城市轨道交通信号系统的发展

城市轨道交通通信系统和信号系统的发展 轨道通信系统 轨道交通通信系统是指挥列车运行、组织运输生产及进行公务联络的重要手段，由多个子系统构成。 2021-4-28 2 通信系统主要分类（1）调度指挥通信系统（2）无线通信系统（3）公务通信系统（4）广播系统（5）电视监视系统 2021-4-28 3 2021-4-28 4 2021-4-28 5 1、城市轨道交通信号系统的发展趋势 信号系统是保障行车安全、提高运输能力的关键技术装备。城市轨道交通信号系统随着微电子技术、计算机技术、通信技术的发展而不断发展。信号系统中，地面与车载设备的安全信息传输方式，大致经历了模拟轨道电路、数字轨道电路和无线通信3个阶段。 2021-4-28 6 基于模拟轨道电路的ATC系统 轨道电路是将区间线路划分为若干固定的区段，进行列车占用检查和向车载ATC设备传送信息的载体。列车定位是以固定的轨道电路区段为单位，采用模拟轨道电路方式由地面向车载设备传送1020种信息，列车采用阶梯式速度控制，称之为固定闭塞。 2021-4-28 7 模拟轨道电路在我国应用的代表产品有：从英国西屋引进的FS22500无绝缘轨道电路(北京地铁1号线、13号线) ；从美国GRS公司引进的无绝缘数字调幅轨道电路(上海地铁1号线)。从系统整体角度来看，基于模拟轨道电路的ATC系统中各子系统处于分立状态，技术水平明显落后，维修工作量大，制约了列车运行速度和密度的进一步提高，将逐步退出历史舞台。 2021-4-28 8 基于数字轨道电路的ATC系统 数字轨道电路采用数字编码方式，地面向车载设备传送十位数字编码信息，列车可实现一次模式曲线式安全防护，缩短了列车运行间隔，提高了舒适度。采用数字轨道电路的ATC系统，列车可实现一次模式曲线式安全防护，因此称之为准移动闭塞。 2021-4-28 9 数字轨道电路在我国应用的代表产品有美国USSI公司的AF2904无绝缘数字轨道电路(上海地铁2号线) ；德国西门子公司的FTGS无绝缘数字轨道电路(广州地铁1、2号线, 南京地铁1号线等) 。数字轨道电路的ATC系统采用微电子技术、计算机技术和数字通信技术，延续了轨道电路故障-安全的特点，目前在我国和世界范围内开通运用较多，系统的可靠性和稳定性得到了充分的验证。 2021-4-28 10 但是数字轨道电路存在以下缺点 ：必须具备很强的抗干扰能力。轨道电路中ATC信息电流一般在几十毫安至几百毫安，而列车牵引回流最大可达4000 A。受轨道电路特性限制，只能实现地面向列车的单向信息传输，信息量也只能到数十比特，限制了ATC系统的性能。 2021-4-28 11 基于通信的列车运行控制系统（CBTC） CBTC的特点是前、后列车都采用移动定位方式，通过安全数据传输，将前行列车的位置信息安全地传递给后续列车，可实现一次模式曲线式安全防护，并且其防护点能够随前车的移动而实时更新，有利于进一步缩小行车间隔，提高运输效率，称之为移动闭塞。 2021-4-28 12 我国已经开通使用的广州地铁3号线采用加拿大阿尔卡特公司的Sel Trac MB 系统，用感应环线实现车-地信息双向传输；北京地铁10号线、广州地铁4号线采用德国西门子公司的TrainguardMT，用点式AP实现无线信息传输，北京地铁2号线改造、机场线采用法国阿尔斯通公司的URBAL ISTM，用波导管和点式AP实现无线信息传输。 现在正在建设的项目(广州地铁5号线、广佛线，上海地铁6、7、8、9号线，北京地铁4号线，沈阳地铁1、2号线，成都地铁1号线等)，都选择了基于点式AP 无线通信的CBTC系统，它已经成为我国城市轨道交通信号系统选型的主流制式。 2021-4-28 13 CBTC系统采用当前先进的计算机技术和信息传输技术，不与牵引供电争轨道，有利于牵引供电专业合理布置设备；不需要在轨道上安装设备，易形成疏散通道。采用CBTC技术，具有多方面优势(提高效率、易于延伸线建设和改造升级)，可以充分利用国内现有的信号产品和资源，易于实现国产化。其中具有完全自主知识产权的计算机联锁设备和ATS子系统已经成功在现场开通使用。但目前CBTC系统的应用在国际上还处于初期阶段，国外厂商都在结合工程实践不断完善，开通投入商业运营的线路并不多，开通过程中主要存在以下技术瓶颈，需要在今后的研制和工程实施中加以解决。 2021-4-28 14 选用移动闭塞CBTC最大的论据是提高运行效率，可缩短列车追踪运行间隔，但是固定闭塞和准移动闭塞，及移动闭塞的区间最小运行间隔分别为120 s、100 s和90 s，而运行间隔的瓶颈是端站的折返时间。一般端站的折返时间长达几分钟，缩短折返时间的方法是改变折返方式或追加折返线路等，故即使达到小于90 s的区间运行间隔，但折返效率即“一夫当关”，前功尽弃。 2021-4-28 15 除采用环线通信外，目前CBTC系统采用的IEEE802.11系列的WLAN标准是一个开放的无线频段，该频段不限制其他用户使用，用户较多时容易造成相互干扰，特别是在高架开放区段，抗外部干扰问题尤为重要。 列车从地面的一个AP切换到另一个AP时信息传输会有中断, 存在一定程度的丢包现象, 如何提高信息传输的可靠性也待研究。 2021-4-28 16 v旧线改造信号系统模式 我国早期建设的运营线路(旧线) 一般采用轨道电路方式的ATC系统，因此在信号系统改造时，推荐采用基于通信的列车控制系统(CBTC)方案。改造期间，无线通信的CBTC系统与既有的轨道电路互不影响，减少了改造的技术难度和工程管理难度。 2021-4-28 17 3、国产化城轨交通信号系统进展情况 国内开发的城市轨道交通系统3种制式都有，基本上都采用CBTC基于无线的列车控制系统。主要开发进展情况如下： 1. 中国铁道科学研究院，充分利用专业齐全的优势，通过多年的研发，完成了包括CBTC系统的所有子系统(ATS、联锁、ATP、ATO、DCS、应答器等)，并进行了室内系统调试、现场试验和调试。铁科院的ATS子系统、计算机联锁子系统是国内成熟技术，具有城市轨道交通业绩，已经具备工程实施的条件。 2021-4-28 18 铁科院的CBTC系统对无线故障情况下的后备转换，进行了深入的研究，能够在保证行车安全的情况下，尽量减少对正常运营的干扰，达到了先进的水平。在安全性方面，与研发同步进行第三方安全认证工作，已签署安全认证合同并开展安全认证工作。 2. 2004年，北京交通大学、北京地铁运营公司、北京和利时公司申请北京市科委“基于通信的城轨CBTC系统研究”科研项目，在北京地铁试车线进行了ATP、ATO 试验，并在大连设立了10 km试验段，包括地面线路和地下线路，进行了两列列车的追踪试验。亦庄线计划2010 年底开通点式ATP，2011年底CBTC全系统全功能开通。 2021-4-28 19 3. 北京全路通信信号研究设计院也正在进行城市轨道交通CBTC的研发, 它们利用自身研发的通过SIL4级的安全控制平台, 进行室内点式ATP的研发。 目前运营的CBTC系统都是国外设备，从实际运营的情况看，存在着维护费用高的问题，因此发展国产化的CBTC设备成为当前紧迫的任务。