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地铁CBTC系统分析与维护设计文献综述

 2020-04-07 16:12:21  

 为确保轨道交通列车运行安全和提高运输效率,迫切需要装备性能先进、安全可靠的列车运行控制系统(以下称列控系统)。我国铁路列车运行控制系统经过几十年的发展,已经具备一定基础。但还不能满足我国铁路客运专线和城市轨道交通的发展需求,其列控系统基本还是靠引进。国外系统虽具有先进、相对成熟的特点,但造价高和运营维护成本高,技术受制于人。为此,我国应加快发展适合于我国国情的列控系统。

首先我们得先了解CBTC。 CBTC-基于无线通信的列车自动控制系统。CBTC系统(Communication Based Train Control System):随着通信技术特别是无线电技术飞速发展,人们开始研究以通信技术为基础的列车运行控制系统。

它的特点是用无线通信媒体来实现列车和地面设备的双向通信,用以代替轨道电路作为媒体来实现列车运行控制。CBTC的突出优点是可以实现车#8212;地之间的双向通信,并且传输信息量大,传输速度快,很容易实现移动自动闭塞系统,大量减少区间敷设电缆,减少一次性投资及减少日常维护工作,可以大幅度提高区间通过能力,灵活组织双向运行和单向连续发车,容易适应不同车速、不同运量、不同类型牵引的列车运行控制等等。在CBTC中不仅可以实现列车运行控制,而且可以综合成为运行管理,因为双向无线通信系统,既可以有安全类信息双向传输,也可以双向传输非安全类信息,例如车次号、乘务员班组号、车辆号、运转时分、机车状态、油耗参数等等大量机车、工务、电务等有关信息。利用CBTC既可以实现固定自动闭塞系统(CBTC-FAS),也可以实现移动自动闭塞系统(CBTC-MAS)。在CBTC应用中的关键技术是双向无线通信系统、列车定位技术、列车完整性检测等。在双向无线通信系统中,在欧洲是应用GSM-R系统,但在美洲则用扩频通信等其他种类无线通信技术。列车定位技术则有多种方式,例如车载设备的测速-测距系统、全球卫星定位、感应回线等。

基于通信的列车控制系统(CBTC)这一思想的萌芽出现在20世纪60年代,20世纪80年代初,国外开始系统地展开研究并进行阶段性测试,90年代开始进入试验段测试阶段。1999年9月,IEEE将CBTC定义为:”利用高精度的列车定位(不依赖于轨道电路),双向连续、大容量的车-地数据通信,车载、地面的安全功能处理器实现的一种连续自动列车控制系统”。定义中指出CBTC中的通信必须是连续的,这样才能够实现连续自动列车控制,利用轨间电缆、漏泄电缆和空间无线都可以实现车、地双向信息的连续传输。借助先进的列车定位技术、安全处理器技术和无线通信技术,使得CBTC与传统基于轨道电路的列车控制系统相比,具有以下优点: (1)、通过整个系统提供可靠的检查与平衡手段,通过车-地间双向信息传输,实现对列车的闭环控制,从而大大降低认为错误的影响,系统的可靠性更高。(2)、各级调度都可以随时了解区段内任意列车的位置、速度、机车工程及其他各种参数,利用上述信息,各级调度可以规范、协调地直接指挥行车。(3)、车站控制中心依据列车状态及前车状态,结合智能技术调整列车运行,获得最佳区间通过能力,减少列车在区段内运行时不需要的加速、制动,增加旅客乘坐的舒适度。(4)、区段内所有运行列车的各种参数(如:列车号、机车号、位置速度、工况、始发站、终点站、车辆数、载重量等自动的发给各种管理系统,如:TMIS、DMIS,不需要人工键入,从而可以避免对参数的漏键、错键、迟键和其他认为的错误,将以上控制和管理紧密结合,实现铁路信息化。(5)、减少沿线设备,设备组要集中在车站及机车上,减轻设备维护和管理的劳动强度,受环境影响小(如:可减少雷击等现象的干扰和损伤在遭受自然灾害或战争破坏后,易恢复运行。(6)、可以实现移动闭塞。

移动闭塞是基于通信技术的列车控制(简称CBTC#8212;Communication Based Train Control)ATC系 统,该系统不依靠轨道电路向列控车载设备传递信息,而是利用通信技术实现”车地通信”并实时地传递”列车定位”信息。通过车载设备、轨旁通信设备实现列车与车站或控制中心之间的信息交换,完成速度控制。系统通过建立车地之间连续、双向、高速的通信,使列车命令和状态可以在车辆和地面之间进行实时可靠的交 换,并确定列车的准确位置及列车间的相对距离,保证列车的安全间隔。移动闭塞技术是通过车载设备和轨道旁设备不间断的双向通信来实现。列车不间断向控制中心传输其标识、位置、方向和速度等信息,控制中心可以根据列车实时的速度 和位置动态计算列车的最大制动距离。列车的长度加上这一最大制动距离并在列车后方加上一定的防护距离,便组成了一个与列车同步移动的虚拟分区。由于保证了列车前后的安全距离,两个相邻的移动闭塞分区就能以很小的间隔同时前进,这使列车能以较高的速度和较小的间隔运行,从而提高运营效率。

1.基于基于交叉感应环线技术

以敷设在钢轨间的交叉感应环线作为传输媒介的CBTC系统,在城市轨道交通中已经应用了较长时间。交叉感应环线的缺点在于,安装在钢轨中间,安装困难且不方便工务部门对钢轨的日常维修,车-地通信的速率低。但由于环线具有成熟的使用经验,使用寿命长以及投资少等优点,目前仍继续得到应用。

2.基于无线电台通信技术

随着无线通信技术的发展,基于自由空间传输的无线传输技术的在CBTC系统中得到了应用。 无线的频点一般采用共用的2.4GHz或5.8GHz频段,采用接入点(AP)天线作为和列车进行通信的手段。AP的设置保证区间的无线重叠覆盖。 自由空间传输的无线具有自由空间转播,对于车载通信设备的安装位置限制少;传输速率高;实现空间的重叠覆盖,单个接入设备故障不影响系统的正常工作;轨旁设备少,安装与钢轨无关,方便安装及维护的特点。基于无线电台通信传输方式CBTC系统,已经在北京地铁10号线成功应用。

3.基于漏泄电缆无线传输技术

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