城市轨道交通通信信号系统课件.ppt

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1、城市轨道交通通信系统,一、轨道交通通信系统概述二、轨道交通通信系统构成三、各子系统介绍,一、轨道交通通信系统概述 为了保证城市轨道交通系统能可靠、安全、高效运营，并有效地传输地铁运营、维护、管理相关的语音、数据、图像等各种信息，就必须建立可靠的、易扩充的、独立的通信网。 轨道交通通信网系统是直接为轨道交通运营、管理服务的，是保证列车及乘客安全、快速、高效运行的一种不可缺少的智能自动化综合业务数字通信网。,二、轨道交通通信系统构成：传输系统公务电话系统专用电话系统无线系统（列车调度、公安、消防）广播系统电视监控系统时钟系统电源及接地系统,三、各子系统介绍1 传输系统：（1）功能（信息通道高速公路

2、）（2）主要解决的问题 容量/线路利用率 话音质量/干扰,（3）分类按传输媒介分： 光纤数字通信系统 微波数字通信系统 卫星数字通信系统,按采用技术分 PDH（异步数字通信系统） SDH（同步数字通信系统） OTN（开放的传输网络） ATM（异步传输模式）,（4）传输系统构成硬件：终端设备 中继设备 光缆 网管及维护终端软件：系统软件、管理维护软件,2、公务及专用电话系统 （1）功能：解决电路交换任务 公务电话系统：用于各部门间进行通话及业务联系。 专用电话系统：控制中心调度员、车站、车辆段值班员组织指挥行车、运营管理以及保证行车安全而设置的专用电话系统。,（2）系统组成：交换机（接口模块、交

3、换模块、控制模块）、线路、电话机、调度台、轨旁电话、录音装置、维护终端。,3、电视监控系统： （1）功能：电视监视系统具有直观、实时的动态图像监视、记录和跟踪控制等独特功能，是通信指挥系统一个重要组成部分，具有其独特的指挥和管理能力，已成为城市轨道交通实现自动化调度管理的必备设施。,运营电视监视系统 运营调度控制中心在实施列车调度、运营管理和防灾控制指挥中，借助电视监视系统，实时直观地了解线路运营和事故灾害信息，使调度指挥人员能够在管理事件的第一时间获取事件现场实时的直观资料，从而能在最早时机做出控制反应。,公安电视监视系统 公安电视监视系统为公安指挥中心提供全线各车站实时场景图像，及时了解全

4、线安全情况，发现治安事件，判断事件性质和规模，从而实施快速反应和高效指挥。,（2）电视监视系统的组成摄像机视频切换矩阵图像分配放大器发射器彩色监视器控制器及键盘视频信号编解码器,4、无线系统（1）功能：轨道交通无线通信系统是轨道交通通信系统中不可缺少的组成部分，是提高地铁运输效率、保证运营行车安全的重要手段。 无线系统主要用于地铁列车运行指挥、公安治安、防灾应急通信和设备及线路的维修施工通信。,1、列车无线调度系统：主要用于地铁列车调度员、司机、车站值班员、车辆段信号楼值班员之间以及车站值班员与站台值班员之间通信联络，满足列车运行需要。2公安无线系统供公安调度员与车站公安值班员及公安外勤人员之

5、间通信联络。3消防无线：供防灾调度员、车站防灾员、现场指挥人员及有关人员联络，进行事故抢修及防灾救灾。,（2）无线调度系统与公共无线系统区别集团使用，半双工通话具有组呼、群呼功能具有多级优先、紧急呼叫、强插功能具有控制电话呼叫及通话时限功能具有呼叫记录和通话录音处理功能,（3）集群无线系统组成集群控制器无线交换机调度台基站收发信机天馈线系统机车电台漏泄电缆维护终端,5、广播系统（1）功能：对乘客广播（到发站信息、意外情况疏导） 对工作人员广播（通知信息）（2）结构：广播系统采用二级广播控制方式（控制中心、车站） 广播分区为：上行站台、下行站台、售票区、站厅层、出入口、办公区。 当轨道交通发生故

6、障或灾害时，广播系统自动转为抢险通信设备，环境调度员具有最高优先权。,（3）广播系统构成： 车控室广播台、车站广播设备、扬声器等。,6电源及接地系统（1）功能：电源系统是为满足通信系统不间断、无瞬变地供电需求。（2）构成：配电设备、整流设备、蓄电池,6、时钟系统为地铁所有系统提供一统一的时间系统,8、几个常用的概念 模拟通信：在电话通信中，用户线上传送的电信号是随着用户声音大小的变化而变化的。这个变化的电信号无论在时间上或是在幅度上都是连续的，这种信号称为模拟信号。在用户线上传输模拟信号的通信方式称为“模拟通信”。 数字通信：“数字通信”是指用数字信号作为载体来传输信息，或者用数字信号对载波进

7、行数字调制后再传输的通信方式。,通信协议：通信协议实际上是一组规定和约定的集合。 以太网：以太网是XEROX公司在20世纪70年代为解决网络中零散的和偶然的堵塞而开发的基带标准。它采用带冲突检测的载波监听多路访问协议（CSMA/CD），速度为10Mbps传输介质为同轴电缆。现在，以太网泛指所采用CSMA/CD协议符合IEEE802.3标准的局域网。,城市轨道交通信号系统,1、轨道交通信号的作用,信号是列车运行的凭证。信号设施用于指挥和控制列车运行。尽管投资额在整个工程中所占的比例低（通常在3以下），但对于提高列车通过能力、提高运能、保证行车安全有着至关重要的作用。确保列车运行的安全，防止追尾和

8、冲突。提高运行效率。实现列车运行的自动化。,2、城市轨道交通信号的特点,与轨道交通其他设施、系统一样，信号系统也沿用铁路的概念、设施和手段。城市轨道交通线路短、站间距小、运营密度大、运营线路条件差（隧道、弯道多），不能完全套用铁路信号的概念、设施和手段。信号系统要根据城市轨道交通的这些特点加以改进、更新和发展。,3、城市轨道交通信号系统组成,轨道交通信号系统是“信号（显示）”、闭塞、联锁“的总称。轨道交通信号系统是由各类信号显示、轨道电路、道岔转辙装置等主题设备及其他有关附属设施构成的一个完整的体系。,色灯信号机,4、轨道交通信号机,上海地铁色灯信号机,机车信号,将地面信号传递给机车，在司机操

9、作台上显示，这就是机车信号。在线路条件不好、气候条件不好的情况下，机车信号的作用是不可估量的。,机车信号,在轨道交通线路中，由于站间距小、运营线路条件差，仅仅靠机车信号显示、由司机来控制机车是很难做到大密度运营的。较为先进的轨道交通系统已摒弃了“用信号显示指挥列车”的旧有概念，引进了ATC（Automatic Train Control）系统，司机台上显示的是反映列车运营的状态。,5、闭塞的概念,轨道交通运营中安全问题是最至关重要的。 列车在轨道交通线路上运行时，确定列车在线路的确切位置是保证安全的关键。,闭塞的概念,最简单的确定位置的方法是划分一定长度的“区段”，在某一时间段内，在此区间内只

10、容许一列车占有（运行、停放），这就是“闭塞”的概念。为保证行车安全，将列车正在运行、停放的线路区段予以”封闭“，不允许其他列车进入此区段，以防止对向列车、后续列车的正面冲突或追尾事故的发生。,5-1 闭塞区段的划分,长久以来，均以车站作为闭塞区段 1）车站值班员”眼见为实“作为判断标准 ； 2）站间电报、电话多次确定作为允许列车通行的先决条件； 3）各种形式的信号指挥列车运行。随着轨道交通电路的发展、完善，逐渐改为以轨道电路作为闭塞区段。城市轨道交通的闭塞现在已开始取消固定”闭塞区段 “的概念，从固定闭塞向移动闭塞方向发展。,5-2 轨道电路,钢轨是导体，左右两根钢轨可以组成闭合电路，用来检查

11、列车占用钢轨线路的状态，这就是轨道电路。轨道电路的出现，代表铁路自动信号的诞生。,没有列车进入的轨道电路,列车进入后的轨道电路,5-3 半自动闭塞,人工开启信号，列车经过时自动关闭信号的闭塞方式。在进站和出站处各安装一个轨道电路，就可实现半自动闭塞。,5-4 自动闭塞,如果全线分段铺设轨道电路，每段轨道电路都设置信号，在列车占用该轨道电路线路时，信号自动显示红灯；前一段线路信号自动显示黄灯；再前一段线路信号自动显示绿灯。闭塞区段突破了“站”的限制，若车站区间8Km，一段轨道电路1.3Km，理论上站间可以同时有三列车。,自动闭塞示意图,5-5 轨道电路的连接接头,有绝缘接头轨道电路的缺点,有绝缘

12、移频轨道电路的优点是传输距离长、信息量大。但随着无缝线路的出现，有绝缘轨道电路在运营中的最薄弱环节是其轨端绝缘节，故障率比较高，逐步暴露出其在自动闭塞系统中的不适应性。因此，需要将有绝缘轨道电路进行无绝缘改造。,无绝缘轨道电路示意（1）,无绝缘轨道电路示意（2）,无绝缘轨道电路示意（3）,无绝缘轨道电路示意（4）,轨道电路中再并联一个同样的电路则可以在这个电路中产生振荡信号，这就是接收端。,无绝缘轨道电路,列车进入则产生短路（车轴短路），振荡信号消失，发出另一种信号。在相连的轨道电路中，使用不同的信号加以区分，可以不相互干扰。可以区分不同的轨道交通线路区段，进而将控制信息通过轨道电路送到机车上

13、。,无绝缘轨道电路的应用,6、联锁的概念,联锁的概念是在线路中引进了道岔，线路平面由“一维”变为“两维”后产生的。为了确定车辆在线路平面中的位置，必须首先确定列车走的线路，既确定“进路”；若要列车进入确定的线路，则必须扳动相关的道岔；扳动道岔后，不能让其他人员再扳动这组道岔，即必须“锁定”道岔。若要司机知道走的线路，则必须给出相应明确的信号。,6-1 联锁定义,联锁是指为保证行车安全，而将轨道交通线路中的所有信号机、轨道电路及道岔等相对独立的信号设备构成一种相互制约、互为控制的连带环扣关系，即“联锁”关系。,6-3 微机联锁,利用微型电子计算机对车站值班员操作命令及现场设备表示信息进行逻辑计算

14、，以实现对信号机、轨道电路及道岔转辙机等设备进行集中控制的车站联锁设备。,7、城市轨道交通的信号系统列车自动控制（ATC）系统Automatic Train Control,列车自动防护（ATP）子系统 Automatic Train Protection列车自动监控（ATS）子系统 Automatic Train Supervision列车自动运行（ATO）子系统 Automatic Train Operation,ATC系统,ATC系统：列车按地面传送的速度（或距离）信息，自动控制列车运行的信号设备。 后续列车根据与先行列车之间的距离和进路条件，在车内连续地显示出容许的速度信息，或按设定的

15、运行条件达到容许速度的距离信息。 根据上述信息，列车自动地控制运行速度，进行超速防护，确保列车高效、安全的运行。,7-1 城市轨道交通ATC系统的特点,传统信号系统是通过设置在地面的色灯信号机来传递不同的行车命令，这种制式基本上是依赖司机进行速度控制和调整，依靠司机保证行车安全。ATC系统将机车信号作为主体信号，传递给列车的信号是具体的速度或距离信息，列车按调度人员设置的时刻表，实现自动运行、自动折返、自动调整停站时分，以及运用程序定位实现列车在车站的停车控制。,7-2 ATC 系统的组成,ATC 系统的设备组成 现场轨旁设备、车载信号设备、控制中心及车站信号设备ATC系统的功能组成 ATO、

16、ATS、ATP,ATO列车自动运行子系统,ATO子系统主要用于实现“地对车控制”，即用地面信息实现对列车驱动、制动的控制。使用ATO子系统后，可以使列车经常处于最佳运行状态，避免了不必要的、过于剧烈的加速或减速，因此明显提高了乘坐的舒适度，提高了列车准点率及减少轮轨磨损。ATO子系统与列车的再生制动相配合，可以节省电能的消耗。,ATS列车自动监控子系统,ATS子系统主要实现对列车运行的监督和控制，辅助行车调度人员对全线列车运行进行管理。它给行车调度人员显示全线列车的运行状态，监督和记录运行图的执行情况，在列车因故偏离运行图时及时做出反应（提出调整建议或者自动修整运行图）。通过ATO的接口，向旅

17、客提供运行信息通报（列车到达、出发时间、运行方向、中途停靠站名）。,ATP列车自动防护子系统,ATP子系统是ATC系统的核心和关键。ATP子系统具有实现列车的间隔控制、超速防护、进路的安全监控、车门和站台屏蔽门的控制等功能。,7-3 中央控制室,车站控制室,车载ATC,列车自动防护（ATP）接收天线,列车自动防护（ATP）接收天线,7-4 向列车传送控制信号,目前我国已建成的地铁、轻轨，基本上都采用轨道电路向列车传递控制信息的方式。除采用钢轨或设置环线来连续地传递信息外，也可以通过设置于运行线路上的点式传感器向车上传递点式信息（上海莘闵线）。,7-5 车地信息传递,列车在线信息、车次号信息以及

18、道岔、信号状态信息等，传送至控制中心，通过显示屏及调度员工作站的CRT显示。 列车上的车载设备接收并解译地面送来的调度指令和ATP速度命令或距离信息，实现列车的自动运行；并将列车的运行状态和设备状态信息，经车站服务器传送给控制中心。,车次多次交换信息保证停车位置准确,当列车进入站台区域，站台区段轨道电路的ATP接收器检测到列车到达车站；列车到达停车点，经列车ATO系统确认，保证列车的制动；当检测到列车的速度为零，列车向地面送出列车停站信号，列车收到开门信息，使相应的门控继电器动作；司机按压与门控继电器相对应的门控按钮后，才可打开列车车门。,上海地铁停车位,地铁一号线停车标记和定位标记（1）,地

19、铁一号线停车标记和定位标记,8、移动闭塞的概念,列车运行间隔自动调整亦称移动闭塞。移动闭塞不需要将区间划分成若干固定的闭塞分区，而是在两个列车之间自动调整运行间隔，使之保持一定的安全距离。移动闭塞使两列车之间的间隔最小，从而提高了区间内的行车密度，大大提高区段的通过能力。,CBTC（Communication Based Train Control),CBTC使用的是无线移动闭塞技术，靠移动列车间的通信来实现控制，从而缩短了列车间的安全制动距离。CBTC技术所需要的沿线硬件设备少。,CBTC,这种特殊闭塞装置具有安全可靠、维修量小、成本低、节省人力、办理闭塞速度快、效率高，还可避免因线路中断而引起闭塞失效等一系列突出优点。从1983年开始，迅速在日本、美国、加拿大、英国、原联邦德国等发达国家的一些小运量的单线区段得到了推广应用。上海地铁8号线也准备采用这种闭塞形式。,