基于通信的列車控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中需注意的幾個(gè)問(wèn)題

1、城市軌道交通究研2006年基于通信的列車控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中需注意的幾個(gè)問(wèn)題劉會(huì)明(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院,300251,天津工程師)摘要根據(jù)上海軌道交通8號(hào)線的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對(duì)地鐵基于通信的列車控制(CBTC)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中需要注意的幾個(gè)具體問(wèn)題,如:輔助軌旁系統(tǒng)的選用、軌旁無(wú)線設(shè)備的安裝方式、軌旁無(wú)線接入點(diǎn)設(shè)備的供電方案、骨干通信網(wǎng)的選擇等進(jìn)行了討論,并給出了解決建議。關(guān)鍵詞基于通信的列車控制,工程設(shè)計(jì),軌旁系統(tǒng),軌旁無(wú)線設(shè)備中圖分類號(hào)U231+.6ProblemsintheDesignofCBTCSystemLiuHuimingAbstractBasedonTC(basedtraincontrol

2、inShanghaiurbanrailtransitLine8,theauthoranalyzesthecriticalissuesforthedesignandinstallationofCBTC,suchastheselectionoftheauxiliarytracksidesystems,theinstallationoftheaccesspoints,powersupplysolutionforAPs,themainnetworkse2lection,anddiscussessomepossiblesolutionsfortheseis2sues.Keywordscommunicat

3、ionbasedtraincontrol,designandinstallation,tracksidesystems,tracksideradiocommunica2tionequipmentAuthorsaddressThe3rdRailwaySurvey&DesignInstitu2te,300251,Tianjin,ChinaanceandFunctionalRequirementsIEEE1474.1-1999的3.1.6條中,對(duì)輔助軌旁系統(tǒng)作了如下定基于通信的列車控制(CBTC)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)理論研究到工程實(shí)踐,已是一種技術(shù)成熟的的列車控制系統(tǒng),近一二年在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用,

4、是地鐵列車控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。本文根據(jù)上海軌道交通8號(hào)線CBTC系統(tǒng)實(shí)施的一些經(jīng)驗(yàn),對(duì)CBTC系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中需要注意的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了討論。1輔助軌旁系統(tǒng)的選用在IEEE標(biāo)準(zhǔn)IEEEStandardforCommunica2tionBasedTrainControlsystem(CBTC)Perform248義“:一個(gè)備用的次級(jí)列車控制系統(tǒng),可以對(duì)未裝備CBTC的車載設(shè)備,或者是車載CBTC設(shè)備部分或全部失效的列車提供全部或部分的自動(dòng)列車防護(hù)功能。,也可提供斷軌。1.2條中,由業(yè)主決定是。在IEEE1474.1-是必須的,由業(yè)主根據(jù)實(shí)際需要選用。輔助軌旁系統(tǒng)在CBTC地面設(shè)備故障、CBTC車

5、載設(shè)備故障、未裝備車載信號(hào)的工程車,以及未裝備與本線系統(tǒng)兼容的車載信號(hào)的其他線路列車進(jìn)入正線時(shí)使用。這些應(yīng)用不是很頻繁,一般無(wú)追蹤間隔的要求。在國(guó)外某些無(wú)人駕駛線路上,由于所有列車裝備車載信號(hào)設(shè)備(包括工程車),無(wú)其他線列車進(jìn)入,且無(wú)人駕駛系統(tǒng)的設(shè)備可靠性較高,發(fā)生故障的概率小,因此可不考慮輔助軌旁系統(tǒng)。在國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段地鐵系統(tǒng)中,工程車一般不配置車載信號(hào);由于共用檢修車輛段的檢修設(shè)施,各線之間有晚間的列車轉(zhuǎn)線作業(yè);再加上信號(hào)設(shè)備維護(hù)水平、車輛及環(huán)境等多方面原因,車載設(shè)備發(fā)生故障的概率相對(duì)較高(每條線每年總有幾十起由于各種原因發(fā)生的車載設(shè)備故障導(dǎo)致列車退出運(yùn)營(yíng)的事件)。在這樣的情況下,若不設(shè)置任何

6、的輔助軌旁系統(tǒng),所有這些作業(yè)將全部由值班員人工保證安全。以工程車在正線作業(yè)為例,值班員首先辦理“進(jìn)路預(yù)留”,鎖閉某一段進(jìn)路供其使用;列車進(jìn)入正線后,控制中心及車站設(shè)備上無(wú)任何列車占用的表示,列車是否在區(qū)間、在何位置,均由值班員與司機(jī)、車站現(xiàn)場(chǎng)人員人工確認(rèn);進(jìn)路的解鎖需值班員人工確認(rèn)列車出清后,發(fā)布特殊命令解鎖進(jìn)路,設(shè)備不進(jìn)行任何防護(hù)。第5期案例研究能。確定采用何種輔助系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)何種功能,應(yīng)根據(jù)具體線路情況,從系統(tǒng)的安全性、系統(tǒng)構(gòu)成合理性和節(jié)約投資等方面綜合考慮。在上海軌道交通8號(hào)線中,由于CBTC本身的設(shè)備可靠性較高,軌旁輔助系統(tǒng)的應(yīng)用不是很頻繁,并且無(wú)追蹤效率方面的要求;同時(shí)從滿足運(yùn)營(yíng)要求、

7、節(jié)約工程投資、減少系統(tǒng)復(fù)雜程度、有利維修等方面綜合考慮,選擇計(jì)軸設(shè)備作為輔助軌旁系統(tǒng)。全線設(shè)計(jì)軸設(shè)備。圖1是計(jì)軸點(diǎn)布置示意圖?？傊?所有非CBTC的列車的安全完全由人工保證,若值班員疏忽,很容易發(fā)生事故?？梢娫趪?guó)內(nèi)目前的應(yīng)用中,配置輔助軌旁系統(tǒng)防護(hù)這些列車的安全是很必要的。輔助軌旁系統(tǒng)可以有不同的選擇,可實(shí)現(xiàn)不同層次的功能。可以采用完備的輔助軌旁系統(tǒng)(含車載設(shè)備),實(shí)現(xiàn)完整的聯(lián)鎖、列車自動(dòng)防護(hù)(ATP)甚至列車自動(dòng)運(yùn)行(ATO)功能;也可以選用簡(jiǎn)單的輔助列車定位設(shè)備,實(shí)現(xiàn)列車的定位和簡(jiǎn)單的聯(lián)鎖功圖1,(1)CBTC,與聯(lián)鎖及ATP功能;,但不影響CBTC系統(tǒng)的安全及效率;計(jì)軸設(shè)備的故障不影響C

8、BTC系統(tǒng)的性能。(2)CBTC車載設(shè)備發(fā)生故障失去列車位置時(shí),辦理人工進(jìn)路預(yù)留后,計(jì)軸設(shè)備投入使用,完成道岔區(qū)段鎖閉等功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)故障列車及后續(xù)列車的防護(hù)。故障列車占用區(qū)段可以在故障列車出清后立即自動(dòng)恢復(fù)至正常狀態(tài)。(3)完成對(duì)非運(yùn)營(yíng)時(shí)段的工程車的位置檢測(cè),完成道岔區(qū)段鎖閉、接近鎖閉等功能。(4)需要時(shí),為車站及控制中心值班員提供列車占用的表示。該方案滿足8號(hào)線的使用要求,提高了對(duì)故障列車及工程車防護(hù)的安全防護(hù)等級(jí),系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單,節(jié)約投資,是便于實(shí)施和可以接受的方案。其他線路可根據(jù)本線的具體需求考慮選擇何種軌旁輔助系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)何種功能。如可選擇實(shí)現(xiàn)站間閉塞功能、點(diǎn)式ATP功能甚至ATO功能等。

9、地下線一般安裝在隧道壁上,相對(duì)簡(jiǎn)單。高架地段的無(wú)線環(huán)境及安裝條件遠(yuǎn)比隧道內(nèi)復(fù)雜,若有可能,應(yīng)盡量使設(shè)備承包商提前介入,進(jìn)行無(wú)線測(cè)試等工作,確定天線安裝位置、高度等,并預(yù)留安裝基礎(chǔ)。但在工程實(shí)施中,高架橋梁進(jìn)行施工時(shí),一般還沒有選定承包商,不能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè),因此在設(shè)計(jì)階段,天線的安裝可考慮如下方式:(1)在采用架空接觸網(wǎng)的線路,盡量利用接觸網(wǎng)桿,天線可安裝在接觸網(wǎng)桿上。該方案的優(yōu)點(diǎn)是不必設(shè)置單獨(dú)的安裝物,不需與土建進(jìn)行協(xié)調(diào)。但是由于接觸網(wǎng)桿按3045m布置,無(wú)線天線的布置需要適應(yīng)接觸網(wǎng)桿的布置,可能會(huì)用更多的天線完成無(wú)線覆蓋,且需與安裝在接觸網(wǎng)桿上的其他設(shè)備進(jìn)行安裝位置的協(xié)調(diào)。(2)可利用聲屏障

10、基礎(chǔ)進(jìn)行安裝。在設(shè)計(jì)時(shí)需對(duì)聲屏障基礎(chǔ)提出荷載及安裝位置預(yù)留要求,對(duì)需要安裝天線的部位的基礎(chǔ)進(jìn)行加固,預(yù)留安裝條件,滿足安裝天線的要求。(3)無(wú)以上條件時(shí),只能采取單獨(dú)設(shè)置安裝桿的方式。該方式需注意與橋梁專業(yè)事先進(jìn)行協(xié)調(diào),請(qǐng)其考慮荷載及安裝桿的固定條件,并選用重量輕的天線,同時(shí)限制天線的安裝高度。以上安裝條件是對(duì)信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的限制,需在信號(hào)系統(tǒng)招標(biāo)時(shí)通知承包商,使其在投標(biāo)及系統(tǒng)設(shè)492無(wú)線設(shè)備安裝的一些考慮天線安裝的位置應(yīng)由承包商根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線勘測(cè)城市軌道交通究計(jì)階段有所考慮,合理計(jì)算軌旁設(shè)備的數(shù)量,避免不必要的麻煩。但最終的位置還應(yīng)根據(jù)勘測(cè)結(jié)果確定,采取適當(dāng)方式,滿足信號(hào)系統(tǒng)的要求。研2006年

11、統(tǒng)應(yīng)與此相差不多?？梢娺x用CBTC系統(tǒng)可以減少信號(hào)設(shè)備室的面積需求,在設(shè)計(jì)階段應(yīng)注意減小設(shè)備室面積。3軌旁無(wú)線接入點(diǎn)的供電軌旁的無(wú)線接入點(diǎn)(AP)分布在沿線,每個(gè)點(diǎn)均需要供電。供電的方案關(guān)系到整個(gè)CBTC系統(tǒng)的可靠性?？紤]其重要性,AP由信號(hào)電源屏直接供電,一般有兩種供電方案可供選擇:(1)星形結(jié)構(gòu),即每個(gè)AP點(diǎn)的電源均由車站信號(hào)電源分別引出,直接至信號(hào)設(shè)備的配線箱。該方案的優(yōu)點(diǎn)在于每個(gè)AP點(diǎn)都是單獨(dú)的供電回路,由于區(qū)間AP點(diǎn)的布置保證無(wú)線覆蓋的冗余,單個(gè)AP點(diǎn)的電源故障只影響一個(gè)AP點(diǎn)的工作,不影響整個(gè)CBTC系統(tǒng)的正常工作,且單路供電可檢測(cè)到AP電源故障并能及時(shí)修復(fù)。該方案的缺點(diǎn)是AP電源

12、的電纜使用較多。(2)區(qū)間若干AP點(diǎn)采用串行的供電方式,在每個(gè)AP點(diǎn)設(shè)電源轉(zhuǎn)接盒,為了提高可靠性路構(gòu)成環(huán)形,A的正常工作。,若發(fā)生第二點(diǎn)故障時(shí),則會(huì)影響若干AP的正常工作,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致CBTC系統(tǒng)癱瘓。比較兩種方案,方案1使用較多的電纜,但是單個(gè)故障只影響一個(gè)AP點(diǎn)的工作,能及時(shí)檢測(cè)和修復(fù)故障,且可以采用在更多的車站設(shè)置電源設(shè)備的方式節(jié)約電纜,平衡總的投資。上海軌道交通8號(hào)線采用了方案1的供電方式。若能解決單點(diǎn)故障檢測(cè)的問(wèn)題,方案2是更節(jié)約的方案。5骨干通信網(wǎng)的選擇CBTC系統(tǒng)對(duì)于通信網(wǎng)的需求較高。原來(lái)的設(shè)計(jì)中未對(duì)通信系統(tǒng)提出相應(yīng)的要求,通信設(shè)備不能提供相應(yīng)的通信通道供信號(hào)使用。在國(guó)內(nèi)的CBTC

13、應(yīng)用中,上海軌道交通8號(hào)線、北京地鐵2號(hào)線的信號(hào)系統(tǒng)均自行組網(wǎng),設(shè)置交換機(jī)和光纖,構(gòu)成信號(hào)系統(tǒng)的通信骨干網(wǎng)。信號(hào)系統(tǒng)獨(dú)立組成通信骨干網(wǎng)有如下優(yōu)點(diǎn):專用網(wǎng)絡(luò),根據(jù)信號(hào)系統(tǒng)需求設(shè)計(jì);與通信專業(yè)接口少,在施工及調(diào)試階段可不受通信系統(tǒng)的工程進(jìn)度影響,有利于工程實(shí)施;通信系統(tǒng)故障和維護(hù)不影響信號(hào)系統(tǒng)工作。:隨著,有可能出現(xiàn)控制中(可能十幾公里)的情況,信號(hào)自行、中繼設(shè)備設(shè)置及維護(hù)等諸多問(wèn)題;投資高,維護(hù)成本高。從現(xiàn)階段看,信號(hào)系統(tǒng)設(shè)置專用骨干通信網(wǎng)可以方便CBTC系統(tǒng)的實(shí)施;從長(zhǎng)遠(yuǎn)看,隨著CBTC系統(tǒng)的日益成熟,應(yīng)研究利用通信提供的通信通道,完成信號(hào)系統(tǒng)正線至控制中心或正線車站之間的信息傳輸。CBTC系統(tǒng)是新型的列車控制系統(tǒng),實(shí)施經(jīng)驗(yàn)較少,以上幾點(diǎn)是筆者實(shí)施項(xiàng)目過(guò)程中的一些考慮,希望對(duì)同行有所幫助。相信隨著更多CBTC項(xiàng)目的實(shí)施,CBTC工程方面的問(wèn)題會(huì)得到更多的暴露并得到解決,CBTC系統(tǒng)會(huì)更加完善。4設(shè)備室面積的選擇CBTC的室內(nèi)設(shè)備較軌道電路系統(tǒng)要少,根據(jù)Alcatel的無(wú)線CBTC(SelTrac40DA)在上海軌道交參考文獻(xiàn)1GB50157-2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范S.2IEEE1474.1-1999IEEEStandardforCommunicationBasedTrainControlSystemPerforma