城市軌道交通信號系統(tǒng)的發(fā)展課件

8/10/202317/31/20231城市軌道交通信號

系統(tǒng)的發(fā)展8/10/20232城市軌道交通信號

系統(tǒng)的發(fā)展7/31/20232主要內(nèi)容城市軌道交通信號系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢1城市軌道交通信號系統(tǒng)選型2國產(chǎn)化城軌交通信號系統(tǒng)進(jìn)展情況38/10/20233主要內(nèi)容城市軌道交通信號系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢1城市軌道交通信號系1、城市軌道交通信號系統(tǒng)的發(fā)展趨勢信號系統(tǒng)是保障行車安全、提高運輸能力的關(guān)鍵技術(shù)裝備。城市軌道交通信號系統(tǒng)隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展。信號系統(tǒng)中，地面與車載設(shè)備的安全信息傳輸方式，大致經(jīng)歷了模擬軌道電路、數(shù)字軌道電路和無線通信3個階段。8/10/202341、城市軌道交通信號系統(tǒng)的發(fā)展趨勢信號系統(tǒng)是?；谀M軌道電路的ATC系統(tǒng)

軌道電路是將區(qū)間線路劃分為若干固定的區(qū)段，進(jìn)行列車占用檢查和向車載ATC設(shè)備傳送信息的載體。列車定位是以固定的軌道電路區(qū)段為單位，采用模擬軌道電路方式由地面向車載設(shè)備傳送10～20種信息，列車采用階梯式速度控制，稱之為固定閉塞。8/10/20235基于模擬軌道電路的ATC系統(tǒng)軌道電路是將區(qū)間

模擬軌道電路在我國應(yīng)用的代表產(chǎn)品有：從英國西屋引進(jìn)的FS22500無絕緣軌道電路(北京地鐵1號線、13號線)；從美國GRS公司引進(jìn)的無絕緣數(shù)字調(diào)幅軌道電路(上海地鐵1號線)。從系統(tǒng)整體角度來看，基于模擬軌道電路的ATC系統(tǒng)中各子系統(tǒng)處于分立狀態(tài)，技術(shù)水平明顯落后，維修工作量大，制約了列車運行速度和密度的進(jìn)一步提高，將逐步退出歷史舞臺。8/10/20236模擬軌道電路在我國應(yīng)用的代表產(chǎn)品有：從英國西屋基于數(shù)字軌道電路的ATC系統(tǒng)

數(shù)字軌道電路采用數(shù)字編碼方式，地面向車載設(shè)備傳送十位數(shù)字編碼信息，列車可實現(xiàn)一次模式曲線式安全防護(hù)，縮短了列車運行間隔，提高了舒適度。采用數(shù)字軌道電路的ATC系統(tǒng)，列車可實現(xiàn)一次模式曲線式安全防護(hù)，因此稱之為準(zhǔn)移動閉塞。8/10/20237基于數(shù)字軌道電路的ATC系統(tǒng)數(shù)字軌道電路采用數(shù)

數(shù)字軌道電路在我國應(yīng)用的代表產(chǎn)品有美國USSI公司的AF2904無絕緣數(shù)字軌道電路(上海地鐵2號線)；德國西門子公司的FTGS無絕緣數(shù)字軌道電路(廣州地鐵1、2號線,南京地鐵1號線等)。數(shù)字軌道電路的ATC系統(tǒng)采用微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)，延續(xù)了軌道電路故障-安全的特點，目前在我國和世界范圍內(nèi)開通運用較多，系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性得到了充分的驗證。

8/10/20238數(shù)字軌道電路在我國應(yīng)用的代表產(chǎn)品有美國USS但是數(shù)字軌道電路存在以下缺點：必須具備很強的抗干擾能力。軌道電路中ATC信息電流一般在幾十毫安至幾百毫安，而列車牽引回流最大可達(dá)4000A。受軌道電路特性限制，只能實現(xiàn)地面向列車的單向信息傳輸，信息量也只能到數(shù)十比特，限制了ATC系統(tǒng)的性能。8/10/20239但是數(shù)字軌道電路存在以下缺點：7/31/20239與牽引供電專業(yè)的設(shè)備安裝相互影響信號設(shè)備和牽引供電設(shè)備都需要安裝在軌道上，兩個專業(yè)設(shè)備的安裝必須相互協(xié)調(diào)，否則會相互影響對方系統(tǒng)的性能。無法進(jìn)行列車精確定位只能按軌道電路區(qū)段對列車進(jìn)行定位，一般區(qū)段長度為30～300m，對縮短列車運行間隔有一定的限制。8/10/202310與牽引供電專業(yè)的設(shè)備安裝相互影響7/31/202310基于通信的列車運行控制系統(tǒng)（CBTC）CBTC的特點是前、后列車都采用移動定位方式，通過安全數(shù)據(jù)傳輸，將前行列車的位置信息安全地傳遞給后續(xù)列車，可實現(xiàn)一次模式曲線式安全防護(hù)，并且其防護(hù)點能夠隨前車的移動而實時更新，有利于進(jìn)一步縮小行車間隔，提高運輸效率，稱之為移動閉塞。8/10/202311基于通信的列車運行控制系統(tǒng)（CBTC）CBT場強覆蓋均勻、適應(yīng)性強、電磁污染小

無線AP傳輸漏線電纜傳輸成本較高

優(yōu)點缺點安裝簡單,施工方便,成本低

無線場強分布不均勻

目前國內(nèi)主要采用的無線通信的傳輸方式采用沿著軌道方向的無線定向天線，傳輸距離可以達(dá)到200～400m。沿著同軸電纜的外部導(dǎo)體周期性或非周期性配置開槽口，信號在該電纜中傳輸?shù)耐瑫r，能把電磁能量的一部分，按要求從特殊開槽口以電磁波的形式放射到周圍的外部空間。8/10/202312場強覆蓋均勻、適應(yīng)性強、電磁污染小無線AP傳輸漏線電纜傳輸實現(xiàn)列車定位、車-地雙向傳輸

波導(dǎo)管傳輸感應(yīng)環(huán)線方式給線路的日常養(yǎng)護(hù)帶來不便優(yōu)點缺點傳輸頻帶寬、傳輸損耗小、可靠性高、抗干擾能力強

工藝復(fù)雜、受環(huán)境濕度影響較大波導(dǎo)管是一種雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線信號傳輸媒介。感應(yīng)環(huán)線方式是通過軌道鋪設(shè)交叉感應(yīng)環(huán)線來實現(xiàn)無線通信。8/10/202313實現(xiàn)列車定位、波導(dǎo)管傳輸感應(yīng)環(huán)線方式給線路的日常養(yǎng)護(hù)帶

我國已經(jīng)開通使用的廣州地鐵3號線采用加拿大阿爾卡特公司的SelTracMB系統(tǒng)，用感應(yīng)環(huán)線實現(xiàn)車-地信息雙向傳輸；北京地鐵10號線、廣州地鐵4號線采用德國西門子公司的TrainguardMT，用點式AP實現(xiàn)無線信息傳輸，北京地鐵2號線改造、機場線采用法國阿爾斯通公司的URBALISTM，用波導(dǎo)管和點式AP實現(xiàn)無線信息傳輸?，F(xiàn)在正在建設(shè)的項目(廣州地鐵5號線、廣佛線，上海地鐵6、7、8、9號線，北京地鐵4號線，沈陽地鐵1、2號線，成都地鐵1號線等)，都選擇了基于點式AP無線通信的CBTC系統(tǒng)，它已經(jīng)成為我國城市軌道交通信號系統(tǒng)選型的主流制式。8/10/202314我國已經(jīng)開通使用的廣州地鐵3號線采用加拿大阿

CBTC系統(tǒng)采用當(dāng)前先進(jìn)的計算機技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，不與牽引供電爭軌道，有利于牽引供電專業(yè)合理布置設(shè)備；不需要在軌道上安裝設(shè)備，易形成疏散通道。采用CBTC技術(shù)，具有多方面優(yōu)勢(提高效率、易于延伸線建設(shè)和改造升級)，可以充分利用國內(nèi)現(xiàn)有的信號產(chǎn)品和資源，易于實現(xiàn)國產(chǎn)化。其中具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的計算機聯(lián)鎖設(shè)備和ATS子系統(tǒng)已經(jīng)成功在現(xiàn)場開通使用。但目前CBTC系統(tǒng)的應(yīng)用在國際上還處于初期階段，國外廠商都在結(jié)合工程實踐不斷完善，開通投入商業(yè)運營的線路并不多，開通過程中主要存在以下技術(shù)瓶頸，需要在今后的研制和工程實施中加以解決。8/10/202315CBTC系統(tǒng)采用當(dāng)前先進(jìn)的計算機技術(shù)和信息傳輸

CBTC系統(tǒng)的列車定位和移動授權(quán)依賴無線信息傳輸，如果某列車或地面某點發(fā)生無線通信中斷或故障，就會失去對列車的定位，將對運營造成較大的影響，且故障處理將比原來的軌道電路系統(tǒng)復(fù)雜。世界上已進(jìn)行了近30年的CBTC系統(tǒng)研制，最大的技術(shù)瓶頸就是一旦發(fā)生通信故障時，如何保障行車安全和減小對運營的影響面問題。為此絕大多數(shù)采用CBTC系統(tǒng)的工程都配置了后備信號系統(tǒng)。8/10/202316CBTC系統(tǒng)的列車定位和移動授權(quán)依賴無一個成熟的信號系統(tǒng)應(yīng)該是以最簡潔的系統(tǒng)來實現(xiàn)全部功能，但移動閉塞CBTC系統(tǒng)由于尚處于發(fā)展初期，地鐵輕軌公司為保險起見，在選用移動閉塞CBTC系統(tǒng)的同時，增加后備模式，以確保移動閉塞一旦故障或未及時開通時先以后備模式保證列車能以站間閉塞的方式運行。后備模式的選用，可謂保險但不經(jīng)濟(jì)，且技術(shù)風(fēng)險(特別是自由無線傳輸)驟增。8/10/202317一個成熟的信號系統(tǒng)應(yīng)該是以最簡潔的系統(tǒng)來實現(xiàn)全選用移動閉塞CBTC最大的論據(jù)是提高運行效率，可縮短列車追蹤運行間隔，但是固定閉塞和準(zhǔn)移動閉塞，及移動閉塞的區(qū)間最小運行間隔分別為120s、100s和90s，而運行間隔的瓶頸是端站的折返時間。一般端站的折返時間長達(dá)幾分鐘，縮短折返時間的方法是改變折返方式或追加折返線路等，故即使達(dá)到小于90s的區(qū)間運行間隔，但折返效率即“一夫當(dāng)關(guān)”，前功盡棄。8/10/202318選用移動閉塞CBTC最大的論據(jù)是提高運行效率移動閉塞CBTC的特點是減少了軌旁設(shè)備，但列車與軌旁傳輸方式中如采用波導(dǎo)、漏纜或環(huán)線，這些設(shè)備不便于安裝，不便于工務(wù)部門對鋼軌的日常維修，且有些傳輸方式造成車-地通信效率較低等缺點。且移動閉塞CBTC由于采用了新的IT及軟件技術(shù)，給用戶維護(hù)帶來相應(yīng)困難，備品備件在開通后相當(dāng)長的時間依賴受制于國外供貨商，軟件的更新升級同樣取決于外方。8/10/202319移動閉塞CBTC的特點是減少了軌旁設(shè)備，但列移動閉塞CBTC的特點是縮短列車編組，高密度運行可以縮短站臺長度和端站尾軌長度，但是我國城市軌道建設(shè)的建設(shè)體制是先挖洞后配系統(tǒng)，因此，縮短站臺長度往往成為理論上的可行性探討，達(dá)不到縮短站臺和端站長度以降低工程造價的目的。相反，后備模式的配備又使造價遞升，而國產(chǎn)的準(zhǔn)移動閉塞的造價已降至進(jìn)口的60%左右，固定閉塞的性價比優(yōu)勢更為顯著。8/10/202320移動閉塞CBTC的特點是縮短列車編組，高密度除采用環(huán)線通信外，目前CBTC系統(tǒng)采用的IEEE802.11系列的WLAN標(biāo)準(zhǔn)是一個開放的無線頻段，該頻段不限制其他用戶使用，用戶較多時容易造成相互干擾，特別是在高架開放區(qū)段，抗外部干擾問題尤為重要。列車從地面的一個AP切換到另一個AP時信息傳輸會有中斷,存在一定程度的丟包現(xiàn)象,如何提高信息傳輸?shù)目煽啃砸泊芯俊?/10/202321除采用環(huán)線通信外，目前CBTC系統(tǒng)采用的IEEE2、城市軌道交通信號系統(tǒng)選型新建線路信號系統(tǒng)制式選擇①不宜再采用基于模擬軌道電路的ATC系統(tǒng)；②仍然可采用基于數(shù)字編碼軌道電路的ATC系統(tǒng)；③推薦采用基于通信的列車控制系統(tǒng)(CBTC)。8/10/2023222、城市軌道交通信號系統(tǒng)選型新建線路信號系統(tǒng)制式選擇①不宜再舊線改造信號系統(tǒng)模式

我國早期建設(shè)的運營線路(舊線)一般采用軌道電路方式的ATC系統(tǒng)，因此在信號系統(tǒng)改造時，推薦采用基于通信的列車控制系統(tǒng)(CBTC)方案。改造期間，無線通信的CBTC系統(tǒng)與既有的軌道電路互不影響，減少了改造的技術(shù)難度和工程管理難度。8/10/202323舊線改造信號系統(tǒng)模式我國早期建設(shè)的運營線路(3、國產(chǎn)化城軌交通信號系統(tǒng)進(jìn)展情況

國內(nèi)開發(fā)的城市軌道交