（交通信息工程及控制专业论文）无线闭塞中心研究与仿真.pdf

j e 夏銮运友堂亟堂焦盐塞 虫塞擅垩 中文摘要 摘要：计算机技术、通信技术、微电子技术和控制技术的飞速发展使得利用无线 通信传递车、地大容量双向信息成为可能，基于通信的列车控制系统( c b t c ) 正在 迅速地发展，逐步代替原有列车运行控制系统。采用移动闭塞分区( m a s ) 的c b t c 系统是c b t c 系统发展的高级阶段，能极大的提高铁路的运行效率。采用移动闭 塞分区的无线闭塞中心系统( r b c ) 则是c b t c - m a s 地面设备的核心部分。 本文介绍了c b t c 系统的体系结构，分析了无线闭塞中心在c b t c 系统中的 地位和作用，介绍了移动闭塞分区的特点：闭塞区间移动性、闭塞区间可变性， 分析了采用移动闭塞的列车运行特点。 本文主要研究了c b t c 系统中采用移动闭塞的无线闭塞中心系统。无线闭塞 中心主要由列车运行控制子系统、人一机交互界面、联锁设备接口、g s m r 通信 接口、调度集中系统通信接口、相邻r b c 通信接口组成。分析了系统的结构、系 统的通信平台以及列车控制的方案，详细描述了系统的组成部分、工作原理和实 现的功能。 本文在研究无线闭塞中心的结构和功能基础上，重点设计了无线闭塞中心仿 真系统。采用面向对象的编程思想，以b 0 r l a n dc + + b u i l d e r 作为开发平台，设计 并实现了无线闭塞中心仿真系统；采用s q l 2 0 0 0 设计了r b c 仿真系统的内部数据 库。系统设计具有模块化、可扩充性强、维护方便、用户乔面友好、在线图形显 示等特点。同时设计了车载设备仿真软件系统和联锁仿真软件系统，并利用无线 局域网络( w ia n ) ，初步构建了支持r b c 运行的试验仿真平台。试验仿真平台不 仅能仿真单个列车在r b c 的注册、注销和线路运行，还能仿真多个列车在线路上 的运行。 最后，论文对历做的研究工作进行了总结，指出了进一步研究的方向。 关键词：无线闭塞中心( r b c ) ；移动自动闭塞：g s m _ r ；系统仿真 j e 塞交通太堂亟堂焦途塞旦5 1 b ! a b s t r a c t a b s t i 认c t t h ef 如t d e 、，e l o p m e n t o fc o m p u t e r t e c l l i l 0 1 0 9 y c o n 】1 i l u n i c a t i o n t c c t l i l 0 1 0 9 y ，m i c r o - e l e c 仃0 1 1 i ct c c l l i l 0 1 0 9 y 缸mc o m r o lt e c l 】l l o l o g ym a k 鼯i tp o s s i b l et 0 t r a i l s i i l i tb i - d i r e c t i o n a l 锄dh i 曲c a p a c 时i n f b 加a t i o nb e 铆e e nn 面i l s 卸ds t a t i o m m r o u 曲r a d i o c o m m 戚c a t i o nb 舔c dt r a i nc o m r o l ( c b t c ) s y s t 啪a c q u i r c sm cr a p i d d e v e l o p m 锄t ，锄di ti sr 印1 a c i n gm eo r i 百n a lt r a i l lc 眦1 仃o ls y s t 锄s t a g eb ys t a g e c b t c m o v i l l ga 1 1 t o b l o c ks y s t 锄( m a s ) i sh i 曲s t 印o fc o m 删m i c a l i o nb 船e dt r a i n c d n 仃o ls y s t e m ，a 1 1 d “c 觚i m p r o v ee 伍c i e i l c yo fr a i l w a y 仃姐s p o r t a t i o ng r e a t l y r a d i o b l o c kc 仃e ( r b c )i s 血em o s t 曲p o n 锄tp a no f 铲o l 】1 l ds y s t 锄f o rc b t c m a s t h ep a p e ri n l d u c et l l es ) 噶t e ms n l l c f u r eo fc t c s ，卸a l y s e sl l l es n l l c t u r c 锄d f l l n c t i o l l so f l er b ci l lt 1 1 ec o m m u i l i c a t i b a s e dt r 面nc o 曲l ( a 3 t c ) s y s t 锄t h e b l o c kc 锄b e m o “n gw i t l l t h e t r a i l l 锄dc h a i l g i l l g 也e l e i l g m w i ms o m er e 勰。嬲i n t l l e m o v i n ga u l o b l o c ks y s t e m ，s o 俩nc o n 仃o ls y s t e mh v es o m ec h 锄c t e r i s t i ci nm o v i l l g a u t o b l o c ks y s t e m t h cp a p c rp r e s 锄t sap r o j c c to nr b cb 勰e dg s m rs y s t 锄o fc b t c m a s n a 1 1 a l y s e sm es m l c t u mo fr b c ，t 1 1 ec o m m i l l l i c a t i o ns y s t 锄强dt h e 仃a i nc o n t m lm e t h o d o ft l l es y s t e m r a d i ob l o c kc c n n 它i i l c i u d 皤i i l t c r i o rd a t a b a s e ，仃a i l lc o l l 仃o l 乳l b s y s t 锄， h 吼孤- c o m p l i t c rm e f a c t i o ni n t e r f k e ，i m 刚o c ke q u i p m e l l ti n t 硼蝣e ，g s m - rn 咖o r k i n t c r f k e ，n e t w o r ki l l t e r f a c e i ta l r e s p e c t i v e l yd e s c r i b e s1 1 1 ef i l l l c 石a n dw o r k i i l g p r i n c i p l eo f m e s ep a 鹏 a c c o r d i i l gt o 咖c h i r e 锄df 1 1 l l c t i o no fm ei m cs y s t e m ，d e s i 印e d 鲫u l a l i o f r b cs y s t c i n r b cs y s t e n li sd e s i 印c d 如di m p l 锄c n t c dw i mb o r l a n dc + + b u i l d b 私e d t l l eo b j c c t o r ：i c n t c dp r o 伊咖n i i l g h l t e r i o rd 北出硒eo fr b ci sd e s i 印e d 卸d i m p l e m e n t e dw i ms q l 2 0 0 0 s o 脚a r es y s b 锄i sc h a r a c t e r i s 石c so f 衔e n d l yi l l t 豇a c t i i n t c r f k e ，m u l t i f i l n c 右o n ，m o d u l a rd c s i g n ，g o o dc x p a i l d a b i l i t ya i l de 笛ym a i n t a i l c e ， 彻- l i n e 孕叩m cp r e s e n t a t i o n ，c t c r b co p e r a t i o ns i m u l a t i 豇i 、怖衄e mi sc 优n 1 ) 0 s e d o fr b cs y s t 锄，o b es i m l l l a t i o ns y s t 锄，m t e r l o c ks i l n u i a 廿s y s t e m1 i t hw h l 髂s l o c 出a r e an c 铆o d ( s ( w l a n ) h lr b co p 删i s i m u l a t i o ne n v 确瑚1 髓t ，l l s e rc a n s i m u l a t en o to m ys i n 百e 舰i no p a a t i o nb l l ta l s om u l t i 一岫叩e r a t i o nc o n n d l l e db y r b c a t l a s t ，i t 跚m m a r i z e st l l ew o f k so f t h i sp a p e r 托dp o i n t s0 mt l l ed i r e c t i 衄o f m o r c ! ；t l l d i e s j 夏至适盔堂亟堂僮j 金塞旦s ! b ! k e y w o r d s ：r a d i ob l o c kc e l l 骶；m o v i n ga u t o b l o c ks y s t e m ；g s m r ；s y s t 锄 锄u l a t i o n 致谢 我能顺利地完成硕士期间的学习和研究工作，要感谢我的导师王化深副教授、 指导老师王俊峰副教授。本论文的研究和论文的撰写是在两位老师的指导和关怀 下完成的，两位老师严谨务实的治学精神、精益求精的工作态度给我留下深刻的 印象，这些使我受益终身。在此向导师和指导老师表示衷心的感谢和诚挚的敬意。 感谢运输自动化研究所的张勇老师，在课题研究过程中给与我工作学习上的 热情指导和无私帮助，在此向他表示真诚的感谢。 感谢陈俊、韩胤、孙玉鹏、张鸽、郑留江等同学，他们给予我不少的建议和 帮助，使我受益匪浅，本论文的顺利完成得到了他们热情地帮助，在此表示衷心 的感谢。 最后，我要衷心地感谢我的父母，他们在精神上的支持和生活上的关心，使 我能够顺利完成本论文的研究工作，本论文也凝结了他们的心血和汗水。 感谢在百忙之中抽出宝贵时间对本论文进行评审的各位老师和专家，衷心感 谢你们对本论文提出的宝贵意见。谢谢! 韭立交通太堂亟堂焦论童绪论 1 1列车运行控制系统 第1 章绪论 1 1 1 基于轨道电路的列车运行控制系统 铁路信号已经有一百多年的发展历史，很长时间以来人们一直用轨道电路作 为媒体来传输列车信息，形成列车运行控制系统，也就是基于轨道电路的列车控 制系统( 1 r a c kc i r c u i tb 勰e d 删nc o i l 仃o 】佃t c ) 。基于轨道电路的列车控制系统主 要利用轨道电路传送地面至车上的信息。 轨道电路为保证行车安全，提高行车效率发挥了巨大的作用，它有不可磨灭 的优点，如：能比较完善地检查列车完整性。可以说基于轨道电路的列车控制系 统是铁路信号的基础和特征。然而随着铁路运输向高速化、信息化、网络化的发 展，r b t c 越来越不能满足现代铁路发展的需要。 t c 利用轨道电路传输地面至车上的信息、检测固定闭塞分区的占用情况， 它有一些明显的缺点l ”。 ( 1 ) 列车速度的提高需要对列车实施更为精确的控制，这就需要车上、地面之间 传输大量的信息，但为满足列车控制对信息传递实时性的要求，轨道电路只 能传输较少的信息量。 ( 2 ) 轨道电路的工作稳定性易受环境的影响，如：道砟阻抗变化、天气变化。 ( 3 ) 在用轨道电路构成自动闭塞系统时，闭塞分区长度固定，对不同类型的列车 适应性差，影响铁路运输效率。 ( 4 ) 在用轨道电路构成自动闭塞系统时很难用轨道电路来实现列车对地面控制 中心进行通信，即利用轨道电路是难以实现双向通信的，也就无法实现真正 意义上的列车闭环控制。 ( 5 ) 轨道电路构成闭塞分区时的分割，对长钢轨的应用造成障碍，例如采用无绝 缘轨道电路，需增设补偿电容抵消钢轨衰耗的影响，此外，还需消除死区段。 ( 6 ) 轨道电路需要大量电缆以便采集轨道电路发送端和接收端的信息集中到车 站进行处理，其投资费用占整个自动闭塞系统的4 0 6 0 。 ( 7 ) 通过轨道电路只能判断闭塞分区是否被占用，而无法实现对列车精确定位， 严重影响列车运行效率。 轨道电路在过去1 0 0 多年里对铁路运输起到了不可磨灭的作用，基于轨道电 路的i b t c 系统是列车运行控制发展的第一阶段，像如何其他事物一样，有它的 j e 塞窑通太堂亟堂僮论塞绪j 盆 正面的好作用，也一定有它的不足之处，科学技术的发展就是要寻求新的方法来 弥补这些不足，但是通过各类t 丑；t c 系统的开发到应用可以得到一个重要结论：“闭 塞分区”是任何列车运行控制系统必须遵循的控制单位，它一直被保持着，是任 何列车自我保护的基本距离单位，只是在t b t c f a s 系统中，“闭塞分区”的长 度和地段在确定之后就固定不变，是它的不足。 1 1 2 基于通信的列车运行控制系统 t b t c 存在的问题使其难以满足现代铁路的发展要求，因此人们在改造、完善 现有t b t c 系统的同时，一直在积极努力地寻求新的列车运行控制系统。 自2 0 世纪6 0 年代起，世界各国相继涌现出了大批的新型列车运行控制系统 及相关理论。6 0 年代初国内著名的铁路信号专家汪希时教授提出“无线自动闭塞 系统”( 后更名为“移动自动闭塞系统”) ，其中创建性的指出利用无线信道传递车、 地间双向、大容量信息的可能。 8 0 年代，随着计算机技术，通信技术和控制技术的飞跃发展，出现得新型列 车控制系统大多了许多是利用无线通信作为车、地间双向信息通道，即以通信技 术为基础的列车控制系统，人们称之为“基于通信的列车控制系统”( c o m m u i l i c a t i b 嬲e d1 r a i l lc o n t r o 卜c b t c l 。 1 9 9 9 年9 月，e e 为c b t c 制订了第一个标准，将c b t c 定义为：“利用不 依赖于轨道电路的高精度的列车定位、双向连续、大容量的车一地数据通信以及 车载、地面的安全功能处理器实现的一种连续自动列车控制系统”。定义中指 出c b t c 中的通信必须是连续的，这样才能实现列车自动控制。利用轨间电缆、 漏泄电缆和空间无线都可以实现车、地双向信息的连续传输。利用查询应答器和 环线装置只能实现车、地信息的点式不连续传送，因此按照定义，该类应用系统 不能称为严格意义上的c b t c 。但这并不意味着查询应答器和环线装置不能用或不 重要，在利用空间无线的c b l 中仍然需要查询应答器或环线装置提供点式信息， 以校正列车定位信息、列车进、出站标识等利用轨间电缆、漏泄电缆和空间无线 都可以实现车、地双向信息的连续传输，满足c b t c 定义的要求。 基于无线通信的列车控制系统是铁路运输管理系统信息基础设施的重要组成 部分，是无线通信和列车控制两大学科高度融合发展的结果。从根本上将基于轨 道电路的单向信息传输改变为基于无线的双向、连续、大容量信息传输。它以数 据通信为纽带，以网络发展为基础，以安全、高效益、高服务质量为根本目标。 c b t c 是未来铁路控制系统发展的方向。 2 j e 塞窑煎太堂亟堂焦论塞绪! 金 1 2国内外c b t c 的研究现状 1 2 1欧洲列车控制系统研究状况 国外研究c b t c 的时间较早，技术发展也比较快，目前相对比较成熟的有欧洲 列车控制系统( e t c s e u r o p e 觚1 h i nc o r n r o ls y s t e m ) ，北美的先进列车控制系统 ( a t c s a d v a n c c dt r a i l lc o n 订o ls y s t 锄) ，日本的计算机和无线通信列车控制系统 ( c a r a t c o m p u t c r 柚dr a d i oa i d e dc o n n d ls y s t 锄) 以及美国的r e t b 限a d i o e 1 e c 仃0 m ct o k e i lb l o c k ) 系统等等。下面将简要介绍欧洲列车控制系统。 欧洲列车控制系统e t c s 设计的初衷是为了实现欧共体内铁路控制系统的统 一，从而减少车载设备，缩短跨境旅行时间。1 9 9 1 年，欧洲铁路联盟与九家信号 通信公司签订开发设备协议，目前已经制定出较为完善的技术标准，而且在欧洲 己经开始试验或商用。e t c s 标准规定了不同的应用等级，其中e t c s 第2 级和第3 级规定以g s m - r 无线通信系统作为列车控制信息的传输通道，e t c s 第3 级已经具 有移动闭塞的特点。下面将介绍e t c s 各级的特点。 ( 1 ) e t c s 第1 级： 以地面信号系统为主体，覆盖现有的信号系统，采用固定闭塞方式。在线路 上安装欧洲点式应答器，分为两种：一种为可变信息应答器，用于将地面信号机 的显示信息传输到车上，以机车信号的方式显示给司机；另一种是固定信息应答 器，只要传输位置信息( 如公里标) ，用于列车定位。由轨道电路进行轨道空闲检查 和列车完整性检查。在线路上铺设欧洲环线，列车通过环线时，可以提前接收前 方的信号信息。 ( 2 ) e t c s 第2 级： 列车运行控制命令由无线闭塞中心( r b c ) 产生，通过无线通信系统g s m - r 传送 到列车上。应答器作为定标设备，用于列车定位。利用轨道电路或计轴设备进行 列车占用检测和列车完整性检测。机车信号为行车凭证，地面信号为可选，采取 固定闭塞方式。 ( 3 ) e t c s 第3 级： 列车运行控制命令由无线闭塞中心( r b c ) 产生，通过无线通信系统g s m r 传送 到列车上。应答器作为定标设备，用于列车定位。车载设备负责列车完整性检查。 机车信号为行车凭证，取消地面信号，采取移动闭塞分区方式。 1 2 2 国内c t c s 研究状况 3 j e 塞窑垣叁堂亟堂位j 佥塞绪逾 国外c b t c 系统的发展，也为我国发展c b t c 系统提供了宝贵的经验。我国 铁路控制系统的现状，与欧洲发展e t c s 之前的铁路状况有很多相似之处。目前， 我国正在借鉴欧洲e t c s 的成功经验，研究适合我国国情的中国列车控制系统 ( c t c s ) 。参照欧洲发展g s m r e t c s 的成功经验，结合我国实际出发，我国的 c t c s 发展初步定为5 级【习： ( 1 ) c t c s0 级：既有线的控制模式。区间轨道电路+ 站内电码化+ 通用机车信 号+ 列车运行监控装置。 ( 2 ) c t c s1 级：基于既有设备改造的a = r p 系统。适用于既有线1 6 0 h n 1 1 以下 的区段。针对中国主要干线装备现状，对既有设备实行强化改造，在主体化机车 信号的基础上，通过补点，实现具有中国特色的点连式a t p 。即主体化机车信号( 区 间、站内轨道电路进行强化改造+ 故障安全型机车信号) + 点式设备+ 安全型监控系 统。 ( 3 ) c t c s2 级：基于轨道电路信息的a r p 系统。地面一车载一体化系统设计， 车载设备有机结合；速度监督可采取大台阶，也可采取速度距离模式曲线；地面 可采用模拟多信息轨道电路，也可采用数字轨道电路，并辅以必要的点式设备， 组成点连式a t p 。 ( 4 ) c t c s3 级：基于轨道电路和无线通信( g s m r ) 的a t p 系统。轨道电路在 实现区段占用与列车完整性检查方面具有不可替代的优势；无线通信( g s m r ) 在满 足我国铁路移动信息网需求的同时，又能解决信息高速率可靠传输，两者结合是 强强互补。在辅以定位校核的点式设备，系统具有与国际接轨的先进性。 ( 5 ) c t c s4 级：完全基于无线通信( g s m r ) 的a t p 系统。该系统具有移动自 动闭塞的特征。区间占用靠g p s 与g s m - r 实时数据传输解决( 站内仍需轨道电路) 。 列车完整性检查、定位校核分别靠车载设备和点式设备实现，使得室外设备减少 到最低程度。 目前，c i s 标准的制定工作正在紧锣密鼓地进行，这一标准将成为中国列车 控制系统建设和发展的准则，可以解决目前我国铁路多种控制系统互不兼容的问 题，确保我国铁路的列车控制系统向着规范化和互相兼容的方向发展，满足我国 铁路既有线提速以及高速铁路建设的要求，实现铁路的跨越式大发展。 1 3c b t c 系统的分类及结构 1 3 1c b t c 的分类 利用无线通信媒体来代替轨道电路达到车一地之间的信息传输，而在此基础 4 j e 塞窑垣盔堂亟堂焦诠室绪论 构成的列车运行系统，都可以称为c b t c 系统。它涵盖了大量不同名称的系统， c b t c 的系统中所应用的技术并不是完全相同，因而它们所完成的功能也可能不是 同一水平和同一内容。c b t c 系统根据目前的技术水平可以作以下分类【2 】。 1 根据c b t c 中车一地之间通信方式不同分类 c b t c 的种类又可以分为： 采用全程移动无线通信方式，例如目前在欧洲广泛应用的g s m r 方式。 采用轨道交叉电缆方式。 采用漏泄电缆或漏泄波导方式。 采用查询应答器方式。 2 根据闭塞分区来分类 基于通信的固定自动闭塞运行控制系统 基于通信的固定自动闭塞运行控制系统( c b t c f i x e da u t o b l o c ks y s t e m ， c b t c - 】p a s ) 表示闭塞分区是固定不变的，它像t b t c 姒s 一样，闭塞分区是通过 区间牵引计算求得其长度，但是闭塞分区的分隔点不是用轨道电路的机械绝缘节 或电气绝缘节( 如无绝缘轨道电路) ，而是用查询应答器或计轴器或其它形式能传 送无线信号的装置构成分隔点。c b t c f a s 和t b t c f a s 的根本区别是前者采用 双向通信技术来达到车地之间信息交换。 、矿中继i | 殳，发 上匠圈 主收，发 丫 。的 。 于 圆圆圈圆圈囱 卜。 卜o卜。卜。卜o i 釜。i 。二。壶 图1 1 无线方法在队s 的应用 在每个闭塞分区之始端可以没有固定信号机作为防护，它的信号显示是依据 控制中心在计算基础上给定。图1 1 是全部用移动无线通信的c b t c f a s 系统， 它经过调制的无限频率r f 使移动列车与控制中心相联系，车站控制中心则依据区 间各列车的实际分布，计算出保护信号机可以给出的信号，通过无线中继设备与 保护信号机线路设备u o 相连，后者经译码后给出信号显示，它同时也返回收到 的信息及状态显示送给无线中继设备转控制中心，从此构成信息流的闭环。与此 同时，运行中的列车也随时与线路设备u ，0 相联络，报告它的定位于其状态信息 等，从此构成车一地之间的双向通信。 j b 塞童煎塞堂亟堂焦j 金塞 绪i 盆 c t b c f a s 中，轨道电路可以仍然保留着，但是它的作用不是为了构成闭塞 系统的调节环节，而仅是为了检测列车的存在及其完整性，路旁信号机也可以保 留，它是c b t c - f a s 的标志。 移动自动闭塞运行控制系统 移动自动闭塞运行控制系统( c b t c m o v i n ga u o d b l o c ks y s t e m ，c b t c - m a s ) 表示这类系统也有闭塞分区，但此时闭塞分区有以下特点： ( 1 ) 闭塞分区长度是可变的，它是依据列车本身参数及其所在地段参数实时 计算出来的。 ( 2 ) 闭塞分区随列车运行而移动。 ( 3 ) 在c b t c 小4 a s 中闭塞分区已经不再应用地面信号，也不需要地面信号， 它在车载设备系统显示屏上，指示出本车距前行列车尚有多少距离，或距离进站 的距离等等。 1 3 2c b t c 的基本构成 c b t c 系统的基本构成如图1 2 所示，主要有四个组成部分：即无线数据通信 系统，车载设备( 0 n b o a r de q u i p m e n t o b e ) ，无线闭塞中心( r a d i ob 1 0 c kc c n t e r r b c ) 和调度集中系统( c c l l 虹面i z c dt r a 彤cc o n 仃o l t c ) 。 ( 1 ) 无线数据通信系统 无线数据通信系统是实现c b t c 的基础，其性能( 速度，误码率和可靠性，可 用性等1 对c b t c 的影响较大。目前，可选用的无线通信方式有： g s m r _ g s m 连续无线通信系统的铁路专用系统； 扩展频谱法( s p r e a ds p c c m 姐r a d i o ) ； 认无线通信法； 卫星通信法； 其它无线电通信法。 6 i e 宝銮通盍堂亟堂焦论塞 绻监 逻辑控制层 c 眦基本结构 通信网络层 图1 2 c b t c 的基本构成 ( 2 ) 车载设备( o b e ) o b e 是对列车进行操纵和控制的主体，多种控制模式，并能适应轨道电路、 点式传输和无线传输方式。o b e 主要包括如下的组成部分： 车载安全计算机，用于列车的控制及信息的处理和计算； 人机界面； 测速测距模块： 点式信息接收模块与无线通信模块； 与列车设备的接口，包括制动接口、牵引接口、列车完整性检测接口等； 列车运行记录单元，供运行统计、故障分析处理等。 ( 3 ) 无线闭塞中心( r b c ) ，后序章节将有详细论述。 ( 4 ) 调度集中系统( c t c ) 调度集中系统c t c 考虑列车运行调度，这包括列车运行图的生成及调整，调 度集中或调度监督，列车信息系统，电力调度，机车调度，车辆调度，设备故障 处理，天气预报等。 1 4 无线闭塞中心 无线闭塞中心( r a d i ob l o c kc e m 盱，r b c ) 来源于欧洲e t c s 系统。e t c s2 级和e t c s3 级中，都有无线闭塞中心，它属于地面设施部分。列车的控制命令都 是有r b c 产生的，并通过g s m r 无线通信网络传送到车载设备并控制列车的安 全运行。所以无线闭塞中心就是使用无线通信手段的地面列车间隔控制系统，它 根据列车占用情况、调度命令及进路状态向所管辖列车发车行车许可和列车控制 信息。 7 j t 塞交通左堂亟堂僮j 金塞绪j 盆 r b c 是c b t c 的最为核心的地面子系统，具有以下主要功能： 接收列车定位信息； 闭塞分区管理； 考虑列车位置、线路状态、调度命令、进路状态等信息后，向列车发放运 行许可； 和相邻r b c 联系，完成列车的跨区运行； 与车站联锁设备，完成列车站内运行； 记录列车的运行许可和列车控制命令。 欧洲列车控制系统e t c s2 级和e t c s3 级中，其r b c 最大的区别是，前者中r b c 采用的是固定自动闭塞方式，而后者中r b c 采用的是移动自动闭塞的方式。我国 制定的基于通信的列车运行控制系统标准中，明确指出c t c s4 级要具有移动自动 闭塞的特点。移动自动闭塞是基于通信的列车运行控制系统发展的高级阶段。目 前铁路技术发展十分迅速，相信移动自动闭塞列车运行控制系统不久将投入到实 际运行中。目前国内外都在积极研究采用移动闭塞的列车运行控制系统，所以本 文设计研究采用移动闭塞方式的r b c 系统，具有一定的现实意义。 1 5论文的主要内容 本文着重对c b t c 批s 下的无线闭塞中心进行研究，提出了c b t c m a s 下 无线闭塞中心的系统方案，设计了无线闭塞中心的软件系统，仿真了简单的列车 运行控制。主要内容安排如下： 第一部分综述了国内外c b t c 的研究和发展状况；介绍了无线闭塞中心在 c b l 中的地位；提出了研究基于移动闭塞方式下无线闭塞中心的背景和意义；描 述了移动自动闭塞系统的特点和原理。 第二部分研究了c b t c m 蝎下无线闭塞中心的系统方案，分析了系统的总 体结构和基本功能，描述了无线闭塞中心系统各项具体功能的工作原理。 第三部分根据无线闭塞中心的系统方案，软件设计并实现了无线闭塞中心仿 真系统。同时设计了车载设备仿真软件和联锁仿真软件，并利用无线局域网络 ( 、矾a n ) ，建立了支持r b c 仿真系统运行的平台。r b c 仿真系统实现了与车载设 备通信，与联锁设备通信，列车注册、注销，发送列车运行许可等主要功能。 第四部分对论文工作进行总结，并提出了进一步研究的方向。 j e 立銮适太堂亟堂焦监塞鍪动自动翅耋基奎厘堡 第2 章移动自动闭塞基本原理 c b t c 系统根据闭塞分区来分为：基于通信的固定自动闭塞运行控制系统 ( c b t c f a s ) 和移动自动闭塞运行控制系统( c b t c m a s ) 移动自动闭塞是目 前线路能力利用效率最高的列车闭塞方式。c b t c m a s 是c b t c 发展的高级阶段。 2 1固定自动闭塞系统与移动自动闭塞系统 固定自动闭塞系统( f i x e d a l l t o b o c ks y s t 锄f a s ) 是采用地面固定信号机、 轨道电路等设备将铁路线路分成若干个闭塞分区，在同一时间点上每个闭塞分区 只能被一列车占用。e a s 的特点是闭塞分区的长度是固定的，在进行设计和施工 决定后就不再改变。闭塞的长度根据给定的线路参数、列车参数等，在进行牵引 计算后得出结果，长度不一定相等。 移动自动闭塞系统( m o v i n ga m o b l o c ks y s t e n r _ m a s ) 的闭塞分区长度是可 变的，并且随列车运行而移动，它是依据列车本身参数及其所在地段参数实时计 算出来的。 铁路运输中，在保证行车安全的前提下，要扩大其运输能力，主要有两类措 施，一是提高列车的载重量，二是提高运行速度和增加运行密度。采用不同的区 间行车闭塞方法，线路的运输能力也是不同的。 f a s 系统对提高铁路能力都有一定限制： 固定闭塞分区长度、列车重量( 机车牵引重量) 的关系表现在闭塞分区的长 度，因为列车重量越重则它的制动距离愈长，因而闭塞分区也就愈长。列车所需 的制动距离长度s 。在目前是与其牵引重量w 几乎是正比关系( w * s 。) ，除非彻 底改变列车的制动系统性能【2 j 。由于f a s 系统是按最坏性能列车参数( 载重量、制 动率、经历坡道、最大允许速度等) 来决定闭塞分区的长度，而它对于性能较好列 车或较轻的列车就有效率上的牺牲。 列车运行速度的提高对队s 系统的关系也表现在闭塞分区长度作相应的延 长，列车的速度，与列车制动距离s 。之间几乎是平方关系：1 ，2a cs 。列车运行在 固定闭塞分区内，只等知道列车占用了那个闭塞分区，列车在闭塞分区内的具体 位置是不得而知得。这些都无意增加了列车安全运行的间隔。 虽然人们想方设法缩短f a s 系统中列车安全运行间隔，例如三显示f a s 自动 闭塞系统改为四显示制式或跟多显示制式的n 峪闭塞系统，都无法从根本上解决 其自身的不足。 9 j 立窒通太堂亟堂焦途塞 整勤自动团塞基查厘堡 我国铁路目前主要是客货混跑线路，客车和货车在载重、速度等性能方面存 在巨大的差距，采用m a s 系统，可以进一步缩短列车安全间隔的方法，因为在任 何时候都能知道前列车和本列车的定位信息，依据列车的载重量、制动能力、运 行速度、所在地点前方的坡道曲线值等多种因素，动态的地给出闭塞区间。不同 列车有不同长度的闭塞分区，在不同地点也有不同长度的闭塞分区。从而尽可能 缩短列车安全运行间隔，最大程度提高区间运行能力。 2 2移动自动闭塞系统主要特性 提高区间运输能力的最佳方法是采用移动闭塞系统，图2 1 绘出两列同向随行 列车之间的最小间隔表达法。 点 图2 1 列车的速度距离制动模式曲线 这个间隔大小至少有两部分组成： l 。一指列车a 不能撞上列车b ( 假如它在停车状态) 而需要的常用制动距 离，它是依据列车a 当时的车速、它牵引的载重量、它具有的制动率 ( 制动性能) 、前方距离内的上坡道或下坡道值，以及它们的长度， 还有弯道值等，从此计算出制动曲线所需的距离。 l 。一安全保护距离，它的数值下面有具体的分析。 从此可以获得移动闭塞系统有下列主要特性： 主要特性之一：闭塞分区是移动的，列车在区间运行时每时每刻每个地点它 都有相应的移动闭塞分区，它的长度最小值( 指前车在停车状态，或前方为列车 终止运行点) 则为： i 。：= l b + l s ( 2 - 1 ) 主要特性之二：移动闭塞分区长度与列车初速度有关，初速度值愈大，则l 。 愈大，反之，则愈小，见图2 - 2 所示。 1 0 a b 塞銮适太堂亟堂僮监塞 整麴自动闭塞基奎厘堡 列车l 速度v 。制动距离l 。最小制动距离l 。 s l 列车2 - 速度v ：制动距离l 。最小制动距离l 。 列车3 速度v ，讳4 动距离l 。最小制动距离l 。 图2 2 不同初速度的列车速度距离制动曲线 主要特性之三：移动闭塞分区长度与列车初速度w 有关，在初速相同条件下， 若三个列车有w 户w 户w l ，则三者的移动闭塞分区l 。 s 。 l 。 l表示实际计算缓冲因素 式( 2 - 4 ) k 。值究竟取多少，在f a s 条件下一般取0 3 左右，但在m a s 条件 下，k s 取值尚未有见诸理论分析的结果，也没有经验可借鉴。实际上，在决定k 。 值时应该考虑到下列几个因素：站间距离；线路上下坡道和弯道；列车 性质绍：车、货重) ；列车制动能力；列车运行速度；列车长度；气候环境； 对列车运行舒适度。最佳办法是应用人了智能方法来分析。因为在一个r b c 管 辖区间所有上述几类参数不可能有相同数值，它们是千变万化的，因此只能用智 能来判断才是上策。 2 6m a s 的特点 m a s 是c b t c 系统中最高一个层次，有以下优点： 1 它可以提高铁路区间运输能力； 2 依靠实时信息有可能实现组织型运输组织； 3 在既有运行秩序打乱后可以