《论文基于漏泄波导管的CBTC数据通信子系统设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《论文基于漏泄波导管的CBTC数据通信子系统设计.doc（32页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、基于漏泄波导管的CBTC数据通信子系统设计1.绪论1.1 论文的设计背景随着我国经济快速发展，城市规模不断扩大，特别在经济发达的东部及中、西部地区，经济迅速发展，机动车飞速增长，交通拥堵情况日渐突出。城市轨道交通具有其它交通工具望尘莫及的优点，客运周转量大、安全、速度快、受干扰少、环境污染小等，各地方政府和市民都希望加快本地的轨道交通建设来减缓交通压力，实现人与自然的和谐发展。据国家发改委运输完成的2012-2013年中国城市轨道交通发展报告统计，2012年，全国有35个城市在建设轨道交通路线，估算完成总资产约2600亿。2013年，已批准的项目将进入规模建设阶段，城轨投资规模有望达到2800
2、亿元-2900亿元。截至2012年底，全国共有28个城市继续建设轨道交通线路工程，续建线路共计63条，里程1399km。车站970座。预计至2020年，我国城市轨道交通累计营业里程将达到7395km，我国约有229个城市有发展轨道交通的潜力，2050年规划的线路将增加到289条，总里程数将达到11700km。城市轨道交通需要列车运行速度高、密度大，特别是早、晚高峰，市民对列车追踪密度要求很高。传统的以轨道电路进行定位，司机人工驾驶的固定闭塞运营方式已不能满足安全和效率要求。准移动闭塞虽然在一定程度上提高了运营效率，但与市民对轨道交通的期望还有差距，基于通信的 CBTC 系统正是为了迎合这种需求
3、而开发的,是城市轨道交通发展的方向。CBTC 列车控制系统能够根据前行列车和前方线路情况，在确保安全的前提下紧追踪前行列车运行，能有效缩短列车追踪间隔，运输效率也得到极大提高，因此在国内外得到迅速推广。1.2 现状和意义1.2.1 国外CBTC的研究概况CBTC在国外的起步较早，20世纪80年代初国外开始对CBTC展开系统的研究并进行阶段性测试，90年代开始进入试验段测试阶段.北美的先进列车控制系统（ATCS）、德国的无线列车控制系统(FZB)、法国的实时追踪自动化系统(ASTREE)、日本的计算机和无线通信列车控制系统（CARAT）是这一时期的代表性试验系统。经过多年的努力，目前国外主要的列
4、车控制系统生产厂商提供的 CBTC 系统在可靠性、安全性、兼容性和干扰方面都得到了极大的完善，在实际中得到了应用。CBTC不仅在地面干线铁路得到推广应用，而且在城市轨道交通系统中得到青睐。表1.1是CBTC初期在国外的发展历程。年份 主要事例1969 原西德在其试验岛及试验室内试验的无线自动闭塞系统，即LZB的雏形1982 美国百灵顿北方铁路公司和Rockwell公司共同开发ARES系统1983 美国AAR和加拿大RAC共同提出开发ATCS系统1985 法国国营铁路公司(SNCF)提出开始试探ASTREE系统1986 日本铁道技术研究所(RTRI)提出开发CARAT系统1988 澳大利亚开始试
5、探AUSTRAC系统1991日本JREA公布利用卫星构成移动自动闭塞系统试验1992 德国将LZB第一次引入到奥地利铁路安装使用1993 西班牙铁路建成LZB系统投入运行欧洲铁路联盟组织进行ETCS/ERTMS研究美国柏灵顿北方铁路开始Train Guard计划1994美国旧金山海湾公司开始建设AATCS系统1995 美国密歇根交通运输部、美国铁路管理局及Amtrak公司规划试验了ITCS系统1996 美国柏灵顿北方圣塔菲铁路公司(BNSF)试验了带有DGPS的PTC系统1998 北美联合投资开发PTS系统1999美国IEEE成立10个工作组，其中第二组专门制定CBTC标准表1.1 CBTC初
6、期在国外的发展历程1.2.2 国内研究现状北京交通大学自主知识产权CBTC系统成功上线2011年1月25日北京交通大学就CBTC自主创新及其经验总结召开新闻发布会，北京交通大学校长宁滨教授介绍了CBTC信号系统的基本情况，并对整个系统的推广和产业化推进提出了高新技术走出国门的建设性想法。宁校长表示，就目前来讲，整套技术全面进入市场至少还需要3年时间。宁校长介绍，这套CBTC信号系统是我国轨道交通信号研发团队三代人几十年积累的成果，系统具有：先进、安全、高效、稳定和低成本的特点，同时，北京交通大学结合轨道交通大发展的国家需求，瞄准世界科技前沿，坚定不移的走自主创新道路，历经十年的不懈努力，突破了
7、相关核心关键技术，探索出了一条“政、产、学、研、用”相结合，开展基础理论研究、核心技术研发、实验室仿真、现场试验、中试、示范工程、产品化与产业化的途径。2002年，北京交通大学利用校科研基金开展CBTC基础理论与科学问题研究；2004年开始至今，北京市科委和科技部连续立项支持北京交大开展CBTC核心技术与共性技术攻关；2007年，国家财政部领导高瞻远瞩立专项支持北京交大，大连快轨公司积极配合，CBTC系统在大连运营线进行了中试，并建设了相关实验平台，同期，由北京地铁运营公司牵头组织了在北京地铁既有线的试验测试；2008年，国家发改委批准“轨道交通运行控制系统国家工程研究中心”的立项建设，同年，
8、北京市政府将亦庄线作为具有自主知识产权的CBTC的示范工程，并由北京市地铁建设管理公司牵头组织实施；2009年，教育部批准北京交通大学成立“北京交控科技有限公司”，整合CBTC联合攻关各单位核心技术人员的力量，充分调动了各方面的积极性，2010年底顺利开通了亦庄线和昌平线示范工程，并使全套技术及系统产品取得了国际通行的SIL4级独立第三方安全认证证书。在新闻发布会上，北京交通大学科技处处长余祖俊教授强调，我国拥有了这套具备自主知识产权的CBTC信号系统后，可以为我国的城市轨道交通建设降低从国外引进CBTC技术20%的成本，加之后期服务、零配件更新等维护成本，全生命周期的成本将更加经济。北京交通
9、大学郜春海教授介绍，这套先进系统也可以直接提升轨道交通驾驶员和中心调度员工作效率，使他们从机械、复杂的操作中解放出来，将更多精力放在关注更高层次的安全运营方面，提升轨道交通的人文关怀和可靠性。宁滨校长指出，北京交通大学目前已经组建了一支300人左右的实体化团队，致力于CBTC成果推广、技术完善和维护由北京交通大学研发出来的这套CBTC信号系统。郜教授提到，这一套CBTC信号系统大规模的推广和产业化需要一个成果转化的过程，这个过程至少还需要3年时间，在这3年间CBTC信号系统将需要更多的高科技人才，同时如果未来CBTC信号系统技术成果走出国门，将我国的高科技产品带到国外，这样也会为更多国际贸易、
10、外语等专业的毕业生提供就业机会。2010年12月30日，随着北京地铁亦庄线、昌平线顺利开通运营，标志着我国具有自主知识产权CBTC(CommunicationBasedTrainControl），基于通信的列车运行控制系统)信号系统示范工程取得了成功，使我国成为继德国、法国和加拿大之后，第四个成功掌握该项核心技术、应用于实际工程并顺利开通运营的国家。由于但总体而言，国内 CBTC 还处于发展成长阶段。我国学者虽然对CBTC系统进行了大量的研究，但仍处于可行性研究和论证阶段，对CBTC系统的研究还有大量的工作。现阶段，随着我国城市的发展，对城市轨道交通建设需求急剧增加，深入开展CBTC技术的研发
11、具有非常重要的意义。1.3 本文主要内容第一章 ，主要介绍了本文的设计背景，城市轨道交通的发展状况，基于通信的列车控制(CBTC)系统在国内外的发展历程，以及选题的意义。第二章 ，介绍了CBTC系统的构成、功能、原理，描述了各子系统的功能和组成结构，以及CBTC系统的和技术指标。第三章 ，首先介绍了数据通信子系统的构成，然后是对数据通信子系统的设计，并在设计中着重考虑轨旁无线接入点RAP的布置，WLAN标准的选择，泄漏波导管的覆盖范围，车载天线和轨旁天线的类型等因素。第四章 ，对本文进行总结。 2.基于通信的列车控制(CBTC)系统2.1 CBTC系统的定义和原理移动闭塞是基于通信技术的列车控
12、制（简称CBTCCommunication Based Train Control）ATC系统，CBTC系统是以连续、准确的双向车地通信为基础，辅以高精度的列车定位和完整性检查，对列车运行提供连续实时监控的新一代列车运行控制系统。该系统不依靠轨道电路向列控车载设备传递信息，而是利用通信技术实现“车地通信”并实时地传递“列车定位”信息。通过车载设备、轨旁通信设备实现列车与车站或控制中心之间的信息交换，完成速度控制。系统通过建立车地之间连续、双向、高速的通信，使列车命令和状态可以在车辆和地面之间进行实时可靠的交换，并确定列车的准确位置及列车间的相对距离，保证列车的安全间隔。1999年9月，IEEE
13、将CBTC定义为：“利用高精度的列车定位(不依赖于轨道电路)，双向连续、大容量的车地数据通信，车载、地面的安全功能处理器实现的一种连续自动列车控制系统”。移动闭塞技术是通过车载设备和轨旁设备不间断的双向通信来实现。列车不间断向控制中心传输其标识、位置、方向和速度等信息，控制中心可以根据列车实时的速度和位置动态计算列车的最大制动距离。列车的长度加上这一最大制动距离并在列车后方加上一定的防护距离，便组成了一个与列车同步移动的虚拟分区。由于保证了列车前后的安全距离，两个相邻的移动闭塞分区就能以很小的间隔同时前进,这使列车能以较高的速度和较小的间隔运行，从而提高运营效率。移动闭塞系统摆脱了用轨道电路判
14、别列车对闭塞分区占用与否，突破了固定或准移动闭塞的局限性，具有更大的优越性和特点。（1）实现列车与轨旁设备实时双向通信且信息量大。（2）可减少轨旁设备，便于安装维修，有利于紧急状态下利用线路作为人员疏散的通道，有利于降低系统全寿命周期内的运营成本。（3）便于缩短列车编组、高密度运行，可以缩短站台长度和端站尾轨长度，提高服务质量，降低土建工程投资；实现线路列车双向运行而不增加地面设备，有利于线路故障或特殊需要时的反向运行控制。（4）可适应各种类型、各种车速的列车，由于移动闭塞系统基本克服了准移动闭塞和固定闭塞系统地对车信息跳变的缺点，从而提高了列车运行的平稳性，增加了乘客的舒适度。（5）可以实现
15、节能控制、优化列车运行统计处理、缩短运行时分等多目标控制。（6）移动闭塞系统，尤其是采用高速数据传输方式的系统，将带来信息利用的增值和功能的扩展，有利于现代化水平的提高。CBTC的突出优点是有车地双向通信，而且传输信息量大，传输速度快，很容易实现移动自动闭塞系统，大量减少区间敷设电缆，减少一次性投资及减少日常维护工作，可以大幅度提高区间通过能力，灵活组织双向运行和单向连续发车，容易适应不同车速、不同运量、不同类型牵引的列车运行控制等等。由各种研究与实际的操作经验显示，当将通讯式列车控制（CBTC）系统与其他较传统的号誌系统作比较时，应用通讯式列车控制（CBTC）系统提供了较低的开办以及营运成本
16、、较高的容量及在没有牺牲操作速度之下缩短距离、更高的可靠性、更大的安全性而且增强了远距离列车操作的监视与控制之优点。CBTC相比传统的铁路信号系统有着诸多特性，比如：(1)不须繁杂的电缆，转而以无线通信系统代替，减少电缆敷设及维护成本。(2)可以实现车辆与控制中心的双向通信，大幅度提高了列车区间通过能力。(3)信息传输流量大、效率高、速度快，容易实现移动自动闭塞系统。(4)容易适应各种车型、不同车速、不同运量、不同牵引方式的列车，兼容性强。(5)可以将信息分类传输，集中发送和集中处理，提高调度中心工作效率。2.1.1 CBTC系统的车地信息传输根据列车与地面之间信息传输的具体实现方式，可以将目
17、前存在的CBTC系统分为基于交叉感应环线的CBTC系统、基于无线电台通信的CBTC系统、基于漏泄电缆无线传输的CBTC系统及基于泄漏波导管的CBTC系统等几种。(1)基于基于交叉感应环线技术以敷设在钢轨间的交叉感应环线作为传输媒介的CBTC系统，在城市轨道交通中已经应用了较长时间。交叉感应环线的缺点在于，安装在钢轨中间，安装困难且不方便工务部门对钢轨的日常维修，车地通信的速率低。但由于环线具有成熟的使用经验，使用寿命长以及投资少等优点，目前仍继续得到应用。(2)基于无线电台通信技术 随着无线通信技术的发展，基于自由空间传输的无线传输技术的在CBTC系统中得到了应用。 无线的频点一般采用共用的2
18、.4GHz或5.8GHz频段，采用接入点（AP）天线作为和列车进行通信的手段。AP的设置保证区间的无线重叠覆盖。 自由空间传输的无线具有自由空间转播，对于车载通信设备的安装位置限制少；传输速率高；实现空间的重叠覆盖，单个接入设备故障不影响系统的正常工作；轨旁设备少，安装与钢轨无关，方便安装及维护的特点。基于无线电台通信传输方式CBTC系统，已经在北京地铁10号线成功应用。(3)基于漏泄电缆无线传输技术 Alstom的CBTC系统在需要的时候也可采用漏泄电缆传输方式，而新研发的系统采用的不多。漏泄电缆方式特点是场强覆盖较好、可控，抗干扰能力强。单点AP的控制距离通常达800m（每侧漏泄电缆长度4
19、00m）。缺点是漏泄同轴电缆价格较高。(4)基于裂缝波导管无线传输技术 采用波导系统作为车地双向传输地媒介。即采用沿线铺设的裂缝波导及与波导连接的无线接入点作为轨旁与列车的双向传输通道。该系统的波导系统具有通信容量大，可在隧道及弯曲通道中传输、干扰及衰耗小、无其他车辆引起的传输反射、可在密集城区传输等特点。 波导的另一个优点是传输速率大，可以满足列车控制系统的需要。波导的缺点在于安装困难，需全线沿线路安装波导管，安装维护复杂，并且造价高。北京地铁2号线、机场线均采用裂缝波导管传输技术。图2.1基于波导管传输的CBTC系统根据点式和连续式车地通信原理 ,结合它们在城轨交通领域的实际应用情况 ,可
20、对各种方式的主要技术指标加以分析总结 ,详见表 1.1传输媒介应答器感应环线无线电台漏泄波导传输模式地到车单向传输车地双向传输车地双向传输车地双向传输传输频率 /kHz车到地：2710地到车：4.2310车到地: 56地到车: 362.410或5.8102.410或5.810数据传输速率 / (kb/s)5641.2波特128地到车: 128车到地: 384数据安全报文信息采用编码技术；控制发送功率 ，保证在规定的距离外不发生交叉干扰报文信息采用编码技术 ，且数据保护程序工作于故障安全系统；采用独立的传输通道报文信息采用编码和过程保护；采用直接序列扩频 (DSSS)或跳频扩频 (FHSS)技术
21、报文信息采用安全编码保护；采用直接序 列扩频(DSSS)技术特点实现地到车信息的单向传输；轨旁设备少 ，维护成本低；可实现列车精确定位；实现车地信息的双向传输；基本不受牵引回流、道床漏泄、防迷流网的影响；列车位置检测精度较高；避开了轨道电路传输方向性 ，信息传输可靠性高实现车地信息的双向传输；基本不受牵引回流、道床漏泄、防迷流网的影响；轨旁设备简单 ，安装及维护成本低；数据传输快；组网灵活，易于实现互联互通实现车地信息的双向传输；基本不受牵引回流、道床漏泄、防迷流网的影响；传输频带宽、速率高、信息量大；传输损耗小；可实现列车精确定位限制条件不能实现地车信息的连续传输；信息传输量小对轨旁电磁环境
22、要求较高；对轨道维护有影响信息保密性要求高;要求具有抗外界无线干扰措施安装精度要求严格；对轨道维护有影响表2.1 各种车地通信方式的主要技术指标2.1.2地铁CBTC系统信息化需求分析CBTC信号系统作为控制列车运行的关键系统，在任何情况下均不允许出现系统故障，保障高安全、高可靠是CBTC系统的最高设计原则，而作为CBTC的统一数据承载平台，DCS数据通讯子系统（Data Communication Subsystem）的安全性、可靠性要求也不言而喻，DCS数据通信网络同样应具有极高的故障自愈能力。CBTC系统中传递的数据以列车控制命令和列车监控信息为主，数据流量很小，最高带宽不超过100Kb
23、/s，但要求数据传递的高可靠和低时延，当列车以120km/s行驶时，数据丢失率不能超过1%，最高延时不能大于500ms。DCS系统由地面有线网、车地无线通信网、车载有线网三部分组成，由于有线网以太网技术的高带宽和成熟性，DCS系统数据丢包问题和延时瓶颈主要集中在车地无线通信系统。目前市场商用WLAN产品在跨AP切换时，最高时延可到2秒，无法在地铁中应用，解决WLAN产品“0”丢包快速切换问题是DCS系统的一个关键技术。另外CBTC系统车、地通信普遍采用免费2.4G频段的802.11g无线技术，如何避免非法用户接入到DCS无线网中，如何避免正常民用无线信号对列车通信系统造成干扰，也需重点考虑。2
24、.2 CBTC子系统的结构和功能2.2.1 CBTC 列车控制系统框架结构如图2.2所示，典型的CBTC系统由车地通信系统车辆控制系统、车站控制系统和中央控制系统4部分组成。中央控制系统主要是指控制中心列车自动监督(Automatic Train Supervision, ATS)系统；车站控制系统包括计算机联锁（Computer Interlocking, CI)、区域控制器（Zone Controller, ZC)和车站 ATS 系统；车辆控制系统主要包括车载控制器（Vehicle On-Board Controller, VOBC)、车载天线以及测速定位设备。VOBC从功能上又可以划分成
25、列车自动驾驶（Automatic Train Operation, ATO)子系统和列车自动防护（Automatic Train Protection, ATP)子系统。相比于传统的基于轨道电路的列车控制系统，CBTC系统摆脱了用地面轨道电路设备判断列车占用和信息传输的束缚，实现了移动闭塞。如图1.1所示，正常工作情况下，VOBC按照一定周期将自身位置和行驶速度等行车状态信息通过车地通信系统发送给当前位置所属的ZC。ZC结合中央控制设备ATS发出的行车指令、联锁设备提供的线路状态、列车状态和前行列车状态以及线路数据库中的线路限速、坡度等信息，计算每一辆列车的安全行车距离以及运行速度限制，这些数
26、据统称为移动授权（Movement Authority, MA)。而后，ZC将MA通过车地通信系统分别发送给对应的列车。VOBC接收到新的MA后，其ATP子系统会根据当前位置和MA信息计算前方每一个位置上列车安全运行的最高速度限制，称为速度限制曲线，指导列车运行。列车在ATO子系统的控制下沿着ATO驾驶曲线运行，该驾驶曲线是ATO子系统在ATS给出的站间运行时间基础上，结合旅客舒适度，能源消耗量等多方面因素所得到的。为了满足行车安全目的，该驾驶曲线还同时必须严格控制在ATP速度限制曲线以下，一旦检测到列车实际速度高于ATP限制速度，ATP子系统将会实施紧急制动（Emergency Brakin
27、g),直至停车。 列车自动监控子系统（ATS）、区域控制器（ZC）、车载控制器（CC）、联锁控制器、数据库存储单元（DSU）通过接入交换设备接入数据通信子系统（DCS），由通信子系统根据报文地址，将数据信息从始端传递到终端。由此可见，数据通信子系统的可靠性将直接影响 CBTC 总体可靠性指标。2.2.2 CBTC 子系统功能通讯式行车控制可以含有不同层次的轨道自动化技术，包含以下几种主要功能： 列车自动保护（ATP，Automatic Train Protection）列车自动运行（ATO，Automatic Train Operation）列车自动监控（ATS，Automatic Train
28、 Supervision）另外，个别厂商也将数据通信系统（DCS，Data Communication System）独立。图2.2 CBTC系统框图 图2.2为CBTC系统框图。ATS通过骨干网与车站控制室及轨旁接入点(AP)设备通信，轨旁AP将列车控制信息送至缝隙波导并通过波导传送给车载天线，同时通过缝隙波导接收车载天线传送的相关信息。轨旁区域控制器(ZC)、线路控制器、联锁和ATS等子系统通过缝隙波导向OBC系统发送状态信息和列车控制命令;OBC通过缝隙波导向ZC、线路控制器、联锁和ATS等子系统发送车载设备状态信息，以及屏蔽门控制等信息。(1)列车自动监控子系统（ATS）是 CBTC
29、系统的监控子系统，对整个系统进行管理、控制和监督。ATS 子系统的主要功能： 集中控制功能 通常在ATS子系统中设置中央及车站两级控制权限。 通过调整列车停站时间实现对列车运行的自动调整。 自动排列列车进路。 在必要时，控制中心的调度人员可以按照需要设置列车跳停。 生成时刻表，集中显示功能列车运行时刻表管理功能 计划时刻表与实际时刻表的比较 时刻表的安装与修改 时刻表的打印 运行数据记录与统计功能 仿真功能 监测与报警功能(2)列车自动驾驶子系统（ATO）在列车自动防护子系统（ATP）的保护下，主要替代司机驾驶列车的工作。ATO 系统的主要功能：站间自动驾驶车站定位停车列车间运行时分的定时控制
30、限速区间车门控制记录运行信息(3)列车自动防护子系统（ATP）是列车控制系统的核心设备，是保证列车运行安全的设备，ATP 所有功能都依照故障安全准则执行。车载 ATP 设备和轨旁 ATP 设备通过数据通信子系统不断交换控制命令，共同完成完成列车的安全保护。ATP子系统的主要功能:安全停车点防护速度监督与超速防护列车间隔控制测距与测速车门控制除上述几个主要功能外，ATP系统还具有紧急停车、给出发车命令、；列车倒退控制等能。ATP子系统是城市轨道交通中确保列车运行安全、缩短列车运行间隔的关键设备，该系统必须满足故障-安全原则。ATP子系统由地面设备和车载设备所组成，列车通过地面ATP设备接收运行于
31、该区段的目标速度，保证列车在不超过此目标速度情况下运行，从而也保证了后续列车与先行列车之间的安全距离。(4)联锁控制子系统（CI）是保证列车运行安全，实现轨道区段、道岔、信号机之间正确联锁关系的系统，是列车控制系统整体功能实现的基础。联锁控制子系统主要实现以下功能：能够设置引导进路；能够自动及人工设置进路；能够对信号机立即关闭和重复开放信号；能够对道岔进行锁闭及单独操纵；能够进行进路解锁与取消；轨道区段有故障时能故障恢复；对所有的进路进行侧防；锁闭的进路能够随列车的运行而自动逐段解锁；能提供锁闭功能以确保列车运行安全；与防淹门进行信息交互并实现相互之间的联锁。2.3 CBTC系统的1EEE标准
32、随着CBTC系统的优越性被各方认可，世界一些发达国家普遍重视CBTC系统的研制和开发。除了基于通信的思想是一致的外，这些系统的性能、结构及所采用的测速、定位、无线通信方式等都各有所异。为了规范发展，自1999年以来，IEEE为CBTC制定了一系列相关标准，有些标准又进行了更新。主要有: IEEEStd1473一1999车载单元间通信协议标准 IEEEStd1474.1一1999/2004CBTC性能及功能需求标准 IEEESul1474.2一2003CBTC用户接口需求标准 IEEEStd1474.3一2008CBTC系统设计和功能分配标准 IEEEStd1475一1999车载控制功能及与动力
33、系统、制动系统的接口标准 IEEEStd1482.1一1999车载事件记录仪标准 IEEEStd1483一20O0(R2007)铁路运输控制处理器系统安全功能验证标准(1)IEEEStd1473一1999车载单元间通信协议标准该标准定义了车辆内部及其串行数据通信单元间的通信协议。该标准共有八个部分和一个附录。第一至第三部分对范围、目的、参考资料及与标准有关的一些专业术语进行了描述。第四部分定义了本标准使用的两种网络协议的构成及相互关系。包括系统配置、Type L和Type T协议的使用、环境条件及安全方面的考虑。第五部分定义了Type L协议并对其物理层进行了详细描述。Type L是一个通用的
34、、开放的、具有互操作性的控制网络协议，适用于本地传感器总线(LocalSensorBus，LSB)和本地车辆总线(Local Vehicle Bus，LVB)。该协议基于EIA709.1一1998和709.3一1998。第六部分定义了Type T协议。Type T适用于对实时性、可用性和完整性要求极高的车载控制系统。该协议包括列车总线(Wire Train Bus，WTB)和多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus，MVB)。Type T基于IEC61375一l:1999。第七部分描述了两种总线构成的网络的特性及它们之间的关系。第八部分对这两种协议的使用方法进行了描述
35、。(2)IEEEStd1474.1一1999/2004CBTC性能及功能需求标准IEEE于1999年制定的1474.1标准，描述了对CBTC系统性能和功能的要求。2004年对该标准由进行了修订，增加了两个附录即系统安全程序需求和CBTC系统可用性评定的几种典型方法。该标准总共可以分为六个部分。第一部分描述了该规范的范围和目的。第二部分列出了应用该规范时所用到的参考资料。第三部分提供了在其他规范中没有的或者在该规范中被修改的一些定义。第四部分规定了CBTC系统的运行要求，包括所支持的列车运行模式。第五部分规定了CBTC系统的性能要求，包括运行间隔标准、系统安全标准以及系统可用性标准。第六部分规定
36、了CBTC系统的功能要求，包括列车自动防护(ATP)功能、列车自动驾驶(ATO)功能以及列车自动监控(ATS)功能。(3)IEEEStd1474.2一2003CBTC系统的用户接口需求这个标准为CBTC系统制定了用户接口需求。整个标准分为七个部分。第一部分为标准的范围和目的。第二部分列举了应用此标准时所参考的其他标准。第三部分提出了其他标准没有提到的或本标准中使用的一些定义。第四部分定义了可用于车载或非车载CBTC系统的一般用户接口需求，包括运行和维护功能。主要有CBTC系统的分类、用户概况、运行环境、系统安全部分件、人机接口(显示、音频等)以及系统报警、监测信息的需求。第五部分定义了车载CB
37、TC子系统的特殊用户接口需求，包括应该显示什么样的信息，信息如何显示，同时专门强调了操作功能。第六部分定义了非车载CBTC系统的用户接口需求。CBTC非车载系统主要包括中央运行控制单元和轨旁的运行控制单元。该部分标准主要对用户接口信息，如显示信息、用户输入信息、CBTC控制设备的交互及访问控制进行了定义。第七部分定义了CBTC维护诊断的用户接口需求。IEEE1474.2标准应与1999年制定的IEEE1474.1同时参照使用。(4)IEEEStd1474.3一2008CBTC系统设计和功能分配标准该标准为2008年9月最新制定的CBTC标准。共分为九个部分。第一部分描述了该规范的适用范围和目的
38、。第二部分列出了制定该标准的有关参考资料。第三部分给出了一些在IEEE标准中没有提到的或本规范中经过修改的定义。第四部分给出了CBTC系统应用范围、驾驶模式以及故障处理等几般性需求。指出CBTC系统应适用于轻轨、重轨、市郊铁路等各种采用CBTC作为列车自动控制(ATC)系统的场合。CBTC系统设计应该具有在IEEEStd1474.1一2004中定义的ATP、ATO、ATS功能，但可以有不同的配置。同时系统应具有降级/后备模式，以保证系统能连续工作。第五部分定义了CBTC系统的体系结构和工作原理。指出一个完整的CBTC系统应该包括ATS设备、轨旁设备、车载设备和数据通信设备，并和外部的联锁系统等
39、接口。第六部分详细定义了CBTC系统中列车自动防护(ATP)子系统的功能需求，包括各个子功能的分配及工作原理等。如列车定位功能、列车进路的确定、运行目标点确定、ATP永久限速和临时限速和ATP速度曲线计算、列车实际运行速度及方向的检测和监督、门控联锁、外部联锁命令、交叉口报警装置的控制和监督、车载ATP用户接口及ATP固定数据的管理等。第七部分定义了列车自动驾驶(ATO)子系统的功能。包括ATO控制曲线的确定、停车点确定、列车速度调节、车门控制、车载ATO用户接口等。第八部分定义了列车自动监控(ATS)子系统的功能。主要包括列车识别、列车跟踪、排列进路、列车运行自动调整、列车起动和停车控制、乘
40、客信息系统接口、错误报告及ATS用户界面等。第九部分总结了CBTC各子系统在功能分配基础上的基本数据流向。(5)IEEEStd1475一1999车载控制功能及与动力系统、制动系统的接口标准该标准共分为五部分。第一至第三部分对标准的适用范围、目的、相关参考资料及有关的一些专业术语进行了描述。第四部分制定了三种复杂程度不同的接口。用户可以根据列车的设计需求需要选择使用。这三种接口分别命名为TyPel、TyPell和TyPeln。第五部分详细描述了各种功能接口。如紧急制动、运行方向、牵引/制动模式选择、载、速度、空转/打滑、报警监测、专用牵引/制动功能、门状态等。(6)IEEEStd1482.1一9
41、99车载事件记录仪标准这个标准涉及可为轨道交通车辆的事故分析提供依据的车载事件记录仪，其内容仅限于事件记录仪的功能及接口，独立于其它车载设备的软硬件。包括采集或记录对象的功能、参数、信号、系统或子系统以及系统的诊断和自监测等。该标准分为四部分。第一至第三部分对标准的适用范围、目的、相关参考资料及有关的一些专业术语进行了描述。第四部分描述了事件记录仪的需求。包括事件记录仪的输入、采样和存储速率、系统自监测、错误记录、软件、内置电池、传感器及输入通道、系统的输出以及防撞性等规范。(7)IEEEStd1483一2000(RZoo7)轨道交通控制处理器系统安全功能验证标准该标准2000年制定，2007
42、年再次确认。它定义了轨道交通控制处理器系统安全功能验证的方法。该标准需要通过分析结果及一些支撑材料决定系统是否达到了预定的安全性要求。标准共分为五个部分。第一部分描述了该规范的适用范围和目的。第二部分列出了制定该标准的有关参考资料。第三部分给出了一些在IEEE标准中没有提到的或本规范中经过修改的定义。第四部分从功能、概念及实现等三个层面描述了验证的方法。第五部分定义了为验证上述三个层面上的安全性需求、安全性要求在系统各部分的分配以及确认安全性指标的实现所需的分析和支撑材料。2.4 小结这章主要写了CBTC系统构成、原理、功能和CBTC系统的IEEE标准等。3 数据通信子系统（DCS）的设计3.
43、1概述数据通信子系统（DCS）是一个专有通信系统，由数据传输系统（DTS）和车-地通信系统（TWC）构成，提供控制中心、轨旁、车载子系统的设备之间的双向、可靠、安全的数据交换。DCS子系统的骨干网采用HIPER-Ring技术组成高可靠性的工业级环网，无线通信采用ISM2.4G开放频段的专用车地无线传输网络。DCS子系统主要由以下两部分组成：(1) 数据传输系统（DTS）DTS是数据传输网络，用于为信号系统提供专有有线信息传输，为中心与车站之间、车站与车站之间、控制中心设备之间、车站设备之间提供信息的高速通道，确保信息的安全、可靠、及时传输。(2) 车-地通信系统（TWC）TWC为车地无线传输网
44、络，用于轨旁设备与车载设备的无线信息传输。投标人为本项目提供的TWC系统采用业界公认的安全可靠的泄漏波导管传输网络（地下段和停车列检库）或采用LOS天线（地面段、试车线）进行车-地双向通信，基于ISM的2.4G开放频段，利用专用的工业级无线设备组件，构建一个高可靠性、高可用性和高维护性的车地无线通信网络。本设计中采用的车地无线传输网络已经北京地铁2号线、机场线成功运用。DCS系统网络由三层网络构成，从下至到上分别为冗余TWC无线网络、区域内冗余、控制中心、DTS骨干网及DTS局网冗余。每一层网络自成一个或多个独立冗余环网。每一个冗余环网都是双网结构，任何一台网络设备均接入两个环内。此种结构可以
45、保障假如某一个网段因为损坏而无法通讯，网络设备也可以通过另一个网段进行通讯。3.2数据传输系统（DTS）3.2.1概述数据传输系统(DTS)网络按照性能和功能要求，分为区域DTS局域网、DTS骨干传输网和控制中心局域网三个子网络。3.2.2 构成DTS子系统配置原理图3.1如下：图3.1 DTS子系统配置原理图3.2.3 DTS骨干网图 1.2 DTS骨干传输网DTS骨干传输网由赫斯曼的千兆工业以太网交换机组成，每一个设备集中站设置两台交换机（MS4128（或等同），这两台交换机分别接入两个独立的千兆光纤环网上。每个环网通过两个交换机接入分别千兆接入一台赫斯曼的核心交换机上(MACH4000)
46、 。此种结构保障任何一个环可以冗余地接入一台核心交换机上。3.2.4控制中心局域网图 3.3控制中心局域网控制中心局网由两台赫斯曼骨干交换机MACH4000（或等同）组成。每个骨干交换机通过防火墙设备和24端口工作组交换机构成一个独立的网段。所有网络设备均设置两个网卡分别接在独立的两个网段上。当任何一个网段故障无法通讯时，网络设备可以通过另外一个网段传输数据。3.2.5 TWC无线网络每个轨旁无线接入点设置两台交换机，在主区域车站设备室同样设置两台交换机，每一台交换机分别接入一个冗余环网中，构成两个独立环形网络。通讯网络由交换机的网络组成，这些交换机通过光纤或双绞线网络互联，以保证互相联接的交
47、换机之间的最快传输速度和覆盖距离要求。每一轨旁通信网络点由两个相同的以太网交换机组成，ATC设备通过分配的交换机端口与交换机进行连接。网络拓扑结构采用先进的HIPER-Ring技术构成千兆级骨干以太网。连接采用双重冗余的千兆以太网连接。DTS网络的核心由千兆以太网组成，基于系统结构，按照高可用性的方式进行配置。图3.4 TWC无线网络3.2.6传输设备根据轨旁车站的连通性要求，车站设备室以太网交换机均采用带有专用模块的交换机。中央控制核心HIPER-Ring网络采用Mach4002系列（或等同）核心工业以太网交换机，该型交换机带有专门的模块以支持所有必要的连通性要求。3.2.7传输通道传输网络设备将采用低烟无卤(LSZH)光缆互连。该光纤网将包括两条独立的分隧道设置的光缆。光纤将进入每个车站（按轨道方向）。将有其他光缆/光纤用于与两个分开的光纤环互连，以提供额外的冗余性。光缆将沿管槽进入分线盒，连接到分线盒。3.2.8功能DTS网络为ATC专用网络，仅提供ATC数据交换。任何其他子系统均不会使用ATC
