采用无线机车信号系统实现机车信号主体化范文

论文关键词:无线机车信号主体化故障安全

论文摘要:提出采用无线机车信号系统实现机车信号主体化。该系统的主要优势在于利用无线信道方式传输机车信号、列车位置、速度等列控信息,构成信息传输闭环确认,保证信息传输的可靠性;无需进行车站电码化,不存在因轨道电路受干扰影响信息传输问题;最大限度利用既有地面信号设备和车载列控设备;系统结构简单,便于实现,成本低。阐述了系统的基本结构和工作原理。对系统中的无线机车信号、无线数据传输等关键技术进行了重点描述,并对系统的故障-安全进行了分析。

Keywords:Radiocabsignaling;Authorization;Fail-safety

Abstract:Inthispaper,itisproposedthatRadioCabSignalbeadoptedtorealizetheAuthorizationofCab-Signaling.Themajoradvantagesofthissystemlieinaneasyconstructionofaclosed-loopofinfor-mationtransmissionofsuchtraincontroldataascabsigna,lthepositionandspeedofatrain,ensuringthereliabilityofinformationtransmission.Thereisnoneedforstationcodingandnodatatransmissionproblemsduetotrackcircuitbeinginterfered.Existinggroundsignalequipmentandon-boardequipmentcouldbeemployedtothegreatestexten.tThestructureofthesystemissimple,easytorealize,andwithlowcos.tThebasicstructureandworkingprincipleofthesystemisintroducedinthispaper.Thekeytechniquesofthesystem,suchastheradiocabsigna,lwirelessdatatransmissionmethodandsoon,arehighlightedandthefail-safetyofthesystemisalsoanalyzed.

随着列车速度的不断提高,靠地面信号行车已不能保证行车安全。因此,解决[本文由网站公文大全收集整理]机车信号主体化已是当务之急。JT1-CZ2000型主体化机车信号车载系统,为车载设备达到主体化要求创造了条件。但地面轨道电路还没有配合的方案和标准,其原因主要在于我国铁路沿用多种不同制式的轨道电路,且车站、区间不统一,站内轨道电路存在邻线干扰、半边侵入、信息不能进行闭环检测、站内轨道电路长短相差很大等问题。因此,采用无线机车信号,在实现机车信号主体化和提高运行监控记录器控车质量方面,具有不可比拟的优势。

1无线机车信号系统类型

无线机车信号系统是用无线信道方式代替轨道电路,传输行车信息的新型铁路信号系统。它实现了列车与地面之间的双向通信,列车可将其位置、速度等信息传给车站,同时车站也可将行车信号和命令传给列车,实现了对列车的闭环控制,不间断地跟踪、监控列车运行,提高了列车运行的安全性。无线机车信号系统可分为2种类型:①列车从一个车站到另一个车站的整个运行过程中都有机车信号显示,称为连续式无线机车信号,用GSM-R无线传输方式实现;②列车从一个车站到另一个车站运行时,只有在临近车站地区才有机车信号,称为接近连续式无线机车信号,用普通数传电台即可实现。青藏铁路就采用了接近连续式无线机车信号。

2基本结构

无线机车信号系统中GSM-R数据传输通道构成见图1。它包括车载设备、地面设备、GSM-R数字移动通信网(简称GSM-R网)、固定用户接入交换机(简称FAS)和车载无线通信模块。无线机车信号系统中数传电台数据传输通道基本结构见图2。它由车站设备、车载设备和车-地间无线通信设备3部分组成。与查询应答器、联锁设备、计轴设备等,共同完成规定的功能。车站设备含车站控制主机及无线电台控制接口、部分信息采集接口电路板;车载设备含车载控制机、车载电台控制接口和机车信号机车载显示器以及与查询应答器、GPS、记录器、语音卡、运器等连接的接口电路;无线通道设备含车站数传电台、GSM-R数字移动通信网、天线及天线馈线等。

3信息传输可靠性

无线机车信号传输的基本信息有:第1类信息(Ⅰ),列控信号基本信息;第2类信息(Ⅱ),含接/发车股道数、车次号、列车实际速度和最大允许速度、列车位置等。此外,

在传输延迟允许的前提下,还可传输第3类非安全性质的信息(Ⅲ),包含工务、电务、机务等方面的内容。因此1个信息周期的标准格式如图3所示。另外,连续式无线机车信号还应加ATP系统服务的控制参数等。

无线机车信号的可靠性措施主要涉及到系统结构、信息源、时间戳、无线传输、列车控制和抗干扰性等几个方面。

1.任何传输的信息都有固定地址。在基于轨道电路的列车控制系统(TBTC)中,信息传输的目的地是固定的。而基于无线通信的列车控制系统(CBTC),虽然使用的是开放空间的无线信道,但各个车站及车载设备均有固定地址,使发送与接收信息严格按地址执行。对于地址错误的信息,“信箱”拒不接收,这就等同于原来的固定轨道电路,而且进一步专门化,更为安全。

2.信息传输的时间戳。在TBTC中,相同信息传输是连续不断的,不存在信息过时问题。但在CBTC中,由于采用时分复用的方法,随时可能受到有意或无意的干扰与攻击,所以专门设置了时间戳,即任何信息的传输都冠以起始时间,超过规定时间后,有效信息被中止。

3.列车注册制。调度管辖区内的列车,均有惟一的车次代码即车次号。车次号由具有最高权威的区段调度按照行车计划,并且车次号与注册号相对应,任何运行的列车只有在注册后,才能在无线信道中进行有效信息的传输。通过上述措施使双向通信受到严格的约束,即信息内容只有同时满足地址、时间和注册码要求才是有效的。在信号作用范围内,每一列车每一时刻占用一个固定的空间,并与惟一的注册信息相对应。

4故障-安全措施

1.实现了列控数据的双向传输。信号传输采用闭环方式,即双方应答确认信息需进行信息校核,对比确认后方可输出,经数次比较不正确的,将报警并降级显示,符合铁路信号的故障-安全原则。

2.采用类似轨道电路的连续不间断发码方式,利用脉冲方式驱动输出,计时器判断执行,超时硬件复位,系统降级显示,实现故障-安全。

3.上、下行列车无线机车信号采用不同频率,且频率间相互锁闭和相互排斥,不会造成敌对进路,避免发生同频干扰,保证行车安全。

4.系统中设有查询应答器,进一步作固定控制。当列车通过应答器后,在规定时限内没有获得注册或没有接收到机车信号,无线机车信号将进行报警,同时计算列车的走行距离。若司机不进行干预,列车将自动执行停车。

5.信息结构内容中对发信者与接收者都事先注册在案,因此局外信息无效,避免局外有意干扰;信息内容有时限保障,超过规定信息的执行时间和有效时间,有效信息将被中止,保证信息的有序性,排除外来的干扰。

6.信息发送编码中均有CRC检错功能,提高了抗干扰性。无线机车信号内容的发送和译码采用三取二高可靠方式,从而也提高了可靠性。

7.系统的外界条件引入时,均采用光电隔离方法,防外界干扰,提高了安全性。

8.系统还设计了一些检测电路,如设有看门狗,程序转飞后可被立即拉回;瞬间停电后,上电可自动恢复等。

5无线机车信号的优点

1.传输信息量大。无线机车信号除了提供机车信号信息外,还提供进路信息和列控信息,如:列车进几股道、股道长度、道岔型号、列车位置、速度、限速值等。数据信息取自于联锁,不存在车站电码化问题,同时还能够为机车监控装置或ATP装置提供大量的数据。

2.控制功能强。无线机车信号采用自律轮询控制方式,应变时间短,控制功能强。其地面设备对进入车站控制范围内的列车进行注册和注销管理,依据车站联锁的进路条件和调度命令,生成机车信号信息,并能够同时正确地、实时地控制车站范围内的多台机车,实现车-地间信号的传递。便于与CTC,GPS等系统连接,从而构成新型列控系统。

3.采用数字信号传输,传输可靠性高,抗干扰能力强。

4.信息闭环确认。无线机车信号实现了车-地之间双向信息传输,地面发出的信号,车载设备有回示信息,双方进行信息校核,保证信息传输的可靠性。

5.信息连续显示。列车无论在区间或在车站的任何区段,机车信号的显示都是连续的。

6.车载显示屏显示。机车上除了八灯位信号机外,还提供LCD平面显示屏。车载图形化显示,语音提示无需司机问路,司机通过车上的图形显示器可以看到车站为其办好的进路,及进站信号机和出站信号机的信号显示,方便驾驶。无线机车信号与既有机车信号的性能对照,如表1所示。

7.工程实施方便,可操作性强。无线机车信号不受车站站场大小及布置影响,不受车站股道变动影响。在既有线改造施工中不影响正常列车运行。

6结论

无线机车信号系统是基于通信的列车控制系统(CBTC)的一种简单形式,符合铁路列车控制技术发展方向。它除了采用一般信号系统通常应用的多种措施外,还增加了很多新的措施和方法,其可靠性、可用性、可维护性和安全性(RAMS)指标得到进一步提高。摆脱了车站轨道电路电码化,采用直接从联锁和调度集中提取信息,通过无线信道传输信息,从而实现机车信号主体化。

目前,青藏线采用了接近连续式无线机车信号,标志着我国进入CBTC的一种起步。上海城轨(低速)磁浮试验线ATP系统明确采用无线机车信号车载设备及其显示器,这将为无线机车信号的推广应用提供更多机遇和挑战。

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