發(fā)布時間：2022-07-31 05:05:47
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了1篇的淺談現(xiàn)代城市軌道交通發(fā)展樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
【摘 要】隨著城市化發(fā)展進程的加快，城市的范圍不斷擴大，因此軌道交通在現(xiàn)代城市公共交通中的地位也日益顯著。當(dāng)今一些國際大都市往往已建成多條軌道交通線路服務(wù)于日?？瓦\，這也就對其設(shè)備管理工作提出了非常高的要求。本文簡要論述了現(xiàn)代城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)時間表的應(yīng)用，可以大大提升全自動運行模式下機電設(shè)備的運行效率。
【關(guān)鍵詞】現(xiàn)代城市；軌道交通；綜合監(jiān)控系統(tǒng)；機電設(shè)備
1 將結(jié)構(gòu)布置由CAD圖導(dǎo)入PMCAD中
以往我們建立結(jié)構(gòu)模型通常是首先輸入建筑軸網(wǎng)，其次輸入各結(jié)構(gòu)構(gòu)件，以達到建立起建筑的結(jié)構(gòu)框架的目的。由于這些都需要設(shè)計人員手工輸入，故既繁瑣、又容易出錯。以下介紹的方法能有效的幫助設(shè)計人員將結(jié)構(gòu)布置由CAD圖直接導(dǎo)入PMCAD中。
步驟1.將標(biāo)準(zhǔn)層的結(jié)構(gòu)布置在CAD圖中整理好。
（1）各軸線必須完整，且周邊外圍軸線與軸線交接處必須剪切完整，做到不露邊。
（2）梁、柱、墻的截面及位置必須按實際設(shè)計輸入，其中梁只要求保證寬度按實際。
（3）軸線、梁、柱、墻須分別歸入各自的圖層內(nèi)，做到不弄混、不重復(fù)。
步驟2.在PMCAD中識別給圖素及構(gòu)件，并轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)模型。
（1）打開PKPM軟件，并點擊PMCAD中的第六項“AutoCad平面圖向建筑模型轉(zhuǎn)化”。進入界面后，選擇“打開Dwg”選項。之后，通過此選項打開之前已在準(zhǔn)備好的結(jié)構(gòu)布置CAD圖。
（2）在打開結(jié)構(gòu)布置圖后，點擊軟件界面右手邊的“選擇”欄中的“軸網(wǎng)”選項，然后在平面圖中點取任意一根軸線。屏幕上的所有軸網(wǎng)都會變成深色，表示所有的軸線已選取，最后按鼠標(biāo)右鍵確認。梁、柱、墻也采取同樣的方法處理。
（3）在完成了識別各圖素及構(gòu)件后，點擊軟件界面右手邊工具欄中的“轉(zhuǎn)換成建筑模型數(shù)據(jù)”選項。至此，結(jié)構(gòu)布置由CAD圖向PMCAD結(jié)構(gòu)模型的轉(zhuǎn)化已初步完成。由此建立起的初步結(jié)構(gòu)模型的準(zhǔn)確率要視步驟1完成的質(zhì)量而定，最高的準(zhǔn)確率能達到八成。
步驟3．調(diào)整結(jié)構(gòu)模型。
（1）由于模型是通過CAD直接轉(zhuǎn)換過來的，故其必定存在著各種偏差。其中，首先要做的是把節(jié)點、軸線根據(jù)實際情況調(diào)整好，以免對之后的模型計算產(chǎn)生影響。
（2）梁、柱、墻須根據(jù)實際的結(jié)構(gòu)布置作出修整。尤其是梁，因之前轉(zhuǎn)換時，軟件只能識別其寬度，故梁高要重新在模型中修改。而墻則因軟件是根據(jù)節(jié)點來定義墻的范圍，故墻的修改也顯得尤為重要。
在完成以上三個步驟后，結(jié)構(gòu)布置由CAD圖導(dǎo)入PMCAD也就完成了。通過這一系列的步驟，一個結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層的框架也就基本搭建完成了。而其中的關(guān)鍵是步驟1，它對之后各步驟的工作量大小產(chǎn)生較大的影響。
2 PMCAD中的各種快捷鍵
在結(jié)構(gòu)設(shè)計人員中普遍感受比較深的是PKPM軟件的模型輸入須要用鼠標(biāo)一項項輸入，略顯繁瑣。而不像CAD繪圖那樣可以通過鼠標(biāo)和鍵盤的快捷鍵配合使用，來得方便。以下介紹的方法，應(yīng)該能解決設(shè)計人員這方面的煩惱。
2.1定義PMCAD快捷鍵。
在正常情況下，PMCAD的“建筑模型與荷載輸入”快捷鍵編輯文件“work.ali”會存放在以下目錄X:\PKPM\PM（其中X為PKPM軟件的安裝盤）。設(shè)計人員通過“記事本”便可打開此文件，并對其進行編輯。打開“work.ali” 文件后，會顯示以下內(nèi)容：
''PO '' ''Point '' ''點''
''L '' ''Line '' ''兩點直線 ''
''PL '' ''Parallel '' ''平行直線 ''
……
（以上面三行命令為例子，省略其余命令）
每條快捷鍵定義占一行，包括三項內(nèi)容：快捷鍵名稱、命令全名、說明文字，而每項由單引號括起來。以第一條命令為例子，PO即為快捷鍵名稱，而Point則是這條命令的全名，最后一項“點”是對這條命令的中文解釋。第一二項必須是9個字符寬（半角）， 空白處用空格填滿， 大小寫無關(guān)；第三項說明文字可長可短 （但不能折行）.所有命令別名定義完后以三個EndOfFile作為結(jié)束行。其中，需要注意的是一條命令可以有多個快捷鍵名稱，且在模型中輸入命令的全名及快捷鍵名稱具有相同效力。
2.2快捷鍵命名的規(guī)則。
由于此項快捷鍵針對的是結(jié)構(gòu)模型的輸入，故各快捷鍵命名如按以下規(guī)則命名則能有效提高設(shè)計人員的輸入效率。以梁為例子，與梁有關(guān)的快捷鍵命令可采用以下方式定義。
''bl '' ''BLine '' ''繪直線梁 ''
''ba '' ''BArc '' ''繪圓弧梁 ''
''bc '' ''BeamChek '' ''主梁查改 ''
''bd '' ''BeamDisp '' ''主梁顯示 ''
對于第一條命令，其全寫為“BLine”，不難看出程序的設(shè)計還是非常人性化的。只要認得“繪直線梁”是英文單詞“B（eam）Line”，那設(shè)計人員就很容易地記住其快捷鍵“bl”。類似地，認得“繪圓弧梁”是“BeamArc”，也就能記住快捷鍵“ba”了，對于第三四條命令更是如此。
由此可見，通過自定義快捷鍵和歸納好命名快捷鍵的方法，從而實現(xiàn)提高建模速度是簡單可行的。
在軟件中的“樓層定義”菜單有“層編輯”一欄，它包括“刪標(biāo)準(zhǔn)層”、 “插標(biāo)準(zhǔn)層”、 “層間編輯”、“ 層間復(fù)制”……。其中“層間編輯”的功能極其強大，該菜單可將同一命令在多個或全部標(biāo)準(zhǔn)層上同時進行，省去來回切換到不同標(biāo)準(zhǔn)層再去執(zhí)行同一命令的麻煩。例如，需要在第3~16標(biāo)準(zhǔn)層上的同一個地方增加一條柱，則可以先在“層間編輯”上定義編輯3~16層。則只需在3層處布置柱，而增加該柱的操作則自動在3~16層做出。這樣不但操作簡捷了，還可避免由于操作造成的誤差。類似的操作，還可應(yīng)用到其他構(gòu)件的布置及刪除等方面。
由于高層建筑的標(biāo)準(zhǔn)層較多，且各層平面的結(jié)構(gòu)布置變化不大，逐層逐層地修改起來會顯得繁重。故“層間編輯”的應(yīng)用對于高層建筑的結(jié)構(gòu)建模來說，其意義不言而喻。
4 結(jié)束語
由于建筑結(jié)構(gòu)計算模型的建立和分析是結(jié)構(gòu)設(shè)計不可或缺的一環(huán)，故如何準(zhǔn)確、快速地完成模型的建立意義重大。本文介紹了作者在長期從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作積累下來的經(jīng)驗，而歸納出的幾條方法，希望能切實幫助廣大設(shè)計人員提高PKPM結(jié)構(gòu)模型輸入的效率。
摘要：隨著我國國民經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定向前發(fā)展，工業(yè)化進程加快，致使現(xiàn)代城市化速度不斷加速，城市規(guī)模急劇擴張，人口飛速增加。居民出行頻繁導(dǎo)致客運需求急劇增長。發(fā)展城市軌道交通不僅能有效改善城市的交通環(huán)境，而且還有助于城市建設(shè)和經(jīng)濟的發(fā)展。為了保證建成后的軌道交通能安全、高效的運營，就必須建立可靠的、易擴充的、獨立的通信網(wǎng)，傳輸和處理軌道交通運營所需的各種信息。本文就現(xiàn)代城市軌道交通無線通信技術(shù)與應(yīng)用進行論述。
關(guān)鍵詞：現(xiàn)代城市；軌道交通；無線通信；技術(shù)；應(yīng)用
引言
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，軌道交通已成為現(xiàn)代化城市理想的交通工具，在我國的人口密集及經(jīng)濟增長較快的幾個大城市中，如北京、上海、廣州、天津、南京等地的軌道交通發(fā)展很快。城市軌道交通是解決大城市交通擁擠的一種有效措施。目前，在我國已興起了建設(shè)城市軌道交通的高潮。
城市軌道交通的運營離不開大量信息的交互，專用的通信系統(tǒng)是必不可少的，其中無線調(diào)度通信系統(tǒng)則是提高運輸效率、確保行車安全及應(yīng)對突發(fā)事件的必要手段。城市軌道無線通信系統(tǒng)是一個專用性很強、可靠性要求高、接口復(fù)雜的多動能調(diào)度系統(tǒng)，一般包括正線無線列調(diào)、維修、公安、環(huán)境控制等系統(tǒng)以及車輛段無線系統(tǒng)。
一、當(dāng)下使用的無線系統(tǒng)
當(dāng)下國內(nèi)城市軌道交通行業(yè)存在的信號和通信系統(tǒng)都是相對獨立的，隨后產(chǎn)生的新興無線通信的應(yīng)用都各自成系統(tǒng)、相對獨立，基本都使用各自不同的無線通信網(wǎng)絡(luò)。而無線通信技術(shù)主要有：TETRA（數(shù)字集群）、GSM、CDMA、3G、WLAN、Wi-Fi、WiMAX、DVB-T等。前3種制式均是使用廣泛且十分成熟的無線技術(shù)，但均存在傳輸速率低、且接入公網(wǎng)存在安全、干擾等問題，不能滿足城市軌道交通的使用需要。DVB-T數(shù)字視頻廣播是為了數(shù)字電視信號在地面?zhèn)鞑ザ_發(fā)的，具有容量大、接入方便等特點，其技術(shù)使用于下行高速數(shù)據(jù)的傳輸，可以工作在多個頻點，減少無線頻段干擾。場強覆蓋可以采用小功率、大密度的方式，因此符合軌道交通的無線通信需求，但由于其上行速率較低，對車載CCTV不適用。
本文就3G、WLAN、Wi-Fi、WiMax無線通信技術(shù)進行論述。
1.1 3G技術(shù)
3G（第三代移動通信技術(shù)）有3種制式：TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000。國家工業(yè)和信息部已于2009年1月7日正式向3家移動運營商：中國移動、中國聯(lián)通和中國電信發(fā)放了3G運營牌照。3G能夠處理圖像視頻、音樂等多媒體形式，提供了網(wǎng)頁瀏覽、會議電話、電子商務(wù)等多種信息服務(wù)。多媒體業(yè)務(wù)是3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的重點，其傳輸速率要求為高速移動時能夠達到144 kb/s，慢速移動時為384 kb/s，靜止?fàn)顟B(tài)為2 Mb/s，其上行速率達到幾十kb/s，但仍然不能滿足車載CCTV、PIDS系統(tǒng)所需速率，同時3G屬于公網(wǎng)應(yīng)用范疇，因此不適用于城市軌道交通行業(yè)。
1.2 WLAN無線局域網(wǎng)
基于WLAN（無線局域網(wǎng)絡(luò)）的多媒體信息傳輸，基于802.11協(xié)議族。IEEE802.11a規(guī)定的頻點為5 GHz，適合于室內(nèi)及移動環(huán)境，傳輸速度為1～2 Mb/s。IEEE 802.11b工作于2.4 GHz頻點，IEEE 802.11e及IEEE 802.11g是下一代無線LAN標(biāo)準(zhǔn)，被稱為無線LAN標(biāo)準(zhǔn)方式IEEE 802.11的擴展標(biāo)準(zhǔn)，是在現(xiàn)有的802.11b及802.11a的MAC層追加了QoS功能及安全功能的標(biāo)準(zhǔn)。
當(dāng)下中國城市軌道交通都是使用WLAN的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)，如果想進一步接入更多的子系統(tǒng)，比如VoIP電話、CCTV等，WLAN的容量和性能就會受到限制。
1.3 Wi-Fi
Wi-Fi全稱Wireless Fidelity（無線保真技術(shù)），與藍牙技術(shù)一樣，同屬于短距離無線技術(shù)。典型的CBTC是基于802.11b無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范，該技術(shù)使用的是2.4 GHz附近的頻段，最高帶寬為11 Mb/s，在信號較弱或有干擾的情況下，帶寬可調(diào)整為5.5，2和1 Mb/s，帶寬的自動調(diào)整有效地保障了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性，同時也與已有的各種802.11DSSS（Direct Sequence Spread Spectrum直接序列擴頻）設(shè)備兼容。其主要特性為速度快，可靠性高，在開放性區(qū)域，通訊距離可達305 m，在封閉性區(qū)域，通訊距離為76～122 m，方便與現(xiàn)有的有線以太網(wǎng)絡(luò)整合，組網(wǎng)成本更低。
2007年9月，深圳地鐵采用思科統(tǒng)一無線解決方案，為地鐵1號線列車的安全防護系統(tǒng)項目搭建無線寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)，使得列車無論在站臺位置還是高速運行中，都可以在地面與列車之間實現(xiàn)清晰的數(shù)字視頻流實時播放、控制中心對車廂內(nèi)的情況觀察、列車火災(zāi)報警信息實時上傳等功能。它是國內(nèi)首個成功部署Wi-Fi技術(shù)同時實現(xiàn)視頻上下行傳輸?shù)某鞘熊壍澜煌o線通信項目，為利用Wi-Fi技術(shù)進行實時視頻信息傳輸開創(chuàng)了先河。乘客可以在車廂內(nèi)看到高品質(zhì)、不間斷的數(shù)字電視節(jié)目，并能夠接收地鐵公司天氣情況、重要新聞、緊急疏散提示等消息。深圳地鐵運營中心控制室人員可以通過大屏幕看到運行中每列車每節(jié)車廂內(nèi)上傳的實時視頻圖像及火災(zāi)報警等多種安防信息，同時列車司機也可以隨時調(diào)用前方站臺的圖像，為安全行車提供更好的保障。
1.4 WiMAX
WiMAX（Worldwide Interoperability forMicrowave Access微波存取全球互通）是近年來出現(xiàn)的一種無線寬帶接入技術(shù)。WiMAX采用多載波調(diào)制技術(shù)，能夠提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并且具有頻譜資源利用率高，覆蓋范圍廣（傳輸距離可達數(shù)十公里）等特點。
Wi-Fi是目前無線接入的主流標(biāo)準(zhǔn)，全面兼容現(xiàn)有Wi-Fi的WiMAX，對比于Wi-Fi的802.11X標(biāo)準(zhǔn)，WiMAX就是802.16x。與前者相比，WiMAX具有更遠的傳輸距離、更寬的頻段選擇以及更高的接入速度等，預(yù)計在未來幾年內(nèi)將成為無線網(wǎng)絡(luò)的一個主流標(biāo)準(zhǔn)。
二、TRainCom®系統(tǒng)
TRainCom®系統(tǒng)是專為地鐵無線通信應(yīng)用而設(shè)計的。雖然在建的中國城市軌道交通均是使用本地?zé)o線局域網(wǎng)（WLAN）的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)，而且典型的CBTC是基于眾所周知的802.11b標(biāo)準(zhǔn)。但人們有意或無意中忽略了WLAN的技術(shù)并不適用于高速移動狀況下的無線通信。研究表明，WLAN帶寬和切換時間都會在高速移動的狀況下受到非常大的影響。
針對整合系統(tǒng)的解決思路，德國的得力風(fēng)根公司是一家軍用通訊技術(shù)科技公司，研制了TRainCom®（德國得力風(fēng)根無線電通訊系統(tǒng)），它把信號和通信系統(tǒng)集成于一套系統(tǒng)之中，并且擁有進一步融入更多子系統(tǒng)功能的、成熟的無線通信產(chǎn)品。下面就其系統(tǒng)特點加以論述。
（1）16 Mb/s全雙工無線電鏈路―頻分雙工。TRainCom®使用全雙工數(shù)據(jù)傳輸模式保證列車上傳與下傳互相分開，上下行數(shù)據(jù)能同時傳輸而且不會互相干擾：同一時刻在每個方向都是16 Mb/s，在半雙工模式下能達到32 Mb/s。協(xié)議開銷占10%，是802.11g 40%的協(xié)議消耗的四分之一。
（2）完全基于IP―可以集成其他的子系統(tǒng)。所有基于IP的協(xié)議，可以直接與VoIP、IP攝像頭、WLAN接入點連接。對于只提供串行接口的子系統(tǒng)，如RS232、RS422，這些串行數(shù)據(jù)流將被轉(zhuǎn)換成IP數(shù)據(jù)包進行傳輸。如有需要，其他的接口類型也能夠接入。
（3）全移動性―帶寬獨立于列車的運行速度。TRainCom®無線電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率與列車的行駛速度無關(guān)，得力風(fēng)根公司在上海磁懸浮列車（500 km/h）上服務(wù)的系統(tǒng)實際應(yīng)用以及在地鐵的實際測試已得到證明。WLAN技術(shù)在列車高速移動時數(shù)據(jù)傳輸速率會急劇衰弱，TRainCom®所使用的無線通信協(xié)議是該公司專門為高速移動的列車系統(tǒng)開發(fā)的，采用防止多普勒頻移和擴散的特殊調(diào)制模式和多徑接收機制，當(dāng)無線電信號衰弱時，數(shù)據(jù)傳輸速率能始終保持全雙工16 Mb/s。
（4）QoS―完全實現(xiàn)可配置的功能。普通的基于IP的網(wǎng)絡(luò)都是盡力交付，所有數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)容量，沒有數(shù)據(jù)包的優(yōu)先權(quán)。對車載互聯(lián)網(wǎng)，PIDS之類典型的數(shù)據(jù)應(yīng)用通常不會產(chǎn)生問題，但對于語音通話和視頻等需要實時傳輸，對時延敏感的應(yīng)用會產(chǎn)生QoS的問題。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)容量有限的時候，更會產(chǎn)生競爭帶寬引起的時延和數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，因此服務(wù)質(zhì)量保證顯得更為重要。
TRainCom®的QoS機制不但保證高優(yōu)先級和實時業(yè)務(wù)的性能，在網(wǎng)絡(luò)容量有限的情況下也能保證每種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的最小帶寬。鑒于列車控制的重要性，最高優(yōu)先級始終為CBTC保留，視頻和語音業(yè)務(wù)一般設(shè)為中優(yōu)先級，乘客信息和車載互聯(lián)網(wǎng)為低優(yōu)先級。
（5）高可靠性。由于所有的基站工作在同一個頻率，幾乎沒有切換時間。使用一個無線電信道能達到99.9%的可靠性，使用雙信道可靠性更高，2個Rx鏈路時即使單個故障也不會造成數(shù)據(jù)服務(wù)供應(yīng)中斷，4個Rx鏈路時更能容許同時發(fā)生兩處故障。同時在中心控制單元CRCU中使用冗余服務(wù)器，當(dāng)一個服務(wù)器發(fā)生故障時能自動切換到另一個服務(wù)器繼續(xù)工作，以此保證運營的穩(wěn)定性。
（6）安全性強。TRainCom®基于Linux硬盤加密和防火墻，中心控制單元CRCU文件系統(tǒng)可以得到Linux專用dm加密的保護。在車輛上，專用的網(wǎng)關(guān)計算機作為記錄狀態(tài)的數(shù)據(jù)包篩選防火墻?？梢蕴峁┌ㄐ切坞娫扨BX和web服務(wù)器功能的外部服務(wù)。另外，CRCU可以作為軌旁網(wǎng)絡(luò)的記錄狀態(tài)的數(shù)據(jù)包篩選防火墻。另外，通過將唯一的標(biāo)識號分配給所有組件，預(yù)防從無線電組件對無線電系統(tǒng)未經(jīng)授權(quán)的訪問或錯誤訪問。只有分控制單元DRCU列出的這些組件才有權(quán)訪問無線電系統(tǒng)以及互相通信。
（7）抗干擾性好。TRainCom®工作在5.8G頻段，不會產(chǎn)生如2.4G的嚴(yán)重頻帶擁擠現(xiàn)象，也不會干擾軌旁GSM，WLAN系統(tǒng)。對于同頻干擾，每個收發(fā)器均能夠通過度量RSSI來監(jiān)視其接收的信號質(zhì)量，進而檢測干擾。使用RSSI可知道列車系統(tǒng)位置操作員檢測并定位射頻干涉。
三、結(jié)束語
軌道交通無線通信擔(dān)負著提高地鐵運營效率、保障行車安全的重要使命。因此, 軌道交通無線通信系統(tǒng)應(yīng)該確保高通信質(zhì)量和全線場強覆蓋。現(xiàn)代城市軌道交通的趨勢，列車無線通信系統(tǒng)將會向著高帶寬、多功能、智能化的方向發(fā)展。若有足夠的帶寬，整合通信和信號系統(tǒng)，并且智能化地分配其所占的帶寬，該產(chǎn)品將會完全改變當(dāng)下地鐵市場信號和通信的格局。當(dāng)下城市軌道交通的信號和通信系統(tǒng)都是相對獨立的，地鐵項目所需的投資就會很大，并且日后的維護費用也會增加。因此可以考慮將通信和信號整合到一套系統(tǒng)之中。
摘要: 本文國內(nèi)外城市軌道交通信號系統(tǒng)的3種制式, 分析模擬軌道電路系統(tǒng)、數(shù)字軌道電路系統(tǒng)以及基于通信的列車運行控制系統(tǒng)制式的優(yōu)缺點, 提出適合國情的城市軌道交通信號系統(tǒng), 分析了國產(chǎn)化成為將來城市軌道交通建設(shè)的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞: 城市軌道交通; 控制; 信號
1城市軌道交通信號系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢
信號系統(tǒng)是保障行車安全、提高運輸能力的關(guān)鍵技術(shù)裝備。城市軌道交通信號系統(tǒng)隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展。信號系統(tǒng)中,地面與車載設(shè)備的安全信息傳輸方式,大致經(jīng)歷了模擬軌道電路、數(shù)字軌道電路和無線通信3個階段。
1.1基于模擬軌道電路的ATC系統(tǒng)
軌道電路是將區(qū)間線路劃分為若干固定的區(qū)段,進行列車占用檢查和向車載ATC設(shè)備傳送信息的載體。列車定位是以固定的軌道電路區(qū)段為單位,采用模擬軌道電路方式由地面向車載設(shè)備傳送
圖1模擬軌道電路列車運行速度控制示意圖
10～20種信息,列車采用階梯式速度控制,稱之為固定閉塞。如圖1所示。模擬軌道電路在我國應(yīng)用的代表產(chǎn)品有:從英國西屋引進的FS-2500無絕緣軌道電路(北京地鐵1號線、13號線) ;從美國GRS公司引進的無絕緣數(shù)字調(diào)幅軌道電路(上海地鐵1號線) ;大連輕軌采用國產(chǎn)WG-21 A軌道電路。從系統(tǒng)整體角度來看, 基于模擬軌道電路的ATC系統(tǒng)中各子系統(tǒng)處于分立狀態(tài), 技術(shù)水平明顯落后, 維修工作量大, 制約了列車運行速度和密度的進一步提高, 將逐步退出歷史舞臺。
1.2基于數(shù)字軌道電路的ATC系統(tǒng)
數(shù)字軌道電路采用數(shù)字編碼方式, 地面向車載設(shè)備傳送數(shù)十位數(shù)字編碼信息, 列車可實現(xiàn)一次模式曲線式安全防護, 縮短了列車運行間隔, 提高了舒適度。數(shù)字軌道電路列車速度控制曲線如圖2
采用數(shù)字軌道電路的ATC系統(tǒng), 列車可實現(xiàn)一次模式曲線式安全防護, 因此稱之為準(zhǔn)移動閉
塞。數(shù)字軌道電路在我國應(yīng)用的代表產(chǎn)品有美國USSI公司的AF-904無絕緣數(shù)字軌道電路(上海地鐵2號線、津濱輕軌等) ; 德國西門子公司的FTGS無絕緣數(shù)字軌道電路(廣州地鐵1、2號線, 南京地鐵1號線等) 。數(shù)字軌道電路的ATC系統(tǒng)采用微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù), 延續(xù)了軌道電路故障2安全的特點, 目前在我國和世界范圍內(nèi)開通運用較多, 系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性得到了充分的驗證。但數(shù)字軌道電路存在以下缺點。
1. 必須具備很強的抗干擾能力。軌道電路中ATC信息電流一般在幾十毫安至幾百毫安, 而列
車牽引回流最大可達4000 A。
2. 受軌道電路特性限制, 只能實現(xiàn)地面向列車的單項信息傳輸, 信息量也只能到數(shù)十比特, 限制了ATC系統(tǒng)的性能。
3. 與牽引供電專業(yè)的設(shè)備安裝相互影響。信號設(shè)備和牽引供電設(shè)備都需要安裝在軌道上, 2個專業(yè)設(shè)備的安裝必須相互協(xié)調(diào), 否則會相互影響對方系統(tǒng)的性能。
4. 無法進行列車精確定位。只能按軌道電路區(qū)段對列車進行定位, 一般區(qū)段長度為30～300 m, 對縮短列車運行間隔有一定的限制。
1.3基于通信的列車運行控制系統(tǒng)( CBTC)
CBTC的特點是前、后列車都采用移動定位方式, 通過安全數(shù)據(jù)傳輸, 將前行列車的位置信息安全地傳遞給后續(xù)列車, 可實現(xiàn)一次模式曲線式安全防護, 并且其防護點能夠隨前車的移動而實時更新, 有利于進一步縮小行車間隔, 提高運輸效率,稱之為移動閉塞。CBTC系統(tǒng)列速度控制如圖3所示。
圖 3CBTC列車運行速度控制示意圖
無線通信的傳輸方式很多, 但是目前國內(nèi)主要采用的有4種方式。
1. 無線AP傳輸方式: 采用沿著軌道方向的無線定向天線, 傳輸距離可以達到200 ～400 m 。優(yōu)點是安裝簡單, 施工方便, 成本低。缺點是無線場強分布不均勻。
2. 漏纜傳輸方式: 沿著同軸電纜的外部導(dǎo)體
周期性或非周期性配置開槽口, 電信號在該電纜中傳輸?shù)耐瑫r, 能把電磁能量的一部分, 按要求從特殊開槽口以電磁波的形式放射到周圍的外部空間,既具有傳輸線的性質(zhì), 又具有無線電發(fā)射天線的性質(zhì)。優(yōu)點是場強覆蓋均勻、適應(yīng)性強、電磁污染小等。缺點是成本較高。
3. 波導(dǎo)管傳輸方式: 波導(dǎo)管是一種雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線信號傳輸媒介, 具有傳輸頻帶寬、傳輸損耗小、可靠性高、抗干擾能力強等特點。缺點是工藝復(fù)雜, 受環(huán)境濕度影響較大。
4. 感應(yīng)環(huán)線方式: 通過軌道鋪設(shè)交叉感應(yīng)環(huán)線, 實現(xiàn)無線通信。
在我國已經(jīng)開通使用的武漢輕軌和廣州地鐵3號線是采用加拿大阿爾卡特公司的Sel Trac MB 系統(tǒng), 用感應(yīng)環(huán)線實現(xiàn)車2地信息雙向傳輸; 北京地鐵10號線和奧運支線、廣州地鐵4號線用德國西門子公司的TrainguardMT, 用點式AP實現(xiàn)無線信息傳輸; 北京地鐵2號線改造、機場線采用法國阿爾斯通公司的URBAL ISTM, 用波導(dǎo)管和點式AP實現(xiàn)無線信息傳輸?，F(xiàn)在正在建設(shè)的項目(廣州地鐵5號線、廣佛線, 上海地鐵6、7、8、9號線,北京地鐵4號線, 沈陽地鐵1、2號線, 成都地鐵1號線等) , 都選擇了基于點式AP 無線通信的CBTC系統(tǒng), 它已經(jīng)成為我國城市軌道交通信號系統(tǒng)選型的主流制式。CBTC系統(tǒng)采用當(dāng)前先進的計算機技術(shù)和信息傳輸技術(shù), 不與牽引供電爭軌道, 有利于牽引供電專業(yè)合理布置設(shè)備; 不需要在軌道上安裝設(shè)備, 易形成疏散通道。采用CBTC技術(shù), 具有多方面優(yōu)勢(提高效率、易于延伸線建設(shè)和改造升級) , 可以充分利用國內(nèi)現(xiàn)有的信號產(chǎn)品和資源, 易于實現(xiàn)國產(chǎn)化。其中具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的計算機聯(lián)鎖設(shè)備和ATS子系統(tǒng)已經(jīng)成功在現(xiàn)場開通使用。但目前CBTC系統(tǒng)的應(yīng)用在國際上還處于初期階段, 國外廠商都在結(jié)合工程實踐不斷完善, 開通投入商業(yè)運營的線路并不多, 開通過程中主要存在以下技術(shù)瓶頸, 需要在今后的研制和工程實施中加以解決。
1) CBTC系統(tǒng)的列車定位和移動授權(quán)依賴無線信息傳輸, 如果某列車或地面某點發(fā)生無線通信中斷或故障, 就會失去對列車的定位, 將對運營造成較大的影響, 且故障處理將比原來的軌道電路系統(tǒng)復(fù)雜。世界上已進行了近30年的CBTC系統(tǒng)研制, 最大的技術(shù)瓶頸就是一旦發(fā)生通信故障時, 如何保障行車安全和減小對運營的影響面問題。為此絕大多數(shù)采用CBTC系統(tǒng)的工程都配置了后備信號系統(tǒng), 以解決上述問題。
2) 除采用環(huán)線通信外, 目前CBTC系統(tǒng)采用的IEEE802.11系列的WLAN標(biāo)準(zhǔn)是一個開放的無線頻段, 該頻段不限制其他用戶使用, 用戶較多時容易造成相互干擾, 特別是在高架開放區(qū)段, 抗外部干擾問題尤為重要。
3) 列車從地面的一個AP切換到另一個AP時信息傳輸會有中斷, 存在一定程度的丟包現(xiàn)象, 如何提高信息傳輸?shù)目煽啃砸泊芯俊?
2城市軌道交通線信號系統(tǒng)選型
2.1新建線路信號系統(tǒng)制式選擇
根據(jù)上述城軌交通信號系統(tǒng)發(fā)展情況和各種制式的應(yīng)用情況, 對于城市軌道交通線網(wǎng)新線建設(shè),信號系統(tǒng)制式選擇原則如下: ①不宜再采用基于模擬軌道電路的ATC系統(tǒng); ②仍然可采用基于數(shù)字編碼軌道電路的ATC系統(tǒng); ③推薦采用基于通信的列車控制系統(tǒng)(CBTC) 。
2.2舊線改造信號系統(tǒng)模式
我國早期建設(shè)的運營線路(舊線) 一般采用軌道電路方式的ATC系統(tǒng), 因此在信號系統(tǒng)改造時, 推薦采用基于通信的列車控制系統(tǒng)(CBTC)方案。改造期間, 無線通信的CBTC系統(tǒng)與既有的軌道電路互不影響, 減少了改造的技術(shù)難度和工程管理難度。
3國產(chǎn)化城軌交通信號系統(tǒng)進展情況
國內(nèi)開發(fā)的城市軌道交通系統(tǒng)3種制式都有,基本上都采用CBTC基于無線的列車控制系統(tǒng)。主要開發(fā)進展情況如下。
1. 中國鐵道科學(xué)研究院, 充分利用專業(yè)齊全的優(yōu)勢, 通過多年的研發(fā), 完成了包括CBTC系統(tǒng)的所有子系統(tǒng)(ATS、聯(lián)鎖、ATP、ATO、DCS、應(yīng)答器等) , 并進行了室內(nèi)系統(tǒng)調(diào)試、現(xiàn)場試驗和調(diào)試。鐵科院的ATS子系統(tǒng)、計算機聯(lián)鎖子系統(tǒng)是國內(nèi)成熟技術(shù), 具有城市軌道交通業(yè)績, 已經(jīng)具備工程實施的條件。鐵科院的CBTC系統(tǒng)對無線故障情況下的后備轉(zhuǎn)換, 進行了深入的研究, 能夠在保證行車安全的情況下, 盡量減少對正常運營的干擾, 達到了先進的水平。在安全性方面, 與研發(fā)同步進行第三方安全認證工作, 已簽署安全認證合同并開展安全認證工作。
2. 2004年, 北京交通大學(xué)、北京地鐵運營公司、北京和利時公司申請北京市科委“基于通信
的城軌CBTC系統(tǒng)研究”科研項目, 在北京地鐵試車線進行了ATP、ATO 試驗, 并在大連設(shè)立了10 km試驗段, 包括地面線路和地下線路, 進行了2列列車的追蹤試驗。亦莊線計劃2010 年底開通點式ATP, 2011年底CBTC全系統(tǒng)全功能開通。
3. 北京全路通信信號研究設(shè)計院也正在進行城市軌道交通CBTC的研發(fā), 它們利用自身研發(fā)的通過SIL4級的安全控制平臺, 進行室內(nèi)點式ATP的研發(fā)。目前運營的CBTC系統(tǒng)都是國外設(shè)備, 從實際運營的情況看, 存在著維護費用高的問題, 因此發(fā)展國產(chǎn)化的CBTC設(shè)備成為當(dāng)前緊迫的任務(wù)。
摘要：對現(xiàn)代城市軌道交通系統(tǒng)中的供電系統(tǒng)的供電模式和供電方式進行了分析和比較，為城市軌道交通系統(tǒng)的設(shè)計和建設(shè)提供借鑒和參考。
關(guān)鍵詞：軌道交通 供電模式 供電方式
1863年倫敦的世界上第一條地鐵建成通車以來，全球30多個國家和地區(qū)的一百多座城市已經(jīng)或正在建設(shè)地鐵和城市輕軌。在目前的城市軌道系統(tǒng)中，供電系統(tǒng)是十分重要的一個環(huán)節(jié)。
1 城市軌道交通供電模式
城市軌道交通供電系統(tǒng)的作用是變壓、整流、傳輸或饋送電流。目前的供電模式有集中供電模式和分散供電模式。
1.1集中供電模式
即設(shè)置專門的主變電所，城軌電力系統(tǒng)所有電能均通過主變電所獲取。其優(yōu)點有：
(1)受電點少，要求公用電網(wǎng)提供的備用容量低：
(2)隧道外電纜敷設(shè)量少，通道易解決，隧道內(nèi)敷設(shè)量多，有利于電纜的施工和維護：
(3)受外部電網(wǎng)影響小，有利于形成軌道交通電網(wǎng)，可靠性、安全性高；
(4)供電資源共享，可提高供電可靠性；
(5)與公用電網(wǎng)相互影響小，可監(jiān)測和處理諧波源；
(6)在運行過程中便于集中管理，電網(wǎng)損耗相對較低。
經(jīng)濟性方面，集中供電模式下，對交叉和鄰近線路供電，節(jié)約投資土地資源，可以充分利用公用電網(wǎng)的電力資源，但需要建立主變電所和電力通道，投資相對較高。
1.2分散供電方式
即不設(shè)置專門的主變電所，根據(jù)城市電網(wǎng)的實際情況，分別從不同地點獲取電能。該方式不便于集中管理和實施綜合控制技術(shù)(如行車調(diào)度、電力調(diào)度、環(huán)境控制等一體化管理)。其優(yōu)點是可以降低城軌交通系統(tǒng)建設(shè)的一次性投資，充分利用國家的電力資源。隨著國家電網(wǎng)運行水平的提高，分散供電方式也逐步得到廣泛應(yīng)用。
不論何種供電模式，城市軌道交通系統(tǒng)的變電所主要有：主變電所，即高壓變電所、牽引壓價混合變電所、配電所，即降壓變電所。
設(shè)置主變電所時，每一座主變電所由110kV電網(wǎng)的兩條獨立線路供電，每路電源各帶一臺三相三繞組110kV／35kV主變壓器。
不設(shè)置主變電所時，一般是牽引降壓混合變電所由沿線城市電力網(wǎng)引進一路10kV電源。
目前，北京城市軌道交通采用的是分散供電模式，上海和廣東采用的是集中供電模式。2城市軌道交通供電方式
在《地鐵設(shè)計規(guī)范》(GB50157-20031和《城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng))(GBt0411～005)中規(guī)定，牽引供電標(biāo)準(zhǔn)電壓為直流750V(DC500～900V)供電制和直流1500V(DCl000～1800V)供電制兩種，這也符合國際電工委員會(IEC)和國際鐵路聯(lián)盟(UIC)的規(guī)定。受流方式為架空接觸網(wǎng)方式和第三軌方式。一般來說，直流750V多用于接觸軌方式，北京地鐵系統(tǒng)多用該種方式，隨著鋼鋁復(fù)合導(dǎo)電軌技術(shù)在接觸軌上的應(yīng)用，接觸軌也開始采用直流1500V電壓等級，如深圳三號線；直流1500V常應(yīng)用于架空接觸網(wǎng)，如廣州軌道交通一、二號線，南京軌道交通一號線等。
2.1直流750V供電制的優(yōu)點
(1)直流750架空接觸網(wǎng)受風(fēng)速影響小，而直流1500V架空接觸網(wǎng)在8級風(fēng)速影響下即應(yīng)限速，在9級風(fēng)時車輛應(yīng)停止運行，受風(fēng)速影響較大；
(2)對車輛的變頻變壓控制(VVVF)逆變器功率元件的電壓等級而言，選用直流750V相較直流1500V而言較低，使得元件成本低，采購和維護費用低；
(3)因為采用鋼作為接觸軌材料，可以節(jié)省部分導(dǎo)體材料的費用。
2.2直流1500V供電制的優(yōu)點
(1)牽引變電所的供電距離較直流750V制式增加一倍，可達3.5km，則變電所總數(shù)可以減少一半；
(2)所需供電的電流減少一半，則供電線電量損失大幅減??；
(3)所有的電氣設(shè)備電流容量減小，車輛的輕量化設(shè)計符合現(xiàn)代軌道交通系統(tǒng)設(shè)計理念；
(4)安裝在車體內(nèi)的高電壓電氣設(shè)備的體積較小，有利于設(shè)各布置，在采用大牽引功率時，尤為顯著’
(5)采用架空接觸網(wǎng)受流方式的列車車速相較直流750V接觸軌高，如東京地鐵這兩項相比最高速度提高15.4％～27.4％，運行速度提高13.7％～22.2％，技術(shù)速度提高11％～32％；
(6)增大系統(tǒng)的電壓可以有效減少走行軌與道床間的雜散電流，減輕對地下金屬構(gòu)筑物的危害；
(71易于組成地下、地面和高架等不同形式的軌道交通工具的運行形式，因此直流1500V供電制式應(yīng)成為現(xiàn)代城市軌道交通系統(tǒng)的主流發(fā)展方向。
3 結(jié)束語
在現(xiàn)代城市軌道交通系統(tǒng)供電制式的比較和選擇上，要分別從安全性、可靠性、經(jīng)濟型、發(fā)展性等方面綜合考慮。供電系統(tǒng)必須保證軌道交通的安全運營和供電質(zhì)量，這其中包含了人身安全、電氣設(shè)備的安全和供電系統(tǒng)抗外界影響的能力。另外，在安全運行的基礎(chǔ)上減少電力損失，增強環(huán)保效率，提高經(jīng)濟效益是建設(shè)城市軌道交通供電系統(tǒng)的目的和意義所在。最后，比較各種供電制式，全面協(xié)調(diào)所需建設(shè)運行要求，找到可持續(xù)推廣的途徑。
