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1、城市轨道交通通信系统和信号城市轨道交通通信系统和信号系统的发展系统的发展轨道通信系统 轨道交通通信系统是指挥列车运行、组织运输生产及进行公务联络的重要手段，由多个子系统构成。2023/4/242通信系统主要分类（1）调度指挥通信系统（2）无线通信系统（3）公务通信系统（4）广播系统（5）电视监视系统2023/4/2432023/4/2442023/4/2451、城市轨道交通信号系统的发展趋势、城市轨道交通信号系统的发展趋势 信号系统是保障行车安全、提高运输能信号系统是保障行车安全、提高运输能力的关键技术装备。城市轨道交通信号系统力的关键技术装备。城市轨道交通信号系统随着微电子技术、计算机技术、
2、通信技术的随着微电子技术、计算机技术、通信技术的发展而不断发展。信号系统中，地面与车载发展而不断发展。信号系统中，地面与车载设备的设备的安全信息传输方式安全信息传输方式，大致经历了，大致经历了模拟模拟轨道电路轨道电路、数字轨道电路数字轨道电路和和无线通信无线通信3个阶段。个阶段。2023/4/246基于模拟轨道电路的基于模拟轨道电路的ATC系统系统 轨道电路是将区间线路划分为若干固定的区轨道电路是将区间线路划分为若干固定的区段，进行列车占用检查和向车载段，进行列车占用检查和向车载ATC设备传送信设备传送信息的载体。列车定位是以固定的轨道电路区段为息的载体。列车定位是以固定的轨道电路区段为单位，
3、采用模拟轨道电路方式由地面向车载设备单位，采用模拟轨道电路方式由地面向车载设备传送传送1020种信息，列车采用种信息，列车采用阶梯式速度控制阶梯式速度控制，称之为称之为固定闭塞固定闭塞。2023/4/247 模拟轨道电路在我国应用的代表产品有：从英国模拟轨道电路在我国应用的代表产品有：从英国西屋引进的西屋引进的FS22500无绝缘轨道电路无绝缘轨道电路(北京地铁北京地铁1号线、号线、13号线号线)；从美国；从美国GRS公司引进的无绝缘数字调幅轨公司引进的无绝缘数字调幅轨道电路道电路(上海地铁上海地铁1号线号线)。从系统整体角度来看，基。从系统整体角度来看，基于模拟轨道电路的于模拟轨道电路的AT
4、C系统中各子系统处于分立状态系统中各子系统处于分立状态，技术水平明显落后，维修工作量大，制约了列车，技术水平明显落后，维修工作量大，制约了列车运行速度和密度的进一步提高，将逐步退出历史舞运行速度和密度的进一步提高，将逐步退出历史舞台。台。2023/4/248基于数字轨道电路的基于数字轨道电路的ATC系统系统 数字轨道电路采用数字编码方式，地面向车载数字轨道电路采用数字编码方式，地面向车载设备传送十位数字编码信息，列车可实现设备传送十位数字编码信息，列车可实现一次模式一次模式曲线式安全防护曲线式安全防护，缩短了列车运行间隔，提高了舒，缩短了列车运行间隔，提高了舒适度。采用数字轨道电路的适度。采用
5、数字轨道电路的ATC系统，列车可实现系统，列车可实现一次模式曲线式安全防护，因此称之为一次模式曲线式安全防护，因此称之为准移动闭塞准移动闭塞。2023/4/249 数字轨道电路在我国应用的代表产品有美国数字轨道电路在我国应用的代表产品有美国USSI公司的公司的AF2904无绝缘数字轨道电路无绝缘数字轨道电路(上海地铁上海地铁2号线号线)；德国西门子公司的；德国西门子公司的FTGS无绝缘数字轨道电路无绝缘数字轨道电路(广州地铁广州地铁1、2号线号线,南京地铁南京地铁1号线等号线等)。数字轨道电。数字轨道电路的路的ATC系统采用微电子技术、计算机技术和数字通系统采用微电子技术、计算机技术和数字通信
6、技术，延续了轨道电路故障信技术，延续了轨道电路故障-安全的特点，安全的特点，目前在我目前在我国和世界范围内开通运用较多，系统的可靠性和稳定国和世界范围内开通运用较多，系统的可靠性和稳定性得到了充分的验证性得到了充分的验证。2023/4/2410但是但是数字轨道电路存在以下缺点数字轨道电路存在以下缺点：必须具备很强的抗干扰能力必须具备很强的抗干扰能力。轨道电路中。轨道电路中ATC信信息电流一般在几十毫安至几百毫安，而列车牵引息电流一般在几十毫安至几百毫安，而列车牵引回流最大可达回流最大可达4000 A。受轨道电路特性限制，只能实现地面向列车的受轨道电路特性限制，只能实现地面向列车的单单向信息向信
7、息传输，信息量也只能到数十比特，限制了传输，信息量也只能到数十比特，限制了ATC系统的性能。系统的性能。2023/4/2411基于通信的列车运行控制系统基于通信的列车运行控制系统（CBTC）CBTC的特点是前、后列车都采用移动定位方式，的特点是前、后列车都采用移动定位方式，通过安全数据传输，将前行列车的位置信息安全地传通过安全数据传输，将前行列车的位置信息安全地传递给后续列车，可实现递给后续列车，可实现一次模式曲线式安全防护，并一次模式曲线式安全防护，并且其防护点能够随前车的移动而实时更新且其防护点能够随前车的移动而实时更新，有利于进，有利于进一步缩小行车间隔，提高运输效率，称之为一步缩小行车
8、间隔，提高运输效率，称之为移动闭塞。移动闭塞。2023/4/2412 我国已经开通使用的广州地铁我国已经开通使用的广州地铁3号线采用加拿大阿尔卡特号线采用加拿大阿尔卡特公司的公司的Sel Trac MB 系统，用系统，用感应环线感应环线实现实现车车-地信息双向传地信息双向传输输；北京地铁；北京地铁10号线、广州地铁号线、广州地铁4号线采用德国西门子公司的号线采用德国西门子公司的TrainguardMT，用，用点式点式AP实现实现无线信息传输无线信息传输，北京地铁，北京地铁2号号线改造、机场线采用法国阿尔斯通公司的线改造、机场线采用法国阿尔斯通公司的URBAL ISTM，用，用波导管和点式波导管
9、和点式AP实现实现无线信息传输无线信息传输。现在正在建设的项目现在正在建设的项目(广州地铁广州地铁5号线、广佛线，上海地铁号线、广佛线，上海地铁6、7、8、9号线，北京地铁号线，北京地铁4号线，沈阳地铁号线，沈阳地铁1、2号线，成号线，成都地铁都地铁1号线等号线等)，都选择了，都选择了基于点式基于点式AP 无线通信的无线通信的CBTC系系统统，它已经成为我国城市轨道交通信号系统选型的主流制式，它已经成为我国城市轨道交通信号系统选型的主流制式。2023/4/2413 CBTC系统采用当前先进的计算机技术和信息传系统采用当前先进的计算机技术和信息传输技术，不与牵引供电争轨道，有利于牵引供电专业输技
10、术，不与牵引供电争轨道，有利于牵引供电专业合理布置设备；不需要在轨道上安装设备，易形成疏合理布置设备；不需要在轨道上安装设备，易形成疏散通道。采用散通道。采用CBTC技术，具有多方面优势技术，具有多方面优势(提高效率、提高效率、易于延伸线建设和改造升级易于延伸线建设和改造升级)，可以充分利用国内现有，可以充分利用国内现有的信号产品和资源，的信号产品和资源，易于实现国产化易于实现国产化。其中具有完全。其中具有完全自主知识产权的计算机联锁设备和自主知识产权的计算机联锁设备和ATS子系统已经成子系统已经成功在现场开通使用。但目前功在现场开通使用。但目前CBTC系统的应用在国际系统的应用在国际上还处于
11、初期阶段，国外厂商都在结合工程实践不断上还处于初期阶段，国外厂商都在结合工程实践不断完善，开通投入商业运营的线路并不多，开通过程中完善，开通投入商业运营的线路并不多，开通过程中主要主要存在存在以下以下技术瓶颈技术瓶颈，需要在今后的研制和工程实，需要在今后的研制和工程实施中加以解决。施中加以解决。2023/4/2414 选用移动闭塞选用移动闭塞CBTC最大的论据是提高最大的论据是提高运行效运行效率率，可缩短列车追踪运行间隔，但是固定闭塞和准，可缩短列车追踪运行间隔，但是固定闭塞和准移动闭塞，及移动闭塞的区间最小运行间隔分别为移动闭塞，及移动闭塞的区间最小运行间隔分别为120 s、100 s和和9
12、0 s，而运行间隔的瓶颈是，而运行间隔的瓶颈是端站的端站的折返时间折返时间。一般端站的折返时间长达几分钟，缩短。一般端站的折返时间长达几分钟，缩短折返时间的方法是改变折返方式或追加折返线路等，折返时间的方法是改变折返方式或追加折返线路等，故即使达到小于故即使达到小于90 s的区间运行间隔，但折返效率的区间运行间隔，但折返效率即即“一夫当关一夫当关”，前功尽弃。，前功尽弃。2023/4/2415 除采用环线通信外，目前除采用环线通信外，目前CBTC系统采用的系统采用的IEEE802.11系列的系列的WLAN标准是一个开放的无线频标准是一个开放的无线频段，该频段不限制其他用户使用，段，该频段不限制
13、其他用户使用，用户较多时容易造用户较多时容易造成相互干扰成相互干扰，特别是在高架开放区段，抗外部干扰问，特别是在高架开放区段，抗外部干扰问题尤为重要。题尤为重要。列车从地面的一个列车从地面的一个AP切换到另一个切换到另一个AP时信息传时信息传输会有中断输会有中断,存在一定程度的丢包现象存在一定程度的丢包现象,如何提高信息如何提高信息传输的可靠性也待研究。传输的可靠性也待研究。2023/4/2416v旧线改造信号系统模式旧线改造信号系统模式 我国早期建设的运营线路我国早期建设的运营线路(旧线旧线)一般采用轨道一般采用轨道电路方式的电路方式的ATC系统，因此在信号系统改造时，推系统，因此在信号系统
14、改造时，推荐采用基于通信的列车控制系统荐采用基于通信的列车控制系统(CBTC)方案。改造方案。改造期间，无线通信的期间，无线通信的CBTC系统与既有的轨道电路互不系统与既有的轨道电路互不影响，减少了改造的技术难度和工程管理难度。影响，减少了改造的技术难度和工程管理难度。2023/4/24173、国产化城轨交通信号系统进展情况、国产化城轨交通信号系统进展情况 国内开发的城市轨道交通系统国内开发的城市轨道交通系统3种制式都有，基本上都采种制式都有，基本上都采用用CBTC基于无线的列车控制系统。主要开发进展情况如下：基于无线的列车控制系统。主要开发进展情况如下：1.中国铁道科学研究院，充分利用专业齐
15、全的优势，通中国铁道科学研究院，充分利用专业齐全的优势，通过多年的研发，完成了包括过多年的研发，完成了包括CBTC系统的所有子系统系统的所有子系统(ATS、联锁、联锁、ATP、ATO、DCS、应答器等、应答器等)，并进行了室内系统调，并进行了室内系统调试、现场试验和调试。铁科院的试、现场试验和调试。铁科院的ATS子系统、计算机联锁子子系统、计算机联锁子系统是国内成熟技术，具有城市轨道交通业绩，已经具备工系统是国内成熟技术，具有城市轨道交通业绩，已经具备工程实施的条件。程实施的条件。2023/4/2418铁科院的铁科院的CBTC系统对无线故障情况下的后备转换，进行了深入系统对无线故障情况下的后备
16、转换，进行了深入的研究，能够在保证行车安全的情况下，尽量减少对正常运营的的研究，能够在保证行车安全的情况下，尽量减少对正常运营的干扰，达到了先进的水平。在安全性方面，与研发同步进行第三干扰，达到了先进的水平。在安全性方面，与研发同步进行第三方安全认证工作，已签署安全认证合同并开展安全认证工作。方安全认证工作，已签署安全认证合同并开展安全认证工作。2.2004年，北京交通大学、北京地铁运营公司、北京和利年，北京交通大学、北京地铁运营公司、北京和利时公司申请北京市科委时公司申请北京市科委“基于通信的城轨基于通信的城轨CBTC系统研究系统研究”科研科研项目，在北京地铁试车线进行了项目，在北京地铁试车
17、线进行了ATP、ATO 试验，并在大连设立试验，并在大连设立了了10 km试验段，包括地面线路和地下线路，进行了两列列车的试验段，包括地面线路和地下线路，进行了两列列车的追踪试验。亦庄线计划追踪试验。亦庄线计划2010 年底开通点式年底开通点式ATP，2011年底年底CBTC全系统全功能开通。全系统全功能开通。2023/4/2419 3.北京全路通信信号研究设计院也正在进行城市轨道交北京全路通信信号研究设计院也正在进行城市轨道交通通CBTC的研发的研发,它们利用自身研发的通过它们利用自身研发的通过SIL4级的安全控制级的安全控制平台平台,进行室内点式进行室内点式ATP的研发。的研发。目前运营的目前运营的CBTC系统都是国外设备，从实际运系统都是国外设备，从实际运营的情况看，存在着维护费用高的问题，因此营的情况看，存在着维护费用高的问题，因此发展国发展国产化的产化的CBTC设备成为当前紧迫的任务设备成为当前紧迫的任务。