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高速铁路与铁路信号(四)

发布时间:2012-01-20 作者:傅世善 来源:中国通号网 字号:

信息传输系统的选择

1 车地信息传输系统的方式

列控系统有两大基本要素:列车运行控制方式与车-地信息传输方式。列控系统往往以两者之一来命名,例如,“基于准移动闭塞的列控系统”或“基于无线通信的列控系统”。

车-地信息传输方式是列控系统最基本的技术特征之一,车-地信息传输方式往往决定了列控系统的设备构成、功能和技术水平。

在高速前期研究时,分析了各国高速铁路列控系统采用的信息传输系统,车地间传输媒介主要包括以下几种方式,有的列控系统仅用一种传输媒介,有的列控系统以一种为主,辅以其他方式。

1.1 轨道电路

列控系统信息基于轨道电路传输是传统方式,有多信息与数字化轨道电路两类。

TVM300系统在1981年投入使用,采用无绝缘轨道电路UM71,地对车的信息传输容量仅有18个,速度监控是滞后阶梯式的。

TVM430 系统在1993 年投入使用。当时列车速度已达320km/h,采用数字化的无绝缘轨道电路U M2000,车地间的信息传输数字编码化,速度监控方式改为分级速度曲线控制模式。、日本于1964 年开通了世界上第一条高速铁路,采用基于有绝缘轨道电路的列控系统ATC,速度监控方式为超前阶梯式,制动方式是设备优先的模式。从1991 年日本开始试验和运用基于数字式轨道电路的数字列控系统I-ATC。

1.2 轨道电缆

德国鉴于国情采用钢枕,不用轨道电路,以计轴设备实现列车位置检查,德国列控系统LZB采用轨道电缆实现了列控系统的双向信息传输。

1。3 点式设备

利用点式设备提供列控系统信息传输通道的方式已经广泛采用。点式设备主要包括点式应答器和点式环线两种。

在欧洲ETCS2 级标准中主要提供列控系统的辅助信息,如里程标、线路数据、切换点等;在欧洲ETCS1级标准中利用点式设备提供全部控车信息。

1。4 无线传输

欧洲列控系统ETCS2及ETCS3 级技术标准明确利用GSM-R无线系统进行列控信息车地双向传输。无线传输具有信息量大、双向传输、通用及兼容性强等特点。

2 CTCS对信息传输系统的选择

CTCS规范中各应用等级均采取目标距离式,各应用等级是根据设备配置来划分的,其主要差别在于地对车信息传输的方式和线路数据的来源。

CTCS-0级的控制模式是目标距离式,它在既有地面信号设备的基础上,采取大贮存的方式把线路数据全部贮存在车载设备中,靠逻辑推断地址调取所需的线路数据,结合列车性能计算给出目标距离式制动曲线。

CTCS-1级的控制模式为目标距离式,采取大贮存的方式把线路数据全部贮存在车载设备中,靠逻辑推断地址调取所需的线路数据,结合列车性能计算给出目标距离式制动曲线。在车站附近增加点式信息设备,传输定位信息,以减少逻辑推断地址产生错误的可能性。

CTCS-1级与CTCS-0级的差别在于全面提高了系统的安全性,是对CTCS-0级的全面加强,可称为线路数据全部贮存在车载设备上的列车运行控制系统。

CTCS规范中对CTCS-2级的总体描述为:“CTCS-2级,是基于轨道传输信息的列车运行控制系统,……”

应用等级CTCS-2级标准的规定是比较宽的,基于轨道传输信息的列车运行控制系统可以是多样的,例如,基于数字轨道电路的列控系统。但当时国内研究的数字轨道电路尚不成熟,又不愿受制于国外公司,于是铁道部组织研究了一种基本符合CTCS-2级标准的列控系统:基于ZPW-2000A型轨道电路和应答器进行车地间信息传输的列控系统,以后该列控系统就直接称为CTCS-2级列控系统,第6 次铁路大提速中装备了CTCS-2级列控系统。

CTCS-2级列控系统是结合国情构思的,它的构成是当时历史背景下最佳和最实际的选择:当时ZPW-2000A型无绝缘轨道电路具有自主知识产权,已经作为统一的轨道电路制式推广使用,用其构成CTCS-2 级列控系统更有把握,更便于与既有信号系统兼容。充分发挥ZPW-2000A 型无绝缘轨道电路18个信息的作用,目标距离(移动授权凭证)由轨道电路进行连续信息传输,线路数据由应答器提供,构成了点连式的列控系统。系统具有自主知识产权:采用了具有自主知识产权的ZPW-2000A 型无绝缘轨道电路;采用通用设备的欧标应答器;列控中心由中国自主研发,符合欧洲标准;车载信号设备也符合欧洲标准,通过引进设备实现技术引进,最终实现国产化。

CTCS-3级是基于无线通信(如GSM-R)的列车运行控制系统,它可以叠加在既有干线信号系统上。轨道电路完成列车占用检测及完整性检查,点式信息设备提供列车用于测距修正的定位基准信息。无线通信系统实现地-车间连续、双向的信息传输,行车许可由无线闭塞中心产生,通过无线通信系统传送到车上。

CTCS-3级选择基于无线通信是符合国际化技术发展趋势的明智之举。

CTCS-4级是完全基于无线通信(如GSM-R)的列车运行控制系统。由地面无线闭塞中心(RBC)和车载设备完成列车占用检测及完整性检查,点式信息设备提供列车用于测距修正的定位基准信息。

3 车地信息传输系统的影响

车-地信息传输方式是列控系统最基本的技术特征之一,车-地信息传输方式往往决定了列控系统的设备构成、功能和技术水平。

车-地信息传输方式是多样的,信息量有大小,对列控系统的构成影响很大。

3.1 信息量的大小决定列车运行控制模式

采用阶梯式速度控制模式时,只要求地对车传输运行前方制动距离范围内闭塞分区空闲个数就行,所以多信息机车信号就可满足。

采用分级速度控制模式时,还需要地对车传输就近一个闭塞分区的距离和线路参数。列控系统TVM430,地面采用UM2000数字化轨道电路,信息量达228 位。

一次连续速度控制模式时,车载列控设备需要一个全制动距离内所有的线路参数,信息量相当大,可以通过无线通信、数字轨道电路、轨道电缆、应答器等地对车信息传输系统传输,据测算信息量应当在250位以上。

实现移动闭塞还需要前行列车的运行信息。

3。2 点式、连续式信息传输的影响

车-地间传输媒介中,应答器和点式环线是点式的,无线通信、轨道电路、轨道电缆等是连续式的。

利用点式设备提供列控系统信息传输通道的方式也有广泛采用。\

在欧洲ETCS1级标准中,利用点式设备提供全部控车信息。

由于信息的不连续,系统功能的完整性、安全性和运营效率等远远不如ETCS2级。

CTCS-1级采取大贮存的方式把线路数据全部贮存在车载设备中,靠逻辑推断地址调取所需的线路数据,结合列车性能计算给出目标距离式制动曲线。在车站附近增加点式信息设备,传输定位信息,以减少逻辑推断地址产生错误的可能性。

日本的数字列控系统I-ATC就是采取车载信号设备贮存电子地图,通过每一轨道区段的地址编码来调取所需的线路数据,这种方式可以使地- 车信息传输的需求量减少。

采取大贮存的方式,一旦线路数据有变化,需及时更换车上数据库,日本国家小,铁路夜里不行车,动车组统一更换车上数据库是可行的。中国铁路动车组统一更换车上数据库是不可行的。

3.3 信息量的大小决定系统功能的完整性同样采取一次连续速度控制模式的列控系统也因信息量的大小而功能不同。

CTCS-2级采用了ZPW-2000A 型无绝缘轨道电路,仅有18个信息,还要兼顾既有信号系统的使用,相对而言,信息量少了一些,因而会产生系统的局限性:传输目标距离的信息量偏紧;轨道电路不能给出目标速度信息;道岔的限速采取变通方式解决;临时限速是由设在进站口的有源应答器来预告;防灾系统报警没有专门的信息;轨道电路没有编号(编号可以有效防止同频干扰)。

例如,目标距离的长度至少要满足全制动距离加上确认信号的长度,CTCS-2级的轨道电路只能给出7个闭塞分区的预告,显然不够充裕。目标距离能预告快一点,让司机早一点知道目标距离,心中更有数,对安全更有利。

3。4 车地信息传输双向优于单向

CTCS-2级采用轨道电路和应答器只能实现地对车单向信息传输,C TCS-3级采用无线通信GSM-R能实现地-车间连续、双向的大信息量传输。车对地的信息传输可以将列车的制动状况、司机驾驶状况、设备故障和列车速度等重要信息传给控制中心,使系统更趋安全和功能更趋完善。实现移动闭塞还需要车-车间信息传输

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