1、l学习目标学习目标n了解基于通信的移动闭塞了解基于通信的移动闭塞ATC系统的车地系统的车地通信传输、列车定位通信传输、列车定位n了解基于通信的移动闭塞了解基于通信的移动闭塞ATC系统中无线系统中无线局域网的传输方式局域网的传输方式基于通信的移动闭塞基于通信的移动闭塞ATC系统认知系统认知一、基于通信的移动闭塞一、基于通信的移动闭塞ATCATC系统系统1、介绍、介绍 基于通信的移动闭塞ATC系统（CBTC）不依靠轨道电路检测列车位置、向车载设备传递信息，l 而是利用通信技术实现“车地通信”和“列车定位”，通过车载设备、轨旁通信设备实现 列车 与车站或控制中心之间的信息交换，完成列车自动控制。u系
2、统通过建立车地之间连续、双向、高速的通信，使列车命令和状态可以在车辆和地面之间可靠交换，将系统主体CBTC地面设备和受控对象列车紧密的连接在一起，可靠地确定列车的准确位置，计算出列车间的相对距离，保证列车的安全间隔；u同时根据线路的条件，对列车进行限速 或与地面设备发生联锁关系。能够实现车地实时双向通信，由于没有预先设置的闭塞分区，不以固定闭塞分区为列车追踪的最小单元，而是 根据实际运行速度、制动曲线 和 进路上列车位置，动态计算出相邻列车之间的安全距离，列车安全距离的计算 是 后续列车的受控停车点和前一列车尾部的确认位置之间的一段固定距离。与固定闭塞相比，运行间隔相对可能大大减少。与准移动相
3、比，则具有更大运用灵活性和更小行车间隔，也因此具备了更大运行调整能力。l 移动闭塞ATC系统就车地双向信息传输方式而言，分为：（1）基于电缆环线传输方式（2）基于无线通信传输方式l 其中基于无线通信传输方式，又具体为：（1）按无线通信的调制方式可分为：跳频扩频FHSS、直接序列扩频DSSS 和 正交频分复用OFDM。（2）按数据传输方式可分为：无线扩频电台、漏缆、裂缝波导管等方式。n 基于通信的移动闭塞基于通信的移动闭塞ATCATC系统分为系统分为l 基于感应环线的移动闭塞ATC系统l 基于无线通信（包括无线扩频电台、裂缝波导管和漏缆）的移动闭塞ATC系统。2 2、车地通信传输、车地通信传输n
4、（1 1）基于）基于感应环线感应环线移动闭塞移动闭塞ATCATC系统系统l 广州地铁3 号线采用加拿大泰雷兹公司的感应环线方式进行车-地双向连续通信。交叉感应环线方式传输特性好,抗干扰能力强，但无冗余配置。车至地通信56kHz/600b/s，地至车通信36kHz/1200b/s。虽然感应环线数据传输速率较低，但能够满足移动闭塞对 数据量的需求。u原理原理：l 根据中心输出逻辑，车辆控制中心(VCC)将以1200b/s的 传输速率输出一个83位的串行命令报文，以36kHz移频键控(FSK）信号的形式通过 中心馈电设备(CFD)和 轨旁馈电设备(FID)送入环线电缆。l 该信号被车载天线接收后,将
5、由车载控制器(VOBC)进行译码。l 与此相反，VOBC 的响应报文被车辆的发送天线(56 kHz，FSK)发送到环线上，并通过轨旁馈电设备和中心馈电设备送回VCC 进行运算处理。另外，轨旁馈电设备还生成一个监督环线状态的9kHz信号，并发回到中心馈电设备。感应环线电缆敷设于轨道之间，是一种绞合铜芯电缆，外加绝缘和非屏蔽的防护外套，作为感应环线通信系统的发送及接收天线使用，大约每25 m 交叉1 次。每组感应环线控制距离约为1000 m。车载控制器在经过车载控制器在经过每个交叉点每个交叉点时时检测感应信号检测感应信号相位的变化相位的变化，并以此来并以此来进行定位误差校准进行定位误差校准，定位精
6、度为，定位精度为6.25 m6.25 m。u运营维护运营维护：l 感应环线电缆的敷设方法较为灵活，可根据道床、牵引轨和列车的情况确定安装方式，可采用非对称或对称形式，但需要沿整个地铁线路架空铺设，大大增加了线缆施工的工程量，对轨道专业的维护作业也有一定的影响，需要信号专业配合，并且需要对环线交叉点重新精确定位。l 另外，信号专业每季度需要对室内环线馈电设备的电气参数进行调整，保证数据通信传输质量;l 同时每隔3 个月还要对环线电缆，诸如刻痕、切断、磨损和变形等损坏情况进行检查，若环线电缆下垂超过75 mm，则必须进行拉直校正，否则将影响车底天线的感应灵敏度。l 在日常运营过程中，一旦感应环线出
7、现 数据通信故障 (环线电缆断裂 或与VCC 联系中断超过3 s)，就会造成本环线区域内的车-地通信中断;故障区域内或目标点已进入故障区域的所有列车将采取紧急制动;还未进入该环线区域的列车将采取常用制动停在故障区域外。l 在通信故障排除以前，所有列车都需要转为人工驾驶模式通过该区域，直至下一个投入点建立车-地通信，对运营服务质量将造成一定影响。n(2)基于无线通信移动闭塞基于无线通信移动闭塞ATCATC系统系统l 基于无线通信移动闭塞ATC系统车地通信传输采用无线通信技术，实现列车与地面双向实时通信。对于基于无线通信标准的移动闭塞系统，地面设备可以直接向无线通信网络系统发送信息，由 无线通信网
8、络系统 将该信息路由传递给车辆。基于无线通信技术的车地通信传输信息容量比较大，能够满足较大容量的传输要求。v列车通过无线网络与地面实现实时双向通信，列车将自身列车车次号、运行方向、列车位置 和 实际速度实时传递给地面轨旁设备，地面轨旁设备根据正线所有列车位置信息，经计算生成列车的运行权限，传递给列车，内容包括停车点位置、最大允许速度、运行方向和车门控制等信息。l 通常轨道交通的线路设计有地下、地面和高架三种。每条线路可以采用其中单独的一种方式，也可以是几种组合的方式。基于无线通信的CBTC信号系统为了满足车地双向通信的需要，在线路沿线进行无线场强的覆盖，通常有三种传输方式可供选择，即无线扩频电
9、台、漏泄同轴电缆和裂缝波导管。n 3、列车定位列车定位u（1）基于感应环线移动闭塞）基于感应环线移动闭塞ATC系统系统 车载控制器在经过每个交叉点时检测感应信号相位的变化，并以此来进行定位误差校准，定位精度为6.25 m。车站定点停车采用对位环线或应答器方式，达到所要求的停车精度。n 3、列车定位列车定位u（2）基于无线通信移动闭塞）基于无线通信移动闭塞ATC系统系统 在地面设置含有绝对位置信息的应答器，当列车从上方经过时，为列车提供绝对位置信息，达到为列车定位和位置校准的目的。车站定点停车采用对位环线或应答器方式，达到所要求的停车精度。u（3）、辅助列车位置检测设备v在CBTC工作正常时，列
10、车位置检测设备并不作为列车控制和联锁功能实现的依据，其主要作用是检测CBTC系统设备故障或 无CBTC系统设备列车位置，完成必要的联锁功能，并可实现站间闭塞。辅助列车位置检测设备提高了 系统降级使用能力的安全性。v辅助列车位置检测设备仅仅作为列车位置检测设备，不具有车地通信功能，计轴和轨道电路均可作为辅助列车位置检测设备。n 4 4、系统特点、系统特点 1）线路没有固定划分的闭塞分区，列车间隔是动态的，并随前一列车的移动而移动。2）列车间隔是按后续列车在当前速度下所需的制动距离，加上安全余量计算和控制的，确保不追尾。3）制动的起点是动态的，终点是相对动态的，轨旁设备的数量与列车运行间隔关系不大
11、。4）通常列车最小运行间隔可做到80-85s。5）减小了牵引回流对信号系统的谐波干扰，可靠性高。6）采用先进的 车地双向实时传输，信息量大，易于实现无人驾驶。基于无线通信移动闭塞ATC系统采用 无线网络 重复覆盖方式，形成实时双向双通道冗余结构，以弥补无线通信的非故障安全缺陷。7）可减少轨旁设备，便于安装维修，有利于紧急状态下利用线路作为人员疏散的通道，有利于降低系统生命周期内的运营成本。8）支持灵活多变的运行，很容易实现双方向运行而不增加地面设备，有利于线路故障或特殊需要时的反向运行控制。9）无线通信移动闭塞系统作为旧线升级改造是一种最佳的选择，在不影响既有线正常运营的前提下，能够对系统进行
12、升级改造，将对运营的影响将到最低。10)无线通信移动闭塞系统能够通过无线网络规划，实现各系统（如通信、供电）之间的无线接口。11）无线通信容易受到外界的干扰，尤其在地面和高架区段。二、移动闭塞与准移动闭塞的比较二、移动闭塞与准移动闭塞的比较n 三、无线局域网传输方式l 目前，移动闭塞ATC系统无线通信技术大都采用无线局域网技术，即WLAN。通常有三种传输方式：无线扩频电台、裂缝波导管、漏缆等方式。l 1 1、无线扩频电台、无线扩频电台 根据IEEE802.11无线局域网的标准，目前广泛采用的是基于2.4GHz的ISM频带，无线扩频电台方式传输的最大距离约为400米，由于轨道交通线路多穿行于城市
13、郊区，其弯道和坡道较多，增加了无线场强覆盖的难度。由于隧道内有吸收衰减和多径效应，使极化紊乱，传播衰减增加，为了保证场强覆盖的完整性，保证通信的质量和可靠性，往往需要在同一个地点设置双网覆盖。按照工程经验和测试结果，一般在 地下线路200米左右设置一套，在地面和高架线路300米左右设置一套。v无线扩频电台安装比较灵活，受其它因素的影响小,可以根据现场条件和 无线场强覆盖需要 进行设计和安装，且安装和维护容易。v无线扩频电台在隧道内传输受弯道和坡道影响较大，同时隧道内的反射比较严重，需要考虑多径干扰等问题。v无线扩频电台在地面和高架线路安装比较容易，但线路周围不能有高大密集的建筑物，否则也会发生
14、反射和衍射，从而导致传输质量下降和通信速率降低。v无线扩频电台的传输距离小，为了保证在一个AP（无线接入点）故障时，通信不能中断，提供通信的可靠性，往往需要在同一个地点设置双网覆盖，进一步缩短了AP布置间距。v列车在各个AP之间的漫游和切换特别频繁，大大降低了无线传输的连续性和可靠性，同时相应的电缆使用量很大。n 2 2、漏泄同轴电缆、漏泄同轴电缆 供货商有法国ALSTOM和美国BOMBARDIERv采用基于2.4GHz ISM频带的漏泄同轴电缆，其传输特性 和衰减性能较好，传输距离较远，最大传输距离达到600m，且沿无线场强覆盖均匀，且呈现良好的方向性分布，抗干扰能力较强，适合于狭长的地下隧
15、道内使用。v采用同轴电缆可以减少列车在各个AP之间的漫游和切换,提高无线传输的连续性和可靠性。v安装要求不是很高，可以根据现场条件安装于 隧道侧墙（即适用于全地下线路），或隧道顶部（仅适用于全地下线路，且三轨供电），其与列车车载天线的安装基本对应。对于地面和高架线路安装比较困难，且美观效果较差。正因如此，供货商均可以实现漏泄同轴电缆 与无线扩频电台混合组网的可能，对于地下线路部分采用漏泄同轴电缆覆盖，地面及高架线路部分采用无线扩频电台进行覆盖。因漏泄同轴电缆的安装位置较高，一般不会影响轨旁设备的维护工作，其自身安装调试完成后维护工作量很小。n 3 3、裂缝波导管、裂缝波导管 目前供货商只有法国
16、ALSTOMv裂缝波导管采用的是一种长方形铝合金材料，在其表面每隔一段（约6cm）刻有一条2mm宽3cm长裂缝，能够让无线电波从此裂缝中漏泄出来，因其波导物理特性和衰减性能很好，传输距离较远，最大传输距离可达到1600m，且沿无线场强覆盖均匀，且呈现良好的方向性分布，抗干扰能力较强，适合于狭长的地下隧道内使用。裂缝波导管传输距离要优于漏泄同轴电缆，减少列车在各个AP之间的漫游和切换，大大提高无线传输的连续性和可靠性。裂缝波导管的安装要求较高，其与列车车载天线的安装位置要求对应。v裂缝波导管可以根据现场条件安装于 隧道底部钢轨旁（适用于地下、地面、高架或混合线路均可），或隧道侧墙（仅适用于全地下线路），或隧道顶部（仅适用于全地下线路，且三轨供电）。因裂缝波导管的安装位置受到现场制约，且必须与车载天线位置对应，其安装精度要求也比较高，另外，对于波导管内部和表面的维护量较大，防止沙尘侵入和污染物覆盖。l 总结总结n 基于通信的移动闭塞基于通信的移动闭塞ATC系统的车地通信传输、系统的车地通信传输、列车定位列车定位n 基于通信的移动闭塞基于通信的移动闭塞ATC系统中无线局域网的系统中无线局域网的传输方式传输方式基于通信的移动闭塞基于通信的移动闭塞ATC系统认知系统认知
