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采用無線機(jī)車信號系統(tǒng)實現(xiàn)機(jī)車信號主體化
論文關(guān)鍵詞:無線機(jī)車信號 主體化 故障安全
論文摘要:提出采用無線機(jī)車信號系統(tǒng)實現(xiàn)機(jī)車信號主體化。該系統(tǒng)的主要優(yōu)勢在于利用無線信道方式傳輸機(jī)車信號、列車位置、速度等列控信息,構(gòu)成信息傳輸閉環(huán)確認(rèn),保證信息傳輸?shù)目煽啃?無需進(jìn)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(shè)備和車載列控設(shè)備;系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,便于實現(xiàn),低。闡述了系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。對系統(tǒng)中的無線機(jī)車信號、無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了重點描述,并對系統(tǒng)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(jī)車信號主體化已是當(dāng)務(wù)之急。JT1-CZ2000型主體化機(jī)車信號車載系統(tǒng),為車載設(shè)備達(dá)到主體化要求創(chuàng)造了條件。但地面軌道電路還沒有配合的方案和標(biāo)準(zhǔn),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(qū)間不統(tǒng)一,站內(nèi)軌道電路存在鄰線干擾、半邊侵入、信息不能進(jìn)行閉環(huán)檢測、站內(nèi)軌道電路長短相差很大等問題。因此,采用無線機(jī)車信號,在實現(xiàn)機(jī)車信號主體化和提高運行監(jiān)控記錄器控車質(zhì)量方面,具有不可比擬的優(yōu)勢。
1 無線機(jī)車信號系統(tǒng)類型
無線機(jī)車信號系統(tǒng)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(tǒng)。它實現(xiàn)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(xiàn)了對列車的閉環(huán)控制,不間斷地跟蹤、監(jiān)控列車運行,提高了列車運行的安全性。無線機(jī)車信號系統(tǒng)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(jī)車信號顯示,稱為連續(xù)式無線機(jī)車信號,用GSM-R無線傳輸方式實現(xiàn);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(qū)才有機(jī)車信號,稱為接近連續(xù)式無線機(jī)車信號,用普通數(shù)傳電臺即可實現(xiàn)。青藏鐵路就采用了接近連續(xù)式無線機(jī)車信號。
2 基本結(jié)構(gòu)
無線機(jī)車信號系統(tǒng)中GSM-R數(shù)據(jù)傳輸通道構(gòu)成見圖1。它包括車載設(shè)備、地面設(shè)備、GSM-R數(shù)字移動通信網(wǎng)(簡稱GSM-R網(wǎng))、固定用戶接入交換機(jī)(簡稱FAS)和車載無線通信模塊。無線機(jī)車信號系統(tǒng)中數(shù)傳電臺數(shù)據(jù)傳輸通道基本結(jié)構(gòu)見圖2。它由車站設(shè)備、車載設(shè)備和車-地間無線通信設(shè)備3部分組成。與查詢應(yīng)答器、聯(lián)鎖設(shè)備、計軸設(shè)備等,共同完成規(guī)定的功能。車站設(shè)備含車站控制主機(jī)及無線電臺控制接口、部分信息采集接口電路板;車載設(shè)備含車載控制機(jī)、車載電臺控制接口和機(jī)車信號機(jī)車載顯示器以及與查詢應(yīng)答器、GPS、記錄器、語音卡、運器等連接的接口電路;無線通道設(shè)備含車站數(shù)傳電臺、GSM-R數(shù)字移動通信網(wǎng)、天線及天線饋線等。
3 信息傳輸可靠性
無線機(jī)車信號傳輸?shù)幕拘畔⒂?第1類信息(Ⅰ),列控信號基本信息;第2類信息(Ⅱ),含接/發(fā)車股道數(shù)、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?shù)?類非安全性質(zhì)的信息(Ⅲ),包含工務(wù)、電務(wù)、機(jī)務(wù)等方面的內(nèi)容。因此1個信息周期的標(biāo)準(zhǔn)格式如圖3所示。另外,連續(xù)式無線機(jī)車信號還應(yīng)加ATP系統(tǒng)服務(wù)的控制參數(shù)等。
無線機(jī)車信號的可靠性措施主要涉及到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、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?shù)男畔⒍加泄潭ǖ刂�。在基于軌道電路的列車控制系統(tǒng)(TBTC)中,信息傳輸?shù)哪康牡厥枪潭ǖ�。而基于無線的列車控制系統(tǒng)(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(shè)備均有固定地址,使發(fā)送與接收信息嚴(yán)格按地址執(zhí)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(jìn)一步專門化,更為安全。
2.信息傳輸?shù)臅r間戳。在TBTC中,相同信息傳輸是連續(xù)不斷的,不存在信息過時問題。但在CBTC中,由于采用時分復(fù)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(shè)置了時間戳,即任何信息的傳輸都冠以起始時間,超過規(guī)定時間后,有效信息被中止。
3.列車注冊制。調(diào)度管轄區(qū)內(nèi)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(quán)威的區(qū)段調(diào)度按照行車計劃發(fā)布,并且車次號與注冊號相對應(yīng),任何運行的列車只有在注冊后,才能在無線信道中進(jìn)行有效信息的傳輸。通過上述措施使雙向通信受到嚴(yán)格的約束,即信息內(nèi)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(nèi),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(yīng)。
4 故障-安全措施
1.實現(xiàn)了列控數(shù)據(jù)的雙向傳輸。信號傳輸采用閉環(huán)方式,即雙方應(yīng)答確認(rèn)信息需進(jìn)行信息校核,對比確認(rèn)后方可輸出,經(jīng)數(shù)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(xù)不間斷發(fā)碼方式,利用脈沖方式驅(qū)動輸出,計時器判斷執(zhí)行,超時硬件復(fù)位,系統(tǒng)降級顯示,實現(xiàn)故障-安全。
3.上、下行列車無線機(jī)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(jìn)路,避免發(fā)生同頻干擾,保證行車安全。
4.系統(tǒng)中設(shè)有查詢應(yīng)答器,進(jìn)一步作固定控制。當(dāng)列車通過應(yīng)答器后,在規(guī)定時限內(nèi)沒有獲得注冊或沒有接收到機(jī)車信號,無線機(jī)車信號將進(jìn)行報警,同時計算列車的走行距離。若司機(jī)不進(jìn)行干預(yù),列車將自動執(zhí)行停車。
5.信息結(jié)構(gòu)內(nèi)容中對發(fā)信者與接收者都事先注冊在案,因此局外信息無效,避免局外有意干擾;信息內(nèi)容有時限保障,超過規(guī)定信息的執(zhí)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(fā)送編碼中均有CRC檢錯功能,提高了抗干擾性。無線機(jī)車信號內(nèi)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(tǒng)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(tǒng)還設(shè)計了一些檢測電路,如設(shè)有看門狗,程序轉(zhuǎn)飛后可被立即拉回;瞬間停電后,上電可自動恢復(fù)等。
5 無線機(jī)車信號的優(yōu)點
1.傳輸信息量大。無線機(jī)車信號除了提供機(jī)車信號信息外,還提供進(jìn)路信息和列控信息,如:列車進(jìn)幾股道、股道長度、道岔型號、列車位置、速度、限速值等。數(shù)據(jù)信息取自于聯(lián)鎖,不存在車站電碼化問題,同時還能夠為機(jī)車監(jiān)控裝置或ATP裝置提供大量的數(shù)據(jù)。
2.控制功能強(qiáng)。無線機(jī)車信號采用自律輪詢控制方式,應(yīng)變時間短,控制功能強(qiáng)。其地面設(shè)備對進(jìn)入車站控制范圍內(nèi)的列車進(jìn)行注冊和注銷,依據(jù)車站聯(lián)鎖的進(jìn)路條件和調(diào)度命令,生成機(jī)車信號信息,并能夠同時正確地、實時地控制車站范圍內(nèi)的多臺機(jī)車,實現(xiàn)車-地間信號的傳遞。便于與CTC,GPS等系統(tǒng)連接,從而構(gòu)成新型列控系統(tǒng)。
3.采用數(shù)字信號傳輸,傳輸可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)。
4.信息閉環(huán)確認(rèn)。無線機(jī)車信號實現(xiàn)了車-地之間雙向信息傳輸,地面發(fā)出的信號,車載設(shè)備有回示信息,雙方進(jìn)行信息校核,保證信息傳輸?shù)目煽啃浴?/P>
5.信息連續(xù)顯示。列車無論在區(qū)間或在車站的任何區(qū)段,機(jī)車信號的顯示都是連續(xù)的。
6.車載顯示屏顯示。機(jī)車上除了八燈位信號機(jī)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(jī)問路,司機(jī)通過車上的圖形顯示器可以看到車站為其辦好的進(jìn)路,及進(jìn)站信號機(jī)和出站信號機(jī)的信號顯示,方便駕駛。無線機(jī)車信號與既有機(jī)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(qiáng)。無線機(jī)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(jié)論
無線機(jī)車信號系統(tǒng)是基于的列車控制系統(tǒng)(CBTC)的一種簡單形式,符合鐵路列車控制技術(shù)發(fā)展方向。它除了采用一般信號系統(tǒng)通常應(yīng)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(hù)性和安全性(RAMS)指標(biāo)得到進(jìn)一步提高。擺脫了車站軌道電路電碼化,采用直接從聯(lián)鎖和調(diào)度集中提取信息,通過無線信道傳輸信息,從而實現(xiàn)機(jī)車信號主體化。目前,青藏線采用了接近連續(xù)式無線機(jī)車信號,標(biāo)志著我國進(jìn)入CBTC的一種起步。上海城軌(低速)磁浮試驗線ATP系統(tǒng)明確采用無線機(jī)車信號車載設(shè)備及其顯示器,這將為無線機(jī)車信號的推廣應(yīng)用提供更多機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
參考文獻(xiàn)
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