移动闭塞简介

移动闭塞简介1移动闭塞和固定闭塞的区别移动闭塞是基于区间闭塞原理发展起来的一种新型闭塞技术。它根据实际运行速度、制动曲线和进路上列车的位置，动态计算相邻列车之间的安全距离。根据当前的运行速度，后续列车可以安全地接近前一列车尾部最后一次被证实的位置，直至两者之间的距离不小于安全制动距离。由此可见，它与固定闭塞相比，最显著的特点是取消了以信号机分隔的固定闭塞区间，列车间的最小运行间隔距离由列车在线路上的实际运行位置和运行状态确定，所以闭塞区间随着列车的行驶，不断地向前移动和调整。在移动闭塞技术中，闭塞区间仅仅是保证列车安全运行的逻辑间隔，与实际线路并无物理上的对应关系。因此，移动闭塞在设计和实现上与固定闭塞有比较大的区别。移动闭塞一般采用无线通信和无线定位技术来实现。从闭塞制式的角度来看，装备列车运行控制自动的自动闭塞可分为三类：固定闭塞、准移动闭塞（目标点相对固定，起始点相对变化）和移动闭塞。传统信号系统的主要设计方法是：列车定位基于轨道电路，通过线路旁信号机显示、车站停车和司机告警等来确保后续列车不能进入被前一列车所占用的闭塞区间，从而保证了一定的列车安全间隔；与此不同，移动闭塞系统独立于轨道电路，通过列车的精确定位来提高安全性和列车运行密度，通过车载和地面安全设备之间的快速连续双向数据通信实现对列车的控制。一套移动闭塞系统可安全地允许多列车同时占用同一闭塞分区，此区间对于固定闭塞而言只能被一列车安全占用，从而能提高发车间隔，增加旅客运能。传统的固定闭塞制式下，系统无法知道列车在分区内的具体位置，因此列车制动的起点和终点总在某一分区的边界。为充分保证安全，必须在两列车间增加一个防护区段，这使得列车间的安全间隔较大，影响了线路的使用效率。准移动闭塞在控制列车的安全间隔上比固定闭塞进了一步。它采用报文式轨道电路辅之环线或应答器来判断分区占用并传输信息，信息量大；可以告知后续列车继续前行的距离，后续列车可根据这一距离合理地采取减速或制动，列车制动的起点可延伸至保证其安全制动的地点，从而可改善列车速度控制，缩小列车安全间隔，提高线路利用效率。但准移动闭塞中后续列车的最大目标制动点仍必须在先行列车占用分区的外方，并没有完全突破轨道电路的限制。移动闭塞是基于区间闭塞原理发展起来的一种新型闭塞技术。它与固定闭塞相比，最显著的特点在于消除以信号机分隔的固定闭塞区间，列车间的最小运行间隔距离由列车在线路上的实际运行位置和运行状态确定，所以闭塞区阀随着列车的行驶，不断地向前移动和调整。在移动闭塞技术中，闭塞区间仅仅是保证列车安全运行的逻辑间隔，与实际线路并无物理上的对应关系。2移动闭塞技术原理列车定位、安全距离、目标点是移动闭塞技术原理中最重要的3个概念，可以称之为移动闭塞的3个基本要素。2.1列车定位列车定位是移动闭塞技术的基础，要实现闭塞区间的动态移动，首先必须实时、准确地掌握列车的位置信息，确定列车间的相对距离，系统不断地将该距离与所要求的运行间隔距离相比较，定列车的安全运行速度。所以说，没准确的列车定位，就没有移动闭塞。列车定位由地面设备和车载设备共同完成，在列车的轮轴上安装有车轮转速计确定列车的走行方向和距离。一旦列车运行的起始点确定以后，根据车轮转速计所检测到的列车运行方向和走行距离，就可以精确地确定列车在线路上的实际位置。但是，由于车载定位设备存在着测量误差，特别是列车经过长距离运行后，这个误差会不断地积累，直接影响列车定位的精度。所以，在线路上每隔一段固定距离，就需要安装1个地面定位设备。当列车经过这些地面定位设备时 由车载传感设备检测到该定位点，获知列车的确切位置，从而消除车载定位设备所产生的累积定位误差。在基于环线通信的移动闭塞系统中，感应环线每25m交叉一次。列车通过环线交叉点时，可以检测到交叉点前后环线的信号相位发生了变化从而判定列车经过该交叉点。由于感应环线交叉点间的跨度是固定的，所以列车每经过一个环线交叉点，就可以修正一次车轮转速计的测量误差，达到准确定位列车的目的。2.1.1线路拓扑移动闭塞的线路取消了物理层次上的分区划分，而是将线路分成了若干个通过数据库预先定义的线路单元，每个单元长度为几米到十几米之间，移动闭塞分区即由一定数量的单元组成，单元的数目可随着列车的速度和位置而变化，分区的长度也是动态变化的。线路单元以数字地图的矢量表示，线路拓扑结构的示意图如下所示： 线路拓扑的结构由一系列的节点和边线表示。任何轨道的分叉、汇合、走行方向的变更以及线路的尽头等位置均由节点(Node)表示，任何连接两个节点的线路称为边线。每一条边线有一个从起始节点至终止节点的默认运行方向。一条边线上的任何一点均由它与起点的距离表示，称为偏移。因此所有线路上的位置均可由【边线，偏移】矢量来定义，且标识是唯一的。移动闭塞系统中列车和轨旁设备必须保持连续的双向通信。列车不阀断向轨旁控制器传输其标识、位置、方向和速度，轨旁控制器根据来自列车的信息计算、确定列车的安全行车闻隔，并将相关信息(如先行列车位置，移动授权等)传递给列车，控制列车运行。2.2安全距离安全距离是基于列车安全制动模型计算得到的1个附加距离，它保证追踪列车在最不利条件下能够安全地停止在前行列车的后方，不发生冲撞。所以，安全距离是移动闭塞系统中的关键，是整个系统设计的理论基础和安全依据。如图所示，假定追踪列车T1在A点以线路允许的最高速度运行。此时前方列车T2处于E点，正常情况下，追踪列车开始进行常用制动 沿制动曲线d停止在E点，但是如果此时追踪列车T1发生故障，没有开始制动。反而以最大加速度加速，直至车载控制器检测到列车速度超出了容许范围，如曲线段a此后，车载控制器启动列车紧急制动系统。在紧急制动力生效前，列车又沿曲线b运行了一段距离。然后制动力生效，列车沿曲线c紧急制动停止在C点。考虑到列车的定位误差速度测量误差等不确定因素，列车停止的实际位置也有可能是E点，因此将BE这段距离称作安全距离。可以看出安全距离是附加在列车常用制动距离上的一段安全富余量 。列车行驶过程中，追踪列车和前行车始终保持1个常用制动距离再加上1个安全距离的移动闭塞间隔 ，确保在最不利条件下追踪列车和前行列车不发生碰撞，安全距离与线路状况、列车性能等因素有关 。在系统设计阶段，通常规定了系统能使用的最小安全距离，同时在满足运营时间间隔的前提下，采用比理论计算值大的安全距离，提高系统运行的安全性。2.3目标点目标点是列车移动的凭证，如同固定闭塞系统中的允许信号，列车只有获得了目标点，才能够向前移动。目标点通常是设在列车前方一定距离的某个位置，一旦设定，即表明列车可以安全运行至该点，但不能超过该点。移动闭塞系统正是通过不断前移列车的目标点，引导列车在线路上安全运行。如图2所示，假如列车T1、T2运行在线路无岔区段上，那么追踪列车T1的最远目标点可以设定在距离前行列车T2尾部一个安全距离的地方。若前方列车停车，那么追踪列车的目标点TPa将停止在该点上。当列车T1运行至距目标点1个常用制动距离时，若开始制动，可保证列车停止在目标点后方。如果前行列车T2继续向前行驶，则追踪列车T1的目标点TPa也向前不断移动从而在列车T1、T2之间形成一个移动的闭塞区间。对于道岔区段，目标点的确定如图3所示。当列车T1需要通过道岔SW前,若该道岔没有锁闭在规定位置。列车的目标点将停止在道岔前方1个安全距离的位置。见图3中的TPb。等到道岔转换并锁闭到规定位置后，目标点就可以越过道岔区域，移至道岔后方TPc点，列车得到该目标点后才可以行驶通过道岔SW实现列车运行与道岔间的联锁 保证列车在道岔区域内的安全行驶。2.4特点移动闭塞具有如下特点：线路没有固定划分的闭塞分区，列车间隔是动态的，并随前一列车的移动而移动；列车间隔是按后续列车在当前速度下所需的制动距离，加上安全余量计算和控制的，确保不追尾；制动的起点和终点是动态的，轨旁设备的数量与列车运行间隔关系不大；可实现较小的列车运行间隔；采用地车双向传输，信息量大，易于实现无人驾驶。移动闭塞系统独立于轨道电路，一套移动闭塞系统可安全地允许多列车同时占用同一闭塞分区，此区间对于固定闭塞（信号机分隔的固定闭塞区间）而言只能被一列车安全占用，从而能提高发车间隔，增加旅客运能。3典型的移动闭塞系统结构3.1 Siemens公司准移动闭塞3.1.1 Siemens公司基于数字轨道电路的准移动闭塞实现对列车连续的自动控制，包括了整个列车控制系统所需的技术设备。广州地铁信号系统采用此制式。这种制式具有较高的可靠性，合理的性价比，其列车运行间隔(100一150秒)。它由以下四个功能单元组成：ATP系统：自动列车保护系统；ATO系统：自动列车驾驶系统；ATS系统：自动列车监督系统；SICAS系统：微机联锁系统。车辆段信号采用6502大站电气集中设备，轨道电路采用50周相敏轨道电路，都为国产设备。随着轨道交通的发展，这类制式的弊病也已日益凸显：(1)由于目前世界上各种准移动闭塞的信息传输频率，调制方式，通信协议等均不一致，导致了在一个城市或一个地区的轨道交通网中各条线路的列车不能实现联通联运。此外，由于系统的组成及所用的器材都不统一，所以给维修和备品备件带来很大的困难；(2)大多数基于数字轨道电路的准移动闭塞，为了实现轨道电路的调谐和电平调整，不得不在钢轨旁侧设置“轨旁设备”，而这对于轨道交通的日常维护工作是非常不利的；(3)由予以钢轨作为信息传输通道，因此传输频率受到很大的限制(限制在音频范围内)，导致车一地之间数据传输的数码率及信息量较低。此外，其传输性能受钢轨中的牵引回流，钢轨之间的道床漏泄以及钢轨下面的防迷流网的影响很大，从而导致传输性能不够稳定;(4)“准移动闭塞”距真正意义上的“移动闭塞”还有差距，因此，列车运行间隔的进一步缩短和列车运行速度的提高都将受到限制。3.1.2 Trainguard MT ATC系统西门子Trainguard MT系统包括支持移动闭塞的连续式通信，和后备运营的点式通信。为了保证连续可靠的运行，SICAS联锁、AINGUARDMT、VICOS OC 501和通信等子系统都是冗余的。SICAS型故障一安全、高可用性的微机联锁具备集中和本地操作能力的ATS系统(VICOSOC501和vIcos OCl01) TRAINGUARD MT ATPATO系统一连续式移动闭塞列车控制系统，包括点式ATP后备级别SICASTRAINGUARD MTVICOS这三个子系统被分到四个层级，以便分级实现北京地铁二号线指定的功能。ATS系统的集中控制层包括控制中心和一个后备控制中心。VICOS OC 501实现线路集中控制功能及其备用功能。在车站一级，VICOS OC 101系统为车站控制和后备模式的功能提供车站操作员工作站(LOW)和列车进路计算机(TRC)。轨旁层沿着线路分布，它由SICAS微机联锁(it置在2个车站)、AINGUARD MT系统、及信号部件、计轴和应答器部件等组成，它们共同执行所有的联锁和轨旁ATP功能。通信层在轨旁和车载设备之间提供连续式和或点式的通信。车载层包括TRAINGUARD MT的车载ATP和ATO功能，及连续式和或点式通信功能。3.2 阿尔卡特公司移动闭塞信号控制技术3.2.1 SELTRAC系统SELTRAC系统是阿尔卡特公司的列车控制信号系统，它使用移动闭塞原理，根据实际运行速度、制动曲线和进路上列车的位置，动态计算相邻列车之间的安全距离。由于定位报告分辨率很高，根据当前的运行速度，后续列车可以安全地接近前一列车尾部最后一次被确认的位置，直至两者之间的距离不小于安全制动距离。在应用中，与固定闭塞相比，移动闭塞能大大缩短发车间隔，因为后一受控列车无需停在前一受控列车所占闭塞分区的入口处。完整的SELTRAC移动闭塞运营结构由三个层次组成，即管理层、操作层、执行层来定义整个系统的安全性(见表1)。表1层次子系统安全性管理层系统控制中心SMC安全操作层车辆控制中心(VCC)安全车辆设备控制中心(VOCB)安全执行层车站设备控制器系统(SCS)安全其结构如图所示：感应环线通信设备位于设备室和轨旁，感应环数据通信系统通过车辆控制中心和车载设备控制器之间交换信息的方法来实现。线路道岔由自动道岔转辙机来驱动，道岔转辙机由来自车辆控制中心指令的车站控制器来驱动。车站控制器监控道岔的状态和位置，同时向车辆控制中心报告道岔的状态。车辆控制中心基于来自系统管理中心的进路指令来动作道岔。车站控制器与车辆控制中心(VCC)关联工作，以补充自动列车保护(ATP)和自动列车运营(ATO)功能。车站控制器中的轨旁控制功能通过正常运营中车辆控制中心(VCC)的报文指令驱动来完成，所有在车站控制器控制下的设备状态信息以响应报文的格式传送给车辆控制中心。在正常运营情况下，所有联锁功能将由车辆控制中心来实现。但是，在局控模式中，道岔的扳动将由车站控制器来控制局控(本地)模式由车站控制器所在的本地维护人员来选择。系统控制中心SMC是一套对整个地铁运营全面管理的设备，提供ATS层的列车自动控制和监测功能。它的基本功能是向中央调度员提供信息，追踪列车的实时状态、位置和现场设备状态。列车和线路控制命令由SMC工作站输入。在移动闭塞中，车辆控制中心(VCC)系统主要负责控制列车安全间隔和列车的运行。根据最后证实的前一列车尾部位置或其他任何障碍(如不正确的道岔位置或封锁线路等的位置的安全制动距离)，系统保持列车问有一个最小安全间隔。3.2.2降级模式的Seltrac MB移动闭塞系统Seltrac MB移动闭塞系统具有列车自动防护(ATP)、列车自动运行(ATO)和列车自动监控(ATS)功能。该系统设备按照安装位置可分为中心设备、轨旁设备和车载设备。系统结构框图见图所示：中心设备主要有系统管理中心(SMC)、设备及车辆控制中心设备(VCC)。轨旁设备主要有SMC车站级工作站或服务器(LSMC)、车站控制器(STC)、道岔、感应通信环线、信号机及计轴器等。车载设备主要有车载控制器(VOBC)、测速计及各种天线等。主要设备功能如下，(1)SMC位于运营控制中心，对列车自动控制系统进行全面的协调管理并完成系统全部列车的自动监控功能。(2)各站设SMC车站级工作站或服务器(LSMC)，它们由冗余的快速交换式以太网相连接。(3)VCC：三取二计算机系统，负责信号系统的安全运行，保证整个系统中列车的安全间隔，完成信号系统的集中联锁及排列进路功能。(4)感应环线敷设于系统控制范围内的轨道上，是VCC和VOBC之间的信息交换媒介，各环线的边界及极性交叉点又是列车初步定位的依据。CC通过感应环线与VOBC通信，能自动控制列车运行，而无需司机或中央调度员的干预。(5)STC主要完成控制区域内道岔、信号机、计轴器的监控及站台停车按钮的监督等，且具有简单的联锁功能。(6)STC设备分别设置在有岔(可实现区域控制的)站。(7)VOBC：实现列车自动控制系统(CBTC基于通信的列车控制系统)与车辆系统之间的接口，每列车前后各设一套，且互为热备。VOBC设备负责完成列车的自动运行及自动保护功能，负责列车在系统自动控制的范围内安全自动地运行。(8)信号机、计轴器：系统运行在全自动模式下，不参与控制。只有当系统运行在局部降级或全局降级模式下时，相应的信号机和计轴器才参与联锁，它们与LSMC(或SMC)、STC一起完成对列车信号的控制。4国内外应用现状早期的移动闭塞系统大部分采用基于感应环线技术，据不完全统计，目前全球已有11个城市约217 km此类线路投入运营。而近年新建的移动闭塞项目(如汉城地铁)及旧系统改造项目(如纽约卡纳西线和巴黎地铁13号线)绝大多数采用基于无线通信的技术。据资料，全世界目前有近10个城市约220 km线路正在进行无线CBTC的设计或安装。在中国，2002年6月和2003年5月，武汉轻轨一期和广州地铁3号线也相继决定采用基于环线的移动闭塞技术，以实现列车安全、高效运行。目前，世界上诸多信号供应商如阿尔卡特、阿尔斯通、西门子、庞巴迪和西屋等，均开发出了各自的移动闭塞技术并已在全球广泛应用。其中包括阿尔卡特(ALCATEL)的SELTRAC系统；阿尔斯通(ALSTOM)的URBALIS；西门子(SIEMENS)的TRAINGUARD系统；GE的AATC系统；庞巴迪(Bombardier)的Flexiblok系统。4.1 ALCATEL的基于感应环线应用情况美国肯黎迪机场JFKAirport Light Rail System；美国底特律Detroit，Michigan；力日拿大范库弗峰Vancouver，BC，SkyTrain New MillenniumLine；中国武汉轻轨、广州地铁3号线、香港KCRC“West Rail”、中国香港Ma On Shah线、KCRC“east Rail”的延伸线；土耳其安卡拉Ankara，Turkey Ankara Rapid Transit System(ARTS)；马来西亚Kuala Lumpur，Malaysia，PutraLight Rail；英国伦敦珠碧丽和北方线Jubilee and Northern Lines；英国伦敦道克兰轻轨DLR Docklands Light Rail；4.2 ALCATEL的基于无线的移动闭塞系统应用情况 美国拉斯维加斯Las Vegas Monorail线，采用Alcatel的RFCBTC系统。该线于2004年7月15日投入运营，该线采用的RF技术是基于国际标准IEEE Std80211的第一条投入运营的RF一CBTC系统。法国巴黎Paris RATP Linel3采用Alcatel的RFCBTC系统SELtrac-$30，2002年6月中标，该线主要目的是将运行间隔从105秒降到90秒。韩国汉城Seoul，Korea，BUNDANG COMMUTER LINE 2003年5月中标，采用Alcatel的RF-CBTC系统。2006年全部完成。中国香港Pennys Bay线，采用Aleatel的RFCBTC系统。2002年9月Alcatel宣布中标PennysBay Line(PBL)PBL将是香港第一条完全无人驾驶的线路，他采用与Las Vegas Monorail一样的RF技术，预计2005年投入运营。4.3 SIEMENS的基于环线应用情况法国里昂Lyon，采用Siemens(前身是Matra公司)的环线CBTC系统，1992年投入运营。西班牙巴塞罗那Barcelona Line 9，采用Sie-mens的Meteor技术的CBTC系统，该技术同NYCTransit的技术。2003年3月中标。法国巴黎RATP Linel4采用采用Siemens(前身是Matra公司)的环线CBTC系统，该系统采用了METEOR列车控制技术，目前该线已经投入运营。广州地铁4号线，TRAINGUARDMT系统，基于环线或RF方式。4.4 GE的基