采用無線機車信號系統實現機車信號主體化
論文關鍵詞:無線機車信號 主體化 故障安全
論文摘要:提出采用無線機車信號系統實現機車信號主體化。該系統的主要優勢在于利用無線信道方式傳輸機車信號、列車位置、速度等列控信息,構成信息傳輸閉環確認,保證信息傳輸的可靠性;無需進行車站電碼化,不存在因軌道電路受干擾影響信息傳輸問題;最大限度利用既有地面信號設備和車載列控設備;系統結構簡單,便于實現,低。闡述了系統的基本結構和工作原理。對系統中的無線機車信號、無線數據傳輸等關鍵技術進行了重點描述,并對系統的故障-安全進行了分析。
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.
隨著列車速度的不斷提高,靠地面信號行車已不能保證行車安全。因此,解決機車信號主體化已是當務之急。JT1-CZ2000型主體化機車信號車載系統,為車載設備達到主體化要求創造了條件。但地面軌道電路還沒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,且車站、區間不統一,站內軌道電路存在鄰線干擾、半邊侵入、信息不能進行閉環檢測、站內軌道電路長短相差很大等問題。因此,采用無線機車信號,在實現機車信號主體化和提高運行監控記錄器控車質量方面,具有不可比擬的優勢。
1 無線機車信號系統類型
無線機車信號系統是用無線信道方式代替軌道電路,傳輸行車信息的新型鐵路信號系統。它實現了列車與地面之間的雙向,列車可將其位置、速度等信息傳給車站,同時車站也可將行車信號和命令傳給列車,實現了對列車的閉環控制,不間斷地跟蹤、監控列車運行,提高了列車運行的安全性。無線機車信號系統可分為2種類型:①列車從一個車站到另一個車站的整個運行過程中都有機車信號顯示,稱為連續式無線機車信號,用GSM-R無線傳輸方式實現;②列車從一個車站到另一個車站運行時,只有在臨近車站地區才有機車信號,稱為接近連續式無線機車信號,用普通數傳電臺即可實現。青藏鐵路就采用了接近連續式無線機車信號。
2 基本結構
無線機車信號系統中GSM-R數據傳輸通道構成見圖1。它包括車載設備、地面設備、GSM-R數字移動通信網(簡稱GSM-R網)、固定用戶接入交換機(簡稱FAS)和車載無線通信模塊。無線機車信號系統中數傳電臺數據傳輸通道基本結構見圖2。它由車站設備、車載設備和車-地間無線通信設備3部分組成。與查詢應答器、聯鎖設備、計軸設備等,共同完成規定的功能。車站設備含車站控制主機及無線電臺控制接口、部分信息采集接口電路板;車載設備含車載控制機、車載電臺控制接口和機車信號機車載顯示器以及與查詢應答器、GPS、記錄器、語音卡、運器等連接的接口電路;無線通道設備含車站數傳電臺、GSM-R數字移動通信網、天線及天線饋線等。
3 信息傳輸可靠性
無線機車信號傳輸的基本信息有:第1類信息(Ⅰ),列控信號基本信息;第2類信息(Ⅱ),含接/發車股道數、車次號、列車實際速度和最大允許速度、列車位置等。此外,在傳輸延遲允許的前提下,還可傳輸第3類非安全性質的信息(Ⅲ),包含工務、電務、機務等方面的內容。因此1個信息周期的標準格式如圖3所示。另外,連續式無線機車信號還應加ATP系統服務的控制參數等。
無線機車信號的可靠性措施主要涉及到系統結構、信息源、時間戳、無線傳輸、列車控制和抗干擾性等幾個方面。
1.任何傳輸的信息都有固定地址。在基于軌道電路的列車控制系統(TBTC)中,信息傳輸的目的地是固定的。而基于無線的列車控制系統(CBTC),雖然使用的是開放空間的無線信道,但各個車站及車載設備均有固定地址,使發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,這就等同于原來的固定軌道電路,而且進一步專門化,更為安全。
2.信息傳輸的時間戳。在TBTC中,相同信息傳輸是連續不斷的,不存在信息過時問題。但在CBTC中,由于采用時分復用的方法,隨時可能受到有意或無意的干擾與攻擊,所以專門設置了時間戳,即任何信息的傳輸都冠以起始時間,超過規定時間后,有效信息被中止。
3.列車注冊制。調度管轄區內的列車,均有惟一的車次代碼即車次號。車次號由具有最高權威的區段調度按照行車計劃發布,并且車次號與注冊號相對應,任何運行的列車只有在注冊后,才能在無線信道中進行有效信息的傳輸。通過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滿足地址、時間和注冊碼要求才是有效的。在信號作用范圍內,每一列車每一時刻占用一個固定的空間,并與惟一的注冊信息相對應。
4 故障-安全措施
1.實現了列控數據的雙向傳輸。信號傳輸采用閉環方式,即雙方應答確認信息需進行信息校核,對比確認后方可輸出,經數次比較不正確的,將報警并降級顯示,符合鐵路信號的故障-安全原則。
2.采用類似軌道電路的連續不間斷發碼方式,利用脈沖方式驅動輸出,計時器判斷執行,超時硬件復位,系統降級顯示,實現故障-安全。
3.上、下行列車無線機車信號采用不同頻率,且頻率間相互鎖閉和相互排斥,不會造成敵對進路,避免發生同頻干擾,保證行車安全。
4.系統中設有查詢應答器,進一步作固定控制。當列車通過應答器后,在規定時限內沒有獲得注冊或沒有接收到機車信號,無線機車信號將進行報警,同時計算列車的走行距離。若司機不進行干預,列車將自動執行停車。
5.信息結構內容中對發信者與接收者都事先注冊在案,因此局外信息無效,避免局外有意干擾;信息內容有時限保障,超過規定信息的執行時間和有效時間,有效信息將被中止,保證信息的有序性,排除外來的干擾。
6.信息發送編碼中均有CRC檢錯功能,提高了抗干擾性。無線機車信號內容的發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,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,如設有看門狗,程序轉飛后可被立即拉回;瞬間停電后,上電可自動恢復等。
5 無線機車信號的優點
1.傳輸信息量大。無線機車信號除了提供機車信號信息外,還提供進路信息和列控信息,如:列車進幾股道、股道長度、道岔型號、列車位置、速度、限速值等。數據信息取自于聯鎖,不存在車站電碼化問題,同時還能夠為機車監控裝置或ATP裝置提供大量的數據。
2.控制功能強。無線機車信號采用自律輪詢控制方式,應變時間短,控制功能強。其地面設備對進入車站控制范圍內的列車進行注冊和注銷,依據車站聯鎖的進路條件和調度命令,生成機車信號信息,并能夠同時正確地、實時地控制車站范圍內的多臺機車,實現車-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.信息閉環確認。無線機車信號實現了車-地之間雙向信息傳輸,地面發出的信號,車載設備有回示信息,雙方進行信息校核,保證信息傳輸的可靠性。
5.信息連續顯示。列車無論在區間或在車站的任何區段,機車信號的顯示都是連續的。
6.車載顯示屏顯示。機車上除了八燈位信號機外,還提供LCD平面顯示屏。車載圖形化顯示,語音提示無需司機問路,司機通過車上的圖形顯示器可以看到車站為其辦好的進路,及進站信號機和出站信號機的信號顯示,方便駕駛。無線機車信號與既有機車信號的性能對照,如表1所示。
7.工程實施方便,可操作性強。無線機車信號不受車站站場大小及布置影響,不受車站股道變動影響。在既有線改造施工中不影響正常列車運行。
6 結論
無線機車信號系統是基于的列車控制系統(CBTC)的一種簡單形式,符合鐵路列車控制技術發展方向。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)指標得到進一步提高。擺脫了車站軌道電路電碼化,采用直接從聯鎖和調度集中提取信息,通過無線信道傳輸信息,從而實現機車信號主體化。目前,青藏線采用了接近連續式無線機車信號,標志著我國進入CBTC的一種起步。上海城軌(低速)磁浮試驗線ATP系統明確采用無線機車信號車載設備及其顯示器,這將為無線機車信號的推廣應用提供更多機遇和挑戰。
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