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CBTC——不止在地铁 - 列控系统 - China-EMU
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CBTC——不止在地铁

CBTC——不止在地铁

列控系统

2024-01-20
列车车载设备自主进行定位,将位置信息通过实时通信发送给轨旁设备,轨旁设备根据线路其他列车位置信息、进路状态、道岔锁闭状态等,通过实时通信向车载设备发送移动授权(MA),车载设备根据该MA生成目标距离模式曲线并控制列车速度不大于该曲线运行。

CBTC全称是communications-based train control

根据IEEE Std 1474.1-2004:A CBTC system is a continuous, automatic train control system utilizing high-resolution train location determination, independent of track circuits; continuous, high-capacity, bidirectional train-to-wayside data communications; and trainborne and wayside processors capable of implementing automatic train protection (ATP) functions, as well as optional automatic train operation (ATO) and automatic train supervision (ATS) functions.

总结一下CBTC的特点:

  • 基于高精度的列车定位(独立于轨道电路)
  • 基于连续、大容量、双向的车地通信
  • 能够实现ATP功能、ATO功能(可选)和ATS功能(可选)的车载设备和地面设备

CBTC系统架构

按功能分,CBTC系统由四个子系统构成,分别是:

  1. ATS(Supervision):列车自动监控(系统)
  2. ATP(Protection):列车自动防护(系统)
  3. ATO(Operation):列车自动驾驶(系统)
  4. CI:计算机联锁
ATC(Control)=ATP+ATS+ATO
CBTC=ATP+(ATS)+(ATO)

按设备放置位置,CBTC系统可分为两个部分:

  1. 车载设备
  2. 轨旁设备

按功能+设备放置位置,CBTC系统可分为五个部分:

  1. 车载ATP(实现列车自动防护功能的车载设备)
  2. 车载ATO(实现列车自动驾驶功能的通常仅有车载设备)
  3. 轨旁ATP(实现列车自动防护功能的轨旁设备)
  4. ATS(实现列车自动监控功能的设备仅有轨旁设备)

其中:

  1. 轨旁ATP的功能可由多个不同的轨旁设备分别实现
  2. 车载ATP与车载ATO可整合为一个车载设备

部分CBTC系统介绍

当前哪些列控系统属于CBTC,包括但不限于:

  1. ETCS-2(无ATO)
  2. ETCS Hybrid 3
  3. CTCS-3(无ATO)
  4. CTCS-N
  5. ITCS(无ATO)
  6. 地铁CBTC

一、CTCS-3/ETCS-2

可能会有人问,C3/E2为什么也算CBTC,他们不是通过物理占用检查装置进行占用检查么。但C3/E2符合CBTC的所有要求,基于双向车地通信,C3/E2车载设备每隔6s会向RBC汇报一次位置,RBC通过无线通信向车载设备发送行车许可。从系统架构上来看,C3/E2距实现移动闭塞仅差一个列车完整性检查装置TIMS

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二、ETCS Hybrid 3

对于准移动闭塞系统来说,其区间追踪间隔计算公式为:3.6×(L(制)+L(防)+L(列)+L(闭))/v

对于移动闭塞系统来说,其区间追踪间隔计算公式为:3.6×(L(制)+L(防)+L(列))/v

通过上面两个公式我们可以了解到,相同速度下移动闭塞与准移动闭塞的追踪间隔差距为:3.6×L(闭)/v,即闭塞分区长度越短,区间追踪间隔越接近移动闭塞

对于CTCS-3(模式)/ETCS-2来说,其通过无线通信发送行车许可,RBC发送的行车许可范围是列车前方的32km,且C3/E2行车许可发送范围与闭塞分区长度无关。因此理论上可通过缩短ETCS-2/CTCS-3线路的闭塞分区长度以缩短追踪间隔

但C3受限于需兼容C2,必须采用轨道电路作为占用检查装置。C2行车许可发送范围由轨道电路可预告的闭塞分区空闲数量与闭塞分区长度决定,由于轨道电路低频码数量(可预告的闭塞分区空闲数量)有限,为满足C2模式时速300kph控车要求,故不能缩短闭塞分区长度。E2线路多采用计轴设备作为占用检查装置,且不存在任何闭塞分区长度限制,理论上可缩短闭塞分区长度以缩短追踪间隔,但会增加计轴设备数量,导致成本上涨

而ETCS Hybrid 3在ETCS-2的基础上,通过引入虚拟闭塞分区Virtual sub-section和列车完整性检查装置TIMS,将一个物理闭塞分区(TTD)划分为多个长度较短的虚拟闭塞分区(VSS),以VSS为单位行车时的闭塞制式为虚拟准移动闭塞

由于虚拟闭塞分区的长度可以做到足够小,因此装载TIMS的列车的追踪间隔能够达到移动闭塞水平,同时还能兼容无TIMS的列车按照ETCS-2模式运行

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三、ITCS

ITCS是青藏铁路拉格段所采用的列控系统,是一个典型的CBTC系统,车载设备通过GSM-R实现与RBC的双向通信。ITCS的闭塞制式为虚拟准移动闭塞,即区间不设置任何物理占用检查设备的准移动闭塞,区间被RBC划分为若干个虚拟闭塞分区,列车通过GPS天线完成定位,通过无线通信将列车位置信息与完整性信息发送给RBC,实现虚拟闭塞分区占用检查。为提高卫星定位精度,车站会设置GPS差分站

由于区间不设置任何物理占用检查装置,为安全实现区间列车追踪运行,所有非固定编组列车需安装列尾装置EOT,EOT含有风管压力传感器和列车运动传感器,通过检测实时风压并报告给机车,实现完整性检查。但仅检测风压的EOT并不完全可靠。实际运用中青藏铁路拉格段多采用自动站间闭塞方式行车

22年青藏铁路拉格段大修后,所有车站VHLC设备被替换为标准计算机联锁,所有车站设置信号机和轨道电路,改为采用LKJ控车,执行自动站间闭塞,ITCS名存实亡

四、CTCS-N

CTCS-N是一种符合CTCS-4技术标准的列控系统,可以看做CTCS-4的一个细分支。与ITCS类似,CTCS-N区间同样不设置任何物理占用检查装置,但CTCS-N执行移动闭塞

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在系统架构上,CTCS-N与CTCS-3并无较大差别。地面设备的差别为,新增GPS差分站以提高卫星定位精度。车载设备上的主要差别在于,为实现移动闭塞新增列车完整性检查装置,包括用于非固定编组列车的EOT(配合HOT使用)与用于固定编组列车的TIMS,其中该EOT设备相对于ITCS的EOT设备实现了卫星定位系统,提高了列尾完整性检查的可靠性

从外CTCS-N还支持GoA2级自动驾驶,ATO系统架构与高速铁路CTCS+ATO相同

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