高速铁路概论-第四讲-高铁信号控制通信系统

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,#,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,#,高速铁路概论,1,高速铁路概论,课程内容安排,第一讲：,高速铁路概述,第二讲：,高速铁路基础设施与车站,第三讲：,高速铁路牵引供电、车辆动力与车辆,第四讲：,高速列车信号、控制系统、通信系统,第五讲：,高速铁路运输组织与高速铁路客运服务,第六讲：,高速铁路运用安全保障与环保,复习,考试,2,第四讲：,高速列车信号、控制系统、通信系统,主要内容,第一章 高速列车信号与控制系统,第二章 高速铁路通信系统,3,第四讲：,高速列车信号、控制系统、通信系统,第一章 高速列车信号与控制系统,1.1,概述,1.2,中国列控系统发展规划,1.3,高速列车间隔控制和速度控制,1.4,高速列车进路控制,1.5,调度集中及行车指挥自动化,4,1.1,概述,高速铁路信号与控制系统，通常被称为,基于通信的列车控制系统,（,Communication Based Train Control System,，,CBTC,），或,先进列车控制系统,（,Advanced Train Control System,，,ATCS,）。,高速铁路信号与控制系统是集,计算机技术、通信技术和控制技术,于一体的综合控制与管理,自动化,系统,。,5,_,1.1,概述,铁路信号和通信系统的发展方向,发展方向,1,）,软硬,件,不断升级换,。,安全性、可靠,性,、可用性和可维护性逐步提高,；,2,）,向综合自动化、人机对话、全面提高运输,质量和路网运输能力,方向发展。,6,_,1.1,概述,高速铁路信号与控制系统的组成,列车运行控制子系统,车站联锁子系统,调度集中子系统,附属子系统（诊断与服务子系统、微机监测子系统、灾害信息处理子系统、通信网络子系统等）,7,_,1.1,概述,高速铁路信号与控制系统的组成,列车运行控制子系统,根据车站进路、前行列车位置、安全追踪间隔等向后续列车提供行车许可、速度目标值等信息，由车载列控设备对列车速度实施监督和控制。,车站联锁子系统,根据计划实时建立各列车安全进路，为列车提供进、出站及站内行车的安全进路。,调度集中子系统,根据列车基本运行图所制定的日、班计划和列车运行正、晚点情况，编制各阶段计划，并下达给各个车站连锁系统。,8,1.1,概述,高速铁路信号与控制系统的主要特点,（,1,）,采用列车运行自动控制系统（,ATCS,）。,（,2,）,高速铁路都建有调度中心。,（,3,）,在各车站及区间信号室附近设置车次号核查等列车,-,地面信息传递设备（,TIPB,）。,（,4,）,车站采用计算机联锁（,CI,）和大号码道岔，道岔转换采用多台转辙机多点牵引。,（,5,）重视安全防护。,（,6,）通信信号一体化在高速铁路得到充分体现。,（,7,）高速列车运行中不允许线路上进行施工及维修作业。,9,_,1.2,中国列控系统发展规划,代表世界先进水平的高速铁路列控系统,德国,LZB,系统,：采用轨道环线电缆传送列控信息；,日本,DS-ATC,系统,：采用有绝缘的数字轨道电路传送列控信息；,法国,UM2000+TVM430,系统,：采用无绝缘数字轨道电路传送列控信息（分级控制）。,欧洲,ETCS,系统,：为实现欧洲铁路互联互通，欧盟组织确定了适用于高速铁路列控的标准体系，技术平台开放；基于,GSM-R,无线传输方式的,ETCS2,系统，技术先进，并已投入商业运营。,欧洲正在建设和规划的高速铁路均采用,ETCS,列控系统，是,未来高速列车控制系统的发展方向,。,10,_,1.2,中国列控系统发展规划,欧洲铁路控制系统,ERTMS,：即欧洲铁路运输管理系统,(EUROPEAN RAIL TRAFFIC MANAGEMENT SYSTEM / EUROPEAN TRAIN CONTROL SYSTEM).,11,ERTMS/ETCS,（欧洲铁路控制系统,),GSM-R,（铁路专用全球移动通信系统 ）,ERTMS,ERTMS/ETMS,（欧洲铁路交通管理系统）,1.2,中国列控系统发展规划,ETCS,系统结构,12,相邻列控中心,车载设备,机车乘务员,轨道,电路,列控中心,联锁设备,点式,设备,无线通信模块,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,连续信息接收模块,无线通信模块,调度集中系统,维护管理中心,GSM-R,设备维护,记录单元,运行管理,记录单元,车载安全计算机,1.2,中国列控系统发展规划,ETCS,技术规范的核心,采用目标距离（,Distance to go ),控制方式,以应答器（,EUROBALISE,）作为列车定位修正基准；,以,GSM-R,为车地连续信息传输,规范车地信息间的信息传输电气接口及编码，以实现互联互通。,13,ETCS,技术核心设备（,1,）：,采用符合欧洲标准的应答器,Eura,balise,ETCS,技术核心设备（,2,）,车载,设备,采用符合欧洲安全标准的,安全计算机,EVC,EB, SB,DMI,155,Niveau 2,STM STBY,SR,Annonce Niveau 1,Niveau 1,Annonce Niveau2,Connexion RBC OK,0,50,100,150,200,300,250,350,400,安全计算机,BTM,速度传感器,LKJ,0,50,150,200,300,250,350,400,0,50,150,200,300,250,350,400,列车接口单元,欧洲应答器天线,轨道电路,传感器,继电器接口,STM,标准化的人机界面,欧洲车载设备,STM,JRU,Train interface,GSMR,mobile,GSM antennas,Train Bus,Radars,EVC,Generators,tachometer,D,MI,RSC pick-ups,BACC DMI,ETCS,技术核心设备（,3,）：无线闭塞中心,RBC:Radio Block Centre,1.2,中国列控系统发展规划,ETCS,的应用等级,ETCS,等级,1:,基于欧标应答器和轨道占用检查的列控系统,ETCS,等级,2:,基于,GSM-R,和轨道占用检查的列控系统,ETCS,等级,3:,完全基于,GSM-R,的列控系统,18,1.2,中国列控系统发展规划,ETCS,等级,1,ETCS 1,级：地面信号查询应答器轨道电路,(,计轴设备,),。,采用,固定追踪间隔形式,；司机依靠地面信号行车，地面信号机前设备产生速度监控；依靠轨道电路或计轴设备检查列车占用和完整性；利用查询应答器覆盖各国现有信号系统，并用于列车定位和传送控制命令。,该系统是典型的,点式,ATP(Automatic Train Protection,，列车自动保护装置,),。,19,LEU,联锁,ETCS level 1,等级1,应答器,Eurocab,轨道占用检测,1.2,中国列控系统发展规划,ETCS,等级,2,ETCS 2,级：轨道电路查询应答器,GSM-R,与一级相比，司机完全依靠车载信号设备行车（可取消地面信号机）；通过,GSM-R,连续传送列车运行控制命令，车地间可双向通信；在点式设备的配合下，车载设备对列车运行速度进行连续监控；依靠轨道电路或计轴设备检查列车占用和完整性；建有无线移动闭塞中心。,该系统是基于移动通信的,连续式,ATP,。,21,无线闭塞,应答器,联锁,Eurocab,ETCS level 2,GSM-R,轨道占用检测,1.2,中国列控系统发展规划,ETCS,等级,3,ETCS 3,级：查询应答器,GSM-R,与二级相比是靠车载设备来检查列车完整性，不需要轨道电路；,点式设备、,GSM-R,是系统的主要设备。取消地面信号机和轨道电路后，室外线路上的信号设备减少到最低程度；列车追踪间隔依靠点式设备和无线移动闭塞中心实现，具有明显的移动自动闭塞特征。,23,无线闭塞,应答器,Eurocab,ETCS level 3,等级3,GSM-R,完整性,检测,ATP,车载设备组成,轨道电路信息接收,STM,应答器信息接收,BTM,动车组,ATP,车载设备,人机界面（,DMI,）,ATP,车载设备系统结构,EB, SB,DMI,155,Niveau 2,STM STBY,SR,Annonce Niveau 1,Niveau 1,Annonce Niveau2,ConnRBC O,0,50,100,150,200,300,250,350,400,安全计算机,BTM,速度传感器,LKJ,0,50,150,200,300,250,350,400,0,50,150,200,300,250,350,400,列车接口单元,欧洲应答器天线,轨道电路,传感器,继电器接口,STM,1.2,中国列控系统发展规划,几点启示,(1),列车速度的不断提高，使得铁路信号技术发生了巨大变化。当列车速度大于,160km/h,后，列车的开环控制已不能满足要求。,ATP,已成为行车安全不可缺少的重要技术装备,。,(2)ATP,是由地面信号设备和车载设备共同组成的闭环高安全系统，是地面联锁向车载设备的延伸，在此基础上实现了以车载设备为主的行车方式。各国铁路在实施,ATP,过程中，都是以故障安全作为最重要的技术条件，将地面和车载设备按一个系统统一设计，同步进行技术更新或强化改造的。,27,_,1.2,中国列控系统发展规划,几点启示,(3),通信信号一体化是现代铁路信号的重要发展趋势。,实现对移动体的控制，移动通信是最便捷的手段。因此基于通信特别是基于无线移动通信的,ATP,是今后的重要发展方向。,(4),技术标准统一，系统化设计，模块化产品，通用兼容是,ETCS,主要的成功经验，值得我们认真学习和借鉴。,28,1.2,中国列控系统发展规划,我国发展,ATP,的难点,难点之一,我国铁路地域广大、列车种类繁多、提速以后线路允许速度不统一，同为绿灯却有多种速度含义。,另外，我国铁路行车主要特点是,客货混跑、高低速列车共线运行,，这样必然要求客货列车均需装备,ATP,，从而使得我国发展,ATP,的难度明显大于国外。,29,1.2,中国列控系统发展规划,我国发展,ATP,的难点,难点之二,我国铁路实行,以地面信号为主、以机车信号为辅的行车方式,，对列车运行实行开环控制，依靠司机严守信号保证行车安全。因此，习惯于现有,机车信号监控装置,的控车模式。,30,1.2,中国列控系统发展规划,我国发展,ATP,的难点,难点之三,目前，机车普遍安装的通用机车信号未达到主体化的水平。机车信号基于轨道电路和站内电码化，但轨道电路制式繁多，有的根本不能满足“主体化”的要求，将面临淘汰。,信号基础装备薄弱，影响了是我国,ATP,的发展,。,难点之四,GSM-R,移动通信系统用于铁路信号、用于,ATP,系统和铁路综合移动信息平台，技术上有明显优势，产品得到多家厂商的支持，这在欧盟已得到证明。,我国,GSM-R,网络建设还在起步阶段，影响了基于,GSM-R,的,CTCS,的实施,。,31,_,1.2,中国列控系统发展规划,总体规划原则,(1),借鉴世界各国经验，结合我国国情路情，制定我国统一的,ATP,系列技术标准和规范；,(2),实行跨专业合作，集中全路专家智慧，共同确定总体技术方案和总体规划；,(3),坚持技术先进、系统成熟、经济合理，等级配置的原则；,(4),坚持通信信号一体化的方向，新线建设优先发展基于无线的,ATP,；,(5),坚持新线建设与既有线改造并重，在总体规划的指导下，分步实施，有序发展；,(6),坚持机车信号主体化与发展,ATP,相结合。,32,1.2,中国列控系统发展规划,CTCS,系统描述,CTCS,（,Chinese Train Control System,）,中国列车运行控制系统,定义：,CTCS,是为了保证列车安全运行，并以分级形式满足不同线路运输需求的列车运行控制系统。,列车运行控制系统是我国铁路提速线路和客运专线保证列车行车安全、提高列车运行效率的重要技术装备,.,能有效通过技术手段对列车,运行速度,、,运行间隔,进行实时监控和超速防护；同时能够减轻司机劳动强度、改善工作条件，提高乘客舒适度。,33,1.2,中国列控系统发展规划,发展,CTCS,的原因,1,）既有线提速、客运专线和高速铁路建设，对信号技术的发展既提出了新的挑战，也提供了难得的发展机遇。,2,）条件已成熟。,3,）需要对中国列车控制技术发展进行规划。,34,_,1.2,中国列控系统发展规划,CTCS,系统描述,基本功能：,(1),安全防护,在任何情况下防止列车无行车许可运行。,防止列车超速运行。,防止列车超过进路允许速度。,防止列车超过线路结构规定的速度。,防止列车超过机车车辆构造速度。,防止列车超过临时限速及紧急限速。,防止列车超过铁路有关运行设备的限速。,防止列车溜逸。,35,1.2,中国列控系统发展规划,CTCS,系统描述,(2),人机界面,以字符、数字及图形等方式显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离。,实时给出列车超速、制动、允许缓解等表示以及设备故障状态的报警。,具有标准的列车数据输入界面，可根据运营和安全控制要求对输入数据进行有效性检查。,36,1.2,中国列控系统发展规划,CTCS,系统描述,(3),检测功能,开机自检功能和运行中动态检查功能。,能够记录设备的关键数据以及关键动作，并提供监测接口。,(4),可靠性和安全性,按照信号故障,安全原则进行系统设计。,核心硬件设备须采用冗余结构。,满足电磁兼容性相关标准。,37,1.2,中国列控系统发展规划,CTCS,体系结构,CTCS,的体系结构按,铁路运输管理层,、,网络传输层,、,地面设备层,和,车载设备层,配置。,38,铁路运输管理层,网络传输层,地面设备层,车载设备层,1.2,中国列控系统发展规划,CTCS,体系结构,铁路运输管理层,铁路运输管理系统是行车指挥中心，以,CTCS,为行车安全保障基础，通过通信网络实现对列车运行的控制和管理。,网络传输层,CTCS,网络分布在系统的各个层面，通过有线和无线通信方式实现数据传输。,39,1.2,中国列控系统发展规划,CTCS,体系结构,地面设备层,地面设备层主要包括列控中心、轨道电路和点式设备、接口单元、无线通信模块等。,列控中心是地面设备的核心,，根据行车命令、列车进路、列车运行状况和设备状态，通过安全逻辑运算，产生控车命令，实现对运行列车的控制。,车载设备层,车载设备层是对列车进行操纵和控制的主体，具有多种控制模式，并能够适应轨道电路、点式传输和无线传输方式。车载设备层主要包括车载安全计算机、连续信息接收模块、点式信息接收模块、无线通信模块、测速模块、人机界面和记录单元等。,40,1.2,中国列控系统发展规划,CTCS,系统构成,参照国际标准，结合国情，从需求出发，按系统条件和功能划分等级。,CTCS,体系的构建原则,是以地面设备为基础，车载与地面设备统一设计。,41,相邻列控中心,车载设备,机车乘务员,轨道,电路,列控中心,联锁设备,点式,设备,无线通信模块,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,连续信息接收模块,无线通信模块,调度集中系统,维护管理中心,GSM-R,设备维护,记录单元,运行管理,记录单元,车载安全计算机,1.2,中国列控系统发展规划,CTCS,分级,CTCS,根据功能要求和设备配置划分应用等级，分为,0,4,级,。,CTCS-0,级,(,简称,C0,级,),：由通用机车信号,+,列车运行监控装置组成，为既有系统，适用于列车最高运行速度为,120km/h,以下的区段。,CTCS-1,级,(,简称,C1,级,),：,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。适用于列车最高运行速度为,160km/h,以下的区段。,42,1.2,中国列控系统发展规划,CTCS-1,级,(,简称,C1,级,),(1),地面子系统组成,轨道电路,完成列车占用检测及列车完整性检查，连续向列车传送控制信息。,点式信息设备,宜设置在车站附近，主要用于向车载设备传输定位信息。,(2),车载子系统组成,主体机车信号,点式信息接收模块,安全型运行监控记录装置,43,_,1.2,中国列控系统发展规划,CTCS-2,级,(,简称,C2,级,),CTCS-2,级,(,简称,C2,级,),：,基于轨道电路和点式应答器传输控车信息，并采用车地一体化设计的列车运行控制系统。面向提速干线和客运专线，适用于各种线路速度区段，地面可不设通过信号机,。,(1),地面子系统组成,列控中心：,根据列车占用情况及进路状态计算行车许可及静态列车速度曲线并传送给列车。,轨道电路：,完成列车占用检测及列车完整性检查，连续向列车传送控制信息。车站与区间采用同制式的轨道电路。,点式应答器,44,1.2,中国列控系统发展规划,CTCS-2,级,(,简称,C2,级,),(2),车载子系统组成,连续信息接收模块,点式信息接收模块,测速模块,设备维护记录单元,车载安全计算机,人机界面,运行管理记录单元,预留无线通信接口。,45,_,1.2,中国列控系统发展规划,CTCS-3,级,(,简称,C3,级,),CTCS-3,级,(,简称,C3,级,),：,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。,C3,级列控系统可以叠加在,C2,级列控系统上。,(1),地面子系统组成,无线闭塞中心,（,RBC,）,使用无线通信手段的地面列车间隔控制系统。它根据列车占用情况及进路状态向所管辖列车发出行车许可和列车控制信息。所使用的安全数据通道不能用于话音通信。,46,1.2,中国列控系统发展规划,CTCS-3,级,(,简称,C3,级,),无线通信,（,GSM-R,）地面设备,作为系统信息传输平台完成地车间大容量的信息交换。,点式设备,主要提供列车定位信息。,轨道电路,主要用于列车占用检测及列车完整性检查。,(2),车载子系统组成,无线通信（,GSM-R,）车载设备,作为系统信息传输平台完成车地间大容量的信息交换。,点式信息接收模块,完成点式信息的接收与处理,47,1.2,中国列控系统发展规划,CTCS-3,级,(,简称,C3,级,),测速模块,实时检测列车运行速度并计算列车走行距离。,设备维护记录单元,对接收信息、系统状态和控制动作进行记录。,车载安全计算机,对列车运行控制信息进行综合处理，生成目标距离模式曲线，控制列车按命令运行。,人机接口,车载设备与机车乘务员交互的接口。,运行管理记录单元,规范机车乘务员驾驶，记录与运行管理相关的数据。,48,1.2,中国列控系统发展规划,CTCS-4,级,(,简称,C4,级,),CTCS4,级,(,简称,C4,级,),：,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，由无线闭塞中心和列控车载设备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。,(1),地面子系统组成,无线闭塞中心（,RBC,）,同,CTCS-3,无线通信（,GSM-R,）地面设备,作为系统信息传输平台完成地车间大容量的信息交换。,49,1.2,中国列控系统发展规划,CTCS-4,级,(,简称,C4,级,),(2),车载子系统组成,无线通信（,GSM-R,）车载设备,作为系统信息传输平台完成车地间大容量的信息交换。,测速模块,需要时，实时检测列车运行速度并计算列车走行距离。,设备维护记录单元,对接收信息、系统状态和控制动作进行记录。,车载安全计算机,对列车运行控制信息进行综合处理，生成目标距离模式曲线，控制列车按命令运行。,50,1.2,中国列控系统发展规划,CTCS-4,级,(,简称,C4,级,),人机接口,:,车载设备与机车乘务员交互的接口。,全球卫星定位或其他设备：,提供列车定位及列车速度信息,列车完整性检查设备,运行管理记录单元：,规范机车乘务员驾驶，记录与运行管理相关的数据,51,_,1.2,中国列控系统发展规划,CTCS,级间关系,CTCS,车载设备向下兼容，通过系统设计，系统级间切换可以自动完成，级间切换不影响列车正常运行,.,如,:,既有线提速区段，配置,CTCS2,级车载设备的列车可以在运行过程中自动完成,CTCS1/0,级至,CTCS2,级或,CTCS2,级至,CTCS1/0,级的切换。,52,1.2,中国列控系统发展规划,CTCS,级间关系原则,符合,CTCS,规范的列车超速防护系统应能满足一套车载设备全程控制的运用要求。,系统车载设备向下兼容。,系统级间转换应自动完成。,系统地面、车载配置如具备条件，在系统故障条件下应允许降级使用。,系统级间转换应不影响列车正常运行。,系统各级状态应有清晰的表示。,53,1.2,中国列控系统发展规划,CTCS,与,ETCS,比对,54,级,ETCS,CTCS,0,欧洲既有线现状,中国既有线现状；通用式机车信号,+,监控装置,1,基于点式传输的列车控制系统；,列车占用及完整性检查由轨道电路完成；设置地面信号机；,面向,160km,h,以下区段；,主体机车信号,+,加强型监控装置,2,基于,GSMR,传输的列车控制系统；,列车检测和列车完整性检查由轨道电路完成；可以取消地面信号机：,面向提速干线和客运专线；基于轨道电路,+,点式应答器进行信息传输的列控系统；可取消地面通过信号机；,3,基于,GSMR,传输的列车控制系统；,取消轨道电路和地面信号机；无线闭塞中心与车载验证系统共同完成列车定位和完整性检查；可实现移动闭塞,面向提速干线、客运专线和特殊线路；基本参照,ETCS2,级,4,未定义,面向客运专线和特殊线路,基本参照,ETCS3,级,1.2,中国列控系统发展规划,ETCS,和,CTCS,系统的共同点,制式统一，标准规范,技术先进，易于升级,车载设备，上下兼容,标准开放，利用竞争,55,_,1.3,高速列车间隔控制和速度控制,高速列车间隔控制,是通过不同行车闭塞方式实现的，其核心是既要保证行车安全，又要最大限度地提高行车效率。通常采用,固定自动闭塞,和,准移动闭塞,。虚拟闭塞和移动闭塞是未来的发展方向。,列车速度控制,是将列车运行速度与列车允许速度比较，判断列车是否超速，如果超速则采取制动措施，防止列车超过进路允许速度、线路结构规定的速度、机车车辆构造速度、临时限速及紧急限速、铁路有关运行设备的限速。,56,1.3,高速列车间隔控制和速度控制,高速列车运行控制系统特性,（,1,）列控信息,（,2,）列车追踪间隔距离和间隔时间,（,3,）,ATP,控制模式,（,4,）,RAMS,可靠性（,Reliability,）,可用性（,Availability,）,可维修性（,Maintainability,）,安全性（,Safety,）,57,_,1.3,高速列车间隔控制和速度控制,（,1,）列控信息,列控信息是指列控地面设备之间、与地面外部设备之间，列控车载设备之间、与列车外部设备之间，,列控地面设备与列控车载设备之间传输的信息,。,列控信息是列控系统的神经中枢，是列控系统正常工作的基础。,分为：,安全信息,和,非安全信息,。,安全信息：直接与行车安全相关的信息；,非安全信息：列控辅助信息。,58,1.3,高速列车间隔控制和速度控制,（,1,）列控信息,1),信息量,2),实时性,两者应满足不同速度、不同密度、不同运输方式及不同列车控制方式的要求。,列控的信息量应首先满足列车安全追踪间隔距离要求。,59,1.3,高速列车间隔控制和速度控制,（,2,）列车追踪间隔距离和间隔时间,在同一方向的两列列车，彼此以闭塞分区相间隔追踪运行，前一列车的尾部与后一列车的头部之间所保持的最小间隔时间，称为,追踪间隔时间,。,1,）区间列车追踪间隔时间,Max 2,）车站同方向发车追踪间隔时间,3,）车站同方向到达的追踪间隔时间,60,1.3,高速列车间隔控制和速度控制,（,2,）列车追踪间隔距离和间隔时间,1,）区间列车追踪间隔时间,司机舒适驾驶距离；,列车在设备应变和司机确认信号并开始动,作时间内走行的附加距离；,常用全制动距离；,安全防护距离；,前行列车占用的闭塞分区长度；,列车长度。,61,各段距离对应的时间和,1.3,高速列车间隔控制和速度控制,（,2,）列车追踪间隔距离和间隔时间,2,）车站同方向发车的追踪间隔时间,62,各段距离对应的时间和,车站办理列车发车作业时间；,从出站信号机开放，到列控车载设,备收到信息并给出减速信号，司,机确认信号开始制动的延迟时间；,第一段加速时间；,匀速走行时间；,第二段加速时间。,1.3,高速列车间隔控制和速度控制,（,2,）列车追踪间隔距离和间隔时间,3,）车站同方向到达追踪间隔时间,63,各段距离对应的时间之和,车站办理列车到达作业时间；,从进站信号机开放，到列控车载设备收到信息并给出减速信号，司机确认信号开始制动的延迟时间；,列车从规定最高运行速度减速到道岔侧向允许速度的时间；,列车头部驶入轨道后，由道岔速度减为零的距离；,列车按道岔允许速度匀速通过安全防护区段和车站咽喉区部分区段走行的距离。,1.3,高速列车间隔控制和速度控制,（,3,）,RAMS,1,）系统安全性,2,）可靠性,3),有效性,4,）可维护性,64,1.3,高速列车间隔控制和速度控制,（,4,）列车速度控制模式,速度码阶梯控制方式,在一个闭塞分区内只控制一个速度等级。在一个闭塞分区中只按照一种速度判断列车是否超速。,速度,距离模式曲线控制方式,根据目标速度、线路参数、列车参数、制动性能等确定的反映列车允许速度与目标距离间关系的曲线。该曲线反映了列车在各点允许运行的速度值。,65,1.3,高速列车间隔控制和速度控制,高速列车运行控制系统技术规范,制定规范的目的,标准化,：系统结构标准化、接口标准化、界面标准化、信息标准化、系统工作模式标准化。,系列化,：应能适应于中国铁路的各类机车、各类列车、各种速度；适用于列车运行不同模式；充分考虑未来的发展。,模块化,：根据列车运行系统的不同级别、不同模式的特点，合理划分列车运行系统的模块，以便升级换代和兼容互换。,66,1.3,高速列车间隔控制和速度控制,为了达到,标准化系列化模块化目的,需要制定,三个方面的技术规范文档,，这些规范中，有的是强制执行的标准，有的是建议性的标准。,(1),系统功能需求规范（,FRS,）,主要描述了列车运行控制系统应该具有的功能，包括联锁设备、列控中心、轨道电路及点式信息设备的基本功能、车载设备的功能、防护功能、记录功能、列车的操作过程等。,67,1.3,高速列车间隔控制和速度控制,(2),系统需求规范（,SRS,）,主要描述列车运行控制系统及各子系统的构成、工作原理以及主要技术要求。系统需求规范包括：,列车运行控制系统需求规范；,地面列控中心系统需求规范；,联锁设备系统需求规范；,轨道电路系统需求规范；,点式信息设备系统需求规范；,列控车载设备系统需求规范；,68,1.3,高速列车间隔控制和速度控制,(3),接口规范（,FIS/FFFIS,）,主要定义系统各个子系统的软硬件标准，以便实现系统设备的集成和互操作性，接口规范包括,:,地面列控中心人机接口规范；,联锁设备功能接口规范；,轨道电路功能接口规范；,点式信息设备功能接口规范；,列车接口规范；,列控车载设备人机界面功能接口规范；,69,1.3,高速列车间隔控制和速度控制,列车运行控制系统的构成,地面设备,轨旁设备、列控中心、地面通信网络设备。,车载设备,列车运行监控模块、测速,/,定位模块、显示器模块、牵引制动接口、运行记录器模块等。,地车信息传输设备,地面信息传输设备、车载信息传输设备、地面信息传输网络、车载信息传输网络。,70,1.3,高速列车间隔控制和速度控制,地面设备框图,71,1.3,高速列车间隔控制和速度控制,车载设备框图,72,1.3,高速列车间隔控制和速度控制,列车运行控制系统设备应具备的功能,（,1,）将先进的控制技术、通信技术、计算机技术与铁路信号技术融为一体的行车指挥、安全控制机电一体化的自动化系统；,（,2,）车载信号属于主体信号，直接给司机指示列车应遵循的安全速度；,（,3,）自动监控列车运行速度，可靠地防止由于司机失去警惕或错误操作可能造成超速运行、列车颠覆、冒进信号或列车追尾等事故，是一种行车安全控制设备。,73,1.3,高速列车间隔控制和速度控制,高速列车运行控制系统分类,（,1,）按自动化程度分,列车超速防护系统（,ATP,）,铁路列车运行自动控制系统（,ATC,）,（,2,）按人,机关系分,设备优先控制方式：日本新干线,ATC,司机优先控制方式：法国,TVM300/430,74,1.3,高速列车间隔控制和速度控制,高速列车运行控制系统分类,（,3,）按控制模式分,速度码阶梯控制方式,速度,距离模式曲线控制方式,（,4,）按信息传输通道分,点式列车运行自动控制,瑞典EBICAB900,连续式列车运行自动控制,德LZB、法TVM、日ATC,75,1.3,高速列车间隔控制和速度控制,设备优先控制方式,V,列,V,目标,后立即自动制动，V,列,V,目标,后自动缓解，不必司机参,与,。,优点,:,司机负担小，利于缩短列车追踪间隔。,缺点：对设备自动化程度及列车的制动缓解性能要求较高。,76,司机优先控制方式,只有,V,列,V,安全,设备才进行惩罚性强迫制动。,列车正常运行时设备不干预司机操作。,1.3,高速列车间隔控制和速度控制,速度码阶梯控制方式,每个闭塞分区设计一个目标速度。,在一个分区中列车在何处都只按照固定的速度判定列车是否超速。,分为,出口检查,和,入口检查,两种方式。,不需要距离信息，只需在停车信号与最高速度间增加若干中间速度信号，因此轨道信息量较少，设备相对比较简单。,目前普遍采用（法国,TVM300,，日本新干线,ATC,）,77,1.3,高速列车间隔控制和速度控制,速度,距离模式曲线控制方式,不再对每一个闭塞分区规定一个目标速度，而是向列车传送目标速度、列车距目标的距离（可包括多个闭塞分区的长度）的信息。,列车实行,一次制动控制方式,。,列车追踪间隔可,根据列车制动性能、车速、线路条件,调整,，提高混跑线路通过能力。,德国LZB系统和日本数字ATC系统。,78,1.3,高速列车间隔控制和速度控制,点式列车运行自动控制,优点,：造价低、维修工作少。,缺点,：信号追踪性差，限制列车追踪间隔进一步缩小。,原因,：只能在指定的信号点接收信息。,如果列车经过某信号点之后，先行列车位置移动，地面信号发生了变化，车上控制系统不能立即知道，而必须等列车到达下一个信号点才能接收到。,79,1.3,高速列车间隔控制和速度控制,连续式列车运行自动控制,优点：列车追踪间隔小（,3min,）。,缺点：技术难度大，成本高。,80,1.4,高速列车进路控制,列车进路控制,：一般指车站连锁通过对道岔、股道和信号机的控制为列车提供不同路径，实现列车在车站的会让、越行等目的。,高速铁路信号与控制系统实现了,联锁与列控一体化、车站与区间一体化,。,高速列车进路控制由车站延伸到区间，统一以区段为对象进行控制，不再区分车站连锁和区间闭塞。,81,1.4,高速列车进路控制,计算机联锁系统,是以计算机技术、控制技术、通信技术为基础，实现对车站信号设备的控制。,计算机联锁系统和电气联锁系统的主要区别,：计算机联锁系统用计算机或微处理器取代了继电电路，构成了智能化的联锁机构。,计算机联锁系统,是铁路信号发展进程的必然趋势，将逐渐取代继电联锁。,82,_,1.4,高速列车进路控制,计算机联锁系统的层次结构,联锁系统从操作到监控对象的进路控制可以分为,人机对话层,、,联锁层,和,控制层,。,人机对话层,：是指操作人员向联锁系统输入操作信息和接收来自联锁系统表示信息的一层。,联锁层,:,是指系统中实现联锁功能的一层。,控制层（也称作执行层）,：是指对室外的道岔信号机以及轨道电路等信号设备进行控制和采集其状态信息的一层。,83,1.4,高速列车进路控制,计算机联锁的控制结构,现在全部采用,分散式控制结构,。,分散式控制结构的特点,是将联锁系统的功能按结构层次划分成若干个相对独立又有一定联系的功能模块，各功能模块均由相应的计算机或微处理器来处理，从而使系统在处理机的配置上形成多机分散式结构。,组成,：,上位机,，,联锁机,，,驱采机,，,电务维修机,84,1.4,高速列车进路控制,上位机,主要任务是,完成人机对话功能,。,一方面接收来自控制台的值班员操作输入信息，判明能否构成有效的操作命令，并将操作命令转换成约定的格式，由串行口输送给联锁机；,另一方面，接收联锁机提供的关于监控对象状态和列车运行情况等各种信息，把它们转换成表示盘或屏幕显示器能够接受的格式。,联锁机,也称,下位机,，主要用于实现信号设备的联锁逻辑处理功能，完成进路确选锁闭，发出开放信号和动作道岔的控制命令。,85,1.4,高速列车进路控制,驱采机（执表机）,功能,：,1,）,控制采集电路工作，将采集到的站场状态传送到联锁机。,2,）,接收联锁机传送的控制命令，并根据控制命令控制相应驱动电路。,电务维修机,功能,：,1,）,接收上位机传来的站场状态信息、操作信息、提示信息、故障信息等。,2,）,显示站场运行状况、车站值班员操作信息、故障信息、系统运行状况等。,3,）,记录一个月的历史信息，可查看一个月内站场运行状况、车站值班员操作信息、故障信息等。,4,）,为调度监督,DMIS,系统微机监测等提供接口。,86,1.4,高速列车进路控制,计算机联锁系统基本结构,为了满足系统对可靠性、安全性的高要求，系统都采用冗余设计的方法。,87,单机系统；,双机冷备系统,双机热备；,三取二；,二乘二取二,1.5,调度集中及行车指挥自动化,调度集中,调度集中,(Centralized Traffic Control,，简称,CTC,),是调度中心对某一区段内的信号设备进行集中控制，对列车运行直接指挥、管理的技术装备。,青藏铁路西哈段是中国铁路历史上第一条分散自律调度集中系统。,调度集中系统主要经历了继电式调度集中、全电子式调度集中、计算机调度集中这几个阶段。,中国铁路自,1958,年开始调度集中的研究和探索。,88,1.5,调度集中及行车指挥自动化,行车指挥自动化,铁路行车指挥自动化,(Automation System for Railway Traffic Control,）,利用在线计算机和有关技术设备，自动收集信号设备状态和列车运行的信息，按规定的算法和程序进行处理，实时地发送出指挥列车运行的有关命令，安排列车进路和调整列车运行，同时，将处理的结果予以记录和显示，这种集中控制和监视系统称为铁路行车指挥自动化。,89,1.5,调度集中及行车指挥自动化,高速铁路调度集中的功能,（,1,）行车调度,（,2,）客运调度,（,3,）机车车辆调度,（,4,）维修调度,（,5,）电力调度,（,6,）信号设备监控,90,1.5,调度集中及行车指挥自动化,CTC,设备与系统结构,调度,中心,子系统,91,调度集中系统,调度中心子系统,车站子系统,调度中心与车站之间的网络子系统,中心机房设备（数据库服务器、应用服务器等）,各应用工作站（调度员工作站、控制工作站等）,车站子系统,：车站自律机、车务终端、综合维修终端、电务维修终端等。,网络子系统,：网络通信设备和传输通道构成。,1.5,调度集中及行车指挥自动化,高速铁路综合调度系统,特点：,对列车运营指挥实行集中控制，同时负责与行车有关的管理工作。,业务：,编制运营计划（行车、车辆运用、乘务值班）,编制临时运行图，调整运营计划；,监视沿线列车运行状况、控制车站进路；,统计旅客集散情况，向旅客提供信息服务。,92,1.5,调度集中及行车指挥自动化,高速铁路综合调度系统,93,调,度,系,统,组成,运行管理计算机,调度中心,信号室,车辆段、维修基地等,表示终端,表示盘,控制终端设备,通信终端设备,通信终端设备,列车车次核查装置,安全监控设备终端,1.5,调度集中及行车指挥自动化,高速铁路综合调度系统分类,第一类（高速客运专线）,全线设一个行车指挥中心，集多种业务组织和管理功能于一体；,例：日本的新干线和法国的,TGV,。,第二类（客货混合运输高速线）,按区域设置行车调度中心。,例：德国,ICE,。,94,1.5,调度集中及行车指挥自动化,综合调度中心发展趋势,由传统的集中控制模式发展为网络化、智能化的集中管理、分散控制的新一代模式。,例：日本、欧洲等国,采用,工作站客户机,、,服务器,以及,计算机网络技术。,组成：,运输管理系统，运行调度系统，牵引供电调度系统，动车组调度管理系统，基础设施管理系统，客运调度系统，安全监督系统等。,95,运行计划管理子系统,牵引供电调,度子系统,防灾安全监控子系统,动车组调度管理子系统,综合维护及基础设,施管理子系统,旅客服务调度子系统,高速铁路运,行调度子系统,旅客调度,牵引供电调度,动车及乘务员调度,通信信号监视,及维修调度,列车调度,轨道维护调度,第二章 高速铁路通信系统,第二章 高速铁路通信系统,2.1,概述,2.2,铁路有线通信与无线通信,2.3,铁路调度通信网,2.4,铁路综合数字移动通信系统,99,2.1,概述,铁路通信系统,是实现铁路专用通信业务的系统，,其中主要部分由,铁路调度通信系统,组成，随着通信技术的不断发展，铁路通信系统正由模拟通信技术向,数字通信技术,方向发展。,高速铁路通信系统属于铁路通信系统，包括,有线通信部分,和,无线通信部分,。,100,2.1,概述,铁路专用通信,是铁路运输的重要基础设施，对铁路运输和安全生产起着至关重要的作用。,传统的铁路专用通信业务包括,干、局线通信，区段通信，站场通信，无线专用通信，应急通信和列车通信,。,铁路运输调度通信是铁路专用通信的重要组成部分，是直接指挥列车运行的通信设施。目前除了传统的铁路数字调度通信系统，铁路目前正在推广,铁路综合数字移动通信系统（,GSM-R,）。,101,2.1,概述,铁路通信系统的发展方向,大容量、综合业务的数字通信网络,具体体现：,（,1,）建设宽带可以保护的大容量数字传送网；,（,2,）不断开拓铁路运输新业务；,（,3,）发展综合移动通信；,（,4,）调度通信数字化、网络化，实现有线调度与无线调度业务融合。,102,2.2,铁路有线通信与无线通信,有线通信,我国铁路专用有线通信网现状,有线通信平台,是通信网络的核心，对于铁路信息化和各种通信业务发展至关重要。,与铁路信息化需求相比，存在很大的差距：,（,1,）光缆线路：覆盖面不够，容量不足。,（,2,）传送网：覆盖面和迂回保护能力不足。,（,3,）接入网：端口数量和容量不足，不具备多业务接入能力。,103,2.2,铁路有线通信与无线通信,有线通信,（,4,）数据网：规划有待加强。,（,5,）电话网：急需进行网络结构的调整和设备的更新改造。,（,6,）调度网：应向数字化、智能化方向发展。,（,7,）会议电视网：需向站段、车间逐步扩展。,104,2.2,铁路有线通信与无线通信,有线通信,新的铁路专用有线通信系统平台,主要构成,：光缆线路、光传送网、接入网、,IP,网等。,从信息化应用角度，,各个子系统的定位,：,（,1,）光缆线路：物理媒介服务。,（,2,）光传送网：物理层和数据链路层的服务。,（,3,）接入网：物理层、数据链路层、网络层综合业务接入服务。,（,4,）,IP,网：网络层服务。,105,2.2,铁路有线通信与无线通信,无线通信,我国铁路既有无线通信现状,（,1,）无线列车调度通信,行车“三大件”之一；覆盖率,93%,以上。,（,2,）无线调度命令传送系统,为含有调度命令、行车凭证等信息的无线传送系统，由,TDCS,系统设备、无线列调系统设备等组成。,106,2.2,铁路有线通信与无线通信,无线通信,（,3,）站场无线及各种单工通信系统,平面调车等站场无线通信系统以及独立的单工通信系统（如工务、公安、电力等通信系统）在铁路区段站、编组站广为使用。,（,4,）集群移动通信系统,多信道综合业务无线移动通信系统,（,5,）其他机车设备,107,2.2,铁路有线通信与无线通信,无线通信,现代铁路运输对无线通信的要求,需求,：不仅包括话音业务，也扩展到数据业务。,欧洲在,2002,年提出发展,铁路数字移动通信系统（,GSM-R,），,近些年迅速发展。,我国发展,GSM-R,的目标是,：在全路建立一张移动通信网络，实现铁路移动设施和固定设施的无缝衔接。,108,2.3,铁路调度通信网,级别划分,按铁路运输指挥系统分为：,干线、局线、区段,三级调度通信体系。,干线调度通信,：统一指挥各铁路局；,局线调度通信,：统一指挥所属站段；,区段调度通信,：调度员与所管辖区段的铁路各中间站。按业务性质分为：列车调度、货运调度、电力牵引调度、无线列车调度等。,109,2.3,铁路调度通信网,铁路专用通信行车业务,凡是与铁路运输有关的一切通信设施，统称为,铁路专用通信,。,与行车直接有关的通信业务：,（,1,）调度通信,（,2,）站场通信,（,3,）站间通信（点对点通信）,（,4,）区间通信（区间作业人员对外联络）,各种专用通信业务之间存在,内在联系,。,110,2.3,铁路调度通信网,数字通信系统的组成和运用,简称：数调,系统主要结构：,调度主机；,操作台；,集中维护管理系统。,系统运用,分为：单机运用、多机组网综合运用,111,2.3,铁路调度通信网,区段数字调度通信设备的主要特点,（,1,）具有优良的传输性能,（,2,）基于数字交换平台与计算机技术融为一体,（,3,）数字与模拟具有兼容性,（,4,）多种业务兼容,（,5,）安全可靠性高,（,6,）具有集中维护网络管理功能,112,2.4,铁路综合数字移动通信系统,GSM-R,GSM-R(GSM for Railway),中文全称为,铁路移动通信系统标准,，和我国现在覆盖最大的,GSM,网络标准相仿，是中国首次从欧洲引进的移动通信铁路专用系统。,GSM-R,是一种专门为铁路设计的专业无线数字通信系统，基于,GSM,系统技术平台，针对铁路通信列车调度、列车控制、支持高速列车等特点，为铁路运营提供定制的附加功能的一种经济高效的综合无线通信系统,。,113,_,2.4,铁路综合数字移动通信系统,既有的,GSM-R,的情况,既有的,GSM-R,通信系统主要由,：,BSS,（基站子系统）,NSS,（交换子系统）,OSS,（管理子系统）,根据业务的需要，增加了,智能业务,和,GPRS,分组数据业务,功,能,单元,。,114,2.4,铁路综合数字移动通信系统,既有的,GSM-R,的情况,我国目前在青藏、大秦、胶济线试用的,GSM-R,系统基本上可以满足铁路运输信息业务,十大功能,：,机车同步操作控制系统的信息传输、 列车控制系统的信息传输、调度通信、无线车次号信息、,CTC,调度命令的传送、列车尾部风压信息传送、机车综合监测信息传送（弓况、工况、轴温等）、客车运行安全监测系统（,TCDS,）信息传送、旅客移动信息服务系统的信息传送、大型编组场,/,车站综合移动信息服务系统的信息传送、区间移动通信与公务移动通信。,115,2.4,铁路综合数字移动通信系统,我国,GSM-R,系统发展的现状与欧洲差异,1,）欧洲国家网络规模小，而我国网络规模大，应采取全网统一规划、分布实施建网策略，因此，在建网前期，需要规定框架性的要求，指导全网的建设、发展与规划；,2,）欧洲各国,GSM-R,核心网大多采用一家设备，智能网采用厂家内部私有协议。而我国,GSM-R,核心网为多厂家组网环境，对于智能业务，需要统一规范业务的实现流程；,116,2.4,铁路综合数字移动通信系统,我国,GSM-R,系统发展的现状与欧洲差异,3,）欧洲应用范围小，移动通信业务简单，主要承载列车调度通信和列控信息传输业务。在我国，,GSM-R,网除了上述两项主要业务外，还需引入