系统在国外应用教学课件

第五章国外铁路CTC应用 CTC在国外高速铁路 客运专线 城市铁路等领域得到了广泛的应用 美国 日本 德国等国家的铁路均采用了以CTC为基础的行车指挥自动化系统 基本实现了以安全为前提 集列车运行管理 调度监督 机车车辆监控及旅客信息服务等功能为一体的运输管理现代化 对比分析他们的经验 对于我国CTC条件下的运输组织模式研究将是有益的借鉴 2 5 1美国CTC系统 美国I级铁路公司目前有7家 但真正具有支配能力的只有4家 即中西部的UP和BNSF 东部的CSX和NS 这里分别选取应用CTC系统的BNSF和未应用CTC的NS进行对比分析 BNSF即 柏林顿 北方 圣塔 菲公司 营业里程52300km 其中34000km线路是由CTC系统控制 BNSF公司的CTC是集成在行车指挥自动化系统 列车管理及调度系统 TMDS 中的一个子系统 主要包括运输决策支持系统 计算机辅助调度系统和车站计算机联锁系统等 通过有线或无线网络构成一个有机整体 运输指挥时 计划调度员首先运用运输决策支持系统做列车运行计划 机车及乘务员运用计划 站线使用计划 编组站作业计划 通过TMDS将计划传给其他相关的调度岗位 其中同车站调车作业相关的计划传给计算机辅助调度系统 由调度长运用该系统制定相应的调车方案 列车调度员根据每天日班计划和列车运行的实际情况 制定4至6小时内的列车运行阶段计划 通过有线和无线专用网络 传给站场的计算机联锁系统 远程控制列车按计划运行 凡纳入公司调度集中控制的车站 机车都实现作业的自动指挥和控制 车站控制终端通过网络接受列车调度员的命令 控制列车进路的排列和执行列车甩挂车作业 列车通过无线网络接收调度命令 BNSF公司已有70多台机车安装了全球定位系统 实现了列车的精确定位和实时追踪 BNSF公司总部设有行车指挥中心 NetworkOperationCenter 在堪萨斯 KC 加利福尼亚 SAN 和休斯顿 SP 设有区域调度控制中心 行车指挥中心设有85个行车调度台 每个行车调度台负责480 500km的线路 实时指挥所辖线路上全部列车的实际运行 75个工 电 通信 信息维护调度台 负责线路维修 电力供应 信息系统的维护管理等工作 每个区域调度中心大约控制2000km线路 接受行车指挥中心的领导和统一指挥 NS即 诺福克 南方公司 经营范围跨越美国东部22个州 哥伦比亚区以及加拿大安大略湖省 线路连接20个港口 NS公司没有使用CTC 采取调度集中统一指挥和分散控制相结合的方式 即由调度中心统一集中调度指挥 列车调度计划下达后 由下设的路局 Division 分区域 划片实施执行 调度中心有400多名调度员 集中统一编制公司的列车运行计划 机车运用计划和施工限速计划等 每个路局设置一个调度分中心 设有总调度长 值班主任 助理值班主任和调度员 按照调度中心下达的日班计划和列车调整计划 控制区域内列车的运行 可以看出 在BNSF 使用CTC对列车作业进行远程集中控制 但是并没有包括对编组站作业的控制 而在未应用CTC的NS 对作业的控制仍是分散进行 5 2德国CTC系统 德国铁路约有4万公里线路 实行网运分离 调度指挥由德国铁路股份公司 DB 下设的路网公司负责 DB设置1个中央调度指挥中心 法兰克福 和7个调度指挥分中心 柏林 汉诺威 杜伊斯堡 法兰克福 卡尔斯鲁厄 慕尼黑和莱比锡 所有中心都由通信系统连接起来 形成统一调度 在进行具体指挥工作时 实行分级管理 法兰克福调度指挥中心是一个涵盖铁路 轻轨铁路和地铁的综合运输指挥中心 它指挥跨区域 国际间的客货列车运行 同时协调7个调度指挥分中心之间的关系 调度指挥分中心则负责管辖区域内的日常运输指挥工作 分中心设置运输指挥中心和运行控制中心 运输指挥中心包括运营调度 客运调度 货运调度以及信息服务系统 所有运输调度指挥信息的处理和传输都由计算机网络来实现 而且系统能够自动记录调度人员的工作情况 并统计其工作量 由于实现了信息共享 各级调度人员和管理人员均可通过调度指挥信息系统了解所有客货列车出发 运行和到达情况 以及晚点等事故原因 掌握列车的动态实时信息 运行控制中心主要实现远程控制功能 为集中控制 运输自动化和运输优化服务 同时也实现运输能源监控 运输过程监控 基础设施监控 列车乘务管理和调车管理等功能 目前仍在使用的旧系统可以实现对线路的远程控制 正在建设的新系统中车站也被纳入 DB的调度指挥系统在实现运输指挥功能的基础上 同时也具有一定程度的自动调度功能 自动调度的工作过程从制定管理计划开始 系统根据管理计划制定目标时间表 通知调度员 并进行冲突检测 当运行受到干扰 时间表进行修改 列车实际状态发生变化时 都要再进行冲突检测 如果发现冲突 基于知识 经验和技术操作规则 自动制定多个解决方案给调度员 调度员确定一个方案 接下来进行模拟试验 发现问题继续调整 模拟试验完成后 形成旅客信息系统 同时形成预测时间表 继续进行冲突检测 直到没有冲突为止 最后由时间表进行自动路径设置 并远程控制联锁设备 车地间通信通过地面电缆和信息点设备实现 线路上每隔一定里程设置地面信息点 列车通过各信息点的速度 时间由信息点设备记录 通过电缆传输到调度中心 调度中心发布的各种命令和自动控制信息也是通过地面电缆传输到信息点上 通过信息点传输到过往的机车上 在DB的调度系统下 实现了干线行车指挥集中化 由调度中心操纵近百公里范围内的所有信号 道岔 但是对于支线和车站作业组织 采取的是地域化指挥 例如在偏远支线 取消固定信号 利用无线电行车方式 FFB 即司机与指挥中心联系后 由司机现地操纵道岔 对于车站作业组织 则采用调车机车遥控装置 使司机和调车员的工作集为一身 DB目前正在建设新的调度指挥系统 图XX对比了两系统调度指挥流程的区别 从中可以看出 对列车运行进行集中自动控制的程度得到了进一步加强 5 3日本CTC系统 日本铁路营业里程约2 7万公里 客运高度发达 运行管理方面 主要采用列车调度集中控制装置 自1964年10月新干线开通至今 一直采用CTC集中管理方式 列车运行全部由中央综合指令室集中控制 由计算机根据列车实时运行状况自动组织和排列进路 日本国铁在运输管理体制上是三级管理 即总社 支社 车站 列车运行图基本上是以总社为主编制的 新干线为客运专线 既有线有些客货混跑 货运公司采用向客运公司租线的方式开行货运列车 货运列车纳入到总社的列车运行图 由于日本铁路主要是以客运为主 所以在主要干线上 大都采取了依据日期 时段的不同客流需求来制定不同的列车运行图 基本图分为平日图 星期一 星期五 周末图 运行图的主要特点有 一是列车密度大 追踪时间短 1997年东海道山阳新干线440列 d 其中东海道新干线为285列 d 最小追踪间隔时间为2min 东京车站最多发车12列 h 最大输送实绩为73万人次 d 东北上越 长野新干线合计为305列 d 东京站最多发车列数15列 h 最小追踪间隔也为2min 这均是当前世界第一的高密度和大运量 二是实施计算机全过程管理和控制 借助于CTC 根据当日指令和实时信息自动实现列车运行调整 在指令所 可以随时监控每列列车运行状况和每个车站进路准备情况 随时调出1分格或2分格的实绩图 必要时 人机对话 输入新指令 由计算机完成 其指挥手段非常先进 同时 不断改进运输组织 固定列车到发的股道 站台 固定列车停车位置 减少旅客移动 随着列车运行密度不断提高 线路里程和车站数量不断增加 已经经历了COMTRAC和COSMOS两代调度集中系统 C0MTRAC系统包括运行图生成与变更 车辆与乘务员运用 列车运行控制 列车运行监视 旅客信息等运营管理功能以及电力调度 车辆运用管理 接触网 线路状态检查 灾害监测 地震 风冰 雨 雪 滑坡 等安全功能 是一个功能较为完备的复杂系统 COSMOS系统功能更为强大 集行车控制 电力控制 车辆运用管理 运行图生成及变更 信息系统 灾害信息 旅客信息等 维修作业管理 车站作业管理等功能于一体 将几乎所有与铁路运营有关的子系统都挂接在中央局域网 LAN 上 使开放运营的铁路系统在信息传输上形成相对的闭环系统 是现代控制技术与计算机技术 网络技术的有机结合 日本的CTC对于列车类别的多样化 线路相互连接等的复杂的运用形态之中 为了确保安全稳定的运输和对应客货运输需求的多样化 在列车的集中监视 运行管理 网络管理到信号保安的系统整体的设计到制造等各方面具备优势 分散自律的CTC系统按照区段的规模 列车运行密度 运用形态来提供各种技术 其特点是 各子系统由模块体系构成 各个子系统都可以单独运作 能够分段进行系统扩展和升级 分散自律CTC系统 信息类 信号类 运行管理 稳定运输 改善客货服务 改善铁路经营 网络 分散自律CTC系统 车站的数量 多 区段的运行密度 高密度 低密度 少 第3层以列车调整计划来进行大规模车站控制 第2层列车自动进路控制 运行调整 第1层列车集中监视控制 分散自律CTC系统 配合区段规模和运用形态的技术 第2层 列车自动进路控制 运行调整 中央自动控制方式 第3层 以中央运输指令管辖来进行大规模车站控制的大规模分散自律方式 第1层 列车集中监视控制 手动控制 中央手动或简易控制方式 通过运行图进行自动控制 运行图制作装置 运行管理中央装置 其他区段连接装置 运行状况服务器 系统监视台 遥控维护终端 控制台 运行调整台 运行调整台 控制台 显示台 运输指令台 0 1构成图 控制类Ethernet2重化 运行图类Ethernet 运输类Ethernet 车站自律机 电子联锁 旅客指南 其他区段系统进行信息传递 小 中规模车站 小 中规模车站 小 中规模车站 大规模车站 基干网络 信息终端 第3层 以中央运输指令管辖进行大规模车站控制 以区段全体为对象的列车群管理 网络中央装置 车站自律机 电子联锁 车站自律机 电子联锁 车站自律机 电子联锁 旅客指南 旅客指南 旅客指南 构成图 调度中心 运行图制作装置 运行管理中央装置 其他区段连接装置 运行状况服务器 系统监视台 遥控维护终端 运行调整台 控制台 显示台 运输指令台 控制类Ethernet 运行图类Ethernet 运输类Ethernet 其他区段系统进行信息传递 基干网络 信息终端 以区段全体为对象的列车群管理 网络中央装置 构成图 车站 车站自律机 电子联锁 旅客指南 小 中规模车站 小 中规模车站 小 中规模车站 大规模车站 基干网络 第3层 以中央运输指令管理进行大规模车站控制 车站自律机 电子联锁 车站自律机 电子联锁 车站自律机 电子联锁 旅客指南 旅客指南 旅客指南 网络中央装置 0 2列车集中监视控制 第1层 列车集中监视 第1层 网络装置 显示台 控制台 系统监视台 运行图制作装置 运行调整台 运行管理中央系统统 中央和车站间的信息传送通道 状态信息 控制信息 列车运行状况监视列车在线状态集中显示 从车站个别画面输入车次 进行信号机的手动控制 装置的状态监视 装置的转换 日报信息收集 运行图制作 合理性检查 掉头 分割合并的制作 运行图显示 运行图变更 运行图预测 实绩管理 进路控制装置 列车的矛盾判断 问讯 警报 自动进路控制 第2层 子系统名称 概要 附加运行图 列车集中监视 自动进路控制 能够进行分段构筑 能够进行自动进路控制 能够进行列车的延迟监视 表示卓 控制台 监视台 指令的运行监视用屏幕 监视区段全体的屏幕追踪列车 并显示在线位置 车次 现场的设备状态等 进行区段全体的在线监视 数个车站集中显示在同一屏幕上 故几台监视器就可以显示区段全体 因此也可以节省指令中心的空间 指令操作屏幕 选择车站 显示该车站的个别画面 手动进行进路设定 也可输入和变更车次 显示各装置的状态管理控制台的操作履历收集各装置的日报信息也可收集车站装置的日报信息 分散自律控制 每1屏幕显示3到12个左右的车站 列车集中监视控制 第1层 列车集中监视 第1层 网络装置 显示台 控制台 系统监视台 运行图制作装置 运行调整台 运行管理中央系统 中央和车站间的信息传送通道 状态信息 控制信息 列车运行状况监视列车在线状态集中显示 从车站个别画面输入车次 进行信号机的手动控制 装置的状态监视 装置的转换 日报信息收集 运行图制作 合理性检查 掉头 分割合并的制作 运行图显示 运行图变更 运行图预测 实绩管理 进路控制装置 列车的矛盾判断 问讯 警报 自动进路控制 第2层 子系统名称 概要 列车集中监视控制 第1层 附加运行图 列车集中监视 自动进路控制 能够进行分段构筑 能够进行自动进路控制 能够进行列车的延迟监视 分散自律控制 列车集中监视控制 第1层 调监屏 显示台 指令的运行监视用屏幕 监视区段全体车站的屏幕追踪列车 并显示在线位置 车次 现场的设备状态等 进行区段全体的在线监视 数个车站集中显示在同一屏幕上 故几台监视器就可以显示区段全体 因此也可以节省指令中心的空间 每1屏幕显示3到12个左右的车站 表示卓 表示卓 列车集中监视控制 第1层 控制台 控制台 指令操作屏幕 选择车站 显示该车站的个别画面 手动进行进路设定 也可输入和变更车次 列车集中监视控制 第1层 监视台 监视台 显示各装置的状态管理控制台的操作履历收集各装置的日报信息也可收集车站装置的日报信息 0 3列车自动进路控制 运行调整 第2层 先后出发判断 交叉判断 自动进路控制 以运行图进行自动进路控制 列车晚点时通过矛盾判断来进行自动判断 或通过问讯和显示警报 由中央运输指令员进行判断 顺序判断 矛盾判断 堵塞判断列车接发等候判断交叉顺序判断先后出发判断 未到达警报 未出发警报 运行调整台 计划运行图实绩运行图预测运行图线 运行图变更 列车的时间变更 列车的顺序变更 临时列车的设定 运休 复开 列车停开 区间封锁 参考区段全体的运行图来进行运行调整 修改运行图 对有变动的运行图进行合理性检查 确认不存在矛盾 通过实绩管理可以进行迟延倾向等的统计管理 列车自动进路控制 第2层 自动进路控制 以运行图进行自动进路控制 列车晚点时通过矛盾判断来进行自动判断 或通过问讯和显示警报 由中央运输指令进行判断 顺序判断 矛盾判断 堵塞判断 列车接发等候判断交叉顺序判断 先后出发判断 未到达警报 未出发警报 列车自动进路控制 第2层 A车站 1R 2R 后发 先发 01列车 02列车 先后出发判断 交叉判断 运行调整 第2层 运行调整台 计划运行图实绩运行图预测运行图线运行图变更 列车的时间变更 列车的顺序变更 临时列车的设定 运休 复开 列车停开 区间封锁 参考区段全体的运行图来进行运行调整 修改运行图 对有变动的运行图进行合理性检查 确认不存在矛盾 通过实绩管理可以进行迟延倾向等的统计管理 运行调整 第2层 0 4通过中心输送指令管辖进行大规模车站控制 第3层 以往的中央集中型CTC系统把大规模的车站作为系统控制对象之外 即在车站进行控制 大规模车站存在跨区段的直通运行 车辆的分割合并 调换 牵入牵出 留置等复杂的操作 很难从中央系统进行控制 但是近年来 随着列车类型的多样化和输送能力的增强 从中央运输指令进行的区段全体管理势在必行 通过中央运