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采用無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號系統實(shí)現機車(chē)信號主體化
論文關(guān)鍵詞:無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號 主體化 故障安全
論文摘要:提出采用無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號系統實(shí)現機車(chē)信號主體化。該系統的主要優(yōu)勢在于利用無(wú)線(xiàn)信道方式傳輸機車(chē)信號、列車(chē)位置、速度等列控信息,構成信息傳輸閉環(huán)確認,保證信息傳輸的可靠性;無(wú)需進(jìn)行車(chē)站電碼化,不存在因軌道電路受干擾影響信息傳輸問(wèn)題;最大限度利用既有地面信號設備和車(chē)載列控設備;系統結構簡(jiǎn)單,便于實(shí)現,低。闡述了系統的基本結構和工作原理。對系統中的無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號、無(wú)線(xiàn)數據傳輸等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)描述,并對系統的故障-安全進(jìn)行了分析。
Key words:Radio cab signaling; Authorization; Fail-safety
Abstract:In this paper, it is proposed thatRadio Cab Signalbe adopted to realize theAuthorization ofCab-Signaling. Themajor advantages of this system lie in an easy construction of a closed-loop of infor-mation transmission of such train control data as cab signa,l the position and speed of a train, ensuringthe reliability of information transmission. There is no need for station coding and no data transmissionproblems due to track circuitbeing interfered. Existing ground signal equipmentand on-board equipmentcould be employed to the greatestexten.t The structure of the system is simple, easy to realize, andwithlow cos.t The basic structure and working principle of the system is introduced in this paper. The keytechniques of the system, such as the radio cab signa,l wireless data transmissionmethod and so on, arehighlighted and the fail-safety of the system is also analyzed.
隨著(zhù)列車(chē)速度的不斷提高,靠地面信號行車(chē)已不能保證行車(chē)安全。因此,解決機車(chē)信號主體化已是當務(wù)之急。JT1-CZ2000型主體化機車(chē)信號車(chē)載系統,為車(chē)載設備達到主體化要求創(chuàng )造了條件。但地面軌道電路還沒(méi)有配合的方案和標準,其原因主要在于我國鐵路沿用多種不同制式的軌道電路,且車(chē)站、區間不統一,站內軌道電路存在鄰線(xiàn)干擾、半邊侵入、信息不能進(jìn)行閉環(huán)檢測、站內軌道電路長(cháng)短相差很大等問(wèn)題。因此,采用無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號,在實(shí)現機車(chē)信號主體化和提高運行監控記錄器控車(chē)質(zhì)量方面,具有不可比擬的優(yōu)勢。
1 無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號系統類(lèi)型
無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號系統是用無(wú)線(xiàn)信道方式代替軌道電路,傳輸行車(chē)信息的新型鐵路信號系統。它實(shí)現了列車(chē)與地面之間的雙向,列車(chē)可將其位置、速度等信息傳給車(chē)站,同時(shí)車(chē)站也可將行車(chē)信號和命令傳給列車(chē),實(shí)現了對列車(chē)的閉環(huán)控制,不間斷地跟蹤、監控列車(chē)運行,提高了列車(chē)運行的安全性。無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號系統可分為2種類(lèi)型:①列車(chē)從一個(gè)車(chē)站到另一個(gè)車(chē)站的整個(gè)運行過(guò)程中都有機車(chē)信號顯示,稱(chēng)為連續式無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號,用GSM-R無(wú)線(xiàn)傳輸方式實(shí)現;②列車(chē)從一個(gè)車(chē)站到另一個(gè)車(chē)站運行時(shí),只有在臨近車(chē)站地區才有機車(chē)信號,稱(chēng)為接近連續式無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號,用普通數傳電臺即可實(shí)現。青藏鐵路就采用了接近連續式無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號。
2 基本結構
無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號系統中GSM-R數據傳輸通道構成見(jiàn)圖1。它包括車(chē)載設備、地面設備、GSM-R數字移動(dòng)通信網(wǎng)(簡(jiǎn)稱(chēng)GSM-R網(wǎng))、固定用戶(hù)接入交換機(簡(jiǎn)稱(chēng)FAS)和車(chē)載無(wú)線(xiàn)通信模塊。無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號系統中數傳電臺數據傳輸通道基本結構見(jiàn)圖2。它由車(chē)站設備、車(chē)載設備和車(chē)-地間無(wú)線(xiàn)通信設備3部分組成。與查詢(xún)應答器、聯(lián)鎖設備、計軸設備等,共同完成規定的功能。車(chē)站設備含車(chē)站控制主機及無(wú)線(xiàn)電臺控制接口、部分信息采集接口電路板;車(chē)載設備含車(chē)載控制機、車(chē)載電臺控制接口和機車(chē)信號機車(chē)載顯示器以及與查詢(xún)應答器、GPS、記錄器、語(yǔ)音卡、運器等連接的接口電路;無(wú)線(xiàn)通道設備含車(chē)站數傳電臺、GSM-R數字移動(dòng)通信網(wǎng)、天線(xiàn)及天線(xiàn)饋線(xiàn)等。
3 信息傳輸可靠性
無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號傳輸的基本信息有:第1類(lèi)信息(Ⅰ),列控信號基本信息;第2類(lèi)信息(Ⅱ),含接/發(fā)車(chē)股道數、車(chē)次號、列車(chē)實(shí)際速度和最大允許速度、列車(chē)位置等。此外,在傳輸延遲允許的前提下,還可傳輸第3類(lèi)非安全性質(zhì)的信息(Ⅲ),包含工務(wù)、電務(wù)、機務(wù)等方面的內容。因此1個(gè)信息周期的標準格式如圖3所示。另外,連續式無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號還應加ATP系統服務(wù)的控制參數等。
無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號的可靠性措施主要涉及到系統結構、信息源、時(shí)間戳、無(wú)線(xiàn)傳輸、列車(chē)控制和抗干擾性等幾個(gè)方面。
1.任何傳輸的信息都有固定地址。在基于軌道電路的列車(chē)控制系統(TBTC)中,信息傳輸的目的地是固定的。而基于無(wú)線(xiàn)的列車(chē)控制系統(CBTC),雖然使用的是開(kāi)放空間的無(wú)線(xiàn)信道,但各個(gè)車(chē)站及車(chē)載設備均有固定地址,使發(fā)送與接收信息嚴格按地址執行。對于地址錯誤的信息,“信箱”拒不接收,這就等同于原來(lái)的固定軌道電路,而且進(jìn)一步專(zhuān)門(mén)化,更為安全。
2.信息傳輸的時(shí)間戳。在TBTC中,相同信息傳輸是連續不斷的,不存在信息過(guò)時(shí)問(wèn)題。但在CBTC中,由于采用時(shí)分復用的方法,隨時(shí)可能受到有意或無(wú)意的干擾與攻擊,所以專(zhuān)門(mén)設置了時(shí)間戳,即任何信息的傳輸都冠以起始時(shí)間,超過(guò)規定時(shí)間后,有效信息被中止。
3.列車(chē)注冊制。調度管轄區內的列車(chē),均有惟一的車(chē)次代碼即車(chē)次號。車(chē)次號由具有最高權威的區段調度按照行車(chē)計劃發(fā)布,并且車(chē)次號與注冊號相對應,任何運行的列車(chē)只有在注冊后,才能在無(wú)線(xiàn)信道中進(jìn)行有效信息的傳輸。通過(guò)上述措施使雙向通信受到嚴格的約束,即信息內容只有同時(shí)滿(mǎn)足地址、時(shí)間和注冊碼要求才是有效的。在信號作用范圍內,每一列車(chē)每一時(shí)刻占用一個(gè)固定的空間,并與惟一的注冊信息相對應。
4 故障-安全措施
1.實(shí)現了列控數據的雙向傳輸。信號傳輸采用閉環(huán)方式,即雙方應答確認信息需進(jìn)行信息校核,對比確認后方可輸出,經(jīng)數次比較不正確的,將報警并降級顯示,符合鐵路信號的故障-安全原則。
2.采用類(lèi)似軌道電路的連續不間斷發(fā)碼方式,利用脈沖方式驅動(dòng)輸出,計時(shí)器判斷執行,超時(shí)硬件復位,系統降級顯示,實(shí)現故障-安全。
3.上、下行列車(chē)無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號采用不同頻率,且頻率間相互鎖閉和相互排斥,不會(huì )造成敵對進(jìn)路,避免發(fā)生同頻干擾,保證行車(chē)安全。
4.系統中設有查詢(xún)應答器,進(jìn)一步作固定控制。當列車(chē)通過(guò)應答器后,在規定時(shí)限內沒(méi)有獲得注冊或沒(méi)有接收到機車(chē)信號,無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號將進(jìn)行報警,同時(shí)計算列車(chē)的走行距離。若司機不進(jìn)行干預,列車(chē)將自動(dòng)執行停車(chē)。
5.信息結構內容中對發(fā)信者與接收者都事先注冊在案,因此局外信息無(wú)效,避免局外有意干擾;信息內容有時(shí)限保障,超過(guò)規定信息的執行時(shí)間和有效時(shí)間,有效信息將被中止,保證信息的有序性,排除外來(lái)的干擾。
6.信息發(fā)送編碼中均有CRC檢錯功能,提高了抗干擾性。無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號內容的發(fā)送和譯碼采用三取二高可靠方式,從而也提高了可靠性。
7.系統的外界條件引入時(shí),均采用光電隔離方法,防外界干擾,提高了安全性。
8.系統還設計了一些檢測電路,如設有看門(mén)狗,程序轉飛后可被立即拉回;瞬間停電后,上電可自動(dòng)恢復等。
5 無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號的優(yōu)點(diǎn)
1.傳輸信息量大。無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號除了提供機車(chē)信號信息外,還提供進(jìn)路信息和列控信息,如:列車(chē)進(jìn)幾股道、股道長(cháng)度、道岔型號、列車(chē)位置、速度、限速值等。數據信息取自于聯(lián)鎖,不存在車(chē)站電碼化問(wèn)題,同時(shí)還能夠為機車(chē)監控裝置或ATP裝置提供大量的數據。
2.控制功能強。無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號采用自律輪詢(xún)控制方式,應變時(shí)間短,控制功能強。其地面設備對進(jìn)入車(chē)站控制范圍內的列車(chē)進(jìn)行注冊和注銷(xiāo),依據車(chē)站聯(lián)鎖的進(jìn)路條件和調度命令,生成機車(chē)信號信息,并能夠同時(shí)正確地、實(shí)時(shí)地控制車(chē)站范圍內的多臺機車(chē),實(shí)現車(chē)-地間信號的傳遞。便于與CTC,GPS等系統連接,從而構成新型列控系統。
3.采用數字信號傳輸,傳輸可靠性高,抗干擾能力強。
4.信息閉環(huán)確認。無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號實(shí)現了車(chē)-地之間雙向信息傳輸,地面發(fā)出的信號,車(chē)載設備有回示信息,雙方進(jìn)行信息校核,保證信息傳輸的可靠性。
5.信息連續顯示。列車(chē)無(wú)論在區間或在車(chē)站的任何區段,機車(chē)信號的顯示都是連續的。
6.車(chē)載顯示屏顯示。機車(chē)上除了八燈位信號機外,還提供LCD平面顯示屏。車(chē)載圖形化顯示,語(yǔ)音提示無(wú)需司機問(wèn)路,司機通過(guò)車(chē)上的圖形顯示器可以看到車(chē)站為其辦好的進(jìn)路,及進(jìn)站信號機和出站信號機的信號顯示,方便駕駛。無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號與既有機車(chē)信號的性能對照,如表1所示。
7.工程實(shí)施方便,可操作性強。無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號不受車(chē)站站場(chǎng)大小及布置影響,不受車(chē)站股道變動(dòng)影響。在既有線(xiàn)改造施工中不影響正常列車(chē)運行。
6 結論
無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號系統是基于的列車(chē)控制系統(CBTC)的一種簡(jiǎn)單形式,符合鐵路列車(chē)控制技術(shù)發(fā)展方向。它除了采用一般信號系統通常應用的多種措施外,還增加了很多新的措施和方法,其可靠性、可用性、可維護性和安全性(RAMS)指標得到進(jìn)一步提高。擺脫了車(chē)站軌道電路電碼化,采用直接從聯(lián)鎖和調度集中提取信息,通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道傳輸信息,從而實(shí)現機車(chē)信號主體化。目前,青藏線(xiàn)采用了接近連續式無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號,標志著(zhù)我國進(jìn)入CBTC的一種起步。上海城軌(低速)磁浮試驗線(xiàn)ATP系統明確采用無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號車(chē)載設備及其顯示器,這將為無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號的推廣應用提供更多機遇和挑戰。
參考文獻
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