CBTC系统资料.doc

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CBTC系统资料

一.移动闭塞系统工作原理和特点

上面我们介绍的是以轨道电路为传输信道，以传输“目标速度”为主要内容的ATC系统，这是当前我国列车自动控制系统的主要模式，从闭塞的概念分析，它们都可以归属于“准移动闭塞”的范畴，后续列车与先行列车之间的行车间隔都与闭塞分区的划分有关，也就是说，后续列车与先行列车不可能运行在在同一个闭塞分区，后续列车必须保证在先行列车所占用的闭塞分区的分界点前停车。

如图33所示。

图33.不同闭塞制式的列车运行间隔示意图

图中所示速度码制式的图例，可以对应于音频无绝缘轨道电路的ATC系统；准移动闭塞的图例可以对应于目标速度制式的ATC系统，这些制式下为了缩短行车间隔，必须缩小轨道区段的长度，当然要增加轨道电路的硬件设备；对于不同列车编组的运行线路，更是难以实现。

移动闭塞（Movingblock）是缩小行车间隔，提高行车效率的有效途径，其列车运行的安全保证，不再依赖轨道电路的划分，而基于列车与地面的双向通信，如图33所示，使后续列车与先行列车之间始终保持制动距离，加上动态安全保护距离。

移动闭塞系统相比现有的ATC系统主要有以下特点：

1、可以缩小列车之间的行车间隔；

2、车－地之间的信息交换，不再依赖于轨道电路；

3、车辆控制中心掌握在线运行各次列车的精确位置和速度；

4、列车与控制中心之间保持不间断地双向通信；

5、不同编组（不同长度）的列车，可以以最高的密度，运行于同一线路；

6、ATC系统，从一个以硬件为基础的系统，向以软件为基础的系统演变。

基于通信的列车运行控制系统（Communication-BasedTrainControl—简称CBTC系统）,便是支持移动闭塞的列车运行控制系统，它不仅适用于新建的各种城市轨道交通，也适用于旧线改造、不同编组运行以及不同线路的跨线运行。

近年来，随着通信技术的发展，尤其是无线通信、计算机网络技术和数字信号处理技术的迅速发展，信号系统的冗余、容错技术完善，在信号这个传统领域为CBTC的发展奠定了基础，CBTC系统已逐渐被信号界所认可，基于感应环线通信的移动闭塞CBTC系统，在我国也已运用于城市轨道交通；而基于无线（Radio）通信虚拟闭塞的CBTC系统，已经在国外多个城市轨道交通中被采纳，我国某些大城市的城市轨道交通也已经决定选用这种制式。

下面我们先对基于感应环线通信的移动闭塞CBTC系统进行一些分析，然后对基于无线（Radio）通信虚拟闭塞的CBTC系统作些介绍。

二.基于感应环线通信的移动闭塞制式CBTC系统

移动闭塞系统在城市轨道交通中运用的前提，是实现列车与地面的双向实时通信，而双向通信的地面有线设备，目前主要有两种方式，一种是在全线敷设用于发送微波的波导管，这种制式的移动闭塞，已于2003年初，在国外的城市轨道交通中得到运用；另一种是利用敷设于全线的感应环线进行双向通信，这种制式的移动闭塞，在国外早已经得到运用，目前我国至少有两个城市的轨道交通，决定采用这种制式。

由于篇幅所限，尽可能结合国内的实际情况，这里主要介绍基于“感应环线”通信的移动闭塞CBTC系统。

移动闭塞原理示意图，如图34所示。

图34、移动闭塞原理示意图

（一）移动闭塞系统的基本构成

移动闭塞系统由系统管理中心（SMC）；车辆控制中心（VCC）；车载设备（VOBC）；车站控制器（STC）；感应环线通信系统设备；车场系统设备；车站发车指示器、站台紧急停车按钮、接口等设备组成。

如图所示，系统管理中心与车辆控制中心进行双向通信，完成对所有列车的自动监控；车辆控制中心与全线的列车进行不间断地双向通信，所有的列车将其所在的精确位置和运行速度，报告给车辆控制中心；车辆控制中心在完全掌握所有列车的精确位置、速度等信息的前提下，告知各列列车运行的目标停车点；列车接收车辆控制中心发来的目标停车点信息，车载计算机根据允许运行的距离、所在区段的线路条件及列车的性能等，不断地计算运行速度，自动地完成速度控制。

车辆控制中心还与车站联锁装置通信，完成列车进路的排列。

1、系统管理中心（SMC）的构成

系统管理中心，对系统进行全面的协调管理，完成所有的列车自动监控功能。

其设备设于运营控制中心（OCC），系统的软件/硬件都按模块化的原则设计。

其主要硬件部分包括：

（1）系统管理中心工作站。

除系统服务器外，还配置调度员工作站、调度长工作站、模拟显示工作站、系统维护工作站、运行图编辑工作站及车场监视工作站。

（2）运行图调整服务器（SRS）。

冗余的运行图调整服务器，通过系统管理中心I/O与车辆控制中心相连，以实现运行图调整服务器与车辆控制中心的通信，运行图调整服务器还与SCADA、时钟、无线等系统接口。

（3）数据日志服务器，冗余配置，它可以保留二个月以上的运行数据。

（4）网络通信设施。

包括：

系统管理中心的双局域网、冗余交换机、与光纤传输通道的冗余接入设施、与培训中心及综合维修基地连接的通信设施等。

（5）车站控制器紧急通路（SCEG），当车辆控制中心出现故障，不能对系统进行控制时，管理中心通过车站控制紧急通路，直接与车站控制器（STC）进行通信连接，实现对在线列车和轨旁设备的监控。

车站控制器紧急通路有紧急通路切换开关设备、协议转换单元（PCU）组成，每台协议转换单元可与两台车站控制器进行通信连接。

（6）系统管理中心I/O机架。

（7）投影模拟显示系统。

包括：

模拟显示控制工作站，及背投模拟显示屏。

还有车场系统管理中心工作站，综合维修基地监测工作站、仿真及培训远程终端设备等。

2、车辆控制中心（VCC）的构成

车辆控制中心，位于运营控制中心，它有以下主要部分构成：

（1）车辆控制中心的中央计算机。

中央计算机采取三取二的配置，它包括三台工业级计算机，以及相关的输入/输出接口；三个中央处理单元通过显示/键盘选择开关，来共享一个显示和键盘；还有通用接口盒、电缆分线盒等。

（2）车辆控制中心的I/O机架。

主要设备有：

多路复用输入设备；中央同步设备；电源、定时器、保险丝等。

（3）车辆控制中心的数据传输架。

（4）车辆控制中心的调度员终端。

（5）中央紧急停车按钮（CESB）。

它与车辆控制中心接口，当调度员按下该按钮，将封锁所有的轨道，而且所有的列车立即停车；当紧急停车按钮中插入钥匙后，才可以解除。

车辆控制中心还设有数据记录计算机、打印机等其他设备。

3、轨旁设备

轨旁设备，主要有车站控制器（STC）；感应环线通信系统；系统管理中心的车站工作站等设备。

（1）车站控制器，设于设备集中站，每个车站控制器都有一个道岔安全控制器，其中带冗余的双CPU固态联锁控制器，是车站控制器的核心单元。

车站控制器通过双共线调制解调链路与车辆控制中心通信，它有调制、解调器机架、接口盘、电源机架、预处理器及其机架等组成。

（2）感应环线通信系统，位于设备室和轨旁，它有以下设备组成：

馈电设备（FID）；入口馈电设备（EFID）；远端环线盒；感应环线电缆；支架等。

感应环线电缆由扭绞铜制线芯和绝缘防护层组成，环线敷设于轨道之间，每25米交叉一次。

（3）系统管理中心的车站工作站，由工业级计算机和接入设备组成，其接入光纤通信环网，实现与系统管理中心的远程通信。

它与车站控制器接口，实现车站的本地控制；还与旅客信息向导系统等设备接口。

轨旁设备还包括：

站台紧急停车按钮；站台发车指示器；车站现地控制盘；及信号机、转撤机等现场设备。

4、车载设备

ATC车载设备主要包括：

车载控制器（VOBC）及其外围设备。

（1）车载控制器，由电子单元（EU）、接口继电器单元（IRU）、供电单元等组成。

电子单元包括天线滤波器、高频接收器、数据接收器、数据发送器、高频发送器、定位计算机、双CPU处理单元、输出/输入端口、发送/接收卡、车辆识别卡、输出继电器、距离测量控制、转速表放大器等。

接口继电器单元包括：

继电器面板、滤波/防护模块、电子单元与接口继电器单元的互联电缆等。

（2）车载控制器的外围设备包括天线，（每个车载控制器设2个接收天线和2个发送天线）；速度传感器，每个车载控制器设二个速度传感器；司机显示盘（TOD），每列车设置两套。

（3）接口。

信号系统内部接口包括：

与信号监测子系统的接口；与电源子系统的接口；与模拟显示屏的接口；与发车指示器的接口；与中央紧急停车按钮的接口；与信号机、转辙机等继电器控制电路的接口；与车站现地控制盘及站台紧急停车按钮的接口；与车场的接口；人机接口；主系统内部间的接口等。

信号系统外部接口包括：

与无线通信系统的接口；与时钟系统的接口；与通信传输系统的接口；与旅客信息系统（包括车上）的接口；与车辆的接口；与车辆管理系统的接口；与电力SCADA系统、FAS系统、BAS系统等的接口等。

（二）系统功能

基于感应环线通信的移动闭塞系统，能实现90秒的最小运行间隔。

后续列车与前一列车的安全间隔距离，是根据列车当前的运行速度、制动曲线，以及列车在线路上的位置而动态计算出来。

由于列车位置的定位精度高，因此，后续列车可以在该线路区段，以最大允许速度，安全地接近前一列车最后一次确认的尾部位置，并与之保持安全制动距离，如图35所示。

图35.移动闭塞目标点示意图

该“安全距离”是指后续列车的指令停车点（目标点）与前一列车尾部位置之间的一个固定距离，它是以最不利情况发生时，仍能保证安全间隔为前提计算而得。

假如列车采用常用制动，列车可以停在目标点，当常用制动失效，实施紧急制动时，除了紧急制动所需时间外，必须增加系统作用时间和牵引停止到紧急制动启动的延时时间，这种情况下列车真正的停车点并不是目标点，而是远于目标点，但必须停在安全距离的范围内。

为了确保列车的安全运行，列车必须连续不断地接收目标点的更新信息，系统设定列车在3秒内，收不到信息，就判断为通信发生故障，迫使列车紧急停车，保证列车运行安全。

目标停车点的周期性前移，主要取决于前一列车向前移动，和其他限制被解除。

在车辆控制中心，接收来自列车和现场设备的输入报文，当确认输入报文有效后，才产生相应的指令报文。

系统管理中心对整个系统内的列车进路，及运行图/时刻表进行管理，并向负责联锁及道岔控制的车辆控制中心发出排列进路的请求，完成道岔联锁功能。

一旦车辆控制中心确认道岔已锁在规定位置，才允许列车通过该道岔。

在车辆控制层，车载控制器将确保列车的特定功能（如实施速度限制和车门控制等）的安全控制，均在车辆控制中心限制范围内，车载控制器对来自车辆控制中心的报文，校核其冗余性、一致性、合理性，然后解译，并执行该报文。

当然它只对该列车（地址）为报头的报文作出反应，如果报文不是特定选址某一列车，那么车载控制器只从该报文提取环线识别号。

以识别从一个环线段至下一个环线段的转换。

移动闭塞系统功能框图见图36所示。

1、管理层——系统管理中心（SMC）

系统管理中心，负责列车自动控制系统的全面管理。

它起着系统与中心调度员及系统其他用户间接口的作用，它除了监控和显示列车位置、调整列车运行、排列列车进路、实现停站时间控制等功能外，还具备以下功能：

调度列车投入运营（增加或减少投入运营的列车）；运行图/时刻表管理（包括时刻表的生成、指定和取消）；自动调整列车运行（调整列车速度和停站时间）；监测列车性能的状况并收集ATO数据；自动跟踪列车；监督列车位置、速度、运行方向；指挥列车操作和排列进路（联锁控制）；优化折返作业；列车及线路的报警等。

图36.移动闭塞系统功能框图

（1）系统管理中心的中央工作站：

①系统维护工作站

所有工作站都由系统维护工作站管理，也即系统维护工作站对网络中的计算机系统进行维护，该工作站主要监视SMC网络性能，进行记录和对整个系统进行诊断和维护。

②运行图/时刻表编辑工作站

运行图/时刻表编辑工作站，可以在离线情况下对运行图/时刻表进行编辑，完成的运