城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展課件

9/2/202318/3/20231城市軌道交通信號(hào)

系統(tǒng)的發(fā)展9/2/20232城市軌道交通信號(hào)

系統(tǒng)的發(fā)展8/3/20232主要內(nèi)容城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)1城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)選型2國(guó)產(chǎn)化城軌交通信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)展情況39/2/20233主要內(nèi)容城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)1城市軌道交通信號(hào)系1、城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)信號(hào)系統(tǒng)是保障行車安全、提高運(yùn)輸能力的關(guān)鍵技術(shù)裝備。城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展。信號(hào)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(gè)階段。9/2/202341、城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)信號(hào)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。9/2/20235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(guó)應(yīng)用的代表產(chǎn)品有：從英國(guó)西屋引進(jìn)的FS22500無絕緣軌道電路(北京地鐵1號(hào)線、13號(hào)線)；從美國(guó)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(hào)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(yùn)行速度和密度的進(jìn)一步提高，將逐步退出歷史舞臺(tái)。9/2/20236模擬軌道電路在我國(guó)應(yīng)用的代表產(chǎn)品有：從英國(guó)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(shí)現(xiàn)一次模式曲線式安全防護(hù)，縮短了列車運(yùn)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(shí)現(xiàn)一次模式曲線式安全防護(hù)，因此稱之為準(zhǔn)移動(dòng)閉塞。9/2/20237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(guó)應(yīng)用的代表產(chǎn)品有美國(guó)USSI公司的AF2904無絕緣數(shù)字軌道電路(上海地鐵2號(hào)線)；德國(guó)西門子公司的FTGS無絕緣數(shù)字軌道電路(廣州地鐵1、2號(hào)線,南京地鐵1號(hào)線等)。數(shù)字軌道電路的ATC系統(tǒng)采用微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(diǎn)，目前在我國(guó)和世界范圍內(nèi)開通運(yùn)用較多，系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性得到了充分的驗(yàn)證。

9/2/20238數(shù)字軌道電路在我國(guó)應(yīng)用的代表產(chǎn)品有美國(guó)USS但是數(shù)字軌道電路存在以下缺點(diǎn)：必須具備很強(qiáng)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(shí)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。9/2/20239但是數(shù)字軌道電路存在以下缺點(diǎn)：8/3/20239與牽引供電專業(yè)的設(shè)備安裝相互影響信號(hào)設(shè)備和牽引供電設(shè)備都需要安裝在軌道上，兩個(gè)專業(yè)設(shè)備的安裝必須相互協(xié)調(diào)，否則會(huì)相互影響對(duì)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(duì)列車進(jìn)行定位，一般區(qū)段長(zhǎng)度為30～300m，對(duì)縮短列車運(yùn)行間隔有一定的限制。9/2/202310與牽引供電專業(yè)的設(shè)備安裝相互影響8/3/202310基于通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（CBTC）CBTC的特點(diǎn)是前、后列車都采用移動(dòng)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(shí)現(xiàn)一次模式曲線式安全防護(hù)，并且其防護(hù)點(diǎn)能夠隨前車的移動(dòng)而實(shí)時(shí)更新，有利于進(jìn)一步縮小行車間隔，提高運(yùn)輸效率，稱之為移動(dòng)閉塞。9/2/202311基于通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（CBTC）CBT場(chǎng)強(qiáng)覆蓋均勻、適應(yīng)性強(qiáng)、電磁污染小

無線AP傳輸漏線電纜傳輸成本較高

優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)安裝簡(jiǎn)單,施工方便,成本低

無線場(chǎng)強(qiáng)分布不均勻

目前國(guó)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(hào)在該電纜中傳輸?shù)耐瑫r(shí)，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。9/2/202312場(chǎng)強(qiáng)覆蓋均勻、適應(yīng)性強(qiáng)、電磁污染小無線AP傳輸漏線電纜傳輸實(shí)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(diǎn)缺點(diǎn)傳輸頻帶寬、傳輸損耗小、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)

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(hào)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(shí)現(xiàn)無線通信。9/2/202313實(shí)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(guó)已經(jīng)開通使用的廣州地鐵3號(hào)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(shí)現(xiàn)車-地信息雙向傳輸；北京地鐵10號(hào)線、廣州地鐵4號(hào)線采用德國(guó)西門子公司的TrainguardMT，用點(diǎn)式AP實(shí)現(xiàn)無線信息傳輸，北京地鐵2號(hào)線改造、機(jī)場(chǎng)線采用法國(guó)阿爾斯通公司的URBALISTM，用波導(dǎo)管和點(diǎn)式AP實(shí)現(xiàn)無線信息傳輸?，F(xiàn)在正在建設(shè)的項(xiàng)目(廣州地鐵5號(hào)線、廣佛線，上海地鐵6、7、8、9號(hào)線，北京地鐵4號(hào)線，沈陽地鐵1、2號(hào)線，成都地鐵1號(hào)線等)，都選擇了基于點(diǎn)式AP無線通信的CBTC系統(tǒng)，它已經(jīng)成為我國(guó)城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)選型的主流制式。9/2/202314我國(guó)已經(jīng)開通使用的廣州地鐵3號(hào)線采用加拿大阿

CBTC系統(tǒng)采用當(dāng)前先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，不與牽引供電爭(zhēng)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(shì)(提高效率、易于延伸線建設(shè)和改造升級(jí))，可以充分利用國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的信號(hào)產(chǎn)品和資源，易于實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。其中具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備和ATS子系統(tǒng)已經(jīng)成功在現(xiàn)場(chǎng)開通使用。但目前CBTC系統(tǒng)的應(yīng)用在國(guó)際上還處于初期階段，國(guó)外廠商都在結(jié)合工程實(shí)踐不斷完善，開通投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)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(shí)施中加以解決。9/2/202315CBTC系統(tǒng)采用當(dāng)前先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息傳輸

CBTC系統(tǒng)的列車定位和移動(dòng)授權(quán)依賴無線信息傳輸，如果某列車或地面某點(diǎn)發(fā)生無線通信中斷或故障，就會(huì)失去對(duì)列車的定位，將對(duì)運(yùn)營(yíng)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(shí)，如何保障行車安全和減小對(duì)運(yùn)營(yíng)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(hào)系統(tǒng)。9/2/202316CBTC系統(tǒng)的列車定位和移動(dòng)授權(quán)依賴無一個(gè)成熟的信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)該是以最簡(jiǎn)潔的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)全部功能，但移動(dòng)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(xiǎn)起見，在選用移動(dòng)閉塞CBTC系統(tǒng)的同時(shí)，增加后備模式，以確保移動(dòng)閉塞一旦故障或未及時(shí)開通時(shí)先以后備模式保證列車能以站間閉塞的方式運(yùn)行。后備模式的選用，可謂保險(xiǎn)但不經(jīng)濟(jì)，且技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)(特別是自由無線傳輸)驟增。9/2/202317一個(gè)成熟的信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)該是以最簡(jiǎn)潔的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)全選用移動(dòng)閉塞CBTC最大的論據(jù)是提高運(yùn)行效率，可縮短列車追蹤運(yùn)行間隔，但是固定閉塞和準(zhǔn)移動(dòng)閉塞，及移動(dòng)閉塞的區(qū)間最小運(yùn)行間隔分別為120s、100s和90s，而運(yùn)行間隔的瓶頸是端站的折返時(shí)間。一般端站的折返時(shí)間長(zhǎng)達(dá)幾分鐘，縮短折返時(shí)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(yùn)行間隔，但折返效率即“一夫當(dāng)關(guān)”，前功盡棄。9/2/202318選用移動(dòng)閉塞CBTC最大的論據(jù)是提高運(yùn)行效率移動(dòng)閉塞CBTC的特點(diǎn)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(duì)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(diǎn)。且移動(dòng)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(zhǎng)的時(shí)間依賴受制于國(guó)外供貨商，軟件的更新升級(jí)同樣取決于外方。9/2/202319移動(dòng)閉塞CBTC的特點(diǎn)是減少了軌旁設(shè)備，但列移動(dòng)閉塞CBTC的特點(diǎn)是縮短列車編組，高密度運(yùn)行可以縮短站臺(tái)長(zhǎng)度和端站尾軌長(zhǎng)度，但是我國(guó)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(tái)長(zhǎng)度往往成為理論上的可行性探討，達(dá)不到縮短站臺(tái)和端站長(zhǎng)度以降低工程造價(jià)的目的。相反，后備模式的配備又使造價(jià)遞升，而國(guó)產(chǎn)的準(zhǔn)移動(dòng)閉塞的造價(jià)已降至進(jìn)口的60%左右，固定閉塞的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)更為顯著。9/2/202320移動(dòng)閉塞CBTC的特點(diǎn)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(gè)開放的無線頻段，該頻段不限制其他用戶使用，用戶較多時(shí)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(gè)AP切換到另一個(gè)AP時(shí)信息傳輸會(huì)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?/2/202321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(hào)系統(tǒng)選型新建線路信號(hào)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)。9/2/2023222、城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)選型新建線路信號(hào)系統(tǒng)制式選擇①不宜再舊線改造信號(hào)系統(tǒng)模式

我國(guó)早期建設(shè)的運(yùn)營(yíng)線路(舊線)一般采用軌道電路方式的ATC系統(tǒng)，因此在信號(hào)系統(tǒng)改造時(shí)，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。9/2/202323舊線改造信號(hào)系統(tǒng)模式我國(guó)早期建設(shè)的運(yùn)營(yíng)線路(3、國(guó)產(chǎn)化城軌交通信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)展情況

國(guó)內(nèi)開發(fā)的城市軌道交