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1、轨道交通运行控制与管理,同济大学,Tongji Univisity,交通运输工程学院,课程前言,一。教材和参考书 二。课程安排 三。本课程的特点 四。本课程总要求 五。学习建议,目录,内容简介 发展历史与发展展望 ATC系统 ERTMS/ETCS以及CTCS CBTC 案例,列车运行控制系统简介,列车运行控制系统是根据列车在铁路线路上运行的客观条件和实际情况，对列车运行速度及制动方式等状态进行监督、控制和调整的技术装备。,基本概念,列车运行控制系统简介,地面设备：产生出列车控制所需要的全 部基础数据 车载部分：通过媒体将地面传来的信号进行信息处理，形成列车速度控制数据及列车制动模式，用来监督或
2、控制列车安全运行,列车运行控制系统分类,目录,内容简介 发展历史与发展展望 ATC系统 ERTMS/ETCS以及CTCS CBTC 案例,列车运行控制系统发展概况,国外发展情况,早期:,列车运行控制系统发展概况,国外发展情况,初期: 六十年代之前，列车运行控制系统由路旁信号机来传递信息，列车运行安全取决于司机的视觉驾驶技术和经验，前后列车间的空间间隔由相邻信号机之间的距离来实现 。,列车运行控制系统发展概况,初步发展时期: 七十年代之后，列车速度的提高对列车运行控制系统在安全和效率方面提出了更高的要求，随着地面信息传输技术和列车信息接收技术的不断完善，出现了点式ATC系统，点连式ATC系统和连
3、续式ATC系统.,国外发展情况,列车运行控制系统发展概况,快速发展时期: 八十年代，随着信息传输量的增加、自动控制技术的完善和微电子技术的发展，使得列车运行控制的车载系统功能不断扩大，如实时计算距离一速度模式曲线、自动实施常用制动和紧急制动、自动驾驶、节能运行指导等。,国外发展情况,列车运行控制系统发展概况,国外发展情况,从九十年代后,城市轨道交通ATC系统向数字化ATC发展，通过不同信息传输媒体，采用信息编码传送目标速度、目标距离和轨道电路长度等信息，实现列车与地面之间的通信，因此列车运行的安全性得到增强，效率得到提高，效益明显改善。 目前数字ATC是发展的主流。,列车运行控制系统发展概况,
4、国内发展情况,2O世纪大部分时间，全路机车都安装了机车“三大件”，即机车信号、自动停车和无线列调，行车安全得到了很好的保障，促进了铁路事业的快速发展，但还存在不少问题。,列车运行控制系统发展概况,同济大学交通运输工程学院,1985年我国引进国外的无绝缘轨道电路和车载ATP系统。以此为标志，开始我国运行控制现代化系统的发展,国内发展情况,列车运行控制系统发展概况,九十年代我国列车运行控制系统结出硕果。 国家“八五”攻关项目“LSK旅客列车速度分级控制系统”在广深线160200 kmh的列车上投入运营。LSK 系统作为我国自行研制的准高速旅客列车超速防护系统综合信号安全技术、机电控制技术、计算机和
5、网络通信技术，以及可靠性与故障安全理论，构成新型人机关系的信号安全防护系统，并首次以车载信号作为行车凭证，实现了我国超速防护系统历史性的突破。,同济大学交通运输工程学院,国内发展情况,列车运行控制系统发展趋势,发展中的列车控制系统将成为一个集列车运行控制、行车调度指挥、信息管理和设备监测为一体的综合业务管理的自动化系统。它在保证行车安全、提高运输效率、节省能源、改善员工劳动条件 等将发挥重要的作用。,同济大学交通运输工程学院,列车运行控制系统的发展趋势,列车运行控制系统发展趋势,同济大学交通运输工程学院,列车运行控制系统的发展技术,随着计算机技术（Computer）、通信技术（Communic
6、ation）和控制技术（Control）的飞跃发展，综合利用3C技术给列车控制系统带来很好的发展机遇。未来的列车运行控制系统将是以3C 为基础的综合信息技术的集成系统。,列车运行控制系统发展趋势,现代列车控制系统的核心是通信技术的应用与发展。,同济大学交通运输工程学院,列车运行控制系统的发展技术,目录,内容简介 发展历史与发展展望 ATC系统 ERTMS/ETCS以及CTCS CBTC 案例,轨道交通列车运行控制系统,同济大学交通运输工程学院,轨道交通列车运行控制系统,同济大学交通运输工程学院,列车自动防护系统 列车自动运行系统 列车自动监控 系统,轨道交通列车运行控制系统组成,轨道交通列车运
7、行控制系统,同济大学交通运输工程学院,ATP（Automatic Train Protection，简称ATP）子系统的主要功能是通过车载ATP系统和地面设备间的信息传输，来实现列车的安全间隔控制、超速防护及车门控制, 保证行车安全 。,列车自动防护系统(ATP),轨道交通列车运行控制系统,ATO (Automatic Train Operation，简称 ATO)子系统主要完成站间自动运行、列车速度调节和进站定点停车, 并能接受控制中心的运行调度命令, 实现列车的运行自动调整。,列车自动运行系统(ATO),轨道交通列车运行控制系统,ATS (Automatic Train Supervisi
8、on，简称ATS)子系统的主要功能是监控列车运行状态, 采用软件方法实现联网、通信及列车运行管理自动化。,列车自动监控系统(ATS),轨道交通列车运行控制系统,轨道交通列车运行控制系统组成示意图,轨道交通列车运行控制系统类型,点式自动列车运行控制系统 连续式自动列车运行控制系统,轨道交通列车运行控制系统分类,点式自动列车运行控制系统,点式自动列车运行控制系统在欧洲的干线铁路及城市轨道交通中应用十分广泛。其主要优点是采用无源、高信息容量的地面应答器，结果简单。安装灵活，可靠性高。,点式自动列车运行控制系统简介,点式自动列车运行控制系统,地面应答器 道旁电子单元LEU（信号接口） 车载设备,点式自
9、动列车运行控制系统组成,点式自动列车运行控制系统,点式自动列车运行控制系统示意图,连续式自动列车运行控制系统,连续式自动列车运行控制系统适应高速干线与高行车密度的轨道交通。根据传输媒介可分为有线与无线两大类。,连续式自动列车运行控制系统简介,连续式自动列车运行控制系统,连续式自动列车运行控制系统简介,连续式自动列车运行控制系统主要由3部分组成：地面控制中心，传输媒介以及车载设备。,连续式自动列车运行控制系统,连续式自动列车运行控制系统工作原理图,轨道交通列车运行控制的信息传输媒介,列车运行控制系统信息传输媒介类型,轨道电路 轨道电缆 点式设备 无线传输,目录,内容简介 发展历史与发展展望 AT
10、C系统 ERTMS/ETCS以及CTCS CBTC 案例,ERTMSETCS,ERTMSETCS,ERTMSETCS系统简介,ERTMS(欧洲铁路运输管理系统)包括ETCS(欧洲铁路控制系统，又称为ERTMSETCS)和GSMR(铁路专用全球移动通信系统)。,ERTMSETCS,ERTMSETCS系统简介,ERTMSETCS (European Train Control System)系统是为克服欧洲各国信号制式互不兼容，保证高速列车在欧洲铁路网内互通运行，而联合制订的一种列车运行控制系统技术规范。,ERTMSETCS系统意义,ERTMSETCS的研究目的,高速列车不受限制地穿越国界行使；
11、信号标准化，减少各国的特殊要求； 设备市场开放，产生商业吸引力； 技术互用性，不同厂商系统兼容； 降低设备成本。,ERTMSETCS 应用,设置ERTMSETCS 应用等级,为实现高速列车在欧洲境内穿越国境时互通运营，结合欧洲各国铁路现状，兼顾既有设备及今后列车运行控制系统发展趋势，ERTMSETCS技术规范确定了5个应用等级。,ERTMSETCS 应用,ERTMSETCS 应用等级说明,等级0：装备了ERTMSETCS的列车可以在没有装备ERTMSETCS地面设备或者没有本国(本地)信号系统的线路上运行，或者在试运行中的ERTMSETCS线路中运行。,ERTMSETCS 应用,设置ERTMS
12、ETCS 应用等级,等级STM：装备了ERTMSETCS的列车，在装备了本国有(本地)信号系统的线路上运行，它们之间通过STM进行接口。,ERTMSETCS 应用,设置ERTMSETCS 应用等级,等级1(带注入或不带注入信息)：装备了ERTMSETCS的列车，在装备有欧洲应答器 (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。,ERTMSETCS 应用,设置ERTMSETCS 应用等级,等级2：装备了ERTMSETCS的列车，在由无线闭塞中心控制的、装备了欧洲应答器和欧洲无线的线路上运行，由地面设备提供列车定位功能和列车完整性检测。,ERTMSETCS 应用,
13、设置ERTMSETCS 应用等级,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。,ERTMSETCS 系统结构,ERTMSETCS系统结构框图,ERTMSETCS 设备,ERTMS 标准化设备,车载设备(EUROCAB): 车载计算机(欧洲安全计算机EVCEuropean Vital Computer)，人机接口(MMI-Man Machine Interface)，里程计。,ERTMSETCS 设备,ERTMS 标准化设备,标准化的地面设备包括欧洲应答器，欧洲环线，欧洲无线，即GSMR(不是ETCS规范的内容)，无线闭塞中心(RBC),ERTMSETCS核心技术,ERTM
14、SETCS系统的主要技术特点,标准化:系统结构标准化、关键模块标准化 兼顾现实与未来发展 模块化 不同厂商设备在子系统模块级互换兼容,同济大学交通运输工程学院,ERTMSETCS技术规范的构成,强制性规范； 任选规范； 非强制性规范； 不需要的规范。,ERTMSETCS核心技术,ERTMSETCS 核心技术,ERTMSETCS技术规范的构成图,CTCS,CTCS简介,为确保列车运行安全、提高运输效率，结合我国铁路的特点研究制定中国列车运行控制系统 CTCS的技术规范。参照欧洲列车运行控制系统（简称ETCS）编制的。,CTCS,CTCS系统组成,车载子系统 地面子系统,CTCS系统组成,CTCS
15、地面子系统,应答器 轨道电路 无线通信网络（GSM-R） 列车控制中心（TCT）/无线闭塞中心（RBC）,CTCS系统组成,车载子系统组成,CTCS车载设备 无线系统车载模块,CTCS系统组成,CTCS系统结构示意图,CTCS系统组成,CTCS应用等级分类,CTCS应用等级0(L0) CTCS应用等级1(L1) CTCS应用等级2(L2) CTCS应用等级3(L3) CTCS应用等级4(L4),CTCS应用,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,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
16、式超速防护功能。,CTCS应用,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,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,CTCS应用等级4,是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。,CTCS应用,目录,内容简介 发展历史与发展展望 ATC系统 ERTMS/ETCS以及CTCS CBT
17、C 案例,CBTC,CBTC概述,基于通信的列车控制系统（简称CBTC） Communication Based Train control，是计算机技术、通信技术、控制技术综合发展的新型控制系统，已成为列车控制系统的发展方向。,CBTC 介绍,CBTC制式分类,采用轨间电缆作为传输通道的CBTC（IL CBTC） 采用无线数据传输通信的CBTC（RF CBTC）,CBTC 介绍,同济大学交通运输工程学院,CBTC特点,（1）通过整个系统提供可靠的检查与平衡手段，通过车-地间双向信息传输，实现对列车的闭环控制，从而大大降低人为错误的影响，系统的可靠性更高。,CBTC 介绍,CBTC特点,（2）
18、各级调度都可以随时了解区段内任意运行列车的位置、速度、机车工况及其它各种参数，利用上述信息，各级调度可以规范、协调地直接指挥行车。,CBTC 介绍,CBTC特点,（3）车站控制中心依据列车状态及前车状态，结合智能技术调整列车运行，获得最佳的区间通过能力，减少列车在区段内运行时能源消耗，增加旅客乘坐舒适度。,CBTC 介绍,CBTC特点,（4）区段内所有运行列车的各种参数自动地发送给各种管理系统，从而可以避免由于人为错误，导致参数错误，将运输控制与管理紧密结合，实现铁路信息化,CBTC 介绍,CBTC特点,（5）减少沿线设备，减轻设备维护和管理的劳动强度，受环境影响小，在遭受自然灾害或战争破坏后
19、，易恢复运行。,CBTC 介绍,CBTC特点,（6）可以实现移动闭塞,CBTC 介绍,国外CBTC的代表系统,北美ATCS 旧金山海湾铁路WAATC 法国实时追踪自动化系统(ASTREE) 德国的无线列车控制系统(FZB) 日本计算机和无线通信辅助列车运行控制系统(CARAT) 巴黎公共运输局(RATP)的地铁13号线,CBTC 发展,同济大学交通运输工程学院,CBTC在中国的发展,CBTC 发展,1994-1998年，我国与瑞典Dalarna大学、Adtranz公司及瑞典国家铁路合作进行CBTC-MAS的可行性研究，在系统技术条件的制定、理论研究、计算机仿真等方面取得了一定成果。,同济大学交
20、通运输工程学院,CBTC在中国的发展,CBTC 发展,1999年，北方交通大学提交了“无线数据传输在铁路安全中的应用研究”的报告，报告分析了无线数据传输的安全性、有效性，对基于GSM-R数据传输，无线列控安全性进行了研究。,同济大学交通运输工程学院,CBTC在中国的发展,CBTC 发展,80年代至90年代，国内学者对CBTC-MAS条件下的系统结构，行车控制方法，线路通过能力及列车运行组织方式、通过能力仿真等问题、进行了广泛，深入的研究。,同济大学交通运输工程学院,CBTC在中国的发展,CBTC 发展,2002年设立无线机车信号基金项目，资助完成青藏线无线机车信号的研究及两套样机的生产，其中每
21、套样机包括一台地面设备和两台车载设备。并完成在青藏线清水河无线机车信号在现场的性能试验。,同济大学交通运输工程学院,CBTC在中国的发展,CBTC 发展,2004年9月，武汉轨道交通一号线一期工程正式开通，进入全天候运行阶段，遂成为中国第一个采用阿尔卡特CBTC技术的范例。,同济大学交通运输工程学院,CBTC基本概念,CBTC系统是一个连续数据传输的自动控制系统，利用高精度的列车定位，实现双向连续、大容量的车-地数据通信，能够执行列车自动防护（ATP），列车自动运行(ATO)以及列车自动监控(ATS)。,CBTC的基本原理,同济大学交通运输工程学院,CBTC系统组成,移动设备（车载设备） 轨旁
22、设备 通信网络 控制中心组成,CBTC的基本原理,同济大学交通运输工程学院,CBTC系统组成示意图,CBTC的基本原理,同济大学交通运输工程学院,CBTC通信方式,查询应答器 感应回线 漏泄电缆,CBTC的基本原理,同济大学交通运输工程学院,查询/应答器,查询/应答器是一种采用电磁感应原理构成的高速点式数据传输设备，在特定地点实现与地面间的相互通信。,CBTC的基本原理,轨道间交叉回线,在两轨间铺设交叉型感应回线，一线固定在轨道中央的道床上，另一线在钢轨的腰部下方 ，交叉回线不仅可以用于列车定位，也可以作为列车与地面之间的双向通信媒体，得到1.2kbit/s的传输速率。,CBTC的基本原理,漏
23、泄电缆,控制中心发射出的电磁波沿电缆导线传输时，在电缆内传输的电磁波从外导体槽孔辐射到周围空间在其外部产生漏泄场，因而车载设备能够接收到地面发送的信息；同样，车载设备发出的电磁波，在电缆外部产生漏泄场，也会耦合到电缆内，实现与控制中心通信。,CBTC的基本原理,CBTC相关技术和规范内容,列车位置和速度检测 双向数据传输 列车完整性检测 断轨检测,CBTC中相关技术和规范,CBTC技术标准,IEEE Std 14731999 车载单元间通信协议标准； IEEE Std 1474.11999 CBTC性能及功能需求标准； IEEE Std 14751999 车载控制功能及与动力系统、制动系统的接
24、口标准； IEEE Std 1482.11999 车载事件记录仪标准； IEEE Std 14832000 铁路运输控制处理器系统安全功能验证标准。,CBTC中相关技术和规范,目录,内容简介 发展历史与发展展望 ATC系统 ERTMS/ETCS以及CTCS CBTC 案例,典型列车运行控制系统,日本ATC系统,日本新干线现有的ATC系统普遍采用数字式ATC系统。采用目标距离一次制动模式曲线方式，车载设备根据地面轨道电路传送来的信息和各开通区间的长度，求取与前方列车所占用区间的距离，综合线路数据、制动性能和允许速度等计算出列车运行速度，生成目标距离一次制动模式曲线。目标距离一次制动模式曲线缩短了
25、制动距离，并可根据列车性能给出不同的模式曲线，提高了运输效率。,典型列车运行控制系统,欧洲ETCS系统,根据欧洲ETCS计划，为了实现欧洲铁路互联互通，车载设备采用ETCS总线，可以灵活地支持与各种传统设备及ETCS车载设备的通信；传输设备有欧洲应答器和欧洲环路，即数据传输速率为565kbs的磁应答器和采用漏泄电缆的环路；欧洲无线也在进行工程实施。,典型列车运行控制系统,欧洲ETCS系统,ERTMS系统是为了适应欧洲铁路互联互通的目的，它集联锁、列控和运行管理于一体。西班牙的马德里巴塞罗拿线采用该系统，列控系统符合欧洲铁路统一标准ETCS二级标准，速度监控方式采用一次连续速度曲线控制模式（又称目标距离一次制动模式曲线方式），列车占用靠UM2000轨道电路，列车定位靠欧洲应答器，车与地双向传输靠无线数传。,典型列车运行控制系统,德国LZB系统,德国LZB系统是基于轨道电缆传输的列控系统，是世界上首次实现连续速度控制模式的列控系统，技术上是成熟的。1965年在慕尼黑奥斯堡间首次运用，德国已装备了2000 km铁路线，1992年开通了西班牙马德里塞维利亚471km高速线。,典型列车运行控制系统,