CBTC系统地面设备组成与原理培训课件(powerpoint 39页).ppt

1第四章第四章 列控地面设备（列控地面设备（4 4）CBTCCBTC系统地面设备组成与原理系统地面设备组成与原理第一页，编辑于星期日：九点 二十三分2列列控控系系统统地地面面设设备备装备机车信号的固定自动闭塞系统CTCS-2级列控系统城市轨道交通CBTCZPW-2000AZPW-2000A轨轨道道电电路路应应答器答器列控中心列控中心无无线闭线闭 塞中心塞中心地面地面ATPATP设备设备CTCS-3级列控系统第二页，编辑于星期日：九点 二十三分3p CBTC定义 基于通信的列车运行控制系统（Communication Based Train Control 简称 CBTC） 高分辨率列车安全定位、连续大容量双向的车-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 第三页，编辑于星期日：九点 二十三分 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行能力，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。

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、感应回线等第四页，编辑于星期日：九点 二十三分 CBTC相比传统 的铁路信号系统有如下特性： 不须繁杂的电缆 ，转而以无线通信系统代替，减少电缆铺设 及维护 成本 可以实现车辆 与控制中心的双向通信，大幅度提高了列车区间通过能力 信息传输流量大、效率高、速度快，容易实现移动自动闭塞系统 容易适应各种车型、不同车速、不同运量、不同牵引方式的列车，兼容性强 可以将信息分类传输 ，集中发送和集中处理，提高调度中心工作效率第五页，编辑于星期日：九点 二十三分3、CBTC的结结构图图第六页，编辑于星期日：九点 二十三分p CBTC设备组设备组 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) 数据存储单元(Data Saving Unit, DSU) 轨旁设备(Way side Equipment, WE) 数据通信系统(Data Communication System, DCS )一、系统原理与组成第七页，编辑于星期日：九点 二十三分。

8p基本原理 系统根据车载测速定位设备获知列车本身路上的位置，并由车载设备将列车位置、区段占用情况实时向ZC报告，同时联锁系统将线路信息包括信号显示、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，对列车的运行提供保护一、系统原理与组成第八页，编辑于星期日：九点 二十三分CBTC工作原理 CBTC系统是指通过无线通信的方式实现 列车和地面间连续 通信的列车控制系统系统的核心部分为轨 旁和车载 两部分 列车通过机车上的测速传感器和线路上的应答器来得到列车的实时 位置，应答器路的固定位置设置，列车每经过 一个应答器就会在数据库中查找其位置，从而得到列车的精确位置，列车的实时速度是通过测 速传感器获得的，速度对时间 的积分获得列车的相对位移，每经过 一个应答器的实际 位置加上相对该应 答器的相对位移就可以实时 的获得列车的准确位置VOBC将列车的准确位置通过WLAN发送给轨 旁设备 ，实现 列车对 地面设备 的通信 轨旁的核心设备是区域控制器ZC，它负责管理运行在其管辖范围内的所有列车第九页，编辑于星期日：九点 二十三分 ZC接收VOBC发送过来的列车位置、速度和运行方向信息，同时从联锁设备获 得列车进 路、道岔状态信息，从ATS接收临时 限速信息，在考虑其他一些障碍物的条件计算MA，并向列车发 送，告诉列车可以走多远、多快，从而保证列车间 的安全行车间 隔。

由于CBTC系统能够精确的知道列车的位置，“速度一距离模式曲线(Distance to go )”是其对列车的控制原则事实上，不管是CBTC系统还 是传统 意义上的由轨道电路完成列车控制的系统控车原则都很相似，只不过CBTC系统对 列车位置的把握准确度更高，对列车控制的准确度也会更高，基于轨道电路的系统，移动授权是轨道区段长若干倍，而CBTC系统，移动授权更精确正是CBTC系统能够更精确的控车，才有的缩短了列车追踪间隔，使运行效率大大提高第十页，编辑于星期日：九点 二十三分11一、系统组 成 ATS系统 ATS系统主要实现对 列车运行的监督和指挥，辅助调度任意对全线列车进行管理，ATS包括控制中心和车站设备 基本功能包括：列车识别 和跟踪、运行图管理、列车进 路办理、列车冲突管理、列车运行自动调 整、扣车、跳车、临时 限速等第十一页，编辑于星期日：九点 二十三分 联锁系统 轨道空闲处 理、进路控制、道岔控制和信号控制功能是CI子系统的主要功能进路控制功能负责 整条进路的排列、锁闭 、保持和解锁道岔控制功能负责 道岔的解锁、转换 、锁闭 和监督这些动作是对ATS子系统命令的响应信号控制功能负责监督轨道旁信号机的状态，并根据进路、轨道区段、道岔和其它轨旁信号机的状态来控制信号机。

它根据来自ATS的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 成第十二页，编辑于星期日：九点 二十三分13一、系统组 成 联锁 系统 传统联锁 系统CBTC联锁系统列车位置检查手段由轨道电路完成，联锁检查 GJ前节点的状态来判断某一区段的占用及出清状态联锁接收区域控制器（ZC）的列车位置信息，该信息由车载ATP通过无线或其他方式传输给 ZC；在后备模式下通过计轴 器来确定物理区段占用情况联锁逻辑检查要素检查进 路始、终端信号机及其状态多数情况下，联锁无需检查信号机条件；当线路中设置信号机时联锁检查 条件要依据信号机的位置分别处理，详细原则见下文检查进 路所包含的轨道区段状态，是否被征用、占用或空闲只需明确进路路径，不需要检查区段空闲状态检查待锁闭进 路的相关敌对进 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，只管理站内的进路及相关地面信号要素，车站以外的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；联锁区之间通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 2012年3期 第十三页，编辑于星期日：九点 二十三分。

VOBC子系统 在VOBC子系统中，列车的位置和运行方向信息在保证列车安全运行中作用重大，列车定位方式采用测速传感器和地面应答器相结合的方式实现 DCS数据通信系统 数据通信系统采用无线局域网WLAN技术，通过沿线设无线接入点(Access Point,AP)的方式实现 列车与地面之间不间断的数据通信一个AP点可以传输 几十千米的距离一、系统组成第十四页，编辑于星期日：九点 二十三分 DSU系统 城市轨道交通CBTC系统中，列车不是通过轨 道电路来定位的，是列车通过安装在车轮 上的测速传感器来实现 的，为了实现系统的调度和协调统 一，就要求列车和地面共用一个数据库要实现 整个数据库的管理就需要数据存储单 元DSU来实现 ，这个数据库存储了列车与地面的各种信息，其中有静态数据库，也有动态 数据库ZC功能的实现 就需要不断的调用数据库中的数据因此，数据库中数据的安全是很重要的，在CBTC系统中是通过冗余的方式来保证数据库中数据的安全一、系统组 成第十五页，编辑于星期日：九点 二十三分16一、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,安装在轨旁的地面ATP系统可以接收其控制范围内列车发出的所有位置信息。

根据轨道上障碍物的位置，向辖区内的所有列车提供行车许可 地面ATP系统的主要功能包括：对辖 区内所有运行列车的管理、生成行车许可、以及保证列车进 入和驶离管辖区域的运行安全等 第十六页，编辑于星期日：九点 二十三分17一、系统组成 所谓“障碍物”包括前行列车、关闭区域、失去位置表示的道岔，以及任何外部产生的因素如-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系统的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的交接第十七页，编辑于星期日：九点 二十三分18地面ATP系统与其它设备的信息交互图第十八页，编辑于星期日：九点 二十三分19地面ATP设备在对列车进行安全防护及生成MA过程中，需使用车载报告的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 造成位置误差的因素有：车-地通信延时、丢数等 地面ATP系统需根据列车参数及预估的通信延时对列车位置增加相应的包络，从而保证列车的安全经过安全包络处理后的列车位置称为列车的安全位置，列车汇报给地面ATP系统的列车位置称为列车的非安全位置地面ATP设备功能原理列车安全定位第十九页，编辑于星期日：九点 二十三分。

20计算列车安全位置要考虑哪些因素：测距误差位置汇报的生存周期 列车最大速度 列车加速度 倒溜限制地面ATP设备功能原理列车安全位置第二十页，编辑于星期日：九点 二十三分21地面ATP设备在生成MA的过程中，会处理到各种障碍物，从中选取符合条件的能够作为列车当前运行终点的终点障碍物终点障碍物既有可能是静态障碍物，例如道岔，进路终点等；也有可能是动态障碍物，例如前方列车等列车的行车许可会有规律地、周期性地重建经过安全包络处理后的列车位置称为列车的安全位置，列车汇报给地面ATP系统的列车位置称为列车的非安全位置地面ATP设备功能原理生成行车许可第二十一页，编辑于星期日：九点 二十三分22 （1）列车运行在地面ATP系统的管辖范围内，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根据这些信息，计算产生列车的安全位置，如下图所示： （2）地面ATP根据计算生成的列车安全位置，确定列车路上的位置行车许可计算过程生成行车许可获得当前列车位置第二十二页，编辑于星期日：九点 二十三分23 （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的进路信息。

（4）确定行车许可的计算范围地面ATP接收到联锁的进路信息、障碍物信息，根据列车路上的位置信息，确定列车当前能够使用的进路范围 如下图所示，列车运行在进路R1上，进路R2、R3均已排列，地面ATP通过线路上列车运行情况及信号机的接近区段情况判断该车为最接近进路R2和R3的受控制的列车，将进路R1、R2、R3均分配给该列车使用，这样就确定了为该列车计算行车许可需要考虑的范围行车许可计算过程生成行车许可采集障碍物信息第二十三页，编辑于星期日：九点 二十三分24 （5）确定该列车MA需考虑的范围后，MA计算所需考虑的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，线路上静态存在的可能影响列车运行的障碍物（包括道岔、安全门、站台紧急关闭按钮等）；另一类为动态障碍物，路上运行的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，在按照从近到远的顺序遍历障碍物后，如果在进路中没找到影响列车运行安全的障碍物，将行车许可的终点设置在分配给该车的最远进路的终点，同时将行车许可范围中的所有。