CBTC系統(tǒng)功能介紹和技術(shù)分析.ppt

1、CBTC 系統(tǒng)功能介紹 和技術(shù)分析,北京通號國鐵城市軌道技術(shù)有限公司 系統(tǒng)部 侯京星 10月, 2012,1. 軌旁子系統(tǒng)功能,列車位置檢測 非通信列車位置檢測 通信列車位置檢測 CBTC列車篩選 列車安全保護(hù) 列車安全間隔保護(hù) 進(jìn)路保護(hù) 管理列車運(yùn)行方向 車門和屏蔽門安全保護(hù) 聯(lián)鎖功能輔助 屏蔽信號機(jī)顯示 旁路區(qū)段故障 加快人工進(jìn)路延時解鎖時間 區(qū)域控制器重疊區(qū)管理,2. 車載子系統(tǒng)功能,確定列車位置 檢測到軌旁的應(yīng)答器，隨之提供了參考點(diǎn) 當(dāng)檢測到兩個相鄰的應(yīng)答器，列車位置就被初始化 車載測速電機(jī)及加速度計或測速雷達(dá)進(jìn)一步進(jìn)行細(xì)定位 線路數(shù)據(jù)庫唯一地定義了線路上的所有位置 列車安全保護(hù) 測量

2、列車速度和列車速度監(jiān)督 列車運(yùn)行方向監(jiān)督 強(qiáng)制執(zhí)行移動授權(quán)控制 倒溜監(jiān)督 車門控制及安全聯(lián)鎖 列車完整性檢測 司機(jī)顯示和輸入 車載系統(tǒng)其他非安全功能,3. 自動列車監(jiān)督子系統(tǒng)功能,人機(jī)界面 列車位置及功能狀況的監(jiān)視和顯示 列車控制子系統(tǒng)的功能狀況的監(jiān)視和顯示 道岔、站臺屏蔽門及軌道侵入設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)視和顯示 列車運(yùn)行的調(diào)整 保證列車運(yùn)行間隔和運(yùn)行圖的實(shí)施 基于運(yùn)行線分配的列車進(jìn)路安排 根據(jù)系統(tǒng)延遲或調(diào)度員要求調(diào)整列車運(yùn)行參數(shù) 為管理報表、維護(hù)及運(yùn)營分析搜集數(shù)據(jù) 與其他系統(tǒng)的接口 提供站臺乘客廣播系統(tǒng)接口 提供無線通信系統(tǒng)接口 SCADA 命令和狀態(tài)顯示，并與遠(yuǎn)程SCADA單元接口 提供樓宇和火災(zāi)

3、報警系統(tǒng)接口,4. 安薩爾多CBTC系統(tǒng)介紹,系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 網(wǎng)絡(luò)配置圖 系統(tǒng)設(shè)計特點(diǎn) 軌旁子系統(tǒng)三取二結(jié)構(gòu) 車載子系統(tǒng)三取二結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)輸入多樣性 列車速度和方向的計算,5. 阿爾卡特感應(yīng)環(huán)線CBTC系統(tǒng)介紹,系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)設(shè)計特點(diǎn) 感應(yīng)環(huán)線定位精度 列車運(yùn)行控制 進(jìn)路設(shè)置和解鎖 道岔鎖閉和解鎖 人工設(shè)置進(jìn)路,列車位置檢測(1/2),聯(lián)鎖設(shè)備,區(qū)域控制器,* 點(diǎn)擊列車進(jìn)行列車運(yùn)行動畫,非通信列車位置跟蹤,列車位置檢測(2/2),聯(lián)鎖設(shè)備,車載設(shè)備,1/ 聯(lián)鎖設(shè)備發(fā)送道岔相關(guān)數(shù)據(jù)給區(qū)域控制器,2/區(qū)域控制器發(fā)送道岔相關(guān)數(shù)據(jù)給列車,3/ 車載子系統(tǒng)用道岔相關(guān)數(shù)據(jù)計算自己的列車位置,區(qū)域控制器

4、,通信列車位置跟蹤,4/ 車載子系統(tǒng)把列車位置發(fā)送給區(qū)域控制器,CBTC列車篩選(1/2),列車篩選的目的是為了探測非CBTC列車和CBTC列車不存在同一個區(qū)段中。 當(dāng)列車第一次把位置報告給區(qū)域控制時，必須對列車進(jìn)行篩選 當(dāng)列車外部位置和前方計軸點(diǎn)的距離小于最小列車長度時，并且前方軌道區(qū)段未占用時，區(qū)域控制器將清除前方的假設(shè)列車 當(dāng)列車外部位置和前方計軸點(diǎn)的距離大于等于最小列車長度時，后者前方軌道區(qū)段占用時，區(qū)域控制器將保留前方的假設(shè)列車,CBTC列車篩選(2/2),新的通信列車,聯(lián)鎖,CC 1,CC 1,CC 1,位置接近計軸點(diǎn),位置接近計軸點(diǎn),.,CBTC列車篩選速度,列車運(yùn)行間隔控制概念

5、,固定閉塞（Fixed Block)： 線路被劃分為固定位置、某一長度的閉塞分區(qū) 一個分區(qū)只能被一列車占用 閉塞分區(qū)的長度按最長列車、滿負(fù)載、最高速、最不利制動率等最不利條件設(shè)計 列車間隔為若干閉塞分區(qū)，而與列車在分區(qū)內(nèi)的實(shí)際位置無關(guān) 制動的起點(diǎn)和終點(diǎn)總是某一分區(qū)的邊界 臺階式制動曲線 要求運(yùn)行間隔越短，閉塞分區(qū) (設(shè)備) 數(shù)也越多,列車運(yùn)行間隔控制概念,準(zhǔn)移動閉塞 (Distance-To-Go)： 線路被劃分為固定位置、某一長度的閉塞分區(qū) 一個分區(qū)只能被一列車占用 閉塞分區(qū)的長度按最長列車、滿負(fù)載、最高速、最不利制動率等最不利條件設(shè)計 列車間隔為若干閉塞分區(qū)，而與列車在分區(qū)內(nèi)的實(shí)際位置無關(guān)

6、 制動的起點(diǎn)可以延伸，但終點(diǎn)總是某一分區(qū)的邊界 一次性拋物線型制動曲線 要求運(yùn)行間隔越短，閉塞分區(qū) (設(shè)備) 數(shù)也越多,列車運(yùn)行間隔控制概念,虛擬/邏輯閉塞 (Virtual/Logical Block)： 線路被劃分為固定位置、某一長度的閉塞分區(qū) 一個原固定閉塞分區(qū)可以被分為幾個虛擬分區(qū)(舊線改造) 閉塞分區(qū)的長度按最長列車、滿負(fù)載、最高速、最不利制動率等最不利條件設(shè)計 列車間隔為若干閉塞分區(qū)，而與列車在分區(qū)內(nèi)的實(shí)際位置無關(guān) 制動的起點(diǎn)可以延伸，但終點(diǎn)總是某一虛擬分區(qū)的邊界 一次性拋物線型制動曲線 要求運(yùn)行間隔越短，分區(qū)數(shù)也越多，但設(shè)備基本不增加,列車運(yùn)行間隔控制概念,移動閉塞 (Movin

7、g Block)： 線路沒有被固定劃分的閉塞分區(qū) 列車間的間隔是動態(tài)的、并隨前一列車的移動而移動 該間隔是按后續(xù)列車在當(dāng)前速度下的所需制動距離、加上安全裕量計算和控制的，確保不追尾 制動的起始和終點(diǎn)是動態(tài)的 一次性拋物線型制動曲線 軌旁設(shè)備的數(shù)量與列車運(yùn)行間隔關(guān)系不大,移動閉塞 (C) 、準(zhǔn)移動閉塞 (B) 與傳統(tǒng)固定閉塞信號系統(tǒng) (A),速度（公里 / 小時）,每一段區(qū)間的速度代碼,80/80,80/80,80/60,80/40,40/0,0/0,80,60,40,20,速度（公里 / 小時）,C) 移動閉塞,性能改善,CBTC列車跟蹤C(jī)BTC列車: 列車間的間隔（安全移動授權(quán)),自動列車后

8、溜余量,列車安全間隔保護(hù)（1/2),CBTC列車跟蹤非CBTC列車: 緩沖區(qū)域原理（非安全移動授權(quán)),后溜余量和隱藏距離,安全速度曲線,非安全速度曲線,列車安全間隔保護(hù)(2/2),被區(qū)域控制器檢測到得占用區(qū)段（通信列車）,被區(qū)域控制器檢測到得占用區(qū)段（非通信列車,被區(qū)域控制器檢測到得空閑區(qū)段,進(jìn)路保護(hù): 聯(lián)鎖保護(hù) (1/3),沖突進(jìn)路保護(hù),聯(lián)鎖設(shè)備,區(qū)域控制器,1/ 聯(lián)鎖設(shè)備管理沖突進(jìn)路和發(fā)送進(jìn)路設(shè)置狀態(tài)給區(qū)域控制器,2/ 區(qū)域控制器發(fā)送移動授權(quán)給車載設(shè)備,主要有三種進(jìn)路保護(hù): 聯(lián)鎖保護(hù) 接近鎖閉 保護(hù)區(qū)段鎖閉,聯(lián)鎖保護(hù)包括:,進(jìn)路保護(hù): 聯(lián)鎖保護(hù)(2/3),沖突進(jìn)路保護(hù),反向進(jìn)路保護(hù),進(jìn)路保

9、護(hù): 聯(lián)鎖保護(hù)(3/3),道岔位置,進(jìn)路保護(hù): 接近鎖閉,接近鎖閉,區(qū)域控制器,聯(lián)鎖設(shè)備,1/ 列車接近信號機(jī),2/ 在定時器結(jié)束后，區(qū)域控制器延長移動授權(quán),2/ 列車離開接近區(qū)域,進(jìn)路保護(hù): 保護(hù)區(qū)段鎖閉(1/2),4/ CBTC列車進(jìn)入保護(hù)區(qū)段接近區(qū)域,6/ 列車延長移動授權(quán),聯(lián)鎖設(shè)備,區(qū)域控制器,2/ 聯(lián)鎖檢查沖突狀況并鎖閉保護(hù)區(qū)段,3/ 聯(lián)鎖設(shè)置進(jìn)路,ATS,1/ ATS向聯(lián)鎖請求進(jìn)路設(shè)置,5/ 聯(lián)鎖發(fā)送給區(qū)域控制器保護(hù)區(qū)段鎖閉狀態(tài),進(jìn)路保護(hù): 保護(hù)區(qū)段鎖閉(2/2),1/ 列車挺穩(wěn),2/ 區(qū)域控制器向車載設(shè)備對嚴(yán)格的移動授權(quán)請求停車保證,3/ 車載設(shè)備確保列車停穩(wěn)并禁止移動,4/ 區(qū)

10、域控制器解鎖保護(hù)區(qū)段,聯(lián)鎖設(shè)備,區(qū)域控制器,5/ 聯(lián)鎖解鎖保護(hù)區(qū)段,相反的列車進(jìn)路保護(hù): 道岔區(qū)域及方向鎖閉,管理列車運(yùn)行方向（1/2）,雙向運(yùn)行區(qū)域,聯(lián)鎖設(shè)備,區(qū)域控制器,2/ 對于CBTC列車聯(lián)鎖設(shè)備發(fā)送方向鎖閉,1/ 對非CBTC列車聯(lián)鎖設(shè)備給出信號顯示,3/ 區(qū)域控制器發(fā)送移動授權(quán),相反的列車進(jìn)路保護(hù): 區(qū)段區(qū)域及方向鎖閉,管理列車運(yùn)行方向（2/2）,雙向運(yùn)行區(qū)域,聯(lián)鎖設(shè)備,區(qū)域控制器,1/ 聯(lián)鎖設(shè)區(qū)段把方向鎖閉狀態(tài)發(fā)送給區(qū)域控制器,2/ 區(qū)域控制器發(fā)送移動授權(quán),車門安全和屏蔽門安全保護(hù)功能是管理相關(guān)開門和關(guān)門的動作，并保證乘客的安全乘車 這個功能具體包括下面功能: 在站臺授權(quán)車門和屏

11、蔽門的打開和關(guān)閉 發(fā)出車門和屏蔽門開門命令 發(fā)出車門和屏蔽門關(guān)門命令,車門和屏蔽門安全保護(hù),安全開門原理,安全關(guān)門原理,CBTC列車: 車載信號為主 隱藏信號機(jī)顯示 非CBTC列車: 地面信號為主 顯示信號機(jī)顯示,隱藏信號顯示（1/3),區(qū)域控制器,聯(lián)鎖設(shè)備,列車定位,隱藏信號機(jī)顯示授權(quán),車載設(shè)備發(fā)送列車位置和隱藏信號機(jī)顯示授權(quán)給區(qū)域控制器,區(qū)域控制器發(fā)送更遠(yuǎn)的移動授權(quán)給列車,區(qū)域控制器發(fā)送隱藏信號機(jī)顯示請求給聯(lián)鎖設(shè)備,隱藏信號顯示(2/3),聯(lián)鎖設(shè)備,列車定位,隱藏信號機(jī)顯示授權(quán),當(dāng)列車通過信號機(jī)時，信號機(jī)顯示不再被隱藏,31,隱藏信號顯示(3/3),區(qū)域控制器,旁路聯(lián)鎖設(shè)備的軌道電路或者計

12、軸區(qū)段故障 可以優(yōu)化聯(lián)鎖功能當(dāng)區(qū)段故障發(fā)生時,道岔無法動作,未旁路的區(qū)段,道岔可以動作,旁路的區(qū)段,旁路區(qū)段故障(1/5),旁路區(qū)段故障(2/5),旁路區(qū)段故障(3/5),旁路區(qū)段故障(4/5),旁路區(qū)段故障(5/5),37,加快人工進(jìn)路延時解鎖時間,區(qū)域控制器,聯(lián)鎖設(shè)備,1/ 聯(lián)鎖設(shè)備要求一個人工進(jìn)路延時解鎖,2/ 一個停車保證和新的移動授權(quán)被請求,3/ 列車承諾可以保證停車,4/ 聯(lián)鎖設(shè)備立即解鎖進(jìn)路在延時時間之前,5/ 聯(lián)鎖設(shè)備可以設(shè)置新的進(jìn)路,區(qū)域控制器重疊區(qū),區(qū)域控制器2,區(qū)域控制器1,區(qū)域控制器重疊區(qū)介紹,區(qū)域控制器2,區(qū)域控制器1,車載設(shè)備發(fā)送它的位置給區(qū)域控制器1并且區(qū)域控制器

13、1發(fā)送移動授權(quán)給車載設(shè)備。,同時車載設(shè)備發(fā)送它的位置給區(qū)域控制器2并且區(qū)域控制器2發(fā)送移動授權(quán)給車載設(shè)備。,車載設(shè)備選擇最寬容的移動授權(quán)。,區(qū)域控制器重疊區(qū):移動授權(quán)選擇,聯(lián)鎖發(fā)送給區(qū)域控制器信息（1/3）,聯(lián)鎖發(fā)送給區(qū)域控制器信息（2/3）,聯(lián)鎖發(fā)送給區(qū)域控制器信息（3/3）,區(qū)域控制器發(fā)送給聯(lián)鎖信息（1/2）,區(qū)域控制器發(fā)送給聯(lián)鎖信息（2/2）,CBTC的定位技術(shù),感應(yīng)環(huán)線 使用安裝在兩根軌條間的電纜 無線 （射頻信號） 波導(dǎo)管 漏泄電纜 無線空間天線 GPS(全球定位系統(tǒng)） 應(yīng)答器 絕對參考位置 校準(zhǔn) 測速發(fā)電機(jī)（和加速度計） 測速（多普勒）雷達(dá),CBTC的通信介質(zhì),感應(yīng)環(huán)線 使用安裝在

14、兩根軌條間的電纜 無線 波導(dǎo)管 漏泄電纜 無線空間天線,司機(jī)顯示和輸入,對司機(jī)的信息顯示 最大允許速度和推薦速度 當(dāng)前運(yùn)行速度 目標(biāo)距離 列車運(yùn)行模式 停站時間倒計時 系統(tǒng)故障信息 車門和屏蔽門狀態(tài) 司機(jī)輸入信息 乘務(wù)組號 列車運(yùn)行模式,車載系統(tǒng)非安全功能,車站程序停車，包括車門操作，站臺門控制命令 停站時分控制 車載音頻廣播的觸發(fā) 報警監(jiān)督，并向ATS報告 在安全運(yùn)行速度限制范圍內(nèi)調(diào)整列車速度 根據(jù)乘客乘坐質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)控制列車運(yùn)動,CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu),骨干交換機(jī),骨干交換機(jī),AP接入交換機(jī),AP接入交換機(jī),A網(wǎng)接入交換機(jī),B網(wǎng)接入交換機(jī),AP接入點(diǎn),AP接入點(diǎn),區(qū)域控制器,列車,ATP/ATO,A

15、P接入點(diǎn),AP接入點(diǎn),CBTC設(shè)備網(wǎng)絡(luò)配置圖,車載無線電臺,車載無線電臺,軌旁子系統(tǒng)三取二結(jié)構(gòu),Direct links,CAP1,CAP3,CAP2,CVO-A,CVO-B,CIER-A,CIER-B,CME1,CME2,CME3,VME BUS 1,VME BUS 2,VME BUS3,Ethernet backbone A,Ethernet backbone B,車載子系統(tǒng)三取二結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)輸入多樣性,速度傳感器脈沖,脈沖1領(lǐng)先于脈沖2,脈沖2領(lǐng)先于脈沖1,速度大小計算,列車速度的計算是基于在給定周期里對速度傳感器脈沖進(jìn)行計數(shù)。計算公式如下：,加速度計可用于補(bǔ)償速度傳感器測量的車輪速度，公

16、式如下：,列車速度方向的確定,典型的正常和不正常的脈沖輸入,方向輸出的真值表,Vehicle Control Centre車輛控制中心,Station Controller System車站控制器,System 系統(tǒng)管理中心 Management Centre,Inductive Loop Communications Subsystem 感應(yīng)環(huán)線通信子系統(tǒng),CENTRAL EQUIPMENT 中心設(shè)備,WAYSIDE EQUIPMENT 軌旁設(shè)備,ON-BOARD EQUIPMENT車載設(shè)備,Vehicle On-Board Control 車載控制器,Training & Simulati

17、on Equipment 培訓(xùn)及仿真設(shè)備,External Interfaces 外部接口,車輛段聯(lián)鎖 Depot Computer Interlocking,系統(tǒng)結(jié)構(gòu),感應(yīng)環(huán)線系統(tǒng)定位精度,列車移動命令由SMC啟動 進(jìn)路設(shè)置 目的地 臨時限速 VCC根據(jù)“障礙”情況前移目標(biāo)點(diǎn)。一旦確定安全目標(biāo)點(diǎn)，即向該VOBC發(fā)出命令 目標(biāo)點(diǎn)（三秒鐘走行距離，加上制動距離） 最大速度 在目標(biāo)點(diǎn)的目標(biāo)速度 車載控制器VOBC將依據(jù)VCC的命令，通過自動控制算法確定的列車控制速度、并在速度和距離監(jiān)督下計算的牽引/制動命令來實(shí)現(xiàn)自動駕駛。,列車運(yùn)行控制(1/3),列車運(yùn)行控制（2/3),系統(tǒng)管理中心,車輛控制中心

18、,車站控制器,車載控制器,1.進(jìn)路請求，目的地,2. 轉(zhuǎn)動道岔,3. 道岔狀態(tài)表示,4. 目標(biāo)點(diǎn),5. 列車位置,6. 到達(dá)目的地,3-sec,Travel,Braking,Distance,Safety,Distance,LOA,Target,Point,Position and Control Messages,Position and Control Messages,Train Envelope,UTRADP,DATS,DPF,DEMA,DEMB,UTR,S,O,S,S,T,M,O,D,E,M,M,O,D,E,M,M,O,D,E,M,M,O,D,E,M,M,O,D,E,M,M,O,D,

19、E,M,S,O,S,S,T,SEL,Canada,1,2,3,1,2,3,VCC,COMM,TTY,LOOP,MAINTENANCE,MODE,1,2,3 RX TX,CRT,COMPUTER,DISABLE,DESK,PRINTER,OFF,TX RX TX,RX,20,Ma,ADJ.,DESK,PRINTER/CRT,CURRENT,METER,CIRCUIT,BREAKER,POWER,ON,列車運(yùn)行控制（3/3),進(jìn)路設(shè)置方式不同于基于軌道電路的傳統(tǒng)系統(tǒng) SelTrac系統(tǒng)的每個子系統(tǒng)包含有通過全系統(tǒng)可能通路的數(shù)據(jù)庫。對每條通路分配一個唯一的號碼，并稱為一條“進(jìn)路”,進(jìn)路設(shè)置和解鎖,- set of switch settings 一系列道岔位置,- bidirectional 雙方向性,does not defin