避免事故,且在每个CBTC的应用中都应完善CBTC系统安全工作计划。
5.3.1.3CBTC安全工作计划的指定应与运营管理部门审批的要求一致。
5.3.1.4系统安全计划的执行必须配置特定的管理手册,并在上面指定与保持系统安全控制相关的软硬件配置。
5.3.2CBTC系统危害识别与风险评估过程。
5.3.2.1CBTC系统的设计阶段必须进行风险分析,以协助识别和评估风险,评定风险的可能性和严重性,并记录解决方案。
5.3.2.2每个新的CBTC系统项目都至少应做基本的风险分析。
5.3.2.3若系统使用CBTC系统安全工作计划,也应同事引入其他的细节分析,包括系统/子系统风险分析、故障模式、影响和破坏性分析、故障树分析和运营及支持的风险分析。
这些分析应得到运营管理部门的认可。
5.3.2.4CBTC系统安全计划的所有风险认定都应根据风险的严重性或风险的结果以及发生的可能性等进行评估。
这样的评估应当基本上与运营管理部门审批的类似标准一致。
5.3.2.5系统设计的重点是危险的消除,危险应该在设计过程中被解决。
5.3.2.6应监视解决危险的决策和策略的效果,以确保不会引入新的危险
5.3.2.7系统进行大的修改时,应进行分析以识别和解决新的危险。
5.3.2.8为实现6.1定义的ATP功能的过程中,CBTC系统至少应考虑以下危险:
5.3.2.8.1列车-列车冲撞(追尾、侧冲、迎面相撞):
应通过保证列车运行间隔(6.1.2),后退防护(6.1.4),列车分裂防护(6.1.6),进路联锁防护(6.1.11)和反向运行联锁防护(6.1.12)等方法来解决危害。
5.3.2.8.2列车与建筑物的碰撞:
应通过轨道末端防护(6.1.5)和限制进路防护(6.1.16)来解决危害。
5.3.2.8.3列车脱轨:
应通过超速防护(6.1.3),进路联锁防护(6.1.11)和断轨检测(如果运营管理部门指定)来解决危害。
5.3.2.8.4列车与高速公路车辆的碰撞:
应通过高速路口警示设备和CBTC接口(6.1.15)来解决危害。
5.3.2.8.5工作人员和工作车的风险:
应通过工作区域防护功能(6.1.13)来解决危害。
5.3.2.8.6与乘客安全相关的车门处于打开状态的列车移动的风险:
应通过CBTC系统与车门系统的接口(运营管理部门指定)提供开门联锁防护(6.1.8),零速检测功能(6.1.7)和发车联锁(6.1.9)来解决危害。
5.3.2.8.7列车应与轨道上物体相撞的风险:
应通过由运营管理部门指定的CBTC系统与入侵检测设备的接口(6.1.16)来解决危害。
5.3.3CBTC系统安全功能。
5.3.3.1为了消除或者控制那些通过5.3.2节中的风险评估程序判断认为不可接受的或者不希望的危害,以达到运营管理部门可接受的水平,CBTC系统至少应该包含在6.1节中定义的安全功能。
5.3.3.2CBTC系统的所有安全功能在设计和应用阶段都应符合安全-故障原则。
5.3.3.3每个CBTC系统都要求具备:
记录使用方法的文档,满足故障-安全原则的证明,满足5.3.4节要求的平均危险时间间隔要求等。
5.3.3.4应证明CBTC系统中以处理器为基础的部分满足IEEE1483-2000中的最小的系统安全要求。
5.3.4CBTC系统安全性能的定量要求。
5.3.4.1对于任意的CBTC系统应用,一列列车可以以最大允许速度在单向的线路上做一小时的商业运营,且连续安装的CBTC轨旁和车载设备应该有不小于109小时的MTBHE的计算值。
这包括在指定的高峰运营追踪间隔条件下,该单向相邻进路可容纳的最大列车数量。
5.3.4.2系统安全文档应支持这些计算,并证实使用的方法可以得到这个结果。
为了计算MTBHE,危险事件应包含5.3.2节中的所有危害事件。
5.3.4.3如果指定线路的端到端的运行时间大于1小时,则该线路的MTBHE需要按比例进行调整。
5.3.5CBTC系统安全设计原则:
5.3.5.1没有CBTC硬件故障时,正常传输系统的运行。
5.3.5.1.1当输入的数据,其他的操作和环境条件都在正常范围内时,CBTC系统应实施正确安全的ATP功能。
5.3.5.1.2在CBTC系统初始化所允许的状态和行为前,必须对已经具备这些状态和行为存在的条件进行验证,并且为了维持这些状态和行为,要进一步验证这些所需条件持续存在。
5.3.5.1.3系统安全不应依赖司机操作流程和行为的正确性。
5.3.5.1.4操作流程不应被当做是特定CBTC部件和设备既定的安全功能的代替品。
5.3.5.2没有CBTC硬件故障时,非正常运输系统的运行。
5.3.5.2.1在非正常的系统下载、非正常/不正确的输入和其他外部因素(像电气、机械和环境因素)的情况下,CBTC系统必须做出安全性反应。
5.3.5.3CBTC系统硬件故障响应。
5.3.5.3.1在可靠的硬件故障的情况下,CBTC系统应做出安全性反应。
5.3.5.3.2逻辑操作的错误执行或者逻辑输入、输出或者判决信息的缺失不应导致非安全状况出现,即:
系统安全不应依赖行为或逻辑判决事件。
5.3.5.3.3风险分析应考虑所有可靠地CBTC硬件故障模式,并为非可靠的可能故障模式提供解释。
5.3.5.3.4可靠地故障模式分为自显故障和非自显故障,其中不可信的单点CBTC硬件故障(自显故障或非自显故障)都会导致不安全状况;与一个或多个非自显故障结合的不可信CBTC硬件故障会导致不安全的状况;计算CBTCMTBHE的时候应考虑由不可信的自显故障的组合同时发生而引起的危急的甚至灾难性的危险的可能性。
5.3.5.4CBTC系统硬件故障恢复。
5.3.5.4.1CBTC系统自身的功能模块、轨旁辅助系统和/或操作过程的组合应为在故障情况下运行的列车提供安全保障,其中包括故障恢复。
5.4系统保障需求:
5.4.1系统可靠性、可用性和可维护性总体要求
5.4.1.1为清楚表述CBTC设备故障,应将故障分为以下类型:
(类型1)影响运输系统准时性的故障或故障组合;(类型2)不影响运输系统的准时性但导致其他特定CBTC功能失效的故障或者故障组合;(类型3)既不会影响运输系统的准时性也不会导致特定CBTC功能失效的故障或者故障组合。
5.4.1.2CBTC系统可用性需求(5.4.2)应包括类型1所有故障及故障恢复服务(MTTRS)。
5.4.1.3CBTC系统平均功能故障间隔时间(MTBFF)需求(5.4.3)应包括类型1和类型2的所有故障。
5.4.1.4CBTC系统平均故障间隔时间(MTBF)需求(5.4.3)应包含类型1、类型2和类型3的所有故障。
5.4.1.5系统的可靠性、系统的MTBFF和系统的MTBF传统上只考虑硬件因素,而测量系统的可获得的可用性、MTBFF和MTBF则应同时考虑软件错误(例如不执行特定功能的软件错误)和硬件错误。
5.4.1.6以下是在实际中的一般要求:
5.4.1.6.1器件和材料应经过选择,使用恰当的质量控制方法和测试程序,保证单个的CBTC设备具有最低的故障率(例如:
最大化硬件部分的MTBF);
5.4.1.1.2除非非冗余的设备能足够可靠地满足整个系统的可用性要求,否则应使用适当的设备冗余,以保证单个的器件、处理器或设备的故障不会导致CBTC系统的不可用或导致关键的运营功能失效(如最大化系统的MTBFF)。
5.4.1.1.3一个CBTC系统应包含降级的运营模式,使设备故障对运营的影响最小化,保证列车持续安全运行(如最大化系统的可用性)。
5.4.1.1.4通过使用本地或者远程的诊断功能和适当的操作维护程序使系统的停工时间或者是关键功能失效时间达到最小(比如最小化系统的平均修复时间MTTR)。
5.4.2系统可用性要求
5.4.2.1CBTC系统可用性的定性要求应该由运营管理部门在适当考虑CBTC系统和子系统故障影响运输系统操作的基础上指定,典型的CBTC系统可用性定义见附录F。
5.4.2.2根据运营管理部门的规定,在设备可靠性和可维护性计算、设备冗余和其他假设的基础上,应将系统可用性分析/建模方法应用到预估指定CBTC系统配置的系统可用性中。
5.4.2.3根据运营管理部门的规定,通过进行特定时间段和置信水平的系统可用
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