2023/3/18Page1任務一城市軌道交通CBTC系統(tǒng)架構(gòu)和組成

培訓目標掌握城市軌道交通CBTC系統(tǒng)的架構(gòu)和組成

2023/3/182023/3/18Page2典型的城市軌道交通CBTC系統(tǒng)（一）—概述

沈陽市地鐵一號線一期工程和延伸線工程，自十三號街至黎明文化宮，線路全長27.909km，正線全部為地下線。全線設(shè)22座車站，車輛段設(shè)在地面。最小站間距為0.809km，為中街站和小什字街站區(qū)間。最大站間距為1.900km，為洪湖北街站至重工街站區(qū)間。2023/3/182023/3/18Page3典型的城市軌道交通CBTC系統(tǒng)（一）—概述

站臺有效長度：118m列車運行在右車道列車旅行速度≥35km/h最小行車間隔時間：初期5min，近期3min20s，遠期2min。列車折返時間 ≤120s停車位置精度： ±300mm2023/3/182023/3/18Page4典型的城市軌道交通CBTC系統(tǒng)（一）—概述

初期配屬23列6輛編組列車。列車編組形式為3動3拖：+TC-MP-M-T-MP-TC+TC:有司機室的拖車；MP:帶受電弓的動車M：不帶受電弓的動車；T：無司機室的拖車；+：半自動車鉤；-；半永久牽引桿2023/3/185概念定義-縮寫ACS AxleCounterSystem 計軸系統(tǒng)AP AccessPoint 接入點AS AccessSwitch 接入交換機ATB AutomaticTurn-Back 自動折返A(chǔ)TC AutomaticTrainControl 列車自動控制ATO AutomaticTrainOperation 列車自動運行ATP AutomaticTrainProtection 列車自動防護ATS AutomaticTrainSupervision 列車自動監(jiān)督BS BackboneSwitch 骨干交換機CBTC

Communications-BasedTrainControl基于通信的列車控制系統(tǒng)CC CarborneController 車載控制器DCS

DataCommunicationSystem 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)6概念定義-縮寫DSU DatabaseStorageUnit 數(shù)據(jù)儲存儲單元EB EmergencyBrake 緊急制動ESB EmergencyStopButton 緊急停車按鈕iATP

IntermittentATP 點式ATPLRU LineReplaceableUnit 在線可替換單元NRM

Non-RestrictedManual 非限制人工模式MR MobileRadio 車載無線電臺TI TransponderInterrogator 查詢應答器天線TOD TrainOperatorDisplay 列車司機顯示屏TSR TemporarySpeedRestriction 臨時限速VSP VitalStoppingPoint 安全停車點ZC ZoneController 區(qū)域控制器一、CBTC系統(tǒng)架構(gòu)和組成8一、系統(tǒng)架構(gòu)和組成基于CBTC移動閉塞的ATC系統(tǒng)，具備ATP防護、ATO駕駛和后備的點式ATP防護功能。包括以下子系統(tǒng)：正線聯(lián)鎖CBI子系統(tǒng)列車自動防護ATP子系統(tǒng)列車自動監(jiān)控ATS子系統(tǒng)列車自動駕駛ATO子系統(tǒng)DCS通信子系統(tǒng)9一、

系統(tǒng)架構(gòu)和組成

CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖10一、

系統(tǒng)架構(gòu)和組成

CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖一、系統(tǒng)架構(gòu)和組成1).中央列車自自動監(jiān)控子系統(tǒng)（（ATS）用于行車監(jiān)視和控控制12一、系統(tǒng)架構(gòu)和組成CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖一、系統(tǒng)架構(gòu)和組成2).區(qū)域控制器器ZCZC安裝在軌旁，，是基于處理器的的安全控制器。每個ZC通過數(shù)據(jù)據(jù)通信子系統(tǒng)和車車載控制器連接。。ZC通過運用CBTC的移動閉塞概念念，確保列車的安安全運行。ZC基于已知的障礙地地點和預計的交通通荷載，確定預定義的區(qū)域內(nèi)所所有列車的移動權(quán)限。ZC接收臨時限速(TSR)指令以及該區(qū)域內(nèi)列車發(fā)出出的位置信息。ZC與MicrolokII接接口，以控制和表表示軌旁設(shè)備。每個ZC都是以三三選二表決配置為為基礎(chǔ)。14一、系統(tǒng)架構(gòu)和組成CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖一、系統(tǒng)架構(gòu)和組成3).數(shù)據(jù)存儲單單元DSU用來保存軌道數(shù)據(jù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。臨時速度限制儲存存在區(qū)域控制器中中。16一、系統(tǒng)架構(gòu)和組成CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖一、系統(tǒng)架構(gòu)和組成4).車載控制器器子系統(tǒng)CC車載控制器包括基于微處理器器的控制器、相關(guān)速度測量及位位置定位傳感器（在地面應答器的的輔助下）。車載設(shè)備與列車的的各子系統(tǒng)接口，，并通過數(shù)據(jù)通信信子系統(tǒng)與ZC接接口。車載控制器負責列車定位、執(zhí)執(zhí)行允許速度、執(zhí)執(zhí)行移動授權(quán)以及及其他有關(guān)的ATP和ATO功功能。車載控制器采用三三取二表決方式。。18一、系統(tǒng)架構(gòu)和組成CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖19一、系統(tǒng)架構(gòu)和組成CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖一、系統(tǒng)架構(gòu)和組成5).聯(lián)鎖控制器器MicroLokIIMicroLokII負責安全全執(zhí)行傳統(tǒng)聯(lián)鎖功功能。MicroLokII從輔助列列車檢查計軸系統(tǒng)統(tǒng)中獲得列車位置置信息。MicrolokII與軌旁設(shè)備接口口，諸如轉(zhuǎn)轍機、、LED信號機等等。為保證正確的CBTC運行，MicrolokII還與(ZC)接口。21一、系統(tǒng)架構(gòu)和組成CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖一、系統(tǒng)架構(gòu)和組成6).集成了ATS車站工作站和和本地控制工作站站功能的工作站集成了ATS工作作站/本地控制工工作站功能的工作作站位于設(shè)備集中中站的本地調(diào)度室。1）在正常運營條件下，該工作站站用于實現(xiàn)車站ATS工作站的功能，監(jiān)視和控控制列車運行/軌軌旁設(shè)備；2）在降級運營模式下，如果ATS不可用時，該工作站還有有本地控制工作站的功能。該工作站站通?？刂频膬H僅僅是本聯(lián)鎖區(qū)。23一、系統(tǒng)架構(gòu)和組成CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖一、系統(tǒng)架構(gòu)和組成7).數(shù)據(jù)通信子子系統(tǒng)DCS數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)在在信號系統(tǒng)各設(shè)備備之間提供雙向的的﹑安全的數(shù)據(jù)交交換，它提供開放放的通信接口和體體系架構(gòu)。應用國國際通行的協(xié)議：：有線網(wǎng)使用IEEE802.3，無線通信使用用IEEE802.11g，它是一個非安全（（Non-vital）的系統(tǒng)，，但是通過其傳送送的消息受安全算算法的保護。DCS能夠滿足系系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)傳輸輸延時和數(shù)據(jù)率的的要求。一、系統(tǒng)架構(gòu)和組成7).數(shù)據(jù)通信子子系統(tǒng)DCS以太網(wǎng)為所有子系系統(tǒng)提供了相互通通信的途徑。系統(tǒng)提供雙環(huán)冗余骨干網(wǎng)絡絡。ATS接入骨干網(wǎng)網(wǎng)絡是通過有線交交換機實現(xiàn)的。二、子系統(tǒng)詳述27DCS采用獨立雙網(wǎng)的架構(gòu)，兩張網(wǎng)絡絡完全獨立且配置置相同；軌旁骨干網(wǎng)絡使用用RPR自愈環(huán)網(wǎng)提高可用性；車地通信使用無線空間波，，采用802.11g協(xié)議，調(diào)制解調(diào)方方式使用OFDM(正交頻分復用)；使用UDP/IP作為設(shè)備之間的通通信協(xié)議，可直接接進行相互通信；；數(shù)據(jù)同時在雙網(wǎng)中傳輸，保證了系統(tǒng)的可可靠性和可用性，，單網(wǎng)絡故障時無需需切換時間；典型的城市軌道交交通CBTC系統(tǒng)統(tǒng)—數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)1、DCS子系統(tǒng)2023/3/15DCS子系統(tǒng)－車地雙向向通信的頻率規(guī)劃劃車頭車尾各配置一一個MR，分別連接A網(wǎng)和B網(wǎng)，分別工作在2.4GHz頻段的互不重疊的的兩個信道（信道1和11）2828DCS子系統(tǒng)－無線小區(qū)區(qū)覆蓋29車載MR在軌道上的任何一一點都能至少檢測測到兩個軌旁AP發(fā)送的信號。CBTC需求：最夠小的傳傳輸延時、丟包率率、29ASTSCBTC信號系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖302023/3/15Page31遼寧省交通通高等?？瓶茖W校冗余方式：：（1）熱備用硬硬件冗余（切換）（2）冗余網(wǎng)絡絡連接(設(shè)備間雙重重連接)（3）功能冗余余（一條信息被被復制并通通過兩個不不同的路徑徑傳輸?shù)侥磕康牡刂罚?023/3/152023/3/15Page32（1）無線線通信IEEE802.11g的最大原始始通信速率率54Mbit/s調(diào)制方案：：正交頻分分復用(OFDM））工作頻率：：2.4G--2.4835GHzIEEE802.11g網(wǎng)網(wǎng)絡配置模式：：基礎(chǔ)模式式和特殊模模式在基礎(chǔ)配置置中，移動動電臺通過過AP連接接到骨干網(wǎng)網(wǎng)絡在特殊模式式中，移動動電臺間的的相互通信在點對點通信信的基礎(chǔ)上完完成2023/3/152023/3/15Page33（1）無線線通信典型的IEEE802.11g系統(tǒng)傳遞是連接前中斷斷。（無線設(shè)設(shè)施在一個個時刻只能能連接到一一個AP））因此，在傳遞期間，該設(shè)施與與AP間的的通信很有可可能中斷。為達到真正正意義上的的無縫漫游游，采用新的傳遞運運算法則，處理重疊的的無線覆蓋蓋，以達到真正的的零傳遞時時間。2023/3/152023/3/15Page34（1）無線線通信故障的修復復必須在停停運期間完完成，任何何AP故障都可能能會導致系系統(tǒng)服務降降級，為避免降級，，必須采取取冗余：一個地理區(qū)區(qū)段被兩個個屬于不同同擴展服務務設(shè)備的AP覆蓋，左側(cè)軌旁旁網(wǎng)絡LWN和右側(cè)側(cè)軌旁網(wǎng)絡絡RWN。。AP屬于安裝在在軌道兩側(cè)側(cè)的擴展服務設(shè)設(shè)備，并且在不同的頻頻段運行（使它們不不會相互干干擾）。兩個相鄰AP在一個個區(qū)域內(nèi)交交疊，以確確保覆蓋的的連續(xù)性和和無縫漫游游。2023/3/152023/3/15Page35無線通信右側(cè)軌旁網(wǎng)網(wǎng)絡接入點點在1號頻頻道運行，，左側(cè)軌旁網(wǎng)網(wǎng)絡接入點點在11號號頻道運行行，2023/3/152023/3/15Page36無線通信右側(cè)軌旁網(wǎng)絡絡接入點在1號頻道運行行，左側(cè)軌旁網(wǎng)絡絡接入點在11號頻道運運行，2023/3/152023/3/15Page37（2）車載網(wǎng)網(wǎng)絡車載數(shù)據(jù)通信信系統(tǒng)(DCS)由移動動電臺(MR)和MR天天線構(gòu)成。在在列車每端端，安裝有有一個MR和和兩個MR天天線。MR是車載無無線設(shè)備，用用來在車載設(shè)設(shè)備（如ATP和ATO）和軌旁設(shè)設(shè)備間傳輸數(shù)數(shù)據(jù)。車載ATP和ATO子系統(tǒng)通通過兩個獨立立的以太網(wǎng)連接到MR。CC的以太太網(wǎng)擴展設(shè)備備（集成在以以太網(wǎng)延長器器板上）利用用雙絞線彼此連接，實實現(xiàn)車廂之間的網(wǎng)網(wǎng)絡通信。2023/3/15車載設(shè)備配置置2023/3/15Page39（3）軌旁骨骨干網(wǎng)絡軌旁骨干網(wǎng)絡絡WBN是AP，ZC，，CC和中央央ATS子子系統(tǒng)間的通通信媒介。軌旁骨干網(wǎng)絡絡WBN由骨干交換機機組成，交互連接到到兩個獨立的的單模光纜的的環(huán)式拓撲結(jié)結(jié)構(gòu)。這些骨干交換換機安裝在信信號設(shè)備室，，位于地鐵站站，相互之間間的距離不超超過10公里里。2023/3/152023/3/15Page40軌旁骨干網(wǎng)絡絡2023/3/152、ATS子系統(tǒng)ATS子系統(tǒng)采用的的是“集中后后備”的結(jié)構(gòu)構(gòu)412、ATS子系統(tǒng)運營控制中心心（OCC））主機服務器(主備雙套)通信服務器(主備雙套)數(shù)據(jù)庫服務器器(主備雙套套)ATS調(diào)度工工作站ATS調(diào)度長長工作站系統(tǒng)管理工作作站時刻表編輯工工作站大屏顯示工作作站模擬培訓設(shè)備備培訓服務器培訓仿真工作作站車站級ATS設(shè)備后備主機服務務器后備通信服務務器車站ATS工工作站車輛段工作站站42主要組件ATO子系統(tǒng)由車載載設(shè)備和軌旁旁設(shè)備組成。。ATO子系統(tǒng)與ATP子系統(tǒng)共用車載硬件件設(shè)備，并沒有獨立立的設(shè)備。ATO子系統(tǒng)的軟件件安裝在與車車載ATP子系統(tǒng)共用的的車載計算機機中，但使用獨立的CPU。3、ATO子系統(tǒng)主要組件車載ATO設(shè)備為主備冗冗余，當主ATO單元發(fā)生故障障，自動從主主ATO單元切換到備備用ATO。主ATO和備用ATO單元運行同樣樣的軟件，得得到相同的傳傳感器輸入和和獨立計算，，但是在一個時間，，只有一個ATO單元是主ATO，與其他子系系統(tǒng)接口，如：ATP、車輛、TOD和ATS等。而備用ATO不提供任何輸輸出。3、ATO子系統(tǒng)4、計算機聯(lián)鎖鎖子系統(tǒng)MicrolokII：二乘二取二其他軌旁設(shè)備備還包括：計計軸，轉(zhuǎn)轍機機，信號機等等。455、ATP子系統(tǒng)主要由3取2冗余結(jié)構(gòu)的軌軌旁分布式區(qū)區(qū)域控制器ZC、車載控制器器CC組成。區(qū)域控制器ZC車載控制器CC列車每端配置置一套；其他設(shè)備軌旁信標；車載速度傳感感器；加速度計；TOD；信標讀取器天天線等。46ZC：ZoneController區(qū)域控制器RI：RelayInterface繼電接口BS：BackboneSwitch骨干交換機AS：AccessSwitch接入交換機ACS：AxleCountingSystem計軸系統(tǒng)5、ATP子系統(tǒng)--ZC475、ATP子系統(tǒng)--ZC區(qū)域控制器（（ZC）接收由其控制制區(qū)內(nèi)列車發(fā)發(fā)出的位置信信號它負責根據(jù)所所有已知障礙礙物的位置和和運行權(quán)限來來確定其區(qū)域域內(nèi)所有列車車的運行權(quán)限限。障礙物包括其其它列車、封封閉區(qū)段、失失去狀態(tài)的道道岔以及任何何外部因素。?；貞噜弲^(qū)域域控制器的授授權(quán)申請。2023/3/155、ATP子系統(tǒng)--ZC區(qū)域控制器（（ZC）ZC與MicroLokII接口口，MicroLokII還執(zhí)行行傳統(tǒng)的聯(lián)鎖鎖功能。分布式計算機機聯(lián)鎖系統(tǒng)，，MicrolokII二乘二取二2023/3/155、ATP子系統(tǒng)--ZC5、ATP子系統(tǒng)--ZC車載CBTC系統(tǒng)設(shè)備位位置5、ATP子系統(tǒng)--車車載子系統(tǒng)車載控制器設(shè)設(shè)備柜(每個CC包含)兩套自動列車車防護和運行行（ATP/ATO）機籠，一個移動通信信系統(tǒng)（MR），一個查詢器主主機（TI），兩個模擬加速速度計，兩個個數(shù)字加速度度計，三個安全繼電電器和連接器器（用于和列列車系統(tǒng)接口口）兩個MR天線一個查詢器（（TI）天線兩個光電速度度傳感器（EOSS）一個列車司機機顯示器（TOD）兩個模式開關(guān)關(guān)用于實現(xiàn)信號號功能其他按按鈕設(shè)備車載設(shè)備的組組成54CC機柜-組組成2個ATP/ATO機籠1個MR1個查詢應答器器2個模擬加速計計,2個數(shù)字加速計計3個安全繼電器器,2個外部連接器1個電池濾波板板1個設(shè)備架1組風扇CC機柜正面面圖MR主機TI主機風扇機籠A加速度計機籠BBCB板安全繼電器56MR主機MR是車載無無線設(shè)備，用用來在車載設(shè)設(shè)備（如ATP和ATO）和軌旁設(shè)設(shè)備間傳輸數(shù)據(jù)，車載ATP和ATO子子系統(tǒng)通過兩兩個獨立的以太網(wǎng)連接到MR。。57MR主機MR主機查詢器天線(TIA)每列車的每個個CC都裝備備1套查詢器器主機和查詢詢器天線查詢器天線(TIA)查詢器主機(TI)每列車的每個個CC都裝備備1套查詢器器主機和查詢詢器天線查詢器主機(TI)查詢器系統(tǒng)配配置速度傳感器光電速度傳感感器（EOSS）安裝在在拖車車廂非非動力軸的一一軸和四軸；速度傳感器電電纜通過匹配配連接器接到CC，速速度傳感器的的保護線管或或線槽為碳制制鋼管，線管管或線槽必須須具有有效的的高斯屏蔽，，保護其不受受低頻電磁場場干擾；速度傳感器速度傳感器功功能隨著車輪輪齒齒的轉(zhuǎn)動，當當傳感器經(jīng)過過輪齒的時候候會輸出數(shù)字字脈沖。這些些脈沖由硬件件計數(shù)器來計計數(shù)，從而可可以在給定周期內(nèi)內(nèi)測試速度。速度傳感器器經(jīng)過多次現(xiàn)現(xiàn)場使用并且且被證明是非非?？煽康摹?。設(shè)備的配置和和傳感器的數(shù)數(shù)量針對不同同應用可能不不同，并且車車輪每轉(zhuǎn)一圈圈的能夠輸出出脈沖數(shù)量也也與速度傳感感器的通道數(shù)量有關(guān)關(guān)，與輸出通道之間間的相移（如何把各個個通道的輸出出整合在一起起來提高分辨辨率）也有關(guān)關(guān)系。加速度計每個CC設(shè)置置4個加速度度計，包括兩兩個數(shù)字型，，兩個模擬型型，安裝在CC機柜底部部，這兩套設(shè)設(shè)備互為冗余余，用于提高高系統(tǒng)的有效效性和可靠性性。加速度計加速度計功能能加速度計分為為兩套，每套套有兩個不同同的加速度計計，兩套設(shè)備備提供高可用用性。必須對對每套加速度度計做一個比比較，以確認認輸出的有效效性?？辙D(zhuǎn)/滑行開開始時，列車車使用空轉(zhuǎn)/滑行開始前前的速度，利用加速度計計進行補償，來計算當前前的速度和位位置。一旦空轉(zhuǎn)/滑滑行結(jié)束，速速度和位移的的測量將切換換回速度傳感感器。安全繼電器功功能控制EB回