IEEE标准_14741_CBTC性能和功能需求分析.docx

IEEE标准_1474.1_CBTC性能和功能需求分析 本人研究CBTC时翻译过来的，希望对大家有用摘要：CBTC系统的性能和功能需求分析立足于本标准。CBTC系统是一个不依赖于轨道电路、利用高分辨率列车定位的、连续的列车自动控制系统；连续的、高容量的列车轨旁双向数据通信；车载和轨旁处理器有执行自动列车防护（ATP）的功能、可选择的自动列车运行（ATO）功能和自动列车监控（ATS）功能。除CBTC的功能需求之外，本标准还定义了CBTC系统的间隔时间准则、系统安全准则、系统可用性准则。本标准适用于包括自动化的旅客捷运系统的运输应用的所有领域。关键词：自动化、通信、信号、列车控制1. 综述本标准确立了CBTC系统的性能和功能需求，分为6部分。第一部分描述了本标准的适用范围和目的。第二部分列举了标准中应用过的参考文献。第三部分规定了一些以前未曾有过或者为应用于本标准而做出过修改的定义。第四部分定义了CBTC系统的一般运营需求，包括支持的列车运行模式。第五部分定义了CBTC系统的性能需求，包括间隔时间准则、系统安全准则、系统可用性准则。第六部分定义了CBTC系统的功能需求，包括自动列车防护（ATP）功能、可选择的自动列车运行（ATO）功能和自动列车监控（ATS）功能。1.1 适用范围本标准确立了一套对于使用CBTC系统时提高性能、可用性、运营水平和列车防护水平所必须的性能和功能需求。1.2 目的在此之前并没有令人满意的独立标准定义CBTC系统的性能和功能需求。本标准将提高CBTC系统的性能、可用性、运营水平和列车防护水平，并且将促进新的CBTC应用。1.3 当前应用除了司法所有权特别要求之处，现存的CBTC设施和本标准公布以前就在进行中的工程不需要遵守新的或改进的本标准的需求。2. 参考文献略3. 缩写词、首字母缩略和定义3.1 定义3.1.1 司法权 略3.1.2 旅客捷运系统（APMs）：一种全自动运营、有向导的运输模式，有专用通信权的有轨车辆在其中占有重要地位。3.1.3 自动列车控制（ATC）：用于自控控制列车运转，保证行车安全，指挥列车运行。ATC必须包含ATP，可能包含ATS或ATO。3.1.4 自动列车运行（ATO）：ATC的子系统，执行所有速度调节、计划内停车、车门控制、性能水平管理功能，或者其他分配给驾驶员的功能。3.1.5 自动列车防护（ATP）：ATC的子系统，通过综合列车探测、列车间隔、联锁技术，防止碰撞、超速和其他有危险的情况发生，保障故障安全。3.1.6 自动列车监督（ATS）：ATC的子系统，监控列车，调整单列车的运行以维护整个时刻表，并且提供数据调整服务以使由于不能按计划正常行车而造成的麻烦最小化。注：ATS子系统也代表性地包括手动和自动排路功能。3.1.7 辅助轨旁系统（auxiliary wayside system）：备用或次要的列车控制系统，可为未配备车载CBTC设备和/或部分或全部车载CBTC设备无效的列车实现全部或部分ATP功能做好准备。辅助轨旁系统可包括车载设备，也可提供轨道损坏探测功能。3.1.8 基础运行机组：（A）为独立运行而设计的单一车辆。（B）为独立运行，包含两辆或两辆以上、一种或多种车辆，永久或半永久的组合。3.1.9 紧急制动：故障安全，开环的制动到完全停止，考虑所有的相关因素后又一个确定的最大停车距离。一旦制动开始，就是不可逆的（直到列车停下或者预定的时间已经过去）。3.1.10 常规制动：非紧急制动应用，获得（最大）刹车率与刹车系统的设计一致，在主控制之下可补偿。3.1.11 车辆：参见vehicle。3.1.12 民用速度限制：每个轨道区段的最大速度授权主要取决于曲度、剖面、结构。3.1.13 基于通信的列车控制（CBTC）：一个连续的ATC系统，利用高分辨率的列车定位，不依赖轨道电路；连续的、高容量、双向列车轨旁数据通信；车载和轨旁处理器有执行重要功能的能力。3.1.14 轨道交通通勤者：一种轨道交通乘客服务，运营于综合铁路系统的大都市部分。这项业务，主要针对于通勤者，一般作为公有或某一铁路公司所有的局部系统的一部分运行，也是它所有服务中的一部分。3.1.15 组成：一列列车中单独的单元的组成或构成（数目和特性一致）。3.1.16 停站时间：一个运输单元（车辆或列车）停留在某一站的时间，以其停靠和启动时间间隔计算。3.1.17 故障安全：一种适用于安全认证系统的设计原则。如果硬件故障或者软件错误，系统将被禁止僭越到或维持在一个非安全状态，或者系统将直接导向一个已知的安全状态。3.1.18 时间间隔：方向相同的车辆或列车的前端依次驶过相同的线路或轨道时的时间间隔。3.1.19 重轨运输：一种快速轨道运输模式，一般以充分的等级划分建设为特点，最低水准的车辆对专有通行权和站台起作用。3.1.20 联锁：在铁路线路交叉、连接、分离等处，道岔、锁闭终端、信号设备的布置。这些设备是相互关联的，它们必须按照预先定义好的顺序依次运转，从而防止迎面的或相冲突的列车动作。3.1.21 轻轨运输：一种以拥有专有路权运营、街道行驶、中央保留行驶、平面交叉并且在轨道和车辆最低水准装卸乘客为特点的轨道运行方式。3.1.22 主控制：车载设备或系统直接为列车提供控制信号。3.1.23 移动授权：列车按给定方向运行进入某一特定轨道区段的授权。在CBTC系统中，通过移动授权的分配、监督和执行来保证安全的行车间隔，并且通过联锁来实现防护。3.1.24 冗余：以系统中某一实体多个存在的手段来完成指定的功能。3.1.25 可靠性：在特定的一段时间以及工作条件下，系统以设计参数无故障执行其预期功能的概率。3.1.26 安全制动模式：列车从减速到完全停止的性能的分解表述，要综合考虑最坏影响因素和故障情况。CBTC列车要停车在安全制动距离之内。3.1.27 安全性评估：（A）应用于某个系统或功能的术语，正确的执行结果苛求于人员和设备安全。（B）应用于某个系统或功能的术语，错误的执行结果可能导致危险。注：重要功能是安全评估后的功能的子集。3.1.28 自显故障：对系统运行有影响的故障会立即明显的表现出来。3.1.29 服务税收：（A）运输服务不包括免费乘坐或津贴。（B）任何旅客远行服务计划。3.1.30 系统安全：应用工程学、管理原则、标准，在操作效力约束下优化各个安全性方面的技术、时间以及贯穿系统寿命周期各个阶段的成本。3.1.31 系统安全计划：系统安全管理的组合任务和活动以及提高运营效力的系统安全工程，以一个及时的、符合成本效益的方式贯穿系统生命周期完善系统安全需求。3.1.32 列车：由一辆或多辆基础运行机组组成。3.1.33 单元：见：基本运行机组3.1.34 车辆：一种可通过导轨运送人或物体的陆地运输工具，具有结构完整性大体的机械完整性，但是未必为独立运行所设计。3.1.35 重要功能：安全评估系统中的一项功能，必须以故障安全方式去执行。3.2 缩略词和首字母缩写APM 旅客捷运系统APTA 美国公共交通协会AREMA 美国铁路保养和工程协会ASCE 美国土木工程师协会ATC 自动列车控制ATO 自动列车运行ATP 自动列车防护ATS 自动列车监督CBTC 基于通行的列车控制GEBR 有保证紧急制动率MTBF 平均无故障时间MTBFF 平均功能无故障时间MTBHE 平均危险时间时间MTTR 平均修复时间MTTRS 平均修复服务时间O&SHA 操作&危险分析支持PHA 危险预分析SHA 系统危险分析SSHA 子系统危险分析SSPP 系统安全计划设计4. 通用需求4.1 CBTC系统的特征一个CBTC系统的主要特征包括以下几点：a) 不依靠轨道电路、高精度的列车定位b) 连续的、大容量的双向车-地数据通信c) 车载和轨旁计算机执行安全功能4.2 CBTC系统的分类该标准认定不同配置的CBTC系统是可能的，取决于特定的应用。例如，一个CBTC系统可能是：a) 只提供ATP功能，没有ATO和ATS功能b) 提供ATP功能，同样也提供一定的ATS和ATO功能，能够满足特定应用的操作需求c) 是既定应用的唯一列车控制系统，或者可能与其它辅助轨旁系统一同工作一个典型的功能结构框图见附录B。4.3 适用范围该标准定义的CBTC系统的性能和功能需求可以满足所有线路应用，包括轻轨、重轨和通勤铁路；该标准也能够用于其它线路应用如旅客捷运系统，如果配置ATC的话。该标准的内容是针对不同设备提供商从功能上和互用性上进行分层，在一定程度上能更易使用。所有的CBTC系统都应包括ATP功能。4.4 列车配置一个CBTC系统应当能够支持不同的列车类型，包括以下：a) 由一个或多个基本单位组成的固定长度的、单方向的列车b) 由一个或多个基本单位组成的固定长度的、双方向的列车c) 可变长度的、单方向的列车d) 可变长度的、双方向的列车一个CBTC系统能够支持混跑类型列车4.5 Train operating modes4.5 列车操作模式 CBTC-equipped trains may be operated by either a single person or a multi-person crew. A CBTC system may also be required to support operation of trains without crews. 装备CBTC系统的列车可以由一个人或者多人操作，同样能够支持无人驾驶。For operation of trains with crews, the train operator will typically be stationed in the lead car of the train and will be responsible for moving the train from station to station. With a multi-person crew, the conductor(s) will normally operate from conductor position(s) within the train to operate the trains doors. A CBTC system shall support single-person train operation by combining the conductor and train operator display information on the train operators display. For multi-person crews, conductor display information shall also be provided on separate conductor displays.列车由多人经营时，司机坐在驾驶室里，负责驾驶列车。乘务员通常负责车门。CBTC系统也可以由一个人经营，此时乘务员和驾驶员的职务由一个人充当。For the purposes of this standard, operation of trains without crews includes both unattended and driverless train operations. With unattended train operations, there would normally be no crew member onboard the train. With driverless train operations, there may be a crew member onboard the train, but normally not in the driving cab. This crew member, if present, would normally have no responsibility for operation of the train except for failure recovery. 在该标准中，列车无人驾驶包括无人值守和无驾驶操作。对于无人值守，通常车上没有乘务人员。对于无驾驶操作，通常是车上有乘务人员，但是不在驾驶室，也不负责驾驶列车，除非故障恢复。CBTC-equipped trains (including CBTC-equipped maintenance vehicles) shall be capable of operating in various modes, depending on whether the train is operating in CBTC territory or non-CBTC territory, and depending on the operational status of the train-borne and/or wayside CBTC equipment.装备CBTC系统的列车（包括装备CBTC系统的工程车）应当能够运行在不同的模式下，依赖于列车是运行在CBTC区域或者非CBTC区域，同样还取决于车载或轨旁的CBTC设备的状况。Mixed-mode operation shall also be considered a normal operating mode, to the extent specified by the authority having jurisdiction. Mixed-mode operation is defined as the simultaneous operation within CBTC territory of CBTC-equipped trains and trains that are not equipped with functional train-borne CBTC equipment (including maintenance vehicles). Mixed-mode operation may be used in one or more of the following ways:根据主管机关指定的范围内，混跑模式也应当看作是一个常用的运行模式。混跑模式被定义为在CBTC区域内装备CBTC系统的列车和未装备CBTC系统的列车同时存在运行。混跑模式运行可能以如下一个或多种方式使用：a) A regularly scheduled mode of operation within CBTC territory在CBTC区域预定的运行模式b) An infrequent, unscheduled mode of operation within CBTC territory在CBTC区域很少用的、非预定的运行模式c) During the transition period only, as a new CBTC system is cut-in 仅在有新的CBTC系统接入的过渡时期d) As a result of train-borne CBTC equipment failures 由于CBTC车载设备故障 4.5.1 Normal train operating modes in CBTC territory4.5.1 作为CBTC区域内常用的列车运行模式4.5.1.1 CBTC-equipped trains4.5.1.1 装备CBTC系统的列车CBTC-equipped trains operating in CBTC territory shall operate, within ATP limits, under the protection of the CBTC system. The train shall be capable of being controlled manually by a train operator or automatically by the CBTC system (supervised by the train operator, if present), as specified by the authority having jurisdiction. When operating automatically, some functions (such as door operation and train departure initiation) may continue to be the responsibility of the train operator and/or conductor(s), if present.装备CBTC系统的列车在CBTC区域运行，在ATP的限制下，受CBTC系统的防护。根据标准定义，此时列车可以人工驾驶或者进行自动驾驶（如果车上有司机的话，司机进行监督列车自动运行）。当列车自动驾驶时，开关车门、列车启动等功能由司机或乘务员（如果有）负责。4.5.1.2 Non-CBTC-equipped trains 4.5.1.2 没有CBTC设备的列车Trains not equipped with train-borne CBTC equipment and/or trains with inoperative train-borne CBTC equipment that are operating in CBTC territory shall operate under the protection of an auxiliary wayside system and/or operating procedures, as specified by the authority having jurisdiction. 主管机关规定，未装备CBTC系统的列车或者车载CBTC设备不起作用的列车，在CBTC区域运行的时候，应当在辅助轨旁系统的防护下运行。4.5.2 Failure mode train operations in CBTC territory4.5.2 CBTC区域内列车操作的故障模式For light rail, heavy rail, and commuter rail applications operating with crews, it is an operational requirement to continue to move trains safely in the event of CBTC equipment and/or data communication failures, possibly at reduced operating speeds and/or increased operating headways when compared to normal train operations. As a consequence, a CBTC system shall be designed to support degraded modes of operation in the event of failure and to continue to provide ATP with minimum reliance on adherence to operating procedures. This shall be achieved through functional elements of the CBTC system itself, an auxiliary wayside system (if specified by the authority having jurisdiction), or a combination of both systems. 对于有司机驾驶的轻轨、重轨和通勤线，当CBTC设备或者数据通信失败时仍然能够使列车安全运行是对操作的需求，和平常列车运行相比，可能会以降低列车运行速度或者是增大运行安全距离的方法。因此，一个CBTC系统应当设计为在设备失效的情况下支持后备运行模式，并能够继续提供ATP的最小防护。这项功能应该能被CBTC系统本身、辅助轨旁系统或者二者的结合所实现。For fully automated people mover applications operating without crews, the extent to which the CBTC system shall be designed to support degraded modes of operation in the event of failure shall be as defined by the authority having jurisdiction, and may include an ability to remotely reset train-borne equipment and the ability to support automatic push/pull train recovery, as well as the ability to support manual train operations and alternative routing strategies. 对于完全的无人驾驶，CBTC系统的范围应当是在标准定义者所认定的设备失效的情况下，依然能够支持列车的降级运行模式，并且可能包括远程重启车载设备、支持自动恢复、支持人为驾驶和自动路线调节的能力。For all applications, a fall-back plan, based on failure analysis and operating procedures, shall identify train operating modes that will take advantage of the degraded modes of operation and recovery capabilities of the CBTC system. The goal of the plan shall be to eliminate hazards to passengers and staff in accordance with 5.3, while continuing to provide passenger service. Specifically, failure mode train operations in CBTC territory shall address those CBTC system failures affecting the following:对于所有的应用方案，基于故障分析和操作规程的一个后备方案应当能够识别出列车运行模式，该运行模式能够利用降级的运行模式，并且应当具有故障恢复为CBTC的能力。这个后备方案的目标是结合5.3节减小对旅客的危害，同时继续为旅客提供服务。特别地，CBTC区域内的故障运行模式应该处理CBTC系统故障如下：a) All trains operating within a particular area of control 所有的列车都在一个特定的可控区域运行b) A particular train operating within any area of control 在任何可控区域内运行一辆特殊的列车4.5.2.1 CBTC system failures affecting all trains operating within a particular area of control 4.5.2.1 CBTC系统失效影响一定区域内所有列车的运行In the event of a CBTC system failure that affects all CBTC-equipped trains operating within a particular area of control within CBTC territory (e.g., wayside CBTC equipment or wayside-to-train data communications failure), trains shall have the capability to provide continued safe operations under the control of a train operator, and 如果发生CBTC系统故障（如轨旁CBTC设备或地-车通信中断）并且影响一定区段内所有CBTC装备列车，列车应当能够在司机的控制下继续安全运行，并且a) With the protection of an auxiliary wayside system (if specified by the authority havingjurisdiction); or有轨旁辅助系统的保护（如果主管机关指定）b) Through strict adherence to operating procedures; or或者严格按照运行手册c) A combination of both items a) and b). 或a和b两种情况的综合When operating in this failure mode, ATP functions that reside within individual train-borne CBTC equipment shall continue to function to the extent safety can be assured. 当在这样的故障模式下运行时，驻留在每个车载CBTC设备的ATP功能将继续在能够确保安全的程度下工作。4.5.2.2 CBTC system failures affecting a particular train operating within any area of control4.5.2.2 CBTC系统故障影响某一特定的列车在整个线路上的运行In the event of a CBTC system failure affecting a particular CBTC-equipped train operating within any area of control within CBTC territory (e.g., train-borne CBTC equipment failure), that train shall be capable of continued safe operations under the control of a train operator, and 如果发生CBTC系统故障影响某一特定的列车在整个线路上的运行（比如车载CBTC设备故障），列车应当能够在司机的控制下继续安全运行，并且a) With the protection of an auxiliary wayside system (if specified by the authority havingjurisdiction); or在轨旁辅助系统的保护下（如果主管机关指定）；或者是b) With the train speed limited by the propulsion system; or牵引系统控制列车速度c) Through strict adherence to operating procedures; or或者严格按照运行手册d) A combination of any or all of items a), b), and c). 或者abc中任两者或三者综合的情况When operating in this failure mode, ATP functions that reside within wayside CBTC equipment and within other train-borne CBTC equipment shall continue to function to the extent safety can be assured. 当在这样的故障模式下运行时，驻留在轨旁CBTC设备和其他的车载CBTC设备中的ATP功能将继续在安全能够确保的程度工作。 4.5.3 Normal train operating modes in non-CBTC territory4.5.3 非CBTC区域内列车的正常运行模式For the purposes of this standard, non-CBTC territory is defined as any territory that is not equipped with wayside CBTC equipment fully compatible with the train-borne CBTC equipment. CBTC equipment installed on trains operating in non-CBTC territory shall include the necessary capabilities to support transitions into CBTC territory. In addition, if specified by the authority having jurisdiction, train-borne CBTC equipment may also perform other ATP functions while operating in non-CBTC territory, such as limiting train speed and/or providing zero speed detection. 本标准中，非CBTC区域被定义为未装备轨旁CBTC设备的任何区域，该轨旁设备能够与车载CBTC设备完全兼容。安装在运行于非CBTC区域车上的CBTC设备应当包括向CBTC区域转入时所必需的功能。此外，如果主管机关指定，车载CBTC设备可以在运行于非CBTC区域时执行别的ATP功能，如限速列车速度或提供零速检测。If specified by the authority having jurisdiction, train-borne CBTC equipment operating in non-CBTC territory may also interface with wayside equipment that is not fully compatible with the train-borne CBTC equipment. In no case, however, shall the train-borne CBTC equipment provide an indication of standard CBTC operation when operating in non-CBTC territory, unless the applicable authority or authorities having jurisdiction over the train-borne and wayside equipment have ensured that standard CBTC operation is supported by the integrated train-borne and wayside systems. 如果主管机关指定，运行于非CBTC区域的车载CBTC设备可以与轨旁设备（与车载CBTC设备不完全兼容）有接口。然而，当运行于非CBTC区域时，车载CBTC设备决不能提供标准的CBTC运行指示，除非可用授权或主管机关通过车载和轨旁设备能够确保完整的车载和轨旁系统能够支持标准的CBTC运行。4.5.4 Failure mode train operations in non-CBTC territory4.5.4 非CBTC区域内列车运行的故障模式Except where specified to perform certain ATP functions while operating in non-CBTC territory, failure of the train-borne CBTC equipment shall have minimal impact on train operation. The failure shall be indicated to the train operator, if present. 当运行于非CBTC区域时，除非指定执行特定的ATP功能，车载CBTC设备的故障应对列车运行产生最小的影响，如果有司机的话，故障将会报由司机。 4.6 Entering/exiting CBTC territory4.6 进入、离开CBTC区域4.6.1 Entering into CBTC territory4.6.1进入CBTC区域A CBTC system shall have precise knowledge of the limits of CBTC territory and shall include the capability to perform verification checks of the train-borne CBTC equipment prior to entering CBTC territory. The checks shall be performed sufficiently in advance of entry into CBTC territory to verify the proper operation of the train-borne CBTC equipment (including any wayside CBTC equipment dependencies). 一个CBTC系统应当精确地知道CBTC区域的范围，并且应当包括在进入CBTC区域之前能够验证列车是否有CBTC装备的能力。这些验证应当在进入CBTC区域之前进行充分的执行，以便核实对车载CBTC设备（包括任何对轨旁CBTC设备的依赖）进行正确的操作。If the verification check is passed, an indication to this effect shall be provided. Under normal circumstances and subject to ATP constraints, it shall not be necessary for a train to come to a stop when entering CBTC territory unless required for other operational reasons. 如果验证通过，就会提供一个指示信息。在正常情况和ATP的限制下，当进入CBTC区域时，就不需要先停车了，除非有特殊操作要求。In the event that the verification check fails, an indication of the CBTC system failure shall be provided, and train operation may revert to the auxiliary wayside signal system if available or to operating rules if no auxiliary wayside signal system is provided.The results of the verification checks shall be displayed on the ATS user interface. For trains operating with crews, the results of the verification checks shall also be indicated to the train operator. 如果验证失败，就会提供一个CBTC系统故障的指示信息，列车运行就会重新依赖于轨旁辅助信号系统，或者如果没有轨旁辅助系统的话，就会按照运行规则。验证信息会显示在ATS用户界面上，对于有人驾驶的列车，验证信息同样也会显示给司机。 4.6.2 Exiting from CBTC territory4.6.2离开CBTC区域For trains operating with crews, prior to exiting CBTC territory, a CBTC system may provide a visual indication to the train operator of time and/or distance until the train will be exiting the CBTC territory. When known by the CBTC system, the train operator may also receive an indication of the type of train control system into which the train will be traversing. 对于有司机的列车，在离开CBTC区域之前，CBTC系统可能会提供一个可视的指示信息（当前距离开CBTC区域还有多少时间、距离）给司机。司机可能还会收到一个列车即将要切入的控制模式的指示信息。Under normal circumstances and subject to ATP constraints, it shall not be necessary for a train to come to a stop when exiting CBTC territory unless required for other operational reasons. 在正常情况和ATP的限制下，当进入CBTC区域时，就不需要先停车了，除非有特殊操作要求。4.7 Train operating speeds4.7 列车运行速度A CBTC system shall be capable of meeting the performance and functional requirements of this standard, over the full range of possible train operating speeds specified by the authority having jurisdiction.CBTC系统应当能够满足本标准所提的性能和功能需求，覆盖主管机关要求的可能的所有速度范围。5. Performance requirements5性能需求5.1 CBTC factors contributing to achievable headways5.1与可实现时间间隔有关的CBTC因素The required design and operating headways (i.e., the minimum and scheduled headways) for both normal and reverse directions shall be specified by the authority having jurisdiction. Headway may be specified as uninterfered and/or interfered.正向或反向运行所要求的设计和运行间隔应当由主管机构来指定，运行间隔可以人为干预或不进行干预。In all cases, the design headway shall be constrained by the safe train separation requirements and the safe braking model of 6.1.2.1.在所有情况下，设计间隔受制于列车安全间隔需求和6.1.2.1节所定义的安全制动模型In the case of an uninterfered headway, a train speed profile shall not be affected by a preceding train. All trains shall, therefore, perform at the maximum allowed speed, depending on the civil speed limits（线路区段限速） and the acceleration and braking capabilities of the trains themselves. Operation at uninterfered headways facilitates a minimum end-to-end trip time for a given set of station dwell times.在运行间隔不受人工干预的情况下，列车速度曲线不应当受前行列车的影响。因此，所有的