城市軌道交通信號系統(tǒng)的發(fā)展

城市軌道交通通信系統(tǒng)和信號系統(tǒng)的發(fā)展 軌道通信系統(tǒng) 軌道交通通信系統(tǒng)是指揮列車運行、組織運輸生產(chǎn)及進(jìn)行公務(wù)聯(lián)絡(luò)的重要手段，由多個子系統(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(jī)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。 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。 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。 2021-4-28 9 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(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，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。 2021-4-28 10 但是數(shù)字軌道電路存在以下缺點 ：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。 2021-4-28 12 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Sel Trac MB 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(jī)場線采用法國阿爾斯通公司的URBAL ISTM，用波導(dǎo)管和點式AP實現(xiàn)無線信息傳輸。 現(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。 2021-4-28 13 CBTC系統(tǒng)采用當(dāng)前先進(jìn)的計算機(jī)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(jī)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。 2021-4-28 14 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120 s、100 s和90 s，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90 s的區(qū)間運行間隔，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?2021-4-28 16 v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。 2021-4-28 17 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)的城市軌道交通系統(tǒng)3種制式都有，基本上都采用CBTC基于無線的列車控制系統(tǒng)。主要開發(fā)進(jìn)展情況如下： 1. 中國鐵道科學(xué)研究院，充分利用專業(yè)齊全的優(yōu)勢，通過多年的研發(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)場試驗和調(diào)試。鐵科院的ATS子系統(tǒng)、計算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)是國內(nèi)成熟技術(shù)，具有城市軌道交通業(yè)績，已經(jīng)具備工程實施的條件。 2021-4-28 18 鐵科院的CBTC系統(tǒng)對無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，盡量減少對正常運營的干擾，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)證合同并開展安全認(rèn)證工作。 2. 2004年，北京交通大學(xué)、北京地鐵運營公司、北京和利時公司申請北京市科委“基于通信的城軌CBTC系統(tǒng)研究”科研項目，在北京地鐵試車線進(jìn)行了ATP、ATO 試驗，并在大連設(shè)立了10 km試驗段，包括地面線路和地下線路，進(jìn)行了兩列列車的追蹤試驗。亦莊線計劃2010 年底開通點式ATP，2011年底CBTC全系統(tǒng)全功能開通。 2021-4-28 19 3. 北京全路通信信號研究設(shè)計院也正在進(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SIL4級的安全控制平臺, 進(jìn)行室內(nèi)點式ATP的研發(fā)。 目前運營的CBTC系統(tǒng)都是國外設(shè)備，從實際運營的情況看，存在著維護(hù)費用高的問題，因此發(fā)展國產(chǎn)化的CBTC設(shè)備成為當(dāng)前緊迫的任務(wù)。