城市軌道交通通信系統 一 軌道交通通信系統概述二 軌道交通通信系統構成三 各子系統介紹 一 軌道交通通信系統概述為了保證城市軌道交通系統能可靠 安全 高效運營 并有效地傳輸地鐵運營 維護 管理相關的語音 數據 圖像等各種信息 就必須建立可靠的 易擴充的 獨立的通信網 軌道交通通信網系統是直接為軌道交通運營 管理服務的 是保證列車及乘客安全 快速 高效運行的一種不可缺少的智能自動化綜合業務數字通信網 二 軌道交通通信系統構成 傳輸系統 公務電話系統 專用電話系統 無線系統 列車調度 公安 消防 廣播系統 電視監控系統 時鐘系統 電源及接地系統 三 各子系統介紹1傳輸系統 1 功能 信息通道 高速公路 2 主要解決的問題容量 線路利用率話音質量 干擾 3 分類按傳輸媒介分 光纖數字通信系統微波數字通信系統衛星數字通信系統 按采用技術分PDH 異步數字通信系統 SDH 同步數字通信系統 OTN 開放的傳輸網絡 ATM 異步傳輸模式 4 傳輸系統構成硬件 終端設備中繼設備光纜網管及維護終端軟件 系統軟件 管理維護軟件 2 公務及專用電話系統 1 功能 解決電路交換任務 公務電話系統 用于各部門間進行通話及業務聯系 專用電話系統 控制中心調度員 車站 車輛段值班員組織指揮行車 運營管理以及保證行車安全而設置的專用電話系統 2 系統組成 交換機 接口模塊 交換模塊 控制模塊 線路 電話機 調度臺 軌旁電話 錄音裝置 維護終端 3 電視監控系統 1 功能 電視監視系統具有直觀 實時的動態圖像監視 記錄和跟蹤控制等獨特功能 是通信指揮系統一個重要組成部分 具有其獨特的指揮和管理能力 已成為城市軌道交通實現自動化調度管理的必備設施 運營電視監視系統運營調度控制中心在實施列車調度 運營管理和防災控制指揮中 借助電視監視系統 實時直觀地了解線路運營和事故災害信息 使調度指揮人員能夠在管理事件的第一時間獲取事件現場實時的直觀資料 從而能在最早時機做出控制反應 公安電視監視系統公安電視監視系統為公安指揮中心提供全線各車站實時場景圖像 及時了解全線安全情況 發現治安事件 判斷事件性質和規模 從而實施快速反應和高效指揮 2 電視監視系統的組成攝像機視頻切換矩陣圖像分配放大器發射器彩色監視器控制器及鍵盤視頻信號編解碼器 4 無線系統 1 功能 軌道交通無線通信系統是軌道交通通信系統中不可缺少的組成部分 是提高地鐵運輸效率 保證運營行車安全的重要手段 無線系統主要用于地鐵列車運行指揮 公安治安 防災應急通信和設備及線路的維修施工通信 1 列車無線調度系統 主要用于地鐵列車調度員 司機 車站值班員 車輛段信號樓值班員之間以及車站值班員與站臺值班員之間通信聯絡 滿足列車運行需要 2公安無線系統供公安調度員與車站公安值班員及公安外勤人員之間通信聯絡 3消防無線 供防災調度員 車站防災員 現場指揮人員及有關人員聯絡 進行事故搶修及防災救災 2 無線調度系統與公共無線系統區別集團使用 半雙工通話具有組呼 群呼功能具有多級優先 緊急呼叫 強插功能具有控制電話呼叫及通話時限功能具有呼叫記錄和通話錄音處理功能 3 集群無線系統組成集群控制器無線交換機調度臺基站收發信機天饋線系統機車電臺漏泄電纜維護終端 5 廣播系統 1 功能 對乘客廣播 到發站信息 意外情況疏導 對工作人員廣播 通知信息 2 結構 廣播系統采用二級廣播控制方式 控制中心 車站 廣播分區為 上行站臺 下行站臺 售票區 站廳層 出入口 辦公區 當軌道交通發生故障或災害時 廣播系統自動轉為搶險通信設備 環境調度員具有最高優先權 3 廣播系統構成 車控室廣播臺 車站廣播設備 揚聲器等 6電源及接地系統 1 功能 電源系統是為滿足通信系統不間斷 無瞬變地供電需求 2 構成 配電設備 整流設備 蓄電池 6 時鐘系統為地鐵所有系統提供一統一的時間系統 8 幾個常用的概念模擬通信 在電話通信中 用戶線上傳送的電信號是隨著用戶聲音大小的變化而變化的 這個變化的電信號無論在時間上或是在幅度上都是連續的 這種信號稱為模擬信號 在用戶線上傳輸模擬信號的通信方式稱為 模擬通信 數字通信 數字通信 是指用數字信號作為載體來傳輸信息 或者用數字信號對載波進行數字調制后再傳輸的通信方式 通信協議 通信協議實際上是一組規定和約定的集合 以太網 以太網是XEROX公司在20世紀70年代為解決網絡中零散的和偶然的堵塞而開發的基帶標準 它采用帶沖突檢測的載波監聽多路訪問協議 CSMA CD 速度為10Mbps傳輸介質為同軸電纜 現在 以太網泛指所采用CSMA CD協議符合IEEE802 3標準的局域網 城市軌道交通信號系統 1 軌道交通信號的作用 信號是列車運行的憑證 信號設施用于指揮和控制列車運行 盡管投資額在整個工程中所占的比例低 通常在3 以下 但對于提高列車通過能力 提高運能 保證行車安全有著至關重要的作用 確保列車運行的安全 防止追尾和沖突 提高運行效率 實現列車運行的自動化 2 城市軌道交通信號的特點 與軌道交通其他設施 系統一樣 信號系統也沿用鐵路的概念 設施和手段 城市軌道交通線路短 站間距小 運營密度大 運營線路條件差 隧道 彎道多 不能完全套用鐵路信號的概念 設施和手段 信號系統要根據城市軌道交通的這些特點加以改進 更新和發展 3 城市軌道交通信號系統組成 軌道交通信號系統是 信號 顯示 閉塞 聯鎖 的總稱 軌道交通信號系統是由各類信號顯示 軌道電路 道岔轉轍裝置等主題設備及其他有關附屬設施構成的一個完整的體系 色燈信號機 4 軌道交通信號機 上海地鐵色燈信號機 機車信號 將地面信號傳遞給機車 在司機操作臺上顯示 這就是機車信號 在線路條件不好 氣候條件不好的情況下 機車信號的作用是不可估量的 機車信號 在軌道交通線路中 由于站間距小 運營線路條件差 僅僅靠機車信號顯示 由司機來控制機車是很難做到大密度運營的 較為先進的軌道交通系統已摒棄了 用信號顯示指揮列車 的舊有概念 引進了ATC AutomaticTrainControl 系統 司機臺上顯示的是反映列車運營的狀態 5 閉塞的概念 軌道交通運營中安全問題是最至關重要的 列車在軌道交通線路上運行時 確定列車在線路的確切位置是保證安全的關鍵 閉塞的概念 最簡單的確定位置的方法是劃分一定長度的 區段 在某一時間段內 在此區間內只容許一列車占有 運行 停放 這就是 閉塞 的概念 為保證行車安全 將列車正在運行 停放的線路區段予以 封閉 不允許其他列車進入此區段 以防止對向列車 后續列車的正面沖突或追尾事故的發生 5 1閉塞區段的劃分 長久以來 均以車站作為閉塞區段1 車站值班員 眼見為實 作為判斷標準 2 站間電報 電話多次確定作為允許列車通行的先決條件 3 各種形式的信號指揮列車運行 隨著軌道交通電路的發展 完善 逐漸改為以軌道電路作為閉塞區段 城市軌道交通的閉塞現在已開始取消固定 閉塞區段 的概念 從固定閉塞向移動閉塞方向發展 5 2軌道電路 鋼軌是導體 左右兩根鋼軌可以組成閉合電路 用來檢查列車占用鋼軌線路的狀態 這就是軌道電路 軌道電路的出現 代表鐵路自動信號的誕生 沒有列車進入的軌道電路 列車進入后的軌道電路 5 3半自動閉塞 人工開啟信號 列車經過時自動關閉信號的閉塞方式 在進站和出站處各安裝一個軌道電路 就可實現半自動閉塞 5 4自動閉塞 如果全線分段鋪設軌道電路 每段軌道電路都設置信號 在列車占用該軌道電路線路時 信號自動顯示紅燈 前一段線路信號自動顯示黃燈 再前一段線路信號自動顯示綠燈 閉塞區段突破了 站 的限制 若車站區間8Km 一段軌道電路1 3Km 理論上站間可以同時有三列車 自動閉塞示意圖 5 5軌道電路的連接接頭 有絕緣接頭軌道電路的缺點 有絕緣移頻軌道電路的優點是傳輸距離長 信息量大 但隨著無縫線路的出現 有絕緣軌道電路在運營中的最薄弱環節是其軌端絕緣節 故障率比較高 逐步暴露出其在自動閉塞系統中的不適應性 因此 需要將有絕緣軌道電路進行無絕緣改造 無絕緣軌道電路示意 1 無絕緣軌道電路示意 2 無絕緣軌道電路示意 3 無絕緣軌道電路示意 4 軌道電路中再并聯一個同樣的電路則可以在這個電路中產生振蕩信號 這就是接收端 無絕緣軌道電路 列車進入則產生短路 車軸短路 振蕩信號消失 發出另一種信號 在相連的軌道電路中 使用不同的信號加以區分 可以不相互干擾 可以區分不同的軌道交通線路區段 進而將控制信息通過軌道電路送到機車上 無絕緣軌道電路的應用 6 聯鎖的概念 聯鎖的概念是在線路中引進了道岔 線路平面由 一維 變為 兩維 后產生的 為了確定車輛在線路平面中的位置 必須首先確定列車走的線路 既確定 進路 若要列車進入確定的線路 則必須扳動相關的道岔 扳動道岔后 不能讓其他人員再扳動這組道岔 即必須 鎖定 道岔 若要司機知道走的線路 則必須給出相應明確的信號 6 1聯鎖定義 聯鎖 是指為保證行車安全 而將軌道交通線路中的所有信號機 軌道電路及道岔等相對獨立的信號設備構成一種相互制約 互為控制的連帶環扣關系 即 聯鎖 關系 6 3微機聯鎖 利用微型電子計算機對車站值班員操作命令及現場設備表示信息進行邏輯計算 以實現對信號機 軌道電路及道岔轉轍機等設備進行集中控制的車站聯鎖設備 7 城市軌道交通的信號系統 列車自動控制 ATC 系統AutomaticTrainControl 列車自動防護 ATP 子系統AutomaticTrainProtection列車自動監控 ATS 子系統AutomaticTrainSupervision列車自動運行 ATO 子系統AutomaticTrainOperation ATC系統 ATC系統 列車按地面傳送的速度 或距離 信息 自動控制列車運行的信號設備 后續列車根據與先行列車之間的距離和進路條件 在車內連續地顯示出容許的速度信息 或按設定的運行條件達到容許速度的距離信息 根據上述信息 列車自動地控制運行速度 進行超速防護 確保列車高效 安全的運行 7 1城市軌道交通ATC系統的特點 傳統信號系統是通過設置在地面的色燈信號機來傳遞不同的行車命令 這種制式基本上是依賴司機進行速度控制和調整 依靠司機保證行車安全 ATC系統將機車信號作為主體信號 傳遞給列車的信號是具體的速度或距離信息 列車按調度人員設置的時刻表 實現自動運行 自動折返 自動調整停站時分 以及運用程序定位實現列車在車站的停車控制 7 2ATC系統的組成 ATC系統的設備組成現場軌旁設備 車載信號設備 控制中心及車站信號設備ATC系統的功能組成ATO ATS ATP ATO 列車自動運行子系統 ATO子系統主要用于實現 地對車控制 即用地面信息實現對列車驅動 制動的控制 使用ATO子系統后 可以使列車經常處于最佳運行狀態 避免了不必要的 過于劇烈的加速或減速 因此明顯提高了乘坐的舒適度 提高了列車準點率及減少輪軌磨損 ATO子系統與列車的再生制動相配合 可以節省電能的消耗 ATS 列車自動監控子系統 ATS子系統主要實現對列車運行的監督和控制 輔助行車調度人員對全線列車運行進行管理 它給行車調度人員顯示全線列車的運行狀態 監督和記錄運行圖的執行情況 在列車因故偏離運行圖時及時做出反應 提出調整建議或者自動修整運行圖 通過ATO的接口 向旅客提供運行信息通報 列車到達 出發時間 運行方向 中途停靠站名 ATP 列車自動防護子系統 ATP子系統是ATC系統的核心和關鍵 ATP子系統具有實現列車的間隔控制 超速防護 進路的安全監控 車門和站臺屏蔽門的控制等功能 7 3中央控制室 車站控制室 車載ATC 列車自動防護 ATP 接收天線 列車自動防護 ATP 接收天線 7 4向列車傳送控制信號 目前我國已建成的地鐵 輕軌 基本上都采用軌道電路向列車傳遞控制信息的方式 除采用鋼軌或設置環線來連續地傳遞信息外 也可以通過設置于運行線路上的點式傳感器向車上傳遞點式信息 上海莘閔線 7 5車地信息傳遞 列車在線信息 車次號信息以及道岔 信號狀態信息等 傳送至控制中心 通過顯示屏及調度員工作站的CRT顯示 列車上的車載設備接收并解譯地面送來的調度指令和ATP速度命令或距離信息 實現列車的自動運行 并將列車的運行狀態和設備狀態信息 經車站服務器傳送給控制中心 車次多次交換信息保證停車位置準確 當列車進入站臺區域 站臺區段軌道電路的ATP接收器檢測到列車到達車站 列車到達停車點 經列車ATO系統確認 保證列車的制動 當檢測到列車的速度為零 列車向地面送出列車停站信號 列車收到開門信息 使相應的門控繼電器動作 司機按壓與門控繼電器相對應的門控按鈕后 才可打開列車車門 上海地鐵停車位 地鐵一號線停車標記和定位標記 1 地鐵一號線停車標記和定位標記 8 移動閉塞的概念 列車運行間隔自動調整亦稱移動閉塞 移動閉塞不需要將區間劃分成若干固定的閉塞分區 而是在兩個列車之間自動調整運行間隔 使之保持一定的安全距離 移動閉塞使