GSMR与CTCS3(北交大)

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,GSM-R与CTCS3,北京交通大学,钟章队教授,内容提要,列控模式的发展,列控信息传输技术的发展,ETCS,CTCS,三条试验线GSM-R,GSM-R规划与发展,CTCS3与GSM-R,一、列控模式的发展,三显示模式,四显示模式,阶梯速度模式,连续速度模式,列控发展趋势,（一）三显示模式,三显示自动闭塞就是通过信号机具有三种显示，能预告列车前方两个闭塞分区状态的自动闭塞。其特征为：通过信号机具有三种显示；能预告列车前方两个闭塞分区状态；分二个速度等级，一个闭塞分区的长度满足从规定速度到零的制动距离。,运行方向,列车1,列车2,信号灯,信号灯,信号灯,闭塞分区,闭塞分区,闭塞分区,闭塞分区,（二）四显示模式,四显示自动闭塞就是通过信号机具有四种显示，能预告列车前方三个闭塞分区状态的自动闭塞。其特征为：通过信号机具有四种显示；能预告列车前方三个闭塞分区状态；分三个速度等级，二个闭塞分区的长度满足从规定速度到零的制动距离。,闭塞分区,闭塞分区,闭塞分区,闭塞分区,列车1,信号灯,信号灯,信号灯,信号灯,列车2,列车2,运行方向,列车1,信号灯,信号灯,信号灯,信号灯,闭塞分区,（三）阶梯速度模式,130,200,90,170,30,出口检查,入口检查,00,170,200,01,90,130,VL,阶梯速度模式示意图,130,200,90,170,30,出口检查,入口检查,00,170,200,01,90,130,VL,（四）连续速度模式,S1+S2,S3,S4,S,制动性能差的车,制动性能好的车,设备监督曲线,目标速度,连续速度控制模式示意图,（五）列控发展趋势,控制精度不断提高；,时间响应越来越快；,信息传输量不断增大；,双向闭环控制；,无线传输通道；,等等。,二、列控信息传输技术的发展,模拟/数字轨道电路,轨道环线,有源/无源应答器,应答器+点式轨道环线,泄漏电源,无线通信(GSM-R,WiMax,等),二、列控信息传输技术的发展,性能,传输方式,传输信息,连续性,信息传输方向,信息量,传输介质,完整性检查及轨道占用检查,列车定位,模拟轨道电路,连续,单向,（地 车）,少,钢轨,电特性差,有,以闭塞分区,为单位,数字轨道电路,连续,单向,（地 车）,较大,钢轨,电特性差,有,以闭塞分区,为单位,连续轨道环线,连续,双向,（地 车）,较大,钢轨,电特性好,无,以电缆交叉,为单位,泄漏电缆,连续,单向,（地 车）,较大,电缆,电特性好,无,无,点式轨道环线,点式,单向,（地 车）或,（车 地）,较大,电缆,电特性好,无,以轨道环线,为单位,应答器,点式,单向,（地 车）或,（车 地）,大,空气,无,以线路某点坐标为单位,无线通信,连续,双向,（地 车）,很大,电缆,电特性较好,无,根据不同无线方式确定；GSM-R无定位功能,三、ETCS,ERTMS,欧洲联锁,ETCS,GSM-R,ETML（ETMS）,ERTMS/ETCS等级,ERTMS/ETCS等级（0，STM，1，2，3）,ERTMS/ETCS等级0 装备了ERTMS/ETCS的列车可以在没有装备ERTMS/ETCS地面设备或者无本国信号系统的线路上运行，或者在试运行中的ERTMS/ETCS线路上运行。,ERTMS/ETCS等级STM装备了ERTMS/ETCS的列车，在装备了本国信号系统的线路上运行。它们之间通过STM进行接口。,ERTMS/ETCS等级1装备了ERTMS/ETCS的列车，在装备有点式传输设备欧洲应答器Eurobalise的线路上运行，线路上可以安装欧洲环线或者无线注入单元。,ERTMS/ETCS等级2装备了ERTMS/ETCS的列车，在由无线闭塞中心控制的、并且装备了Eurobalise和Euroradio的线路上运行。由地面设备提供列车定位功能和列车完整性检查。,ERTMS/ETCS等级3与等级2相同，但是列车定位和列车完整性检测由车载设备实现。,四、CTCS,CRTMS（？）,联锁,CTCS,GSM-R,CTC(TDCS,DMIS),CTCS应用等级,CTCS应用等级 （0，1，2，3，4）,CTCS应用等级0 由通用机车信号+列车运行监控装置组成，为既有系统。,CTCS应用等级1由主体机车信号+安全型运行监控记录装置组成，点式信息作为连续信息的补充，可实现点连式超速防护功能。,CTCS应用等级2基于轨道传输信息并采用车-地一体化系统设计的列车运行控制系统。可实现行指-联锁-列控一体化、区间-车站一体化、通信-信号一体化和机电一体化。,CTCS应用等级3基于无线传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统。点式设备主要传送定位信息。,CTCS应用等级4完全基于无线传输信息的列车运行控制系统。地面可取消轨道电路，由RBC和车载验证系统共同完成列车定位和完整性检查，实现虚拟闭塞或移动闭塞。,五、三条试验线GSM-R,GSM-R在中国的发展,青藏线,大秦线,1、GSM-R在中国的发展,三个阶段：,可行性论证(技术政策，频率资源)；,技术试验(青藏线、大秦线、胶济线)；,工程建设实施。,2、青藏线,三大难点：,高原缺氧；,生态脆弱(环保)；,冻土(,青藏铁路穿过冻土区有550公里，真正的冻土地段400公里；属于较不稳定、不稳定多年冻土地区190公里，极不稳定高温冻土地段100公里,)。,技术难点：,替代轨道电路，传送列车控制系统数据；,冻土地区的基站建设；,高原缺氧，减少维护、免维护；,三性：可靠性、有效性、可维护性。,(1) 调度通信,行车调度员、车站值班员、机车司机之间的通信。,车站值班员、机车司机、运转车长之间的通信。,站内组呼：210/211 仅限于车站本小区,紧急组呼：299 发起者所在小区及前后各一个小区,邻站组呼：220/221 发起者所在车站及前后各一个车站,(2) 基于GSM-R的行车指挥系统,行车业务信息,车次号校核信息,调度命令信息(含行车凭证),调车作业信息,列车启动和停稳信息,车次号与调度命令数据传输采用GPRS分组数据方式,IP地址信息,IP地址查询信息,IP地址更新信息,GPRS与铁路信息网,铁路移动信息传输协议栈,(3) ITCS 增强型列车控制系统,由美国GE公司开发,在青藏线上使用,2005年11月，在青藏线试验段通过测试,ITCS网络结构,3、大 秦 线,内容大纲,重要地位,机车同步操控系统,调度通信,无线车次号传输,尾部风压传输,1) 重要地位,大秦线是我国西煤东运的大通道，是中国能源经济的生命线。它承担着全国六大电网、五大发电公司、380多家主要发电厂、十大钢铁公司等的生产用煤和民用煤、出口煤的运输任务，煤炭运量占全国铁路煤运总量的1/7。然而，煤炭运输依然处于十分紧张的状态，我国东、南部及沿海地区对煤炭的需求持续增长，让这条年轻的钢铁动脉难以招架。电煤运输吃紧，直接波及电力市场供应，2004年前10个月，我国24个省级电力网先后出现不同程度的拉闸限电。严峻的形势下，大秦铁路的扩能工程势在必行。作为我国国民经济的大动脉，铁路的运输能力直接影响着我国国民经济的发展。,2) 机车同步操控系统,大秦线(大同秦皇岛)作为一条重载运煤专线，采用多机车牵引模式，实现机车间的同步操控，达到年运量2亿吨。如果牵引机车操作不同步，就会造成车箱间的挤压或者拉钩现象，影响运输安全，降低运输效率。为了保证操作的可靠性，利用GSM-R网络提供可靠的数据传输通道，采用无线通信的方式来实现机车间的同步操控。,三大难点：,无线通信(100余公里的两个长大坡道),牵引(拉勾力、过分相),制动纵向冲力,五项关键技术：,数据会议呼叫与保持,多目标切换,可靠性措施,注册注销与通信安全防护,实时状态监视与告警,技术优势：,不受隧道、山区、丘陵等特殊地段影响；,不受列车的编组方式的影响；,同组内机车之间的间隔距离不受限制；,同组内的机车数目不受限制。,系统结构,列车编组,列车启动前首先要进行编组，列车编组包括两个过程：,机车注册登记与通信连接,制动管路测试与会话链接,列车注册登记和通信连接过程,列车运行中的同步控制,操作指令传递,列车解编组,列车到达目的地后，要进行列车解编组。列车解编组的过程与列车编组正好相反：,制动管路测试与解除会话链接,为了保证安全，主控机车通过检查制动管路的连通性，确保指定的从控机车已经被摘挂。会话链接解除要依从控机车3、2、1的顺序执行。,通信连接拆除,机车的通信注销由Locotrol发出，主控机车与从控机车的通信注销没有严格的顺序要求，由各个机车单独完成，应用节点接收到注销数据后，即将该机车分离出对应的数据会议组，并给相应机车返回注销确认消息。,地面应用节点在检测到全部机车完成通信注销以后，删除Locotrol数据会议组，表示该车次号列车解体。,两个长大下坡道的通信方案,隧道统计：,长度小于,650m,的隧道：,28,个,长度大于,650m,且小于,1300m,的隧道：,6,个,长度大于,1300m,且小于,1950m,的隧道：,5,个,长度大于,1950m,且小于,2600m,的隧道：,3,个,长度大于,2600m,的隧道：,10,个,间隔小于,670m,的相邻隧道：,26,对,间隔大于,670m,且小于,1340m,的相邻隧道：,9,对,间隔大于,1340m,且小于,2010m,的相邻隧道：,2,对,间隔大于,2010m,的相邻隧道：,14,对,独立隧道,: 10,个,暖泉、下王峪、郑重山、别山、小陵、国各庄、景中山、郭家沟子、天马山、陈庄,相邻两隧道,: 9,对,（和尚坪、大团尖）、（栗家二号、西坪）、（张家湾、李家嘴）、（李家嘴、河南寺）、（白家湾、方家沟）、（铁炉村一号、铁炉村二号）、（大黑山、花果山）、（庄户庙、摩天岭）、（九山、西寨）,相邻三隧道,: 10,套,（大团尖、栗家一号、栗家二号）、（军都山、劈破石、铁炉村一号）、（铁炉村二号、上房子、大岭沟一号）、（大岭沟一号、大岭沟二号、桃园）、（大岭沟二号、桃园、松树沟）、（桃园、松树沟、麻虎寨）、（分水岭一号、分水岭二号、分水岭三号）、（下庄一号、下庄二号、北门口峪）、（下庄二号、北门口峪、黄台北）、（北门口峪、黄台北、庄户庙）,相邻五隧道：,3,套,（麻虎寨、采石场、大虎狼一号、大虎狼二号、分水岭一号）、（分水岭二号、分水岭三号、南峡一号、南峡二号、南峡三号）、（分水岭三号、南峡一号、南峡二号、南峡三号、大黑山）,越区切换点的控制,Distance,RxLev,Min level to ensure QoS,HO,BTS,Transmission,Repeater,Yagi antenna,短隧道情形：,HO,BTS,Transmission,Repeater,Yagi antenna,中隧道的情形：,HO,BTS,Transmission,Repeater,Yagi antenna,长隧道情形：,HO,BTS,Transmission,Repeater,Yagi antenna,4、中国GSM-R的试验成果,通过三年多的研究开发和三条试验线的实施，除了高速铁路和ETCS2/3应用方面，中国铁路已经基本上掌握了GSM-R全部技术；除了手持终端和无线模块，GSM-R系统全部设备基本达到了国产化，一大批国内厂商、研究单位、设计和施工单位投入到GSM-R建设和发展当中。铁通公司积极参与GSM-R运营维护。这些工作为中国铁路全面建设GSM-R网络奠定了基础。,根据,中长期铁路网规划,的安排，扩大建设规模，完善路网结构，快速扩充运输能力和提高铁路装备水平，至2020年，全国铁路营业里程要求达到10万公里，其中：客运专线1.2万公里，复线铁路5万公里，电气化铁路5万公里。,铁路建设和发展的核心是“铁路网络”，铁路装备应使铁路网安全、可靠、高效地发挥作用，首先应具备“网络要素”。GSM-R技术顺应时代的发展，其固有的“网络”特性，是铁路信息化和自动化发展的基础。,六、GSM-R规划与发展,规划内容,一、网络规划,1、核心网络规划(组织、结构、路由),2、无线网络规划(频率资源、蜂窝空间),3、智能网规划,4、GPRS网规划,二、号码资源规划,三、应用业务规划,1、语音业务,2、非列控数据业务,3、列控数据业务,4、铁路增值业务,八纵,八横,京哈通道,京兰通道,沿海通道,煤运北通道,京沪通道,煤运南通道,京九通道,陆桥通道,京广通道,宁西通道,大湛通道,沿江通道,包柳通道,沪昆(成)通道,兰昆通道,西南出海通道,GSM-R“八横八纵”示意图,七、GSM-R与CTCS3,1999年2个国家,2002年7个国家,2005年15个国家,德国、瑞典、意大利、英国、荷兰、西班牙、比利时、芬兰、法国、挪威、斯洛伐克、瑞士、捷克、印度、中国,2008年将达到34个国家,国外,GSMR,最新进展一览表,331.6万平方公里,名词缩写,GSM: GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS,全球移动通信系统,GSM-R: GSM for Railways,全球铁路移动通信系统,MS3,/,ARFCN,0,1,123,FDM,BTS,0,TDMAs,TS,7,n,n-1,n+1,MS2,MS1,time,GSM/GSM-R,工作原理,GSM与GSM-R的关系-业务模型,GSM基础设施,eMLPP,VBS,VGCS,电信业务 - ASCI,功能寻址,与位置有关,的寻址,接入,矩阵,铁路运营特色,铁路应用,功能号,的表示,安全综合移动信息服务,列车自动控制(CTCS),机车同步操作控制,铁路紧急救援移动服务,调车作业移动服务,轨道维护移动服务,铁路客站综合移动信息服务,铁路货站综合移动信息服务,机车综合移动信息服务(无线列调),旅客列车综合移动信息服务,GSM电信业务,传输系统的分类,开放系统危险树及防护,CTCS3级系统基本结构,车载设备,机车乘务员,无线闭塞中心RBC,联锁设备,固定应答器,人机界面jiemian 口,输出模块,列车,输入模块,点式信息接收模块,测速模块入模块,地面设备,无线通信接口模块,调度集中系统,地面GSM-R系统,观,运行,记录单元,车载安全计算机,车载,GSM-R系统,列控中心,相邻RBC,轨道电路,相邻RBC,CTCS3与GSM-R的接口,CTCS3与GSM-R之间的横向关系,闭锁及,其它路轨功能,CTCS,地面应用,(RBC/RID),RADIO,子系统,固定网,GSM-R,PLMN,GSM-R,移动台,RADIO,子系统,CTCS,车载应用,(RBC/RID),司机,司机,地面CTCS3,通信系统System,车载CTCS3,CTCS3,CTCS3与GSM-R之间的纵向关系,列控系统的安全协议栈,列控系统通用安全层,无线特定的安全层,无线适配/通信层,列控系统沿线应用层,列控系统通用安全层,无线特定的安全层,无线适配/通信层,通信系统,列控系统沿线应用层,列控系统应用协议,列控系统通用安全协议,无线适配/通信协议,特定安全层协议,无线闭塞中心之间的移交,基于无线的列控方式制动曲线,八、效益,1、新的运输模式与管理模式,2、运输管理优化准确、迅速、便捷,3. 提高服务质量,1. 新的运输模式与管理模式,轨道占用检测,列车完整性检测,旅客信息系统,系统管理,与决策中心,计划系统,1. 管理决策层,相邻 CTC,相邻 CTC,2. 运营层,3. 执行层,调度控制中心(CTC),车载控制设备,天线,微机联锁,无线闭塞中心,铁路综合数字移动通信网络GSM-R,2. 运输管理优化准确、迅速、便捷,第1级,第2级,第3级,第4级,第5级,时间表（12/6个月）,交互式,实时,提前一天调度计划,30天内的调度计划,3. 提高服务质量,发展基于无线的列车控制系统(CTCS3)，可以克服许多技术障碍，从而在以下方面提高运输效率，改善服务质量：,减少列车追踪间隔；,实时追踪列车位置，提高运输调度效率；,列车晚点以后,自动调整运行计划；,以运行列车为中心的周边告警和前方预警系统；,移动在线办公，提高对旅客的服务质量；,适合于从低速至高速各种速度列车，各种运输线路；,等等。,九、总结,是一个系统工程,是一个复杂系统,安全,安全,是永恒的主题,安全,1、安全,2、发展方向,数字化,网络化,信息化,智能化,自动化,必须经历的过程,结果是什么？,3、通信信号哲学,（关键技术）自主创新,（体制）改革开放,（管理）合作联合,三大创新,谢谢!,