高速铁路概论（第二版） 课件 第四章 高速铁路信号与通信

高速铁路概论目录DIRECTORY01030506第一章绪论第三章高速铁路供电第五章高速铁路动车组第六章高速铁路动车组驾驶02第二章高速铁路线路07第七章高速铁路运输组织04第四章高速铁路信号与通信08第八章磁悬浮铁路。第一节高速铁路信号系统第二节高速铁路通信系统第四章高速铁路信号与通信第一节高速铁路信号系统一、高速铁路列控系统（一）高速铁路采用列控系统的必要性（二）列控系统发展概况1.法国U/T系统2.日本ATC系统3.德国LZB系统4.欧洲ETCS系统5.我国列控系统的发展概况CTCS是中国列车运行控制系统(ChineseTrainControlSystem)的英文缩写.按功能划分了5个应用等级，分别是CTCS-0级、CTCS-1级、CTCS-2级、CTCS-3级、CTCS-4级。第一节高速铁路信号系统（三）列控系统的分类根据系统功能、人机分工和自动化程度分类(1)列车自动防护系统(ATP)。(2)铁路列车运行自动控制系统(ATC)2.按人一机设备优先等级分类(1)设备优先的列控系统(2)人控优先的列控系统。第一节高速铁路信号系统3.按控制模式划分(1)阶梯控制方式阶梯控制方式又可分为出口检查方式（滞后式控制）及入口检查方式（提前式控制）两种。第一节高速铁路信号系统(2)速度一距离模式曲线控制方式。①分段速度一距离模式曲线控制。第一节高速铁路信号系统②连续速度一距离模式曲线控制。第一节高速铁路信号系统4.按照地—车信息传输方式划分(1)点式列控系统(2)连续式列控系统(3)点连式列控系统点连式列控系统的控制原理如图4-4所示。第一节高速铁路信号系统（四）CTCS-2级列控系统的构成和工作原理CTCS-2级列控系统由地面设备及车载设备两大部分组成，如图4-5所示第一节高速铁路信号系统1.地面设备地面设备由ZPW-2000(UM)系列轨道电路、车站电码化、应答器和车站列控中心（包括地面电子单元LEU)等设备组成。2.车载设备车载设备由车载安全计算机(VC入轨道电路信息接收单元(STM)、应答器信息接收单元(BTM)、制动接口单元(TIU)、记录单元(DRU)、人机界面(DMI)速度传感器、轨道电路信息接收天线、应答器信息接收天线等部件组成。(1)安全计算机是ATP的核心。第一节高速铁路信号系统(2)轨道电路信息接收单元(3)应答器信息接收单元(4)制动接口单元(5)记录单元(6)人机界面(7)速度传感器(8)轨道电路信息接收天线(9)应答器信息接收天线(10)列车监控装置LK1第一节高速铁路信号系统3.CTCS-2级列控系统的工作原理CTCS-2级采用连续速度—距离模式曲线控制。（五）CTCS-3级列控系统的构成及工作原理1.CTCS-3级列控系统总体结构CTCS-3级列控系统总体结构可分为列控车载设备、地面设备、GSM-R无线通信网络、信号数据传输网络四部分。系统总体结构如图4-6所示。第一节高速铁路信号系统第一节高速铁路信号系统(1)列控车载设备①车载安全计算机(VC)②GSM-R无线通信单元(RTU)③轨道电路信息接收单元(TCR)④应答器信息接收模块(BTM)⑤司法记录单元(JRU)⑥人机界面(DMD）第一节高速铁路信号系统(2)地面设备①无线闭塞中心CRBC)②列控中心(TCC)③应答器④轨道电路第一节高速铁路信号系统2.CTCS-3级列控系统工作原理（六）列控系统功能1.安全防护2.人机界面3.检测功能4.高可靠性和安全性第一节高速铁路信号系统（七）列控车载ATP设备工作模式1.完全监控模式2.部分监控模式3.调车模式4.引导模式5.目视行车模式6.待机模式7.隔离模式8.机车信号模式9.休眠模式第一节高速铁路信号系统二、高速铁路计算机联锁系统（一）高速铁路采用计算机联锁系统的必然性继电联锁相比，计算机联锁系统具有以下几方面的优越性：(1)计算机联锁系统功能更加完善(2)计算机联锁系统的信息扯极为丰富，通过各种网络手段，可与行车调度指挥系统、列车运行控制系统、客运自动化系统等联网，实现各种信息共享，以使信号系统协调工作(3)计算机联锁系统易千实现系统自检测、自诊断以及远程诊断功能，并可对电子器件和信号系统的检测及诊断情况给出必要的表示和打印，对操作人员的操作情况和设备工作情况进行记录、再现和打印(4)计算机联锁系统与继电联锁相比，技术经济指标更合理第一节高速铁路信号系统（二）计算机联锁系统发展的概况德国高速铁路(ICE)的车站联锁系统西班牙高速铁路ATCC系统法国TGV高速铁路车站联锁控制系统意大利安萨尔多ACC计算机联锁系统我国计算机联锁系统第一节高速铁路信号系统（三）计算机联锁系统的工作原理第一节高速铁路信号系统（四）计算机联锁系统的结构1.双机热备联锁系统双机热备联锁系统结构如图4-8所示。第一节高速铁路信号系统2.三取二联锁系统三取二联锁系统结构如图4-9所示。第一节高速铁路信号系统3.二乘二取二联锁系统二乘二取二联锁系统核心部件是二取二安全型CPU板，如图4-10所示二乘二取二联锁系统结构如图4-11所示。第一节高速铁路信号系统三、高速铁路行车指挥系统铁路列车调度指挥系统(TrainoperationDispatchingCommandSystem,TDCS)调度集中系统(CentralizedTrafficControl,CTC)是在TDCS系统功能的基础上增加了列车及调车进路的自动控制功能（一）CTC调度集中发展的概况1927年7月25日，第1套调度集中设备在美国纽约中央铁路StanleyBerwick安装使用。1972年，计算机辅助运行控制系统(ComputeraidedTrafficControlSystem，简称COMTRAC)投入使用第一节高速铁路信号系统1980年，各国相继研制出计算机化的调度集中系统，在德国、法国等国家开始应用。1992年，西班牙高速铁路马德里调度中心投入运营2003年10月12日，秦沈客运专线的调度集中系统开通使用。2003年，铁道部推出的新一代调度集中系统NewGenerationCTC(FZK-CTC)，即分散自律调度集中系统，第一节高速铁路信号系统（二）分散自律调度集中系统的构成及工作原理1.分散自律调度集中系统总体构成分散自律调度集中系统由调度中心子系统、车站子系统、调度中心与车站及车站之间的网络子系统三部分组成。调度中心子系统硬件结构图如图4-12所示，第一节高速铁路信号系统第一节高速铁路信号系统网络子系统由网络通信设备和传输通道组成，车站子系统硬件结构如图4-13所示第一节高速铁路信号系统2.分散自律系统工作原理系统工作原理可以简单概括为：中心实现计划管理、车站完成进路自动控制。（三）分散自律调度集中的控制方式及功能1.分散自律调度集中的控制方式中心控制方式。(2)车站调车操作方式(3)车站操作方式第一节高速铁路信号系统2.分散自律调度集中系统功能(1)监视信号设备和列车运行，站间和区段透明。(2)追踪列车运行位置和到发时刻，描绘实绩运行图。(3)辅助编制和调整列车运行计划。(4)通过系统网络向车站下达计划和调度命令。(5)通过系统网络和无线通信向机车下达调度命令、调车作业单、行车凭证和进路预报等信息。(6)自动编制车站行车日志。(7)追踪列车编组状态。(8)遥控车站联锁设备。(9)自律机自主控制列车进路。(10)自律机根据机车请求和列车运行状况，自主控制调车进路。(11)实现维修作业的综合管理和远程登录、销记。(12)具有完备的网络安全防护功能。第一节高速铁路信号系统四、信号集中监测系统信号集中监测系统是对各种信号设备工作状态进行实时监测并记录、发现信号设备状态不良及时给出报警提示的监测设备的统称，是保证行车安全的重要行车设备之一五、电源系统电源设备为联锁、列控、CTC车站设备、信号集中监测、ZPW-2000A系统等设备统一供电，并具备自诊断及监测报警功能，并与信号监测系统交换信息，电源系统采用模块化、智能化、标准化设计，可适应各种现场负荷种类及容量规格的需要。第一节高速铁路信号系统六、维护管理维护管理的目标2.维护管理的工作制度3.系统设备的维护管理(1)系统设备的管理(2)系统设备的维护4.系统设备结合部的管理5.故障处理6.检测数据的分析管理7.网络安全管理8.建立完善的技术支持体系9.软件维护10.维护管理的考核—感谢您的观看THANKS—高速铁路概论目录DIRECTORY01030506第一章绪论第三章高速铁路供电第五章高速铁路动车组第六章高速铁路动车组驾驶02第二章高速铁路线路07第七章高速铁路运输组织04第四章高速铁路信号与通信08第八章磁悬浮铁路。第一节高速铁路信号系统第二节高速铁路通信系统第四章高速铁路信号与通信第二节高速铁路通信系统一、概述（一）铁路专用通信系统铁路通信系统是铁路运输的重要基础设施，在铁路运输中起着神经系统及网络的作用。它主要完成以下任务：保证指挥列车运行的各种调度指挥命令信息的及时传输(2)为旅客提供服务的各种通信(3)为设备维修及运营管理提高通信条件第二节高速铁路通信系统（二）铁路现代通信技术从功能上来讲，其可分为应用层、业务层及传送层，如图4-14所示。第二节高速铁路通信系统二、高速铁路通信系统（一）高速铁路通信系统技术要求高速铁路列车运行速度高达300~350km/h，对通信系统要求如下。(1)通信系统应具有高可靠性，以保证列车的高速、安全运行。(2)通信系统应具有高效率，以保证行车调度指挥、运营管理及旅客服务系统高效工作。(3)通信系统应与信号系统紧密结合，形成高级自动化的通信、指挥、控制及信息系统。(4)通信系统应与计算机结合，形成现代化的运营、管理、服务系统。(5)通信系统应完成多种信息的传输和提供多种通信服务。除语音信息的传输之外，高速铁路通信中还有大量的非话业务，如数据、图像、监控信号的传输与处理。(6)移动通信、卫星通信、微波中继通信、室内无线通信等将与光纤通信、程控交换等多种通信方式结合，形成统一的铁路通信网络。第二节高速铁路通信系统（二）高速铁路通信系统的特点通信需求业务的多样化，并且数据及图像成为主要业务(2)根据各专业提供的业务需求，通信网应提供基本通信业务，保证高速铁路运输指挥基本需要的通信业务，包括调度、公务、移动通信、会议电视等。(3)承载业务包括信号系统、旅客服务信息系统、综合调度系统、综合（视频）监控系统、防灾安全系统、经营管理系统等信息应用系统的承载与互连。第二节高速铁路通信系统(4)传输系统为所有通信业务提供传输服务，以满足承载语音、数据、图像传输需要。(5)数据网对不涉及行车安全、资金安全的数据、图像业务提供路由、交换等功能，以满足旅客服务、各类视频监控以及信息化其他相关应用系统等对数据业务的处理需要。(6)调度通信系统为提供数字化调度通信业务，满足调度通信、专用通信、站场通信、站间通信业务的需要，并可与GSM-R移动通信系统联网实现有线、无线用户的统一调度。(7)专用移动通信系统（同址双网或交织冗余网络）提供无线移动公务通信、无线列车调度指挥功能，并为列车控制等系统提供无线数据传输通道。第二节高速铁路通信系统（三）高速铁路信号专用通信系统1.区段数据通信2.区间通信区间通信主要包括以下内容：(1)车站信号室之间，车站信号室与区间信号室之间，区间信号室之间列控安全数据传输。(2)区段联锁系统主站与相邻从站或区间渡线控制点之间的安全数据传输。(3)天气、地震、线路安全监测站与站终端的数据传输。(4)列车轴温监测站数据传输。(5)电力遥控终端数据传输。(6)区间工务人员及应急抢险通信。(7)常设线路监视系统及救灾监视用图像传输。(8)通信、信号维护用通信通道等。第二节高速铁路通信系统3.高速列车无线数据通信高速列车无线数据通信具体包括如下内容：文本方式的调度命令。(2)车次号、列车速度、列车位置核查。(3)列车运行时的安全状态。(4)车辆维修信息。(5)旅客服务信息等。4.专用基础网络第二节高速铁路通信系统三、高速铁路无线通信系统(GSM-R)（一）我国GSM-R建设的必然性1.GSM-R的起源2.我国铁路无线通信系统的现状3.铁路新业务的需求(1)客运专线的业务需求(2)货运专线机车同步操控信息传送业务。(3)车地信息化数据传输的需要(4)有线、无线调度两网融合的需求。第二节高速铁路通信系统（二）GSM-R系统结构第二节高速铁路通信系统1.网络子系统(1)移动交换子系统(SSS)。①移动业务交换中心(MSC)②拜访位置寄存器(VLR)③归属位置寄存器(HLR)④鉴权中心(AuC)⑤互连功能单元(IWF)⑥组呼寄存器(GCR)⑦短消息服务中心(SMSC)⑧确认中心(AC)第二节高速铁路通信系统(2)移动智能网子系统(IN)。(3)通用分组无线业务子系统(GPRS)。①GPRS支持节点(SGSN)②网关GPRS支持节点(GGSN)③域名服务器(DNS)④认证服务器(RADIUS)⑤分组控制单元(PCU)第二节高速铁路通信系统2.基站子系统3.运行与支持子系统4.终端设备第二节高速铁路通信系统（三）GSM-R系统功能1.GSM-R系统业务第二节高速铁路通信系统2.业务类型(1)语音业务(2)数据业务(3)基本业务。①功能寻址业务②功能号表示③基于位置寻址业务④接入矩阵第二节高速铁路通信系统(4)扩展业务①基于位置的呼叫限制业务②自动获取调度中心的IP地址业务③短信的智能业务。3.铁路应用(1)区间移动通信。(2)尾部风压检测第二节高速铁路通信系统(3)在CTCS-3级列控系统中，GSM-R系统用来实现车、地之间信息的传输，如图4-18所示与传统的系统相比，无线列控系统具有以下优点。①实现了车—地信息的双向传输。②去掉了大量分布于沿线的轨旁设备。③信息传送内容愈加丰富。④列车控制曲线为圆滑曲线。第二节高速铁路通信系统(4)在机车同步操控中，GSM-R实现了主控机与从控机的通信及控制命令的实时传送，使它们置于同步或独立工况，如图4-19所示。第二节高速铁路通信系统(5)分散自律调度集中系统对数据信息传送的要求有调度命令、接车进路预告信息、调车作业通知单、车次号校核等。(6)旅客业务（四）国内外GSM-R建设的概况意大利全国铁路线路总长20000多km,GSM-R网络覆盖7500km。瑞士全国铁路线总长5000km，全部被GSM-R网络覆盖法国全国铁路线总长31724km,14000km被GSM-R网络覆盖瑞典全国铁路线总长10216km,7500km被GSM-R网络覆盖荷兰全国铁路线总长2800km，全部被GSM-R网络覆盖第二节高速铁路通信系统英国全国铁路线总长22000km,16000km被GSM-R网络覆盖西班牙全国铁路线总长12303km,6000km被GSM-R网络覆盖比利时全国铁路线总长3410km,3025km被GSM-R网络覆盖挪威全国铁路线总长40