城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展

城市軌道交通通信系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展 軌道通信系統(tǒng) 軌道交通通信系統(tǒng)是指揮列車運(yùn)行、組織運(yùn)輸生產(chǎn)及進(jìn)行公務(wù)聯(lián)絡(luò)的重要手段，由多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。 2021-4-28 2 通信系統(tǒng)主要分類（1）調(diào)度指揮通信系統(tǒng)（2）無(wú)線通信系統(tǒng)（3）公務(wù)通信系統(tǒng)（4）廣播系統(tǒng)（5）電視監(jiān)視系統(tǒng) 2021-4-28 3 2021-4-28 4 2021-4-28 5 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(wú)線通信3個(gè)階段。 2021-4-28 6 基于模擬軌道電路的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1020種信息，列車采用階梯式速度控制，稱之為固定閉塞。 2021-4-28 7 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(wú)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(wú)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(lái)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)。 2021-4-28 8 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。 2021-4-28 9 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(wú)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(wú)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(kāi)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。 2021-4-28 10 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)4000 A。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。 2021-4-28 11 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(guò)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。 2021-4-28 12 我國(guó)已經(jīng)開(kāi)通使用的廣州地鐵3號(hào)線采用加拿大阿爾卡特公司的Sel Trac MB 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(wú)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URBAL ISTM，用波導(dǎo)管和點(diǎn)式AP實(shí)現(xiàn)無(wú)線信息傳輸。 現(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(yáng)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(wú)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。 2021-4-28 13 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(kāi)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(kāi)通投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的線路并不多，開(kāi)通過(guò)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。 2021-4-28 14 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120 s、100 s和90 s，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90 s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。 2021-4-28 15 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(kāi)放的無(wú)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(kāi)放區(qū)段，抗外部干擾問(wèn)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?2021-4-28 16 v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(wú)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。 2021-4-28 17 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(kāi)發(fā)的城市軌道交通系統(tǒng)3種制式都有，基本上都采用CBTC基于無(wú)線的列車控制系統(tǒng)。主要開(kāi)發(fā)進(jìn)展情況如下： 1. 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，充分利用專業(yè)齊全的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)多年的研發(fā)，完成了包括CBTC系統(tǒng)的所有子系統(tǒng)(ATS、聯(lián)鎖、ATP、ATO、DCS、應(yīng)答器等)，并進(jìn)行了室內(nèi)系統(tǒng)調(diào)試、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和調(diào)試。鐵科院的ATS子系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)成熟技術(shù)，具有城市軌道交通業(yè)績(jī)，已經(jīng)具備工程實(shí)施的條件。 2021-4-28 18 鐵科院的CBTC系統(tǒng)對(duì)無(wú)線故障情況下的后備轉(zhuǎn)換，進(jìn)行了深入的研究，能夠在保證行車安全的情況下，盡量減少對(duì)正常運(yùn)營(yíng)的干擾，達(dá)到了先進(jìn)的水平。在安全性方面，與研發(fā)同步進(jìn)行第三方安全認(rèn)證工作，已簽署安全認(rèn)證合同并開(kāi)展安全認(rèn)證工作。 2. 2004年，北京交通大學(xué)、北京地鐵運(yùn)營(yíng)公司、北京和利時(shí)公司申請(qǐng)北京市科委“基于通信的城軌CBTC系統(tǒng)研究”科研項(xiàng)目，在北京地鐵試車線進(jìn)行了ATP、ATO 試驗(yàn)，并在大連設(shè)立了10 km試驗(yàn)段，包括地面線路和地下線路，進(jìn)行了兩列列車的追蹤試驗(yàn)。亦莊線計(jì)劃2010 年底開(kāi)通點(diǎn)式ATP，2011年底CBTC全系統(tǒng)全功能開(kāi)通。 2021-4-28 19 3. 北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院也正在進(jìn)行城市軌道交通CBTC的研發(fā), 它們利用自身研發(fā)的通過(guò)SIL4級(jí)的安全控制平臺(tái), 進(jìn)行室內(nèi)點(diǎn)式ATP的研發(fā)。 目前運(yùn)營(yíng)的CBTC系統(tǒng)都是國(guó)外設(shè)備，從實(shí)際運(yùn)營(yíng)的情況看，存在著維護(hù)費(fèi)用高的問(wèn)題，因此發(fā)展國(guó)產(chǎn)化的CBTC設(shè)備成為當(dāng)前緊迫的任務(wù)。