機械畢業(yè)設(shè)計919基于無線通信技術(shù)的CBTC信號系統(tǒng).pdf

第 卷第 期年 月上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報文章編號 ：（）收稿日期 ：作者簡介 ：湯璐詰 （），男 ，在讀碩士 ，研究方向為控制工程 ：基于無線通信技術(shù)的信號系統(tǒng)湯璐詰，錢劍敏，梁鑒如（上海軌道交通維護保障中心通號公司，上海；東華大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，上海；上海工程技術(shù)大學(xué) 電子電氣工程學(xué)院，上海）摘要 ：介紹了基于通信的列車控制 （）信號系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu) ，對法國泰雷茲 （）公司的信號系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點進行了分析研究表明 ：當信號系統(tǒng)通信丟失后 ，主要子系統(tǒng)處理機制充分體現(xiàn)了信號系統(tǒng)故障導(dǎo)向安全的原則關(guān)鍵詞 ：基于通信的列車控制 ；地鐵自動控制 ；通信丟失中圖分類號 ：文獻標志碼 ：，（，；，；，）：，：（）；移動閉塞是基于通信的列車控制（，）信號系統(tǒng)該系統(tǒng)不依靠軌道電路向列車車載設(shè)備傳遞信息 ，而是利用通信技術(shù)實現(xiàn) “車地通信 ”，并實時地傳遞 “列車定位 ”信息通過車載設(shè)備 、軌旁通信設(shè)備 ，實現(xiàn)列車與車站 、控制中心之間的信息交換 ，完成列車控制系統(tǒng)通過軌旁無線接入單元（，）建立車地之間連續(xù) 、雙向 、高速的通信 ，使列車運營過程中的命令和狀態(tài)可以在車輛和地面之間進行實時可靠的交換 ，并確定列車的準確位置及列車間的相對距離 ，保證列車的安全間隔移動閉塞技術(shù)是通過車載設(shè)備和軌旁設(shè)備不間斷地雙向通信來實現(xiàn)的列車不間斷地向控制中心傳輸其標識 、位置 、方向和速度等信息 ，控制中心根據(jù)列車實時的速度和位置動態(tài)計算列車的最大制動距離列車的長度加上最大制動距離 ，再加上列車后方一定的防護距離 ，便組成了一個與列車同步移動的虛擬分區(qū)由于保證了列車前后的安全距離 ，兩個相鄰的移動閉塞分區(qū)就能以很小的間隔同時前進 ，這使列車能以較高的速度和較小的間隔運行 ，從而提高運營效率上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報 第 卷信號系統(tǒng)架構(gòu)信號系統(tǒng)一般由部分組成 ：）列 車 自 動 監(jiān) 控 系 統(tǒng) （，）是一個非安全子系統(tǒng) ，它為控制中心值班員提供人機接口 ，在線路顯示屏上顯示列車的具體位置同時 ，將接口軟件發(fā)送的列車進路請求提供給區(qū)域控制器 （，）冗余結(jié)構(gòu)的可實現(xiàn)與所有列車運行控制子系統(tǒng)的通信 ，用于傳輸命令 ，精確地排列列車進路及監(jiān)督子系統(tǒng)狀況）區(qū)域控制器由 移 動 授 權(quán) 單 元 （，）和 微 機 聯(lián) 鎖 （，）系統(tǒng)組成通過運行的移動閉塞概念 ，確保列車的安全運行基于已知的障礙地點和預(yù)計的交通荷載 ，確定其控制區(qū)域內(nèi)所有列車的移動權(quán)限每個均采用取的冗余配置 ，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定）車載控制器 （，）與列車是一一對應(yīng)的它通過速度傳感器的輸入 ，測量信標間的距離以及從已檢測到的信 標 開 始 的 行 駛 距 離 ，實 現(xiàn) 列 車 自 動 保 護（，）和列車自動運行 （，）的功能數(shù)據(jù)庫中包括所有相關(guān)的軌道信息 ，例如信標位置 、車站停車點 、坡度 、土建限速 、道岔位置和信號機位置等與采取同樣的取的冗余配置 ，加強 車 載 系 統(tǒng) 的 穩(wěn) 定 性列 車 操 作 顯 示 （，）為司機提供了連接與的接口 ，顯示的信息包括最大允許速度 、即時速度 、到站距離 、列車運行模式和系統(tǒng)出錯信息等） 數(shù) 據(jù) 通 信 系 統(tǒng) （，）傳送的是安全控制信息 ，但它本身不是一個安全系統(tǒng)與相連的任何兩個節(jié)點之間 ，可以互相通信系統(tǒng)采用開放的國際標準 ：以（以太網(wǎng) ）作為列車控制子系統(tǒng)間的接口標準 ，以作為無線通信接口標準 ，這兩個標準均支持互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 （）公司信號系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)介紹公司的信號系統(tǒng)可以在兩種模式下運行 ：模式和后備模式在模式下 ，從接收進路請求隨后從列車報告的位置開始為列車計算所請求進路上的移動授權(quán) ，即移動授權(quán)限制 （，） 或 者 人 工 列 車 授 權(quán)（，），并延伸至所請求進路上最近的障礙點如果進路包含道岔區(qū)域 ，將請求一條通過聯(lián)鎖區(qū)域的進路只有當報告該進路已經(jīng)授權(quán)以后 ，才將延伸至該進路當確定一列受控列車的移動授權(quán)可以通過一個信號機時 ，會向發(fā)送一個信號允許命令遵照的命令去驅(qū)動信號機點亮綠燈 ，這在固定閉塞原理中 ，也許會因為兩列車未滿足雙紅燈保護原理而導(dǎo)致該信號機無法開放綠燈通過信息確認區(qū)域里所有列車的確切位置 ，并利用列車的確切位置以及系統(tǒng)所獲取的信息 ，確定延伸列車的移動授權(quán)的時間 ，以便保證移動授權(quán)中的信號機安全可靠列車可以在受控模式 、列車自動防護人工模式 （，）下運行 ，利用建立停車點 ，運行過程應(yīng)用移動閉塞原理系統(tǒng)特點公司信號系統(tǒng)的大特性 ：）移動閉塞列車控制通過與所有設(shè)備不間斷的通信來確定列車的移動授權(quán) ，并實現(xiàn)移動閉塞列車控制 ，后續(xù)列車的移動授權(quán)也將根據(jù)前車的速度以及各種設(shè)備的狀態(tài)時時變化）雙向運營系統(tǒng)利用管理提供安全的雙向運營 ，并支持到實體站臺 、虛擬站臺和信號機的進路）通過本地工作站運營的能力在中央調(diào)度服務(wù)器 （，）故障的情況下 ，本地不需操作員干預(yù) ，將自動分配運行線本地操作員可以承擔區(qū)域控制 ，可以更改進路以及對軌旁發(fā)命令）計軸區(qū)段 （，）故障下的運營能力功能的引入 ，可以使系統(tǒng)在一些故障情況下維持運營這些故障第 期 湯璐詰 ，等 ：基于無線通信技術(shù)的 信號系統(tǒng)包括 ：相鄰區(qū)段不被占用時的受擾 ；區(qū)域邊界的受擾 ；受擾且相鄰區(qū)段里只有通信列車）列車往返運營及列車線路變更在軌道被阻塞的情況下 ，支持兩地之間的往返運營 （包括雙向運營 ）不可用時后備系統(tǒng)的可用性在不可用的情況下 ，向發(fā)送進路請求 ，基于固定閉塞原則設(shè)置進路以及開放信號列車按照建立的進路 ，在軌道信號防護（，）模式下運行圖 系統(tǒng)架構(gòu)圖通信丟失信號系統(tǒng)是基于通信的列車控制信號系統(tǒng) ，各子系統(tǒng)之間良好的通信是系統(tǒng)正常工作的保障由于各設(shè)備的冗余性 ，單個部件的故障不會導(dǎo)致與的通信丟失 ，多個部件故障才可能導(dǎo)致通信的丟失例如設(shè)備集中站中的兩塊主處理單元 （，）板宕機故障 ；的兩塊板宕機故障 ；兩個相鄰的故障 ；一列列車的兩個移動無線電單元 （，）故障等當與通信丟失時 ，從層面看 ，就等同于一個故障 ；而在層面 ，就等同于一個故障處理機制當故障引起列車與地面通信故障時 ，即檢測到與通信故障時 ，時間內(nèi)不會作任何反應(yīng) ，時間后會命令列車施加常用制動使列車減速 ，并設(shè)置最近的地點為列車的緊急停車點 ，如下一車站的進站停車點 ，下一連鎖信號機 、通信丟失停車點 （該停車點根據(jù)司機的反應(yīng)時間 、列車的速度建立 ）等停車點如果通信在（含之前的）時間內(nèi)恢復(fù) ，將命令列車加速 ，繼續(xù)前進速度曲線如圖所示圖 速度曲線如果通信在（含之前的）時間內(nèi)沒有恢復(fù) ，會判定其最后接收到的無效 ，列車移動授權(quán)設(shè)置為，命令列車施加緊急制動 （，）上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報 第 卷處理機制后 ，將列車變?yōu)榉峭ㄐ帕熊?（，），如圖所示此時 ，在界面上列車名字顯示為紅底白字若列車分配有進路 ，則列車前方的信號機將變?yōu)榻剐?號 機 （紅 燈 信 號 機 ），進 路 自 動 變 為進路中央調(diào)度員不需要重新給列車排列進路 ，會保留原有的進路請求 ，根據(jù)列車的模式計算合適的授權(quán)圖 非通信列車如果在（含之前的）內(nèi)通信恢復(fù) ，緩解后 ，列車可繼續(xù)正常行駛 ；如果在（含之前的）內(nèi)通信沒有恢復(fù) ，在通信開始丟失后 ，刪除界面上的列車圖標 ，列車所占用的計 軸 區(qū) 段 ，變 成 一 個 非 通 信 障 礙 物 （，），如圖所示此時界面上列車名仍顯示為紅底白字 ，所占用計軸區(qū)段下會多出一條湖藍色色帶之后 ，列車在中央調(diào)度員授權(quán)下 ，可以轉(zhuǎn)換至限制人工向前（，）模式運行當滿足模式的轉(zhuǎn)換條件后 ，列車可以轉(zhuǎn)換至模式運行根據(jù)固定閉塞的雙紅燈防護原則 ，重新命令滿足條件的信號機變?yōu)樵试S信號機（綠 白燈信號機 ）圖 非通信障礙物結(jié)語地鐵運營情況是錯綜復(fù)雜的 ，只有一套穩(wěn)定 、高效 ，且具有極強抗故障能力 （抗故障能力包括預(yù)防 故障的能力和故障發(fā)生后系統(tǒng)處理機制的合理性 ）的 信 號 系 統(tǒng) ，才 能 滿 足 市 場 的 需 求法 國公司研發(fā)的信號系統(tǒng)在總體設(shè)計中兼顧了較強的抗故障能力在系統(tǒng)設(shè)計過程中 ，無論是信號系統(tǒng)后備模式的采用 ，還是各子系統(tǒng)設(shè)備的冗余設(shè)計 （針對不同類型設(shè)備的不同特性 ，分別采用了雙機熱備 、取和取等種不同類型的冗余設(shè)計 ），以及在故障發(fā)生后系統(tǒng)的處理機制 ，均符合信號系統(tǒng)故障導(dǎo)向安全的原則 ，旨在確保白天運營時 ，軌旁設(shè)備和車載設(shè)備的正常穩(wěn)定 ，降低故障發(fā)生率由于故障的發(fā)生是不可避免的 ，即便系統(tǒng)發(fā)生故障 ，該系統(tǒng)也會運用合理的故障處理機制 ，將故障發(fā)生后對運營的影響降至最小 ，確保營運列車的安全和乘客的安全參考文獻 ：王晶 城市軌道交通列車自動防護系統(tǒng)建模與仿真實現(xiàn) 北京 ：北京交通大學(xué) ，（）：，：朱翔 實現(xiàn)基于通信的列車控制互聯(lián)互通的若干思考 城市軌道交通研究 ，（）：郜春海 基于通信的軌道交通列車運行控制系統(tǒng)現(xiàn)代城市軌道交通，（）：周潔 ，陳衡 ，移動閉塞的原理 、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能 城市軌道交通研究 ，（）：楊艷成 基于 的列車自動防護系統(tǒng) （）建模與仿真 北京 ：北京交通大學(xué) ，何林娜 ，應(yīng)子雯 城軌 系統(tǒng)中