第一篇：火腿腸收聽之列車通信篇

火腿腸收聽之列車通信篇

1、預(yù)備知識：

列車無線調(diào)度系統(tǒng)的功能較為強大，它既可以完成火車站（不僅僅指大站，也包括火

車可能根本不停靠的小站）同在其附近運行的列車之間的無線通信，也可以完成某個調(diào)

度區(qū)段的調(diào)度員（這個區(qū)段可能長達數(shù)百公里，有無數(shù)個小站）同在其區(qū)段內(nèi)運行的列

車之間的直接通信。車站同列車的通信當然采用無線通信方式，而調(diào)度員同列車的通信

采用有線與無線相結(jié)合的方式。

2、名詞解釋

2.1、大三角通信：是指鐵路分局調(diào)度員、車站值班員、機車司機之間的通信。

2.2、小三角通信：是指車站值班員、機車司機與機車車長之間的通信。

2.3、四頻率組：在雙工通信時，為了克服相臨車站電臺下行頻率同頻干擾，保證列車

運行時能夠連續(xù)進行雙工通信而選擇的一組頻率，包括一個上行頻率

（列車-->車站），三個下行頻率（車站-->列車）。其具體工作方式

見下文。

3、通信方式：

在列車無線調(diào)度系統(tǒng)中可以使用各種通信方式。

3.1、“大三角”通信：鐵路分局調(diào)度員通過有線電路連接各車站的有線分機，再通過

有線分機控制站臺的電臺同列車車臺建立通信，此時為全雙工通信。

3.2、小三角”通信：在調(diào)度員不使用站臺時，站臺值班員可以通過站臺電臺同司機或

車長直接聯(lián)系。通常采用同頻單工模式。在山區(qū)等信號傳播不好的地區(qū)，通常使

站臺電臺工作在差轉(zhuǎn)模式，使用半雙工通信。

3.3、列車司機之間的通信類似與”小三角“通信，使用同頻單工方式或異頻半雙工方

式。

3.4、車長之間的通信類似與”小三角“通信，使用同頻單工方式或異頻半雙工方式。

3.5、相臨車站之間可以使用單工方式直接通信。

3.6、在以上通信方式中，“大三角”的雙工通信處于優(yōu)先狀態(tài)

4、使用頻率：

以前列車無線通信頻率按地域劃分為使用150M頻段（京廣線以西），或使用450M頻段

（京廣線以東），由于150M段干擾逐漸增加，而且電氣化鐵路中450M頻段使用性能好于

150M段，所以鐵道部無委（個人認為是一個很無聊的機構(gòu)）確定列車無線調(diào)度通信統(tǒng)一

采用450M頻段。

***火腿腸按：根據(jù)火腿腸漫游全國各地的經(jīng)驗，好象現(xiàn)在聽不到150M的調(diào)度臺了。

結(jié)合列車無線調(diào)度系統(tǒng)的通信方式，鐵道部無委選定采用以下四組頻率：

表一

+====================+| 組別|f1(MHz)|f2(MHz)|f3(MHz)|f4(Mhz)|

|-------+-------------+--------------+--------------+--------------|

|I|467.450|467.500|467.550|457.550|

|-------+-------------+--------------+--------------+--------------|

|II|467.500|467.550|467.600|457.550|

|-------+-------------+--------------+--------------+--------------|

|III|467.650|467.700|467.750|457.700|

|-------+-------------+--------------+--------------+--------------|

|IV|467.775|467.825|467.875|457.825|

+====================+

以上四組頻率在某一調(diào)度區(qū)段內(nèi)只使用其中的一組，具體使用方式為

4.1全雙工通信：上行頻率為f4，下行頻率為f1,f2,f3，動態(tài)切換，具體切換方式

見下文。

4.2半雙工通信：上行頻率為f4，下行頻率為f1,f2,f3。

4.3單工通信：上下行頻率均為f45、雙工通信時列車如何動態(tài)切換頻率：（請見下圖）

圖一

列車位置A列車位置B列車位置C

YYY

列車DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD

鐵路=======================鐵路+A+A+A

||||||

|f4|f1|f4|f2|f4|f3

||||||

||||||

V+V+V+

YYY

|||

|-------||-------||-------|

| 站臺A || 站臺B || 站臺C |

|值班員A||值班員B||值班員C|

|_______||_______||_______|

|||

|||

|有線回路|有線回路|有線回路|--------|

----------------+------------------+------------------+--------| 調(diào)度所 |

| 調(diào)度員 |

|________|

以上為列車連續(xù)通話示意圖

列車在站臺A附近時,列車與調(diào)度員通過有線回路及站臺正在通話,列車車臺上行頻率

為f4, 站臺下行頻率為f1,列車車臺會連續(xù)發(fā)射亞音頻151.4Hz,維持站臺A持續(xù)發(fā)射f1;以

構(gòu)成連續(xù)的雙工通信。

當列車運行逐漸遠離站臺A，接近站臺B時，由于距離遠，站臺A下行信號f1已經(jīng)很弱，當信號強度低于預(yù)設(shè)值時，列車車臺停止發(fā)射151.4Hz的亞音，轉(zhuǎn)為用上行頻率f4發(fā)射亞

音頻162.2Hz，并開始掃描接收；站臺B收到f4及其亞音頻162.2Hz，就開始發(fā)射下行頻率

f2，如果車臺收到下行頻率f2，則車臺連續(xù)發(fā)射上行頻率f4及亞音頻162.2Hz，以維持站

臺B持續(xù)發(fā)射f2，同時打開有線回路，構(gòu)成連續(xù)的雙工通信。

同樣，當列車運行逐漸遠離站臺B，接近站臺C時，車臺用上行頻率f4發(fā)射亞音頻

173.8，打開站臺C發(fā)射下行頻率f3及有線回路，構(gòu)成連續(xù)雙工通信。

6、信令：

6.1、呼叫信令：

很令火腿腸遺憾，列車無線調(diào)度系統(tǒng)并不具有選呼功能，調(diào)度員或車站值班員呼叫不同的列車是采用語音呼叫的方式，但是，為了區(qū)別不同的呼叫類型，系統(tǒng)仍然采用了一些

呼叫信令，呼叫信令是一些很簡單的音頻或標準亞音頻信號，具體可見下表：

表二

+======================+| 呼叫對象|工作方式|信令頻率(Hz)|呼叫方式|

|----------------------+------------+------------+-------------------|

| 調(diào)度員呼叫司機：|雙工|1960|連續(xù)發(fā)射5秒|

|----------------------+------------+------------+-------------------|

| 值班員呼叫司機：|單工|114.8|連續(xù)發(fā)射5秒|

|----------------------|------------|------------|-------------------|

| 值班員呼叫臨站值班員|單工|123|連續(xù)發(fā)射5秒|

|----------------------+------------+------------+-------------------|

| 司機呼叫調(diào)度員：|雙工|1520|連續(xù)發(fā)射5秒|

|----------------------+------------+------------+-------------------|

| 司機呼叫值班員：|單工|123|連續(xù)發(fā)射5秒|

|----------------------+------------+------------+-------------------|

| 司機呼叫司機：|單工|114.8|連續(xù)發(fā)射5秒|

+======================+

回鈴音：當車臺或站臺收到以上的一種呼叫后，會發(fā)送一個短促的回鈴音，向呼叫方表

明自己已經(jīng)收到呼叫，回鈴音是一個415Hz頻率，長度為0.5秒的信號。

6.2、控制信令

控制信令主要是控制站臺的工作狀態(tài)，以分別實現(xiàn)雙工或中繼轉(zhuǎn)發(fā)功能，控制信令也是

一些簡單的標準亞音頻，前面在“5”雙工動態(tài)切換頻率時已經(jīng)談到，具體可見下表：

表三

+=====================+

| 頻率(Hz)|作用|

|------------+-----------------------|

| 151.4| 使站臺打開并維持下行頻率為f1的雙工工作狀態(tài)|

|------------+-----------------------|

| 162.2| 使站臺打開并維持下行頻率為f2的雙工工作狀態(tài)|

|------------+-----------------------|

| 173.8| 使站臺打開并維持下行頻率為f3的雙工工作狀態(tài)|

|------------+-----------------------|

| 186.2| 使站臺處于中繼模式|

+=====================+

7、車臺的守侯狀態(tài)

7.1、當車臺沒有通話時，處于守侯狀態(tài)。電臺將掃描接收“表一”中的四個頻率，由于

各種呼叫信令的長度為5秒，大于任何一個頻率的掃描間隔，所以可以確保車臺能

夠收到任何類型的呼叫。

7.2、因為“大三角”雙工通信方式處于優(yōu)先位置，所以即使當電臺正在進行單工或半雙

工通信時，仍將掃描雙工通信的下行頻率，一旦收到雙工呼叫，可立即轉(zhuǎn)入“大三

角”雙工通信模式。

以上文章中的觀點或數(shù)據(jù)均選自國內(nèi)公開發(fā)行的書刊、雜志或教材。不涉及任何竊密或

泄密，也不不表明火腿腸曾經(jīng)收聽過以上通信。呵呵呵呵

第二篇：列車無線調(diào)度通信

列車無線調(diào)度通信及設(shè)備維護

鐵路無線列車調(diào)度通信系統(tǒng)以鐵路運輸調(diào)度為目的，利用無線電波的傳播，完成列車與調(diào)度中心之間或列車與列車之間通信的系統(tǒng)。簡稱無線列調(diào)。這是一種鐵路專用的移動通信系統(tǒng)，是鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)的重要組成部分。

系統(tǒng)設(shè)備包括：

調(diào)度所設(shè)備、沿線地面設(shè)備、移動電臺設(shè)備、傳輸設(shè)備。

調(diào)度所設(shè)備 ：包括調(diào)度總機、調(diào)度控制臺、錄音機以及監(jiān)控總機等部分，供調(diào)度員與機車司機、車站值班員進行通話，必要時還可以進行數(shù)據(jù)通信。

沿線地面設(shè)備：包括與傳輸設(shè)備相連的控制轉(zhuǎn)接部分、收信機、發(fā)信機、雙工器、傳輸線和天線，以及調(diào)度分機等設(shè)備。移動電臺設(shè)備：裝載于運行列車上的無線通信設(shè)備，包括機車電臺和車長電臺。

傳輸設(shè)備：用于把調(diào)度設(shè)備和沿線各地面固定電臺連接起來，為信息傳輸提供音頻通道。

制式：

列車無線調(diào)度通信系統(tǒng)分為A，B，C 3種制式，采用150 MHz或450 MHz 頻段，除個別呼叫采用數(shù)字編碼外，其他呼叫信令均為模擬信令方式。為了解決弱場強區(qū)段通信問題，采用異頻無線中繼器。為了解決隧道中通信問題，采用150 MHz或450 MHz 頻段漏泄同軸電纜。

A制式系統(tǒng)：適用于裝設(shè)有調(diào)度集中設(shè)備的鐵路干線，以調(diào)度員直接指揮司機為主的作業(yè)方式調(diào)度區(qū)間。采用有線、無線相結(jié)合的組網(wǎng)方式，基站電臺與移動電臺間的通信采用無線方式，調(diào)度所至基站電臺的通信采用四線制音頻話路構(gòu)成。基站電臺按場強覆蓋合理設(shè)置，并具有跟蹤功能以保證通信連續(xù)。調(diào)度員可以個別呼叫指定的司機，也能夠識別司機的呼叫，還能夠向調(diào)度區(qū)間內(nèi)所有的機車司機發(fā)出呼叫（全呼）。調(diào)度員與司機之間除了話音通信外，還可以傳輸數(shù)據(jù)和指令，并能在調(diào)度所內(nèi)打印和顯示，以便及時掌握列車運行狀態(tài)。為了保證系統(tǒng)正常工作，調(diào)度所設(shè)備應(yīng)能對各基站電臺進行集中監(jiān)測和檢測。在緊急情況下，機車司機可以向調(diào)度員發(fā)出緊急呼叫。

B制式系統(tǒng)：適用于繁忙的鐵路干線，以車站值班員辦理行車業(yè)務(wù)為主的方式，也采用有線、無線相結(jié)合的組網(wǎng)方式。車站電臺與移動電臺間的通信使用無線方式，調(diào)度所至車站電臺的通信采用四線制音頻話路構(gòu)成。B系統(tǒng)應(yīng)該優(yōu)先滿足調(diào)度員與司機間的通信。調(diào)度員呼叫司機時，先選呼運行列車最近的車站電臺（選站），再呼叫該電臺覆蓋區(qū)內(nèi)的所有機車電臺（組呼），然后用話音叫出所有通話的司機，下達調(diào)度命令。調(diào)度員也可以通過各個車站電臺呼叫調(diào)度區(qū)間內(nèi)的所有司機（全呼）。機車司機在緊急情況下可向調(diào)度員發(fā)出緊急呼叫。車站值班員可以通過車站電臺與其覆蓋區(qū)內(nèi)的司機、運轉(zhuǎn)車長進行通話。有條件時，相鄰車站值班員之間可以通過車站電臺進行通話。在同一車站電臺覆蓋區(qū)內(nèi)，司機與司機、車長與車長、司機與車長之間也可以進行單工通話，異頻單工的通話則需要經(jīng)車站電臺轉(zhuǎn)接。B系統(tǒng)也可以經(jīng)調(diào)度員人工轉(zhuǎn)接進入鐵路公務(wù)電話網(wǎng)。

C制式系統(tǒng)：適用于以車站值班員辦理行車業(yè)務(wù)為主的一般鐵路線路和支線上，車站電臺按車站沿線布設(shè)，車站值班員與司機、運轉(zhuǎn)車長之間以同頻或異頻單工方式進行通話，車站電臺設(shè)錄音機記錄通信內(nèi)容，有條件時，相鄰車站值班員可以通過車站電臺進行通話。

機車綜合無線通信設(shè)備的維修與維護

（一）日常故障

機車無線綜合通信設(shè)備是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，運行過程中如果出現(xiàn)某一部分的故障，則會影響系統(tǒng)的整體運行質(zhì)量。通信設(shè)備的相關(guān)技術(shù)人員需要掌握每一個零件的詳細功能，及時辨別故障，在第一時間做出反應(yīng)，采取有效措施處理故障。對經(jīng)常出現(xiàn)的問題進行分析總結(jié)研究，以便以后處理的過程更加迅速有效。CIR 日常故障主要有以下幾種： 1.手柄和終端故障

由于手柄和終端用的次數(shù)較多，所以是故障的頻發(fā)地帶，日常的使用摩擦會使手柄中的信號減弱甚至消失，送話和受話功能受損，嚴重的情況下導致450M赫茲和無法發(fā)射甚至不能掛機。終端的顯示屏幕易出現(xiàn)花屏、黑屏甚至碎屏故障，通話過程中聲音比較弱或沒有聲音震動提醒，終端的一邊無法接入主機系統(tǒng)。2.電臺信號接受不良，機車序列號注冊故障

機車長時間行駛會產(chǎn)生高溫高熱，出現(xiàn)死機故障。網(wǎng)絡(luò)端的機車序列號在沒有注銷的情況下非法占用或機車號無法注冊成功。3.聲音故障

喇叭或耳機出現(xiàn)聲音故障，喇叭不能放出聲音，耳機無法接收聲音。

（二）日常故障的處理措施

機車綜合無線通信設(shè)備的技術(shù)人員要掌握設(shè)備運轉(zhuǎn)流程，不斷提高自的技術(shù)能力，以醇熟的業(yè)務(wù)能力，解決故障，使其恢復(fù)正常。當電臺出現(xiàn)故障不能正常發(fā)送信號時，可以先從手柄和終端處尋找原因，如果是因為主機受熱高溫出現(xiàn)的異常，要仔細辨別是主機的單端還是雙端出現(xiàn)的問題，如果單端出現(xiàn)問題最好是更換手柄MMI；如果雙端出現(xiàn)了問題，首先重啟主機看能否恢復(fù)，不能的話，則要更換450M赫茲電臺。機車行駛途中喇叭無聲，可以先采用應(yīng)急措施，將內(nèi)外置進行切換，機車站后在考慮更換修理。

機車序列號無法登陸網(wǎng)絡(luò)查詢信息，先嘗試使用尖頭的工具按一下主控部分的復(fù)位開關(guān)按鈕，這樣主控功能會對自動復(fù)位模塊初始化。也可以嘗試重啟電源，檢查SIM插口是否接觸良好。在正常情況下，兩個指示燈都熄滅表示SIM接觸較好沒有故障。

第三篇：基于通信的列車控制系統(tǒng)概述

西南交大的課件第1節(jié) 基于通信的列車控制系統(tǒng)概述

《列控車載設(shè)備》、《列控地面設(shè)備》徐嘯明，中國鐵道出版社，2007 《閉塞與列控》付世善，中國鐵道出版社，2006

1.CBTC的發(fā)展前提和前景

19世紀中葉出現(xiàn)火車之后，立即就有人研究如何控制火車安全運行問題。早期，為了保證列車的安全，所以采用人騎馬作為列車運行先導，以后又用過在一定距離設(shè)置導運人員，揮旗來表達列車可否安全前行。1930年在英國開始第一次應(yīng)用橫木式帶燈光的信號機，而美國在1932年采用在柱子上掛黑球或白球來對列車指示停車或通過。1941年臂板信號才正式誕生在英國。1932年莫爾斯電報機發(fā)明后，很快就引人到鐵路。1941年英國人提出閉塞電報機專利，并于1951年在英國鐵路獲得普及應(yīng)用。1976年發(fā)明了電話，又為鐵路應(yīng)用構(gòu)成電話閉塞，這種方法至今在特殊情況下，如地震、洪水后等應(yīng)急時尚有應(yīng)用。

除了上述兩種方法，還有應(yīng)用路簽機和路牌機方法，1979年英國人泰爾(Tyres)發(fā)明電氣路牌機，即兩相鄰車站各有一個路牌機，它們之間有電氣聯(lián)接，兩站之間有列車運行，一定要領(lǐng)到一個路牌才能作為運行的憑證。而在平時，在一個時間內(nèi)只允許有一個路牌從中取出，以此保證行車安全。1999年英國人韋布和湯姆森(Webb and Thomson)發(fā)明了電氣路簽機，它工作原理與電氣路牌機相似，即平時在一組路簽機中只能取出一枚路簽供運行的列車司機作為行車憑證。

從宏觀來分析，列車運行控制系統(tǒng)實際上包含下列幾個部分： 1.車站的列車運行控制系統(tǒng)

它一般以車站聯(lián)鎖來表達。在一個車站內(nèi)，將車站內(nèi)的道岔，進站、出站、調(diào)車信號機，車站主干線、車站股道等三大部分之間按一定聯(lián)鎖關(guān)系構(gòu)成系統(tǒng)，為列車創(chuàng)造行車進路或調(diào)車進路，它既要保證行車安全，又要保證行車效率。

2.區(qū)間的列車運行控制系統(tǒng)

它是指列車在所有車站與車站之間運行的控制系統(tǒng)，其目的是保證它們的安全運行、提高行車效率和提供信息。

3.駝峰編組站運行控制系統(tǒng)

從邏輯控制使用來區(qū)分，上述三方面系統(tǒng)是各自獨立的，即它們的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)都獨立，它們的研究開發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、使用等可以彼此不相干。但是從信息流而言，這三者之間有著千絲萬縷的聯(lián)系，因為任何旅客列車運行，都要經(jīng)過車站和區(qū)間，而貨物列車則不僅有經(jīng)車站、區(qū)間之外還有駝峰編組站。

從微觀而言，人們經(jīng)常把列車運行控制系統(tǒng)指的是區(qū)間列車運行控制系統(tǒng)，而且往往簡稱為列車運行控制系統(tǒng)，但實際上在車站范圍的列車運行控制也屬于此范疇。在TTS-R中，列車運行控制系統(tǒng)占有重要的地位，因為它是協(xié)調(diào)運輸中速度、密度和載重三者之間關(guān)系，它也是提供列車運行實時信息等關(guān)鍵所在。在區(qū)間列車運行控制中，最基本的問題有以下三方面：

CBTC的發(fā)展前提和背景(點擊開始播放)(1)要保證任何一個運行中的列車是安全的，即它要與前行列車保持足夠的安全距離，不撞前行車，同時也要防護本列車，使后續(xù)列車也與本列車保持一個安全距離。為此，就必須決定本列車應(yīng)該按什么速度行車，安全是行車的基本要求。

(2)在保證行車安全的前提下，還要使行車有效率。業(yè)主、旅客和貨主三者都對此有共同要求，而且它也是表征一個國家經(jīng)濟是否發(fā)達的標志之一。

(3)在信息社會里，有關(guān)列車運行的信息也極為重要。因為運行管理者只有知道所有列車信息，它才能統(tǒng)籌管理；旅客關(guān)心的是列車什么時候開，什么時候到達目的地，中間又經(jīng)過什么地方，沿路有否好風景；貨主關(guān)心的是什么時候可將托運的貨物送走，運行列車現(xiàn)在又在哪里?它什么時候到達貨物目的地?因此，列車運行中首先要提供最原始的“3W”信息，即：

1W——When——什么時間 2W——What——什么列車 3W——Where——在哪里

有了一系列基礎(chǔ)信息之后，才能派生出二次、三次等多次相關(guān)信息。

基于通信的列車控制(Communications-based Train Control，CBTC)系統(tǒng)獨立于軌道電路，采用高精度的列車定位和連續(xù)、高速、雙向的數(shù)據(jù)通信，通過車載和地面安全設(shè)備實現(xiàn)對列車的控制。CBTC已在全世界范圍內(nèi)發(fā)展，它不僅在地面大鐵路得到推廣應(yīng)用，而且在城市軌道交通系統(tǒng)，包括地下鐵道或快捷運輸線路也給以青睞。

基于通信的列車控制利用先進的通信、計算機技術(shù)。突破了固定閉塞的局限，實現(xiàn)了移動閉塞，在技術(shù)和成本上較傳統(tǒng)的信號系統(tǒng)有明顯的優(yōu)勢。該技術(shù)無需在軌道上進行固定長度、固定位置的閉塞分區(qū)，而是把每一列車加上前后的一定安全距離作為一個移動的分區(qū)，列車制動的起點和終點都是動態(tài)的。列車的安全間距是按后續(xù)列車在當前速度下所需的制動距離加上安全余量計算得出。列車的最小運行間隔在90s以內(nèi)，個別條件下可實現(xiàn)小于60 s的間隔時間。與傳統(tǒng)的固定閉塞、準移動閉塞技術(shù)相比移動閉塞技術(shù)實現(xiàn)了車載設(shè)備與軌旁設(shè)備不間斷的信急雙向傳輸，使列車定位更精確、控制更靈活，可以安全有效地縮短列車間隔，提高列車運行的安全性與可靠性。降低列車的運營和維護成本。

CBTC技術(shù)發(fā)源于歐洲連續(xù)式列車控制系統(tǒng)，經(jīng)過多年的發(fā)展，取得了長足的進步。包括阿爾卡特、西門子、阿爾斯通等多家列車控制系統(tǒng)設(shè)備提供商均開發(fā)出了自己的CBTC系統(tǒng)，并在溫哥華、倫敦、巴黎、香港、武漢等多個城市的軌道交通線路上運行。我國于2004年投入運營的武漢輕軌是國內(nèi)第一條采用CBTC方案的城市軌道交通線路。然而對于仍在運營的軌道交通系統(tǒng)，如何在不影響服務(wù)的條件下應(yīng)用先進的信號系統(tǒng)，是運營商在考慮對信號系統(tǒng)進行升級時必須而對的問題。

迄今為止最大的，實現(xiàn)不同廠商CBTC系統(tǒng)設(shè)備互連互通的CBTC項目正在紐約地鐵進行，并準備將該技術(shù)用于改造紐約地鐵信號系統(tǒng)。1999年，電氣和電子工程師協(xié)會軌道交通運輸車輛接口委員會(IEEE Rail Transit Vehicle Interface Standards Committee，IEEE RTVISC)制定并頒布了CBTC技術(shù)標準《IEEE Std 1474.1一1999 KIEEE基于通信列車控制的性能和功能要求(第一版)》(“IEEE Standard for Communications-Based Train Control(CBTC)Performance and Functional and Functional Requirements”，以下簡稱標準)。準標準詳細定義了CBTC系統(tǒng)的功能，并規(guī)定了CBTC系統(tǒng)的列車運行間隔、安全性和可用性等技術(shù)指標。

第2節(jié) CBTC的特點

1.CBTC的特點 移動閉塞系統(tǒng)通過列車與地面間連續(xù)的雙向通信。實時提供列車的位置及速度等信息，動態(tài)地控制列車運行。移動閉塞制式下后續(xù)列車的最大制動目標點可比準移動閉塞和固定閉塞更靠近先行列車，因此可以縮小列車運行間隔，使運營公司有條件實現(xiàn)“小編組，高密度”，從而使系統(tǒng)可以在滿足同等客運需求條件下減少旅客候車時間，縮小站臺寬度和空間，降低基建投資。此外，由于系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，核心部分均通過軟件實現(xiàn)。因此使系統(tǒng)硬件數(shù)量大大減少，可節(jié)省維護費用。

移動閉塞系統(tǒng)的安全關(guān)聯(lián)計算機一般采取三取二或二取二的冗余配置。系統(tǒng)通過故障安全原則對軟、硬件及系統(tǒng)進行量化和認證，可保證系統(tǒng)的可靠性、安全性和可用度。

無線移動閉塞的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)對所有的子系統(tǒng)透明，對通信數(shù)據(jù)的安全加密和接入防護等措施可保證數(shù)據(jù)通信的安全。由于采取了開放的國際標準，可實現(xiàn)子系統(tǒng)間邏輯接口的標準化，從而有可能實現(xiàn)路網(wǎng)的互聯(lián)互通。采取開放式的國際標準也使國內(nèi)廠商可從部分部件的國產(chǎn)化著手，逐步實現(xiàn)整個系統(tǒng)的國產(chǎn)化。

在對既有點式ATP或數(shù)字軌道電路系統(tǒng)的改造中，移動閉塞系統(tǒng)能直接添加到既有系統(tǒng)之上。因此對于混合列車運行模式來說，移動閉塞技術(shù)是非常理想的選擇。

與傳統(tǒng)的基于軌道電路的列車控制系統(tǒng)比較，CBTC系統(tǒng)的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾點： 1.更簡潔

從硬件結(jié)構(gòu)看，系統(tǒng)以控制中心設(shè)備為核心，車載和車站設(shè)備為執(zhí)行機構(gòu)，車、地列車控制設(shè)備一體化。從功能上看，聯(lián)鎖、閉塞、超速防護等功能通過軟件統(tǒng)一設(shè)備實現(xiàn)，不再分隔。因此，整個系統(tǒng)擺脫了積木堆疊式結(jié)構(gòu)，而是一個統(tǒng)一的整體。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡潔。

2.更靈活

系統(tǒng)不需要新增任何設(shè)備，自然支持雙向運行，而且不因為列車的反方向運行，降低系統(tǒng)的性能和安全。所以，CBTC系統(tǒng)在運營時，可以根據(jù)需要，使用不同的調(diào)度策略。此外，還表現(xiàn)在CBTC系統(tǒng)可以處理多條線路交叉，咽喉區(qū)段列車運行極其復(fù)雜的情況。另外CBTC系統(tǒng)內(nèi)可以同時運行不同編組長度、不同性能的列車。

3.更高效

系統(tǒng)可以實現(xiàn)移動閉塞，控制列車按移動閉塞模式運行，進一步縮短列車運行間隔。另外，CBTC系統(tǒng)可以進一步優(yōu)化列車駕駛的節(jié)能算法，提高節(jié)能效果。

CBTC目前已成為鐵路運輸及信號的技術(shù)人員和管理人員極度關(guān)注的問題，CBTC能得到如此廣泛的推廣和應(yīng)用，主要和CBTC的使用特點有關(guān)系。

1.安全方面

目前TBTC系統(tǒng)中的控制停息流是開環(huán)的，即發(fā)送者只管發(fā)送，并不能確切知道接收者是否真正接收到所需信息，這并不能保證行車安全。

CBTC的特點(點擊開始播放)2.運輸效率方面

由于TBTC系統(tǒng)是固定自動閉塞系統(tǒng)，所有閉塞分區(qū)一經(jīng)設(shè)計計算好，信號機就有固定位置，而每個閉塞分區(qū)的長度要求完全滿足最壞列車的運行安全的需要。所謂最壞列車，指它的牽引噸位是設(shè)計書中規(guī)定最重的，制動率也最低，有規(guī)定的運行速度，并且這種情況下在該地區(qū)的坡道值和彎道值條件下能夠在該閉塞分區(qū)內(nèi)剎住車。這些條件顯然對于“好車”(主要是牽引噸位少、制動效率好等)有潛在的運輸效率。一旦規(guī)定了最高運行速度，在投產(chǎn)后，實際速度必須在規(guī)定范圍之下。因此，即使存在線路橋梁、車輛、機車有提速的可能，信號也限制了它們的發(fā)展，使得運輸效率受到限制，除非重新進行設(shè)計計算。

3.工程設(shè)計方面

在信號閉塞分區(qū)長度設(shè)計，即區(qū)間信號機的布置有嚴格的牽引計算來規(guī)定，工程設(shè)計人員必須一個閉塞區(qū)接著一個閉塞區(qū)進行設(shè)計。如果在投產(chǎn)后意欲提高運量，提高運行速度，加大運行密度，必須嚴格核實閉塞分區(qū)工程的可能性，這是比較費周折的。

4.信息方面

隨著信息社會的發(fā)展，對在線路上運行的列車，調(diào)度、旅客和貨主三者愈來愈希望能得到它們的實時信息，以便調(diào)度員決定要否修正運行圖，旅客能知道列車是否晚點，貨主能知道托運貨物何時能達目的地等等。

5.投資方面

在一次投資方面，希望減少因敷設(shè)電纜所需的40%的資金，并且希望新系統(tǒng)的性能/價格要比原有的更高；在日常維護投資開銷方面，希望提高勞動生產(chǎn)率來減少維護費用。

6.在天氣影響方面

希望避免晴天、雨天、下雪等影響，對原軌道電路必須經(jīng)常作適當調(diào)整，以避免道碴受這些條件影響而帶來不穩(wěn)定性，由此可能造成不安全性。

7.抗干擾方面

希望減少在TBTC系統(tǒng)中軌道電路受牽引回流帶來的干擾，以致使系統(tǒng)可能帶來不穩(wěn)定性和不安全性。

8.維護工作方面

希望減少信號工人原來對軌道電路要沿線步行目視維護的繁重體力勞動。9.信息共享方面

希望列車的各種信息、多媒體通道等能為鐵路信號之外其他工種能共享信息，特別是機務(wù)、車輛、公安、工務(wù)、運輸?shù)龋貏e希望能用多媒體信息，而且有車一地間的雙向通信。

CBTC的特點(點擊開始播放)10.改建方面

TBTC-FAS系統(tǒng)大部分是單向運行線路，要改為雙向運行，必須進行改建，而改建過程必定會嚴重影響運行，而且改造費用巨大。

11.與城市軌道交通共存問題

由于城市軌道交通系統(tǒng)一般都是客運、且運行密度大、速度中等、站間距離短和列車在站停留時間短等特點，所以它的列車運行系統(tǒng)在TBTC方面難以與地面大鐵路交通系統(tǒng)相兼容，但應(yīng)用CBTC系統(tǒng)后，這類系統(tǒng)就容易相互兼顧，大交通管理同樣可以容易實現(xiàn)城市交通管理。12.通信媒體方面

有各種形式移動無線通信、漏泄電纜或各種漏泄波導、衛(wèi)星通信、衛(wèi)星定位、感應(yīng)電纜等。

13.計算機方面

有各類小型、高可靠計算機，計算機控制用芯片、快速的數(shù)字信號處理芯片、各類接口芯片。

14.控制方面

有智能技術(shù)的高速發(fā)展、各類糾錯和檢錯技術(shù)來實現(xiàn)閉環(huán)控制、安全控制等。15.可靠性方面

有各類冗余技術(shù)、避錯技術(shù)、反饋糾錯技術(shù)、高可靠糾錯、檢錯編碼方案等。16.器材和工藝方面

小型、微型元器件的容易購買，生產(chǎn)工藝更趨于標準化。17.接口方面

各類接口標準及接口器材芯片的容易實現(xiàn)。18.認識方面

信息技術(shù)、高新技術(shù)的發(fā)展，促使鐵路信號技術(shù)提高技術(shù)水平和對這些技術(shù)的認識，感到這是發(fā)展方向，會給人們帶來進步，而且對CBTC的信賴性也在逐步增加。

基于需要與可能的結(jié)果，使CBTC在20世紀最后年份發(fā)展極為迅速，而在21下紀初期的發(fā)展勢頭將會更引人注目。

地鐵信號和列車自動保護系統(tǒng)(點擊開始播放)

在輪軌交通中，為保證列車運行安全，須保證列車間以一定的安全間隔運行。早期，人們通常將線路劃分為若干閉塞分區(qū)，以不同的信號表示該分區(qū)或前方分區(qū)是否被列車占用等狀態(tài)。列車則根據(jù)信號顯示運行，不論采取何種信號顯示制式，列車間都必須有一定數(shù)量的空閑分區(qū)作為列車安全間隔。

地鐵的信號原理也基于此，但由于地鐵的特殊條件對安全的要求更加嚴格。因此必須配備列車自動保護(ATP)系統(tǒng)。ATP通過列車間的安全間隔、超速防護及車門控制來保證列車運行的安全暢通。在固定劃分的閉塞分區(qū)中，每一個分區(qū)均有最大速度限制。若列車進入了某限速為零或被占用的分區(qū)，或者列車當前速度高于該分區(qū)限速，ATP系統(tǒng)便會實施緊急制動。ATP地面設(shè)備以一定間隔或連續(xù)地向列車傳遞速度控制信息。該信息至少包含兩部分：分區(qū)最高限速和目標速度(下一分區(qū)的限速)。列車根據(jù)接收到的信息和車載信息等進行計算并合理動作。速度控制代碼可通過軌道電路、軌間應(yīng)答器、感應(yīng)環(huán)線或無線通信等傳輸，不同的傳遞方式和介質(zhì)也決定了不同列車控制系統(tǒng)的特點。

為了保證安全，地鐵ATP在兩列車之間還增加了一個防護區(qū)段，即雙紅燈區(qū)段防護，如下圖所示。后續(xù)列車必須停在第一個紅燈的外方，保證兩列車之間至少間隔一個閉塞分區(qū)。

圖12-3-1-1 示意

移動閉塞-基于通信列控系統(tǒng)(點擊開始播放)

傳統(tǒng)的固定閉塞制式下，系統(tǒng)無法知道列車在分區(qū)內(nèi)的具體位置，因此列車制動的起點和終點總在某一分區(qū)的邊界。為充分保證安全.，必須在兩列車間增加一個防護區(qū)段，使得列車間的安全間隔較大，為此影響了線路的使用效率。

準移動閉塞在控制列車的安全間隔上比固定閉塞進了一步。它通過采用報文式軌道電路輔之環(huán)線或應(yīng)答器來判斷分區(qū)占用傳輸信息，信息量大；可以告知后續(xù)列車繼續(xù)前行的距離，后續(xù)列車可根據(jù)這一距離合理地采取減速或制動，列車制動的起點可延伸至保證其安全制動的地點。從而可改善列車速度控制，縮小列車安全間隔，提高線路利用效率。但準移動閉塞中后續(xù)列車的最大日標制動點仍必須在先行列車占用分區(qū)的外方。因此，它并沒有完全突破軌道電路的限制。

移動閉塞技術(shù)則在對列車的安全間隔控制上更進了一步。通過車載設(shè)備和軌旁設(shè)備不間斷的雙向通信，控制中心可以根據(jù)列車實時的速度和位置動態(tài)計算列車的最大制動距離。列車的長度加上這一最大制動距離并在列車后方加上一定的防護距離，這樣便組成了一個與列車同步移動的虛擬分區(qū)，見下圖。由于保證了列車前后的安全距離，兩個相鄰的移動閉塞分區(qū)就能以很小的間隔同時前進，這使列車能以較高的速度和較小的間隔運行，從而提高運營效率。

圖12-3-2-1 移動閉塞示意

移動閉塞的線路取消了物理層次上的分區(qū)劃分，而是將線路分成了若干個通過數(shù)據(jù)庫預(yù)先定義的線路單元。每個單元長度為幾米到十幾米之間，移動閉塞分區(qū)即由一定數(shù)量的單元組成，單元的數(shù)目可隨著列車的速度和位置而變化。分區(qū)的長度也是動態(tài)變化的，線路單元以數(shù)字地圖的矢量表示。

早期的移動閉塞系統(tǒng)是通過在軌間布置感應(yīng)環(huán)線來定位列車和實現(xiàn)車載計算機(VOBC)與車輛控制中心(VCC)之間的連續(xù)通信。現(xiàn)今，大多數(shù)先進的移動閉塞系統(tǒng)己采用無線通信系統(tǒng)實現(xiàn)各子系統(tǒng)間的通信。在采用軌旁基站的無線通信系統(tǒng)中，系統(tǒng)一般考慮100%的無線信號冗余率進行基站布置，以消除在某個基站故障時可能出現(xiàn)的信號盲區(qū)。

CBTC系統(tǒng)引人了通信子系統(tǒng)，建立車地之間連續(xù)、雙向、高速的通信，列車的命令和狀態(tài)可以在車輛和地面設(shè)備之間可靠交換，使系統(tǒng)的主體CBTC地面設(shè)備和受控對象列車緊密的連接在一起。所以，“車地通信”是CBTC系統(tǒng)的基礎(chǔ)，CBTC系統(tǒng)的另外一個基礎(chǔ)則是“列車定位”。只有確定了列車的準確位置，才能計算出列車間的相對距離，保證列車的安全間隔。也只有確定了列車的準確位置，才能保證根據(jù)線路條件，對列車進行限速或者與地面設(shè)備發(fā)生聯(lián)鎖。所以說車地通信是CBTC系統(tǒng)中的一條“明線”，列車定位則是CBTC系統(tǒng)的“暗線”，車地通信和列車定位共同構(gòu)成CBTC系統(tǒng)的兩大支柱。

第4節(jié) CBTC系統(tǒng)的原理

1.車地通信原理

2.列車定位原理

3.列車完整性檢測的原理 車地通信原理(點擊開始播放)

列車一地面間雙向通信技術(shù)，它是標志CBTC不同于TBTC的根本點。這類雙向通信方式與一般語音和數(shù)據(jù)的雙向通信在要求上又有不同，主要反映在要求高可靠性、實時性和安全可用性等多個方面，它類似于航空指揮通信。但是在實際環(huán)境方面不同，因為列車與地面之間有隧道、山區(qū)、高層建筑；它們在指揮范圍方面也有不同，因為列車經(jīng)歷幾公里到幾百公里范圍內(nèi)必有車站，而且區(qū)間又有多個列車在運行，車站又有不少列車停留；此外，列車又有電氣化干擾等。所以車一地之間雙向通信是比較復(fù)雜的問題。從目前已經(jīng)開發(fā)應(yīng)用而言，車一地之間雙向通信方式有下列幾種：

(1)查詢應(yīng)答器——即如前所述，分為有源和無源兩種類型。這種方法的主要問題是只能實現(xiàn)點式通信，而不能實現(xiàn)連續(xù)式通信。

(2)軌道交叉電纜方法——它可以實現(xiàn)連續(xù)雙向信息。(3)漏泄波導方法——它可以實現(xiàn)連續(xù)雙向通信。

(4)GSM-R法——它是GSM連續(xù)無線通信系統(tǒng)的鐵路專用系統(tǒng)。

(5)擴展頻譜法(Spread Spectrum Radio)——是無線通信方式之一，早期它由軍方開發(fā)應(yīng)用中具有良好抗干擾性能。擴展頻譜中“擴展”的含義是它使用比傳輸該信號所應(yīng)有的頻譜更寬，一般它使用兩種方法：一種稱為跳頻(Frequency Hopping)法，另一種是直接序列法(Direct Sequence)。

在跳頻法中，傳輸端按某種事先已經(jīng)的人為隨機序列型式的有規(guī)則的時隙來傳送信號，而最終結(jié)者則譯出相應(yīng)信息。直接序列法是在系統(tǒng)傳送端發(fā)送一種清楚的隨機型數(shù)據(jù)位，而接收者懂得此類形式，然后將它譯成原有信息形式。在上述兩種方法中，直接序列法應(yīng)用更為廣泛。

(6)TETRA無線通信法。(7)衛(wèi)星通信法。(8)其他無線電通信方法。

CBTC系統(tǒng)的通信子系統(tǒng)主要有兩種形式：一種是系統(tǒng)初期基于感應(yīng)環(huán)線電纜的感應(yīng)環(huán)線通信系統(tǒng)；另一種是新近發(fā)展比較快的無線通信系統(tǒng)。

SelTrac.S40系統(tǒng)采用感應(yīng)環(huán)線通信系統(tǒng)，沿線路鋪設(shè)銅質(zhì)芯線、外皮絕緣的無屏蔽電纜，即感應(yīng)環(huán)線電纜。環(huán)線電纜發(fā)送端連接通信發(fā)送設(shè)備，使環(huán)線電纜中保持一定強度的恒定電流。在列車上，安裝有接收天線和發(fā)送天線，接收天線通過電磁感應(yīng)，接收地面感應(yīng)環(huán)線發(fā)送的信息。反過來，當車載發(fā)送天線發(fā)送信息時，地面感應(yīng)環(huán)線又變成為接收天線，接收車載設(shè)備發(fā)送的信息，從而實現(xiàn)車地雙向通信。感應(yīng)環(huán)線通信系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)如下表所列。

車地通信采用主從應(yīng)答方式，地面車輛控制中心VCC為通信主站，各個車載控制器VOBC為從站。VCC按順序輪流向VOBC發(fā)送命令，并要求相應(yīng)的VOBC應(yīng)答。VCC和VOBC通常的輪循周期為0.5秒，并保證最長3秒鐘內(nèi)，列車和地面能夠交換信息一次。一個VCC通常連接多根感應(yīng)環(huán)線，列車可以運行在不同感應(yīng)環(huán)線上.所以，VCC還要負責確定列車在哪根環(huán)線上，然后將對應(yīng)的命令發(fā)送到相應(yīng)的感應(yīng)環(huán)線上。無線通信技術(shù)正在帶領(lǐng)CBTC系統(tǒng)進入新的發(fā)展階段。特別是基于IEEE 902.11標準的無線局域網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展成熟，CBTC系統(tǒng)可以直接采用由第三方廠商提供的基于開放標準的無線通信平臺，提高了系統(tǒng)集成度，并且減少了軌旁設(shè)備，系統(tǒng)的可維護性進一步增強。無線局域網(wǎng)不僅提供物理層和數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)，還提供網(wǎng)絡(luò)層和運輸層服務(wù)(即TCP/IP協(xié)議)。這使得車地通信更加透明，只要知道車載CBTC設(shè)備的IP地址，地面CBTC設(shè)備就可以直接向通信子系統(tǒng)發(fā)送信息，由通信子系統(tǒng)負責將該信息路由傳遞至車輛。而不再像感應(yīng)環(huán)線通信系統(tǒng)那樣，需要由VCC確定將信息發(fā)送到哪一根環(huán)線。從而進一步簡化了地面CBTC設(shè)備的軟、硬件結(jié)構(gòu)。

列車定位原理(點擊開始播放)

在TBTC系統(tǒng)中列車的位置只是靠閉塞分區(qū)占用來粗略定位。一旦列車進人某一個閉塞分區(qū)，不論該閉塞分區(qū)的長度，甚至列車在運行中跨占有兩個閉塞分區(qū)，對TBTC系統(tǒng)而言，它只知道列車占用閉塞分區(qū)，而不追問列車是在閉塞分區(qū)的頭部還是尾部，所以它只是粗略地提供定位信息，因此會影響運輸效率。但在CBTC則不然，它必須提供精確的定位，即列車的頭部是在什么坐標，在已知列車長度情況后，也必然知道列車的尾部在何位置。CBTC系統(tǒng)中對列車提供精確定位的作用有以下兩點：

1.從保證安全出發(fā)，一旦知道列車頭部位置，CBTC系統(tǒng)就能計算出它現(xiàn)在距前方列車尾部還剩余多少距離，或在距進站信號/標志還有多少距離，從此可以計算出本列車現(xiàn)在應(yīng)是加速前進還是減速前進，或保持恒速，是繼續(xù)前進還是制動，假如是制動，則應(yīng)采用何種級別制動，是常用制動還是緊急制動等等。總之，從行車安全出發(fā)，要絕對保證不發(fā)生追尾前車或闖紅燈。

2.從提高運輸效率出發(fā)，在允許條件下計算出本列車是否還可以提速或其他操作，保證與前行列車之間的間距(Headway)達到最小。

目前已經(jīng)投人實際應(yīng)用的列車定位技術(shù)有：(1)用車軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)測距定位法(2)查詢一應(yīng)答器法(3)軌道感應(yīng)電纜法(4)GPS法

(5)無線電信號距離測量法(6)光纖陀螺法(7)多譜勒雷達法(8)漏泄波導法(9)漏泄電纜法

列車完整性檢測原理(點擊開始播放)

在原有TBTC系統(tǒng)中通過應(yīng)用軌道電路自然而然地能完成列車完整性檢測。因為只要一旦列車在中間環(huán)節(jié)發(fā)生斷勾等而殘留一節(jié)或幾節(jié)車輛在區(qū)間，軌道電路的分路狀態(tài)立即可以檢測，但現(xiàn)在CBTC系統(tǒng)不采用軌道電路，因此必須通過其他方法來檢測列車完整性。

一種解決檢測列車完整性的最好方法是在列車尾部安裝無線發(fā)信裝置，它能發(fā)出無線電信號給本列車的機車上車載裝置。一旦該信號中斷，就可以認為列車完整性出現(xiàn)問題。對于客運列車，在列車尾部安裝尾部發(fā)信裝置理論上是比較容易解決，當然它也有一系列實際問題，如哪個部門來負責管理，如何確定發(fā)送的信號內(nèi)容，如何不受干擾，同時它也不干擾其他裝置等等。對于貨物列車應(yīng)用此法則比較困難。理論上，在我國，按鐵道部頒發(fā)的《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》第190條規(guī)定，在貨物列車尾部須掛列尾裝置，它的目的是為安全、效率、減少調(diào)車作業(yè)量等等，在此列尾裝置中自然也可以安裝“列車完整性信息發(fā)送裝置”，但它也同樣面臨著管理、調(diào)度、維護、責任者等多方面問題。另一種解決檢測列車完整性問題方法是司機通過檢查列車制動氣管壓力是否有突變來判斷，或者通過某種電子裝置檢測其壓力變化來確定。因為在正常狀態(tài)，列車管壓力是平穩(wěn)的，若發(fā)生列車車輛車鉤斷裂而分成兩部分時，壓力會立即發(fā)生異常。對這種方法，已經(jīng)有人試驗過，理論上是無問題，但實際上也有一定工程技術(shù)問題需要解決，諸如：車輛制動管的漏氣，“關(guān)門車”的存在等等。

總之，在實現(xiàn)CBTC時，列車完整性的檢測必須得到很好的解決。

第5節(jié) 典型移動閉塞系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.典型移動閉塞系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.CBTC系統(tǒng)的功能及結(jié)構(gòu)

3.CBTC系統(tǒng)定義與分類

4.典型CBTC系統(tǒng)

5.CBTC系統(tǒng)的可靠性

典型移動閉塞系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(點擊開始播放)

目前，世界上諸多信號供應(yīng)商如阿爾卡特、阿爾斯通、西門子、龐巴迪和西屋等，均開發(fā)出了各自的移動閉塞技術(shù)并已經(jīng)在全球廣泛應(yīng)用。

典型的移動閉塞線路中，線路被劃分為若干個區(qū)域，每一個區(qū)域由一定數(shù)量的線路單元組成。區(qū)域的組成和劃分預(yù)先定義，每一個區(qū)域均由本地控制器和通信系統(tǒng)控制。本地控制器和區(qū)域內(nèi)的列車及聯(lián)鎖等子系統(tǒng)保持連續(xù)的雙向通信，以控制本區(qū)域內(nèi)的列車運行。列車從一個控制區(qū)域進入下一個區(qū)域的移交是通過相鄰區(qū)域控制器之間的無線通信實現(xiàn)。當列車到達區(qū)域邊界，后方控制器將列車到達的信息傳遞給前方控制器，同時命令列車調(diào)整其通話頻率；前方控制器在接收并確認列車身份后發(fā)出公告，移交便告完成。兩個相鄰的控制區(qū)域有一定的重疊，保證了列車移交時無線通信不中斷，見下圖。

（圖中虛線表示了無線蜂窩信號的重疊，車載無線電根據(jù)信號強度決定與哪一個軌旁基站進行通信。）

圖12-5-1-1 分布式移動閉塞技術(shù)的無線傳輸示意

某一典型無線移動閉塞系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如右圖所示。該系統(tǒng)以列車為中心，其主要子系統(tǒng)包括：區(qū)域控制器，車載控制器，列車自動監(jiān)控(中央控制)，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和司機顯示等。

圖12-5-1-2 典型無線閉塞系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

區(qū)域控制器(ZC)也就是區(qū)域的本地計算機，與聯(lián)鎖區(qū)一一對應(yīng)。通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)保持與控制區(qū)域內(nèi)所有列車的安全信急通信。ZC根據(jù)來自列車的位置報告跟蹤列車并對區(qū)域內(nèi)列車發(fā)布移動授權(quán)，實施聯(lián)鎖。區(qū)域控制器采取三取二的檢驗冗余配置。

冗余結(jié)構(gòu)的ATS可實現(xiàn)與所有列車運行控制子系統(tǒng)的通信，用于傳輸命令及監(jiān)督子系統(tǒng)狀況。車載控制器(VOBC)與列車一一對應(yīng)，實現(xiàn)列車自動保護(ATP)和列車自動運行(ATO)的功能。車載控制器也采取三取二的冗余配置。車載應(yīng)答器查詢器和天線與地面的應(yīng)答器(信標)進行列車定位，測速發(fā)電機用于測速和對列車定位進行校正。

司機顯示提供司機與車載控制器及ATS的接口，顯示的信息包括最大允許速度、當前測速度、到站距離、列車運行模式及系統(tǒng)出錯信息等。

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)實現(xiàn)所有列車運行控制子系統(tǒng)間的通信。該系統(tǒng)采用開放的國際標準:以902.3(以太網(wǎng))作為列車控制子系統(tǒng)間的接口標準.，以902.11作為無線通信接口標準。這兩個標準均支持互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(TP：Internet Protocol)。

CBTC系統(tǒng)的功能及結(jié)構(gòu)(點擊開始播放)

一、CBTC系統(tǒng)的基本功能

CBTC系統(tǒng)的基本功能與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，而該結(jié)構(gòu)又決定于它的應(yīng)用類別，或稱它的應(yīng)用水平。例如，CBTC-半自動閉塞、CHTC-FAS、CBT-MAS等。另一方面它又與在系統(tǒng)中僅是應(yīng)用機車信號，還是有ATP、有ATC及ATO等。以下將給出不同應(yīng)用水平級的基本功能。

1．構(gòu)成閉塞功能

在TBTC系統(tǒng)中各種水平的應(yīng)用均依靠軌道電路來構(gòu)成閉塞，因為閉塞是保證行車的基本方法。現(xiàn)在CBTC系統(tǒng)中，則必須同樣具有構(gòu)成閉塞區(qū)段的功能。在CBTC半自動閉塞系統(tǒng)中，采用進/出站口的標志器、查詢/應(yīng)答器或其他類似設(shè)置來表明站間閉塞的分界口，并且要達到在出站標志之后一定使用某個專用頻率來區(qū)分，用這個頻率來構(gòu)成機車信號以供給司機(指最低應(yīng)用水平)，或用此信號顯示供給車載設(shè)備上ATP系統(tǒng)(指較高一級應(yīng)用水平)。CBTC中的閉塞功能可以是固定的，也可以是移動的。目前在CBTC-半自動閉塞系統(tǒng)中的閉塞區(qū)段長度相當于站間長度，而在CBTC-MAS系統(tǒng)中則為最短，其長度為本列車常用制動所需的距離附加安全距離。所以閉塞功能也是保證安全功能。

2．系統(tǒng)具有定位功能

在CBTC系統(tǒng)中定位精度愈高，則系統(tǒng)可使行車效率愈高。3．系統(tǒng)具有計算功能

CBTC系統(tǒng)要有能力計算出在給定最大允許列車車速條件下本列車目前最大可能達到的車速。因為在任意一個移動閉塞區(qū)間，列車只能依據(jù)各種動態(tài)和靜態(tài)參數(shù)，以及其定位值和實際速度來計算出應(yīng)有速度，才能保證安全。

4．CBTC系統(tǒng)必須向系統(tǒng)的地面設(shè)施和車載設(shè)施及時地、動態(tài)地給出相應(yīng)的參數(shù)和運行狀態(tài)，以備司機人為或車載設(shè)備自動地作出應(yīng)有的操作。

5．CHTC系統(tǒng)為管轄范圍內(nèi)列車及地面設(shè)施提供良好的雙向通信功能，它不僅提供運行列車的參數(shù)，而且也應(yīng)提供非信號范圍內(nèi)的各種有關(guān)參數(shù)，滿足信息社會所需的數(shù)據(jù)要求。

6．CBTC系統(tǒng)應(yīng)具有良好的記錄功能，即不僅在車載設(shè)施上，而且還應(yīng)在地面設(shè)施有記錄。這種記錄應(yīng)起到雙重作用：(1)為改善列車運行性能，為提高運行質(zhì)量分析用的記錄；

(2)發(fā)生任何車禍后，有可能從記錄設(shè)施中尋找出發(fā)生事故的原因，進行有效的分析，它類似于航空系統(tǒng)的“黑盒子”功能。

以上提到的大部分是基本功能，在應(yīng)用技術(shù)較高等級CBTC系統(tǒng)，則其功能還應(yīng)具有：(1)ATP系統(tǒng)的全功能；(2)ATC系統(tǒng)的全功能；(3)ATO系統(tǒng)的全功能。

7．遠程診斷和監(jiān)測功能，用于改善CBTC系統(tǒng)的可靠性、可用性及安全性。因此，CBTC的車載設(shè)施、地面設(shè)施均應(yīng)設(shè)計有遠程診斷的接口，允許系統(tǒng)在運行過程中發(fā)生故障立即發(fā)出相應(yīng)信號給地面綜合診斷臺，以便及時地采取相當措施。這個功能當然是比較復(fù)雜，CBTC系統(tǒng)至少從一開始設(shè)計時留有余地。

CBTC的定義可以通過它的總特點來描述，即利用無線通信媒體來代替軌道電路達到車一地之間的信息傳輸，而在此基礎(chǔ)構(gòu)成的列車運行控制系統(tǒng)，都可稱為CBTC系統(tǒng)。它涵蓋了大量不同名稱的系統(tǒng)，從此也可見CBTC系統(tǒng)并不是只有一種體系結(jié)構(gòu)，或者說，CBTC的系統(tǒng)中所應(yīng)用的技術(shù)并不是完全相同，因而它們所完成的功能也可能不是同一水平和同一內(nèi)容，因此對CBTC系統(tǒng)就有分類的必要。但是由于通信技術(shù)的飛速發(fā)展，所以要對CBTC進行詳盡的分類實際上非常困難，以下將是根據(jù)目前技術(shù)水平進行的參考性分類。

一、從閉塞分區(qū)實現(xiàn)來分類

從閉塞分區(qū)進行分類可以有下列幾種：(1)基于通信的固定自動閉塞運行控制系統(tǒng)；

(2)移動自動閉塞運行控制系統(tǒng)。基于通信的固定自動閉塞運行控制系統(tǒng)(CBTC——Fixed Autoblock System—CBTC-FAS)表示閉塞分區(qū)是固定不變的，它像TBTC-FAS一樣，閉塞分區(qū)是通過區(qū)間牽引計算來求得其長度，而CBTC-FAS與TBTC-FAS的根本區(qū)別是前者采用雙向通信技術(shù)來達到車一地之間信息交換。

在每個閉塞分區(qū)的始端可以沒有固定信號機作為防護，它的信號顯示是依據(jù)控制中心在計算基礎(chǔ)上給定。下圖是全部用移動無線通信的CBCT-FAS系統(tǒng)，它經(jīng)過調(diào)制的無線頻率RF使移動列車與控制中心相聯(lián)系，車站控制中心則依據(jù)區(qū)間各列車的實際分布，計算出保護信號機可以給出的信號，通過無線中繼設(shè)備與保護信號機線路設(shè)備LI/O相連，后者經(jīng)譯碼后給出信號顯示。它同時也返回收到的信息及狀態(tài)顯示送給無線中繼設(shè)備轉(zhuǎn)控制中心，由此構(gòu)成信息流的閉環(huán)。與此同時，運行中的列車也隨時與線路設(shè)備LI/O相聯(lián)絡(luò)，報告它的定位與其狀態(tài)信息等，以構(gòu)成車一地之間的雙向通信。

圖12-5-3-1 CBTC-FAS示意1 應(yīng)該指出，在上圖所示的CBTC-FAS中，可以仍然保留軌道電路。但是它的作用不是為了構(gòu)成閉塞系統(tǒng)的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，而僅是為了檢測列車的存在及其完整性。正因如此，軌道電路長度要短一些，并不希望增長，它的長度可縮短到系統(tǒng)造價不要由于電纜的存在而占有重要成分。因為軌道電路縮短后，在運輸效率方面可以獲得提高。

上圖無線方法在FAS中應(yīng)用也可以保留，它是CBTC-FAS的標志。在CBTC-FAS系統(tǒng)中還有用軌道間交叉感應(yīng)電纜。下圖是示意圖：

圖12-5-3-2 CBTC-FAS示意2 移動自動閉塞運行控制系統(tǒng)(CBTC——Moving Autoblock System，CBTC-MAS)表示這類系統(tǒng)也有閉塞分區(qū)，但此時閉塞分區(qū)有下列特點：

(1)閉塞分區(qū)長度是可變的，它是依據(jù)列車本身參數(shù)及其所在地段參數(shù)實時計算出米的。

(2)閉塞分區(qū)隨列車運行而移動。(3)在CBTC-MAS中閉塞分區(qū)已經(jīng)不再應(yīng)用地面信號，而且也不需要地面信號，它在車載設(shè)備系統(tǒng)顯示屏上，指示出本車距前行列車尚有多少距離，或距離進站的距離等等。

CBTC系統(tǒng)定義及分類1(點擊開始播放)

二、根據(jù)CBTC中車一地之間通信方式不同來分類 CBTC的種類又可以分為：

(1)采用全程移動無線通信方式，例如目前在歐洲廣泛應(yīng)用的GSM-R方式。(2)采用軌道交叉電纜方式，見下圖(3)采用漏泄電纜或漏泄波導方式。

(4)采用查詢一應(yīng)答器方式，即在每個信號機處在相應(yīng)一側(cè)或軌道間設(shè)有雙方向作用的應(yīng)答器，而所有地面應(yīng)答器之間均有電纜相聯(lián)。應(yīng)答器取得通過列車的車速等信息，它向下一個應(yīng)答器給出前來列車信息，下一個應(yīng)答器由此給出相應(yīng)信號顯示。當然在這種系統(tǒng)中，一方面列車設(shè)有超速防護系統(tǒng)(ATP)，另一方面還應(yīng)設(shè)有連續(xù)式無線移動通信系統(tǒng)，同時應(yīng)與車站聯(lián)鎖相聯(lián)以及與調(diào)度集中系統(tǒng)相聯(lián)。這種系統(tǒng)僅在列車密度較小、車速較低范圍內(nèi)應(yīng)用。

采用衛(wèi)星通信系統(tǒng)，用它構(gòu)成列車運行間隔控制系統(tǒng)。下圖是其示意圖。這種系統(tǒng)在1990年日本鐵路試用過，衛(wèi)星在東經(jīng)150'的靜止軌道上運行，它距地面約37000 km，它是一個通用型通信衛(wèi)星。在地面的先行列車將自己列車編號、列車速度、列車位置等信息通過衛(wèi)星給后續(xù)列車，后者經(jīng)運算后決定自己可以走行的最高速度。出于安全，這類系統(tǒng)只在低速、低密度、小運量地區(qū)才能應(yīng)用，因為它缺少安全保障。除非另外增加其他設(shè)備。

圖12-5-3-3 CBTC-FAS示意3 CBTC系統(tǒng)定義及分類2(點擊開始播放)

三、根據(jù)CBTC應(yīng)用控制技術(shù)水平的高低可以進行分類(1)無線半自動閉塞的一種方式如下圖所示。這類應(yīng)用技術(shù)水平較低級別的CBTC系統(tǒng)一般適應(yīng)在新線、運量較少或速度較低，或該地區(qū)人煙稀少，生活困難地區(qū)，因為所有小車站的設(shè)備均可以采用遙測和遙控來指揮，所以可減少鐵路信號技術(shù)人員或工作人員。

(2)采用CBTC應(yīng)用技術(shù)水平較高的系統(tǒng)，例如，用CBTC-MAS系統(tǒng)等。

圖12-5-3-4 無線半自動閉塞示意

CBTC系統(tǒng)定義及分類3(點擊開始播放)

四、根據(jù)應(yīng)用CBTC后區(qū)間閉塞方式來分類 根據(jù)應(yīng)用CBTC后區(qū)間閉塞方式來分類，可以有： 1.CBTC半自動閉塞方式 這種閉塞的特征是：

① 兩站之間區(qū)間只允許有一列車在運行；

② 任意車站要向區(qū)間發(fā)車，發(fā)車站必須同時與接車站協(xié)同操作辦理閉塞手續(xù)，即接車站同意接車條件下才能辦理發(fā)車；

③ 發(fā)車站要發(fā)車，其先決條件是必須檢查到區(qū)間確實是空閑無車，否則是不安全的，不得發(fā)車；

④ 發(fā)車站在辦理好協(xié)同發(fā)車手續(xù)后才能人工開放出站信號機。當列車出發(fā)后，出站信號機立即自動關(guān)閉，在未再次辦理發(fā)車手續(xù)前，該出站信號機不得再次開放；

⑤ 區(qū)間運行的列車到達前方接車站后，并由車站管理人員確認列車是完整后，該接車站立即關(guān)閉進站信號機，并辦理解除兩站間閉塞手續(xù)，使兩站間的區(qū)間恢復(fù)空閑等待狀態(tài)。

在該CBTC-半自動閉塞系統(tǒng)中，無線通信的作用使出發(fā)站給機車司機發(fā)出無線機車信號，而發(fā)出該信號的顯示是與發(fā)出出站信號機顯示相互關(guān)聯(lián)的。即前者只是在出站信號機允許發(fā)車的顯示下才能獲得機車信號，此時無線機車信號可以有記錄為憑。此外，區(qū)間列車到達接車站前同樣可以獲得進站信號一樣顯示的無線機車信號顯示，以避免司機在目視路旁信號機時遇到困難，這些顯示也都記錄在案。所以，CBTC-半自動閉塞要比TBTC-半自動閉塞更為方便、清楚、有責任感和安全感。

2.CBTC-自動站間閉塞方式

這種方法與CBTC-半自動閉塞相類似，只是其辦理手續(xù)是自動的。具體而言是：發(fā)車站與接車站均有區(qū)間是否占用的檢查設(shè)備，因此發(fā)車站要發(fā)車，區(qū)間占用檢查設(shè)備自動檢查它實屬空閑，兩站自動辦理閉塞手續(xù)，并自動開放出站信號機。在列車到達接車站并自動檢查列車完整性后立即自動關(guān)閉進站信號機。CBTC自動站間閉塞也同樣有無線機車信號，它與CBTC-半自動閉塞方式相似。CBTC自動站間閉塞的最大優(yōu)點是：

① 它可以集中遙控閉塞手續(xù)，不一定在每個站都要有車站值班人員來檢查區(qū)間是否空閑、列車是否已完整地到達等人工檢測作用，提高勞動生產(chǎn)率。

② 由于一切手續(xù)和檢測是自動的，它可節(jié)省辦理閉塞手續(xù)的時間，從而可以提高整個區(qū)段的通過能力。當然，在CBTC-自動站間閉塞方式情況下必須投人相應(yīng)設(shè)備，特別需要有冗余設(shè)備，用以提高系統(tǒng)的可用性、可靠性與安全性。

3.CBTC-電子路簽閉塞方式

區(qū)間閉塞方式的路簽閉塞是100年前就開始應(yīng)用，中國鐵路在建國初期也有大量應(yīng)用。從20世紀90年代中開始，在計算機技術(shù)、電子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及通信技術(shù)的推動下，鐵路的路簽閉塞方式發(fā)展為電子路簽閉塞方式，即不存在路簽實物，而是存在電子路簽(軟件)，它在有關(guān)計算機及網(wǎng)絡(luò)中按一定的軟件協(xié)議運行。

采用無線數(shù)據(jù)電臺進行列車與車站之間雙向通信來構(gòu)成CBTC的低級系統(tǒng)——CBTC-半自動閉塞系統(tǒng)。例如圖9-13所示。其中列車與車站控制均有無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備，但它們作用的距離有限，例如列車接近車站的4~5km范圍內(nèi)才能構(gòu)成雙向無線數(shù)據(jù)通信。在這類CBTC-半自動閉塞系統(tǒng)中，為了構(gòu)成半自動閉塞系統(tǒng)，并保證區(qū)間只允許存在一個列車運行，所以必需設(shè)置類似計軸器之類設(shè)備，如圖9-13中用符號T/T所示，它是用來檢查兩站之間運行列車完整性，以確保運行安全。因為發(fā)車站的計軸器計數(shù)到列車軸數(shù)后，可用有線通知前方站。當計軸器T接收到同樣軸數(shù)的列車后表示列車已完整地撤離兩站之間區(qū)間，始發(fā)站才可能再發(fā)出下一列車。為了保證CBTC系統(tǒng)中數(shù)據(jù)電臺的正常工作，所以在線路上還輔助設(shè)置應(yīng)答器A、B、C，其中應(yīng)答器A提供列車信息：列車已進入到區(qū)間，它的工作頻率將變更到新頻率，例如原來為頻率F，則現(xiàn)在將是頻率F，這是為了防止無線干擾。應(yīng)答器B提供信息，通知經(jīng)過的列車已進入雙向數(shù)據(jù)傳輸信息范圍，列車應(yīng)收到接受車站發(fā)來的機車信號信息，這是為了保證行車安全用。各應(yīng)答器也同時提供列車接近車站的精確里程標。應(yīng)答器C告訴通過列車本車站準備了哪個股道接車，運行速度上限值為多少等有關(guān)信息。在該系統(tǒng)中，列車經(jīng)過應(yīng)答器B之后，車站與列車上的無線數(shù)據(jù)通信電臺就反復(fù)雙向通信，其中包括列車告知車站來者列車編號、時速、去向等等信息，而車站告知列車應(yīng)以何種速度進站或站前停車，進站內(nèi)何股道，是停車還是通過等等有關(guān)信息。

典型的CBTC系統(tǒng)IEEE CBTC標準列舉了典型的CBTC系統(tǒng)的功能框圖，如右圖所示。

圖12-5-4-1 典型的CBTC系統(tǒng)的功能框圖示意

整個系統(tǒng)包括“CBTC地面設(shè)備”和“CBTC車載設(shè)備”，地面和車載設(shè)備通過“數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)”連接起來，構(gòu)成系統(tǒng)的核心。功能框圖中還單獨列出了“聯(lián)鎖”功能模塊，該功能模塊與CBTC地面設(shè)備連接。考慮到不同的線路長度可能需要多套的CBTC地面設(shè)備，所以在典型框圖中還列出了“相鄰的CBTC地面設(shè)備”模塊。最后，在CBTC設(shè)備的基礎(chǔ)上，增加ATS模塊，用于實現(xiàn)系統(tǒng)的ATS功能。以上列舉的是CBTC系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)，實際的系統(tǒng)可能由于不同的設(shè)備提供商、不同的工程需要而有所差異。但是，所有CBTC系統(tǒng)均采用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，連接CBTC地面和車載設(shè)備，實現(xiàn)ATP功能，控制列車安全運行。

阿爾卡特SelTrac.S40系統(tǒng)

武漢軌道交通一號線一期工程采用了阿爾卡特公司提供的SelTrac.S40列車控制系統(tǒng)，這是國內(nèi)第一套投人運行的基于通信的列車控制系統(tǒng)。

SelTrac.S40系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。

圖12-5-4-2 SelTrac 系統(tǒng)示意

系統(tǒng)分為管理層、運算層和執(zhí)行層三個層次。車輛控制中心VCC(Vehicle Control Center)是整個列車控制系統(tǒng)的核心。VCC運行系統(tǒng)控制軟件，負責列車安全間隔、列車允許速度和進路聯(lián)鎖等邏輯運算。VCC的運算結(jié)果以通信報文的形式通過通信子系統(tǒng)發(fā)送給執(zhí)行單元。

執(zhí)行單元包括車載控制器VOBC(Vehicle On-Board Controller)和車站控制器STC(Station Controller)。VOBC安裝在列車上，它通過感應(yīng)環(huán)線通信子系統(tǒng)，接收VCC發(fā)送來的目標距離和允許速度等命令，然后根據(jù)這些命令安全地控制列車運行。同時，VOBC還根據(jù)VCC的要求，按時向VCC發(fā)送列車實際運行速度、位置等信息。執(zhí)行單元的另一部分是車站控制器STC，它負責按照VCC的命令，扳動道岔并鎖閉在要求位置。STC也須要根據(jù)VCC的要求，向VCC報告道岔狀態(tài)。STC和VCC之間通過單獨的冗余通信通道連接。

從上面的介紹可以看出，SelTrac.S40系統(tǒng)以VCC為“大腦”，STC和VOBC為“智能”的“手和“腳”，通過感應(yīng)環(huán)線通信子系統(tǒng)這根“神經(jīng)”連接起來，構(gòu)成一個有機的整體，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單。

另外，為了實現(xiàn)列車運行圖自動調(diào)整、人機界面等 ATS功能，系統(tǒng)設(shè)有管理層一系統(tǒng)管理中心SMC(System Management Center)。SMC與VCC連接，將人機命令、調(diào)度請求等發(fā)送給VCC，由VCC驗證、執(zhí)行這些命令，控制列車運行。

一、利用馬爾可夫模型分析CBTC安全可靠性

CBTC具有可維修性，并且對系統(tǒng)的安全性會產(chǎn)生重要影響。在建立模型分析系統(tǒng)安全性時應(yīng)考慮系統(tǒng)的這一特點。馬爾可夫過程是分析可維修系統(tǒng)的常用工具。為此，需假定組成系統(tǒng)的各單個壽命分布及維修分布均服從指數(shù)分布。馬爾可夫模型的缺點是狀態(tài)個數(shù)隨器件個數(shù)呈指數(shù)增長。例如，描述一個由20個器件組成的系統(tǒng)需要10個狀態(tài)，而40個器件組成的系統(tǒng)需要10個狀態(tài)描述。CBTC是一個由大量器件、子系統(tǒng)組成的大系統(tǒng)，系統(tǒng)的組件可能上千個，必須很好地解決狀態(tài)空間激增問題，才能利用馬爾可夫過程分析系統(tǒng)的安全性。

根據(jù)CBTC特點，采用系統(tǒng)分解及模型壓縮的方法解決狀態(tài)空間的激增問題。由于在CBTC中不同類型設(shè)備的故障在導致行車事故方面相互并不影響，例如：道岔的故障對任何機車設(shè)備的故障是沒有影響的。所以，可以為彼此獨立的一類設(shè)備分別建立子模型，單獨分析各類設(shè)備故障對系統(tǒng)安全性的影響，再組合各子模型的結(jié)果獲得系統(tǒng)的故障率。此外，CBTC的一些子系統(tǒng)具有對稱特性，例如，CBTC中一個道岔的子模型中含有100個道岔，假定每一個道岔的故障對系統(tǒng)安全產(chǎn)生的影響相同，在對該子模型進行分析時就沒有必要區(qū)分具體是哪一個道岔發(fā)生故障，而只需要區(qū)分有幾個道岔發(fā)生故障。因此，該子模型有101個狀態(tài)，即0個道岔發(fā)生故障，1個道岔發(fā)生故障、??，100個道岔發(fā)生故障，根據(jù)子模型的這一特點，可以忽略一些出現(xiàn)概率極低、對系統(tǒng)安全性影響很小的事件，對子模型進一步簡化。

CBTC中的一些設(shè)備發(fā)生失效將導致系統(tǒng)降級工作，此時系統(tǒng)暴露在人為失誤之中，對應(yīng)地需要分析人為因素對系統(tǒng)安全性的影響。一些設(shè)備發(fā)生失效將導致系統(tǒng)進入故障一安全狀態(tài)，對應(yīng)地需要分析設(shè)備故障覆蓋率對系統(tǒng)安全性的影響。

二、人員因素的分析

現(xiàn)有列控系統(tǒng)是以人觀察信號，控制列車加速、制動，以形成對列車的閉環(huán)控制。人在現(xiàn)有列控系統(tǒng)中代表一個單點故障，即在任何時間、地點都有可能因為人為失誤而導致事故發(fā)生。從以往鐵路行車事故的統(tǒng)計數(shù)字來看很大一部分是由人為失誤造成的。CBTC中由硬件實現(xiàn)對列車的閉環(huán)控制。操作人員發(fā)出錯誤指令時，硬件將發(fā)現(xiàn)、提示并制止其在系統(tǒng)內(nèi)的進一步傳播。如果硬件失效，系統(tǒng)降級為由人員控制，則系統(tǒng)將暴露于人為失誤之中。由于CBTC的人機交互特性，在馬爾可夫模型中應(yīng)同時包含人和硬件的因素。C BTC的一個簡單模型如下圖所示。

圖12-5-5-1 CBTC簡單模型

上圖中，.N為設(shè)備的故障率和修復(fù)率；H為導致事故的人為差錯率；μ為人的“修復(fù)率”

狀態(tài)1：硬件、人員正常工作； 狀態(tài)2：硬件故障;狀態(tài)3：系統(tǒng)處于危險狀態(tài)。狀態(tài)3的微分表達式為：

dP(t)/dt = H P(t)-μ P（t）（t）..................9.1 假定人員隨機地以固定差錯率引入錯誤，故不同于硬件設(shè)備的是人具有“瞬時修復(fù)”特性。即在犯下一次錯誤前不需要“修復(fù)”。當P(t)約為一個很小的正數(shù)時，則P(t)的導數(shù)為一個很大的負數(shù)，P(t)約迅速變?yōu)?。系統(tǒng)進入狀態(tài)3后立即轉(zhuǎn)移回狀態(tài)2。狀態(tài)3是一個“虛擬狀態(tài)”，刪除狀態(tài)3對狀態(tài)

1、狀態(tài)2的穩(wěn)態(tài)概率沒有影響。用一個“虛擬轉(zhuǎn)移”來捕捉人員的“瞬時修復(fù)”特性。修改上圖如下圖所示。

圖12-5-5-2 修改后的示意

利用事故率衡量系統(tǒng)的安全性，則人為因素引發(fā)事故的概率： A= H * P(t)......................9.2 由于狀態(tài)2存在降低了系統(tǒng)暴露于人為錯誤的時間，使得系統(tǒng)的安全性提高。

三、設(shè)備的故障覆蓋率

設(shè)備的故障覆蓋率為設(shè)備發(fā)生可測故障的概率與設(shè)備發(fā)生故障的概率的比值。如果設(shè)備僅由非涉安單元組成，CBTC系統(tǒng)將檢測到設(shè)備故障，設(shè)備的故障覆蓋率為1。如果設(shè)備包含涉安單元，涉安單元的雙機發(fā)生共因失效，則比較功能喪失，可能輸出合理危險的結(jié)果，導致行車事故，設(shè)備的故障覆蓋率小于1。假定設(shè)備由一涉安單元（雙機比較）和一非涉安單元（單機）組成，將單元失效劃分為獨立失效和共因失效。獨立失效是指非涉安單元失效或涉安單元中的一單機失效。共因失效是指共同的應(yīng)力作用下，雙機比較單元的雙機同時一致地發(fā)生了失效，比較功能喪失。根據(jù)比較輸出結(jié)果對系統(tǒng)安全性的影響，將共因失效劃分為安全共因失效和危險共因失效。該設(shè)備的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如下圖所示。其中效率、狀態(tài)及狀態(tài)轉(zhuǎn)移有如下解釋：

下圖中，λ，λ為非涉安、涉安單元獨立失效率；λ，λ 為涉安單元安全、危險共因失效率。

狀態(tài)1：兩個單元均正常工作。

狀態(tài)2：系統(tǒng)降級工作或進入故障一安全狀態(tài)。狀態(tài)3：系統(tǒng)處于危險狀態(tài)。

狀態(tài)1→狀態(tài)2：當單機單元或雙機比較單元發(fā)生獨立失效或雙機單元發(fā)生安全共因失效（雙機比較功能喪失，比較輸出不合理結(jié)果），系統(tǒng)將檢測到設(shè)備失效，系統(tǒng)降級工作或進入故障安全狀態(tài)。

狀態(tài)1→狀態(tài)3：:雙機比較單元發(fā)生危險共因失效(雙機比較功能喪失，比較輸出合理結(jié)果，保守地認為這種情況都將導致事故發(fā)生)系統(tǒng)處于危險狀態(tài)。

該設(shè)備的故障覆蓋率為：

C = P/(P + P)............................9.3

圖12-5-5-3 設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)意圖

子模型的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

根據(jù)CBTC中設(shè)備失效對系統(tǒng)的影響將其分為兩類。一類是設(shè)備發(fā)生失效后，系統(tǒng)進入故障一安全狀態(tài)，稱此類設(shè)備為故障一安全型設(shè)備，需要考慮設(shè)備故障覆蓋率對系統(tǒng)安全性的影響。例如，道旁設(shè)備由于WIU發(fā)生獨立失效，系統(tǒng)進入故障一安全狀態(tài)，ROC發(fā)布命令，控制列車在相應(yīng)道岔前停車，由司機與調(diào)度員確認道岔方向后，駕駛列車通過該道岔。保守地認為，WIU發(fā)生危險共因失效將引發(fā)行車事故。另一類是設(shè)備發(fā)生失效將導致系統(tǒng)降級操作，此時系統(tǒng)暴露于人為失誤之中，稱此類設(shè)備為故障一降級型設(shè)備，需要考慮人為因素的影響。例如，車載設(shè)備的通信單元發(fā)生獨立失效將導致ROC無法獲取列車的位置、速度信急或車載設(shè)備無法接收ROC的控制命令。此時調(diào)度員只有通過無線列調(diào)(語音)與受影響列車的司機保持聯(lián)系，控制列車運行至故障解除。這段時間內(nèi)調(diào)度員和司機的失誤都可能引發(fā)事故。如果無線列調(diào)設(shè)備也發(fā)生故障，則相應(yīng)列車必須停車等待故障單元被修復(fù)。車載設(shè)備的命令執(zhí)行單元發(fā)生危險不可測失效將引發(fā)行車事故。在此，分別為兩類設(shè)備建立子模型，分析其對系統(tǒng)安全性的影響。假定系統(tǒng)由100個同類故障一降級型設(shè)備和故障一安全型設(shè)備組成，每個設(shè)備均由一個涉安單元和一個非涉安單元構(gòu)成。每種設(shè)備對系統(tǒng)安全性的影響是相互獨立的，分別為兩種設(shè)備建立子模型，其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖示如上圖所示。

圖中，λ、μ、，C分別為設(shè)備的失效率、修復(fù)率、故障覆蓋率。狀態(tài)i = 0，1，2，3分別表示0，1，2，3個設(shè)備發(fā)生故障。每個設(shè)備失效將使系統(tǒng)暴露在調(diào)度員和一個司機的人為錯誤之中。

假定3個以上的設(shè)備發(fā)生故障的概率極低，可安全地忽略這些事件對系統(tǒng)安全性的影響。故障一降級型設(shè)備對系統(tǒng)安全性的影響為：

.................................................9.4 圖中，λ、μ、，C分別為設(shè)備的失效率、修復(fù)率、故障覆蓋率。狀態(tài)j= 0，1，2表示0，1，2個設(shè)備發(fā)生故障。

假定2個以上的設(shè)備發(fā)生故障的概率極低，可安全地忽略這些事件對系統(tǒng)安全性的影響。故障一安全型設(shè)備對系統(tǒng)安全性的影響為：

......................9.5

圖12-5-5-4 圖一

圖12-5-5-5 圖二

CBTC communication based train control system ：自從通信技術(shù)特別是無線電技術(shù)飛速發(fā)展以后，人們就開始研究以通信技術(shù)為基礎(chǔ)的列車運行控制系統(tǒng)。它的特點是用無線通信媒體來實現(xiàn)列車和地面的雙向通信，用以代替軌道電路作為媒體來實現(xiàn)列車運行控制。CBTC的突出優(yōu)點是有車——地雙向通信，而且傳輸信息量大，傳輸速度快，很容易實現(xiàn)移動自動閉塞系統(tǒng)，大量減少區(qū)間敷設(shè)電纜，減少一次性投資及減少日常維護工作，可以大幅度提高區(qū)間通過能力，靈活組織雙向運行和單向連續(xù)發(fā)車，容易適應(yīng)不同車速、不同運量、不同類型牽引的列車運行控制等等。在CBTC中不僅實現(xiàn)列車運行控制，而且可以綜合成為運行管理，因為雙向無線通信系統(tǒng)，既可以有安全類信息雙向傳輸，也可以雙向傳輸非安全類星系，例如車次號、乘務(wù)員班組號、車輛號、運轉(zhuǎn)時分、機車狀態(tài)、油耗參數(shù)等等大量機車、工務(wù)、電務(wù)等有關(guān)信息。利用CBTC既可以實現(xiàn)固定自動閉塞系統(tǒng)(CBTC-FAS)，也可以實現(xiàn)移動自動閉塞系統(tǒng)(CBTC-MAS)。在CBTC應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)是雙向無線通信系統(tǒng)、列車定位技術(shù)、列車完整性檢測等。在雙向無線通信系統(tǒng)中，在歐洲是應(yīng)用GSM-R系統(tǒng)，但在美洲則用擴頻通信等其他種類無線通信技術(shù)。列車定位技術(shù)則有多種方式，例如車載設(shè)備的測速-測距系統(tǒng)、全球衛(wèi)星定位、感應(yīng)回線等。

基于通訊的列車控制(CBTC)系統(tǒng)的發(fā)展 李毓璋

摘要

通訊式列車控制(CBTC)系統(tǒng)是一個連續(xù)、自動化的列車控制系統(tǒng)，是利用高解析技術(shù)偵測列車位置，是一不受道旁控制迴路支配的；是一個連續(xù)的、高容量且雙向作用（從列車到軌道邊）的數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)，而列車運輸及軌道旁處理程序有執(zhí)行自動列車保護功能之能力，也可以有自動列車操作與自動列車監(jiān)督等功能。臺北大眾捷運系統(tǒng)於2003年6月，由臺北市政府捷運工程局機電系統(tǒng)承包商加拿大龐巴迪交通運輸集團，引進此種先進技術(shù)取代舊有木柵線及新建內(nèi)湖線的號誌通訊系統(tǒng)。

一、緣起

傳統(tǒng)列車的保護系統(tǒng)受到只能對已存在的軌道旁控制迴路作列車位置的確定、列車操作指令被限制在幾個方向上的道旁設(shè)備的信號指示或是駕駛室內(nèi)少數(shù)的速度指令等限制。因而有逐步朝一個連續(xù)自動化列車控制系統(tǒng)，利用高解析測定列車的位置，能不受軌道電路的支配、有連續(xù)的高容量、雙向作用（從列車到道旁邊）的數(shù)據(jù)通訊及具有執(zhí)行列車運轉(zhuǎn)及道旁處理能力之方向發(fā)展。

由各種研究與實際的操作經(jīng)驗顯示，當將通訊式列車控制(CBTC)系統(tǒng)與其他較傳統(tǒng)的號誌系統(tǒng)作比較時，應(yīng)用通訊式列車控制(CBTC)系統(tǒng)提供了較低的開辦以及營運成本、較高的容量及在沒有犧牲操作速度之下縮短距離、更高的可靠性、更大的安全性而且增強了遠距離列車操作的監(jiān)視與控制之優(yōu)點。

位於紐約市的公園大道上的電機電子工程師協(xié)會(IEEE)，擁有超過二十多種有關(guān)控制、設(shè)計、鐵路電車之建造與鐵路控制系統(tǒng)等規(guī)格標準。也對CBTC系統(tǒng)方面訂定有兩項標準：一個是一九九九年的IEEE1474.1標準，係關(guān)於CBTC性能與功能的規(guī)定；另一個是在2003年晚期發(fā)佈的IEEE1474.2標準，那是對於CBTC系統(tǒng)用戶界面之規(guī)定。

在IEEE1474標準裡的CBTC定義：為列車的位置、速度及方位，是藉由一個連續(xù)的雙向通訊環(huán)節(jié)，從車輛電腦到道旁電腦來傳遞的。同樣地，也在IEEE1474裡有解釋，CBTC系統(tǒng)不需要道旁電路來偵察列車。

然現(xiàn)今在使用的大部分CBTC系統(tǒng)，均是利用近場電磁感應(yīng)的環(huán)形線路(IL)來傳送。以無線電頻率(RF)傳送為基礎(chǔ)的較新的CBTC系統(tǒng)正在浮現(xiàn)而且是這個工業(yè)的趨勢。

幾個RF-CBTC計畫正在發(fā)展中，如舊金山機場捷運的龐巴迪Flexiblok自動列車控制技術(shù)（現(xiàn)以改名為CITYFLO 650自動列車控制技術(shù)）以及新加坡東北地鐵線的阿爾斯通URBALIS 300（現(xiàn)在稱為MASTRIA）兩個，現(xiàn)在已完全營運了。費城的Surface Torlley地鐵線預(yù)期在2004年起用，而拉斯維加斯單軌電車的RF-CBTC系統(tǒng)已在2004年的七月起用。西門子現(xiàn)在正在為紐約地鐵卡那西線、巴塞隆納及巴黎大眾運輸網(wǎng)路（RATP）升級它的Meteor IL-CBTC技術(shù)（首先展開的是RATP的新14線）到RF。同樣地，阿爾卡特也正在替RATP 13線、香港及南韓升級它的Seltrac技術(shù)從IL到RF。

CBTC系統(tǒng)在全世界至少有八個鐵路系統(tǒng)在使用它（包含舊金山市政鐵路以及底特律都會大眾運輸）；至少有八個系統(tǒng)目前正在架構(gòu)中（包括舊金山市區(qū)BART捷運、舊金山新的大眾運輸以及紐約甘乃迪國際機場捷運）；一個CBTC系統(tǒng)正在紐約大都會捷運局/長島鐵路計畫中；另目前至少有七家不同的賣主正在積極的提供CBTC系統(tǒng)，

第四篇：金鑼火腿腸綠色食品 金鑼火腿腸環(huán)保發(fā)展

金鑼火腿腸綠色食品 金鑼火腿腸環(huán)保發(fā)展

金鑼火腿腸綠色食品，金鑼火腿腸環(huán)保發(fā)展。隨著人們消費觀念在不斷的提高，人們對肉制品質(zhì)量需求也在不斷上升。金鑼火腿腸隨著綠色消費理念的普及，健康意識的增強，消費者對于食品品質(zhì)、健康標準的要求越來越高。

解決食品安全問題的根本還在于企業(yè)自身。針對于此，一些具備高度責任感的食品企業(yè)，正在試圖通過完善及優(yōu)化食品安全體系，保障消費者的餐桌安全。金鑼始終秉承“低碳排放、綠色發(fā)展、清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟”的方針戰(zhàn)略，不僅嚴格把關(guān)上游產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模化養(yǎng)殖基地的環(huán)保化發(fā)展，還將科技環(huán)保理念融入產(chǎn)業(yè)鏈的每個環(huán)節(jié)，促使企業(yè)不斷向環(huán)保型肉制品企業(yè)邁進。金鑼火腿腸綠色食品，金鑼火腿腸環(huán)保發(fā)展。

作為山東崛起的本土品牌、中國肉制品領(lǐng)軍品牌，金鑼在做大做強的同時，不忘反哺社會，將企業(yè)發(fā)展與社會發(fā)展有機結(jié)合，積極承擔推動區(qū)域發(fā)展的責任。

金鑼火腿腸綠色食品，金鑼火腿腸環(huán)保發(fā)展。為規(guī)范行業(yè)標準，提高消費者肉食消費安全系數(shù)做出了國家級農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化重點龍頭企業(yè)表率作用，持續(xù)引領(lǐng)肉制品行業(yè)健康、有序發(fā)展。金鑼火腿腸綠色食品，金鑼火腿腸環(huán)保發(fā)展。無論是實行“走出去”戰(zhàn)略，還是勇闖國際化征程，無不透露出山東企業(yè)的自我超越，從海爾的海外并購，到青島啤酒的國際化戰(zhàn)略，都體現(xiàn)了魯企在提升企業(yè)競爭力、強化企業(yè)創(chuàng)新能力所做的不懈追求。

在伴隨著人們生活水平的提高，整個民族與社會消費形態(tài)也發(fā)生了根本性變化。金鑼火腿腸綠色食品，金鑼火腿腸環(huán)保發(fā)展。金鑼火腿腸在一個巨大的發(fā)展背影下，金鑼率先從日本、德國、美國引進國際水平的高溫火腿腸生產(chǎn)線、低溫肉制品生產(chǎn)線、屠宰分割線等高精尖科技，并對肉類加工企業(yè)舊有冷凍冷藏設(shè)施、制冷設(shè)備、水循環(huán)設(shè)備進行技術(shù)改造，使單位產(chǎn)值能耗大幅降低，效率大大提高。

金鑼又建立與加工規(guī)模相適應(yīng)的污水處理設(shè)施，實現(xiàn)了污水循環(huán)利用及無污染排放，使“三廢”排放達到了國家指標范圍。金鑼火腿腸綠色食品，金鑼火腿腸環(huán)保發(fā)展。通過開展資源綜合加工利用，金鑼肉類加工工業(yè)固體廢物綜合利用率達到了80%以上，主要污染物排放總量大幅減少。金鑼火腿腸綠色食品，金鑼火腿腸環(huán)保發(fā)展。此外，金鑼相關(guān)負責人表示，未來將在繼續(xù)堅持“傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)高新化，高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化”的發(fā)展戰(zhàn)略、把企業(yè)進一步做大做強的同時，加速向環(huán)保型肉制品企業(yè)邁進。

第五篇：列車撞擊綜述

0前言

近年來，隨著軌道交通廣泛采用診斷、監(jiān)測、通信、失效保護制動、現(xiàn)代化的列車控制系統(tǒng)等主動安全防護系統(tǒng)，發(fā)生重大交通事故的可能性越來越小。許多國家對軌道車輛的結(jié)構(gòu)進行抗撞擊設(shè)計與分析，提高了列車的耐碰撞性。耐碰撞性列車結(jié)構(gòu)設(shè)計是在車體的特定部位設(shè)置一定的變形區(qū)域，或安裝能量吸收裝置和防爬裝置，盡可能多地吸收列車碰撞時的動能，從而降低碰撞作用力，防止列車交疊事故發(fā)生，從而最大限度地減少人員傷亡。對軌道車輛耐碰撞性的研究使列車產(chǎn)品的耐碰撞性能得以提高，新的研發(fā)思路突破既有設(shè)計、技術(shù)瓶頸，提高列車被動安全防護技術(shù)，使其在碰撞事故發(fā)生時損失降到最小，對提高列車運營安全性具有重要的現(xiàn)實意義。

國際上對機車車輛碰撞的深入研究始于２０世紀８０年代中后期，英、法、德、美等發(fā)達國家相繼對列車碰撞進行了大規(guī)模、長時間的研究。近２０年來，英、德、法、奧地利、比利時等國通過對列車碰撞事故的廣泛調(diào)查、統(tǒng)計及對多次發(fā)生的典型列車事故類型進行的還原研究，率先出臺了軌道車輛被動安全防護的技術(shù)規(guī)范和應(yīng)用標準，如文獻［１－２］及歐洲鐵路互聯(lián)互通技術(shù)規(guī)范中的有關(guān)標準［３］。美國也在聯(lián)邦鐵路局（ＦＲＡ）安全法規(guī)中建立了有關(guān)規(guī)范［４］。

我國在列車被動安全防護技術(shù)方面的研究起步較晚。上世紀９０年代開始，隨著我國鐵路事業(yè)的發(fā)展以及國際交流合作的常態(tài)化，我國鐵路行業(yè)的各科研院所和機車車輛制造工廠開始著手這方面的研究。由于實車試驗費財費力，且可重復(fù)性差，加上計算機仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，因此國內(nèi)研究人員大多致力于對車輛碰撞大變形的仿真模擬，欠缺對機車車輛碰撞的試驗研究。

1.列車碰撞研究的主要研究方法

列車碰撞研究的主要方法包括試驗和仿真兩大類。其中，試驗方法借助先進的測試手段，既可得到幾乎所有所需特征參數(shù)，又可在三維空間模擬列車碰撞時可能發(fā)生的各種姿態(tài)，是最為有效、最具說服力的研究手段。但是，由于碰撞試驗破壞性大，試驗過程出現(xiàn)不可控因素，需要尖端測試手段才有可能對試驗全程進行監(jiān)測。所以試驗分析所需經(jīng)費巨大，可重復(fù)性很差，且具有很大的危險性。

由于鐵路列車的類型、碰撞障礙物以及列車碰撞事故的類型多種多樣且不斷更新，加上產(chǎn)品設(shè)計的周期越來越短，將設(shè)計初期的實物制造出來用于試驗費時費力也不經(jīng)濟。所以，對我國這樣經(jīng)濟基礎(chǔ)相對薄弱的發(fā)展中國家來說，目前試驗方法僅停留在對小部件的研究上，尚未有實車碰撞試驗的報道。

計算機仿真是研究列車碰撞的另外一種方法，經(jīng)濟便捷、操作性強，可解決上述試驗方法存在的諸如大耗費、重復(fù)性差、周期長等缺點，可在設(shè)計初期對列車模型進行有效評估，便于設(shè)計師及時修改方案，大大縮短設(shè)計周期，節(jié)省設(shè)計經(jīng)費，又可對現(xiàn)有列車產(chǎn)品進行耐撞性評估。同時，借助現(xiàn)有成熟的商業(yè)軟件，仿真方法無需其他外界系統(tǒng)的輔助就可得到試驗方法可得到的所有數(shù)據(jù)。通過人為控制計算時間步長，所采集的具有時間歷程的數(shù)據(jù)甚至比試驗方法所得更加詳細。隨著計算機軟硬件技術(shù)的發(fā)展和高度非線性有限元技術(shù)的逐漸成熟，計算機模擬仿真已基本能夠應(yīng)對列車大系統(tǒng)碰撞中的難題，目前可用于碰撞分析的非線性有限元軟件有ＬＳ－ＤＹＮＡ、ＭＡＤＹＭＯ、ＲＡＤＩＯＳＳ、ＭＳＣ．ＤＹＴＲＡＮ、ＰＡＭ－ＣＲＡＳＨ等，可用于動力學分析的商業(yè)軟件有ＡＭＡＭＳ、ＳＩＭＰＡＣＫ等。目前，國內(nèi)學者大多采用非線性有限元對列車碰撞進行模擬，由于列車結(jié)構(gòu)復(fù)雜且尺寸巨大，對其進行網(wǎng)格離散后的有限元計算模型規(guī)模太大，計算耗時長且需占用非常多的計算機資源，難以滿足企業(yè)在車輛概念設(shè)計和方案設(shè)計方面快速、有效的要求。多體動力學在列

車系統(tǒng)運動學和動力學分析上有較強的優(yōu)勢，但卻無法精確地對彈性體碰撞接觸部位的變形及其非線性剛度等參數(shù)進行計算。為了解決這個問題，部分學者建議采用有限元與動力學混合仿真的方法對列車碰撞進行模擬。這種方法的主要思想是首先通過有限元方法得到列車端部結(jié)構(gòu)的非線性特性，再將此特性引入多剛體動力學中模擬列車的端部結(jié)構(gòu)，列車的其余部分則用剛體模擬。這種方法可節(jié)省大量計算機資源，但是，即使列車碰撞中各位置車鉤、各相鄰車端配置及結(jié)構(gòu)完全相同，其碰撞相對速度在同一碰撞事故中并不相等，甚至相差較大。這些結(jié)構(gòu)在不同速度等級的碰撞中有著截然不同的力學特性，如氣液車鉤裝置、應(yīng)變率敏感材料的使用，都使得其力學特性具有速度敏感性，而各車端的相對碰撞速度在數(shù)值仿真之前是無從獲得的。所以，用在某一速度等級下得到的車端結(jié)構(gòu)的力學特性在動力學中賦予所有車端顯然不夠合理，況且碰撞速度的增加不能保證車體的其他部分保持剛體運動，用剛體來代替它們就無法考證這些結(jié)構(gòu)自身可能發(fā)生的大變形。

綜上所述，在耐碰撞車輛設(shè)計的不同階段，可采用不同的研究方法。在進行車鉤設(shè)計（包括緩沖器、壓潰管）時，研究列車端部、中部能量吸收區(qū)域的載荷和吸能水平時，研究列車碰撞過程的動態(tài)響應(yīng)、碰撞過程中的力、速度和加速度時，可采用多體動力學的研究方法；在進行能量吸收元件設(shè)計、列車端部和中部能量吸收區(qū)域設(shè)計以及研究列車碰撞過程中各車輛詳細的變形特性、加速度等時，可采用非線性有限元分析的研究方法；對于能量吸收元件的驗證、列車碰撞過程中的動態(tài)響應(yīng)、各車輛的變形特性和加速度等的驗證，可采用準靜態(tài)或動態(tài)試驗的研究方法。

5我國軌道車輛耐碰撞性研究的展望

在軌道車輛的耐碰撞性研究領(lǐng)域，我國與發(fā)達國家存在較大的技術(shù)差距。今后應(yīng)在以下幾方面進行深入研究：

（１）從多體系統(tǒng)動力學理論出發(fā)，研究列車中車輛之間、車體與走行部之間科學有效連接的多體動力學模型，利用碰撞力學理論和統(tǒng)計理論，研究列車多體模型在發(fā)生不同碰撞類型、不同速度等級、不同能量吸收比例、不同車體結(jié)構(gòu)剛度等級所產(chǎn)生的碰撞響應(yīng)類型，建立列車在各速度等級下每種碰撞類型所要求的車體結(jié)構(gòu)縱向剛度和車體結(jié)構(gòu)安全性指標體系，構(gòu)建列車車體前端和中部能量吸收的比例關(guān)系。掌握列車碰撞過程的規(guī)律、碰撞動態(tài)響應(yīng)、車體結(jié)構(gòu)安全性的要求，為減少碰撞事故造成的損失提供科學依據(jù)。

（２）對于目前國內(nèi)外采用的各種列車防碰撞措施，僅在相碰撞的列車仍位于軌道上且一列車未爬上另一列車的情況下才有效［９］。這就需要研究列車碰撞導致爬車和脫軌的機理。防爬裝置已在我國的軌道車輛中得到應(yīng)用，還需研制列車發(fā)生碰撞事故時限制車輛脫軌的裝置。在對軌道車輛進行動力學性能研究時，通常采用Ｎａｄａｌ公式判斷列車的脫軌安全性，將該公式直接用于碰撞過程中車輛脫軌的判斷顯然是不合理的。這就需要根據(jù)列車碰撞后發(fā)生脫軌的機理，研究相應(yīng)的判斷標準。

（３）我國軌道車輛行業(yè)目前缺少可用于整車碰撞試驗的裝備，列車碰撞試驗標準和試驗裝備還處于空白，從客觀上讓機車車輛的被動安全性研究停留在計算機仿真等模擬層面。到目前為止，國外進行了大量的列車碰撞試驗，但其試驗大都在室外進行，且為臨時性試驗，未形成相關(guān)的試驗裝備專利和試驗規(guī)范，一般是根據(jù)客戶的要求進行。這種試驗組織難度大，成本高，且缺乏系統(tǒng)性。

鑒于以上情況，我國迫切需要開展在試驗室內(nèi)可進行的車體結(jié)構(gòu)碰撞安全性、乘員生命安全性、物品安全性的等效碰撞試驗方法和試驗設(shè)備的研究。其技術(shù)和裝備可用于所有類型的軌道車輛整車結(jié)構(gòu)碰撞特性測試，可研究不同碰撞物體以及空間位置的車體的碰撞特性。

為碰撞車體模型、碰撞剛度模型、質(zhì)量等效模型等的仿真研究提供驗證平臺，并提出碰撞時的車體設(shè)計準則和乘員安全標準，制定碰撞試驗方法、碰撞試驗設(shè)備、碰撞試驗運行、碰撞試驗評估的相關(guān)標準體系。基于碰撞測試手段的應(yīng)用，對軌道車輛碰撞特性理論進行研究。

（４）到目前為止，我國還未正式頒布列車碰撞吸能規(guī)范和標準。為了提升我國軌道車輛，特別是高速動車組的國際競爭力，迫切需要制定適合我國國情并在國際上認可的軌道車輛碰撞安全性標準。