专业限选课程设计课程城市轨道交通控制姓名王黎敏撰写时间：2012 年12 月13 日课题总览1) CBTC系统的结构以及各个子系统的主要功能2) 移动闭塞系统与固定闭塞系统的主要区别（系统组成、技术特点、系统性能）3) ATS的系统结构与主要功能4) ATP、ATO的主要功能5) 列车安全制动模型的基本原理6) 典型的列控系统举例作业内容第一部分：CBTC系统的结构以及各个子系统的主要功能CBTC即Communication Based Train Control System，中文名为基于通信的列车控制系统，是当前列控系统发展的最先进层次。

简述：IEEE将CBTC定义为：“利用高精度的列车定位（不依赖于轨道电路），双向连续、大容量的车-地数据通信，车载、地面的安全功能处理器实现的一种连续自动列车控制系统”。

定义中指出CBTC中的通信必须是连续的，这样才能够实现连续自动列车控制，利用轨间电缆、漏泄电缆和空间无线都可以实现车、地双向信息的连续传输。

CBTC的突出优点是可以实现车—地之间的双向通信，并且传输信息量大，传输速度快，很容易实现移动自动闭塞系统，大量减少区间敷设电缆，减少一次性投资及减少日常维护工作，可以大幅度提高区间通过能力，灵活组织双向运行和单向连续发车，容易适应不同车速、不同运量、不同类型牵引的列车运行控制等等。

在CBTC中不仅可以实现列车运行控制，而且可以综合成为运行管理，因为双向无线通信系统，既可以有安全类信息双向传输，也可以双向传输非安全类信息，例如车次号、乘务员班组号、车辆号、运转时分、机车状态、油耗参数等等大量机车、工务、电务等有关信息。

利用CBTC既可以实现固定自动闭塞系统(CBTC-FAS)，也可以实现移动自动闭塞系统(CBTC-MAS)。

在CBTC应用中的关键技术是双向无线通信系统、列车定位技术、列车完整性检测等。

在双向无线通信系统中，在欧洲是应用GSM-R系统，但在美洲则用扩频通信等其他种类无线通信技术。

列车定位技术则有多种方式，例如车载设备的测速-测距系统、全球卫星定位、感应回线等。

优点：与使用轨道电路的传统列控系统相比，CBTC有以下显著优点：（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，实现列车的闭环控制，从而大大降低认为错误的影响，系统的可靠性更高。

（2）、各级调度都可以随时了解区段内任意列车的位置、速度、机车工程及其他各种参数，利用上述信息，各级调度可以规范、协调地直接指挥行车。

（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，获得最佳区间通过能力，减少列车在区段内运行时不需要的加速、制动，增加旅客乘坐的舒适度。

（4）、区段内 所有运行列车的各种参数（如：列车号、机车号、位置速度、工况、始发站、终点站、车辆数、载重量等自动的发给各种管理系统，如：TMIS 、DMIS ，不需要人工键入，从而可以避免对参数的漏键、错键、迟键和其他认为的错误，将以上控制和管理紧密结合，实现铁路信息化。

（5）、减少沿线设备，设备组要集中在车站及机车上，减轻设备维护和管理的劳动强度，受环境影响小（如：可减少雷击等现象的干扰和损伤在遭受自然灾害或战争破坏后，易恢复运行。

结构：目前能提供CBTC 系统的信号设备供应商只有寥寥几家，如德国西门子，法国阿尔斯通、美国USSI 和加拿大庞巴迪等，各个厂商的CBTC 系统的结构虽然有细小差别，但是大体类似。

这里以西门子的CBTC 作为描述对象。

按照功能，西门子的CBTC 可以划分为以下五部分：计算机联锁子系统 （ＩＬ）列车自动防护子系统 （ＡＴＰ） 列车自动驾驶子系统 （ＡＴＯ） 列车自动监督子系统 （ＡＴＳ） 无线传输系统（Radio ）其结构如下：列车自动监督TRAINGUARD MT 轨道空闲检测 联锁无线、应答器 中央轨旁 通信各部分主要功能：1、计算机联锁子系统：SICAS （商品名）系统功能: ➢ 轨道空闲检测 ➢ 进路控制 ➢ 道岔控制➢ 信号机控制系统结构：2、列车自动防护子系统列车自动防护负责列车的安全运行。

在地铁系统中它完成保证安 全的各种任务。

ATP 连续检测列车的位置和速度、监督列车的速度限制、车门的控制、监督和启动屏蔽门及安全门、追踪所有装备信号设备的列车、考虑联锁条件并为列车产生移动授权。

ATP 是列车自动控制系统(ATC)的一部分，它分为轨旁单元和车 载计算机单元。

通过轨旁到列车的无线通信网络，在轨旁单元和车载单元之间建立了双向通信。

具体功能包含有：➢ 列车定位 ➢ 速度测量 ➢ 移动闭塞运行操作和显示系统以太网控制系统总线EIM ECC1联锁计算机EIM ECC2EIM ECC3EIM ECC4EIM ECCnODIPROFIBUS 元件接口模块总线PROFIBUS 联锁总线➢ 列车追踪➢ 列车间隔➢ 临时速度限制➢ 运行方向和后退的监督 ➢ 停稳监督➢ 车门监督及释放 ➢无人自动折返 ➢ 站台屏蔽门/安全门 ➢ 列车完整性 ➢ 速度监督 ➢ 防淹门➢ 处理防护点和运行停车点 ➢ 紧急停车按钮结构：3、列车自动驾驶子系统：TRAINGUARD （商品名）列车自动驾驶ATO 负责控制列车的运行，例如列车的自动离站， 列车的速度调节，列车的目标制动以及车门、屏蔽门和安全门的开/关的启动控制。

ATO 设备没有安全相关的功能，因为ATO 总是运行于ATP 的安全监督之下。

ATO 的主要部件在列车上，以实现TG MT 的自动驾驶模式。

ATO 的功能是非安全型的，ATO 车载单元是单通道的计算机。

轨旁ATO 的功能通过ATS ，轨旁ATP 和SICAS 实现。

所以，ATO 轨旁功能不需额外的物理设备。

具体功能包含：➢ 自动驾驶模式 ➢ 列车速度控制 ➢ 列车目标制动➢ 根据时刻表生成节能运行曲线➢ 车门和站台屏蔽门/安全门的打开和关闭轨旁ATP轨旁ATPSICAS 联锁SICAS 联锁VICOS ATS车载ATP车载ATOAAEBBCCD4、列车自动监督子系统：VICOS OC 501（商品名）VICOS OC 501系统的系统环境基于标准的硬件和系统体系结构。

服务器采用SUN-Blade工作站和UNIX操作系统，各个部件和服务器之间应通过高速以太局域网连接。

ATS局域网中采用TCP/IP通信协议，用两台以太网交换机实现路由功能。

在每个联锁站，配有高可靠性的冗余FEP用于采集来自其他外部子系统（如PIIS，DTI,IBP）的信息。

车站FEP提供一个时钟信息到PIIS。

这些现场信息再被传输到OCC的ATS计算机。

其他相关系统，如车辆段联锁、MCS、无线传输等则通过一台放置在OCC的FEP来处理，EMCS和SCADA的接口信息由MCS提供。

LOW、TRC和S&D系统直接与SICAS ECC和TG MT通信。

主要功能：➢列车监视和追踪➢列车自动调整➢时刻表系统➢控制中心ＨＭＩ➢车站操作员工作站ＬＯＷ➢事件列表—报警和消息列表系统结构：5、无线传输子系统此无线通信系统（名为RailCom Wireless）使TRAINGUARD®MT列车控制系统可以在轨旁、中央和车载设备之间进行通信，该通信使用标准网际协议（IP）寻址机制。

此系统使用基于RailCom Wireless宽带通信平台派生出的无线局域网（WLAN）技术。

此系统同时也是在西门子车地通信综合管理概念（ITTCom）的基础上形成的。

ITTCom提供多程序并行应用的无缝集成，包括安全相关的应用程序（列车自动保护等），自动化应用程序（列车自动运行，列车自动监督等），以及维护应用程序（远程诊断等主要参数：列车控制的数据传输速率：40 kbps此系统被配置为连续且无缝地为每列车的列车控制程序提供40kbps的数据传输速率。

如果将来需要的话，此系统自身能够提供更高的数据传输速率。

报文传输时间：小于500毫秒注册时间：小于5秒漫游时间：小于100毫秒无缝漫游的列车速度：可高达100公里/小时纠错前列车控制的帧错误率：小于10E-6纠错对信号系统安全无影响。

系统容量：2000辆列车。

系统结构：第二部分：移动闭塞系统与固定闭塞系统的主要区别闭塞定义：在轮轨交通中，为保证列车运行安全，须保证列车间以一定的安全间隔运行，铁路行业将这个安全间隔称为闭塞。

早期，人们通常将线路划分为若干闭塞分区，以不同的信号表示该分区或前方分区是否被列车占用等状态，列车则根据信号显示运行。

不论采取何种信号显示制式，列车间都必须有一定数量的空闲分区作为列车安全间隔。

固定闭塞和准移动闭塞信号控制系统传统的信号系统中采用的“车—地通信”，是一种通过轨道电路实现地面控制系统向列车传输信息的的单向传输系统，所构成的信号系统是固定闭塞或准移动闭塞的信号系统。

传统的固定闭塞信号控制，采用阶梯式速度控制方式，对应每个闭塞分区只能传送一个该分区所规定的最大速度命令码，称为固定闭塞系统。

其特点是线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区、一个分区只能被一列车占用；闭塞分区的长度按最长列车、满负载、最高速度、最不利制动率等不利条件设计；列车间隔为若干闭塞分区，而与列车在分区内的实际位置无关；制动的起点和终点总是某一分区的边界；要求运行间隔越短，闭塞分区(设备)数也越多，列车最小运行间隔≥120s；采用模拟轨道电路、轮轴传感器、加点式或环线传输，信息量少。

该方式不易实现列车的舒适、节能控制限制了行车效率的提高。

与固定闭塞不同的是，准移动闭塞信号系统采用一次模式曲线控制方式，并且可以根据地面信号设备提供的目标速度、目标距离、线路状态(曲线半径、坡道等数据)等信息，车载设备计算出适合于本列车运行的模式速度曲线。

制动的起点可以延伸，但终点总是某一分区的边界(根据每个区段的坡道、曲线半径等参数，包含在报文中)；要求运行间隔越短，闭塞分区(设备)数也越多，列车最小运行间隔≥100s；采用报文式数字轨道电路，辅之环线或应答器，信息量较大。

CBTC移动闭塞系统基于通信技术的列车控制系统(CBTC)不是通过轨道电路来确定列车的位置，向车载设备传递信息，而是利用通信技术，通过车载设备、现场的通信设备与车站或列车控制中心实现信息交换完成速度控制。

随着技术的发展和需求的牵引，人们开始采用基于无线通信的列车控制系统，也就是采用在列车和轨旁设置无线电台实现列车与地面控制系统之间连续的双向通信，做到真正的双向“车—地通信”，从而实现基于通信的列车控制系统(CBTC)，其技术体制属于移动闭塞系统。

CBTC的基本原理是：ATP地面设备周期性地接受本控制范围内所有列车传来的列车识别号、位置、方向和速度信息。

相应地，ATP地面设备根据接收到的列车信息，确定各列车的移动授权，并向本控制范围内的每列列车周期性地传送移动授权（ATP防护点）的信息。