時間：2022-07-31 05:05:47
序論：在您撰寫淺談現(xiàn)代城市軌道交通發(fā)展時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的1篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
【摘 要】隨著城市化發(fā)展進(jìn)程的加快，城市的范圍不斷擴(kuò)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\(yùn)，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(yùn)行模式下機(jī)電設(shè)備的運(yùn)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(jī)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(dá)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(jìn)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(rèn)。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(dá)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(jìn)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(rèn)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(rèn)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(qiáng)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(jìn)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(jì)持續(xù)穩(wěn)定向前發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)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(kuò)張，人口飛速增加。居民出行頻繁導(dǎo)致客運(yùn)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(jì)的發(fā)展。為了保證建成后的軌道交通能安全、高效的運(yùn)營，就必須建立可靠的、易擴(kuò)充的、獨立的通信網(wǎng)，傳輸和處理軌道交通運(yùn)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(jìn)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(jì)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(jì)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(yùn)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(yùn)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(qiáng)、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(qiáng)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(jìn)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(yùn)營商：中國移動、中國聯(lián)通和中國電信發(fā)放了3G運(yùn)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(dá)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(dá)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(kuò)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(jìn)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(lán)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(kuò)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(dá)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(hù)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(yùn)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(jìn)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(yùn)營中心控制室人員可以通過大屏幕看到運(yùn)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(jī)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(dá)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(yuǎn)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(jìn)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(dá)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(jìn)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(yùn)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(kuò)散的特殊調(diào)制模式和多徑接收機(jī)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(jī)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(dá)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(yùn)營的穩(wěn)定性。
（6）安全性強(qiáng)。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(hù)。在車輛上，專用的網(wǎng)關(guān)計算機(jī)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(jìn)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(fù)著提高地鐵運(yùn)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(qiáng)覆蓋?，F(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(hù)費(fèi)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(yùn)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(yùn)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(jī)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(jìn)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(yùn)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(jìn)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(jìn)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(yùn)行速度和密度的進(jìn)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(hù), 縮短了列車運(yùn)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(hù), 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(jī)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(yùn)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(qiáng)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(dá)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(jìn)行列車精確定位。只能按軌道電路區(qū)段對列車進(jìn)行定位, 一般區(qū)段長度為30～300 m, 對縮短列車運(yùn)行間隔有一定的限制。
1.3基于通信的列車運(yùn)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(hù), 并且其防護(hù)點能夠隨前車的移動而實時更新, 有利于進(jìn)一步縮小行車間隔, 提高運(yùn)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(yùn)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(dá)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(qiáng)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(qiáng)覆蓋均勻、適應(yīng)性強(qiáng)、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(qiáng)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(yùn)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(jī)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(jìn)的計算機(jī)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(jī)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(yùn)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(yùn)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(jìn)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(yùn)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(yùn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jī)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(jìn)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(yùn)營的干擾, 達(dá)到了先進(jìn)的水平。在安全性方面, 與研發(fā)同步進(jìn)行第三方安全認(rèn)證工作, 已簽署安全認(rèn)證合同并開展安全認(rèn)證工作。
2. 2004年, 北京交通大學(xué)、北京地鐵運(yùn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行室內(nèi)點式ATP的研發(fā)。目前運(yùn)營的CBTC系統(tǒng)都是國外設(shè)備, 從實際運(yùn)營的情況看, 存在著維護(hù)費(fèi)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(jìn)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(hù)：
(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(yùn)行過程中便于集中管理，電網(wǎng)損耗相對較低。
經(jīng)濟(jì)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(yùn)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(jìn)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(yùn)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(hù)費(fèi)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(fèi)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(dá)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(yùn)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(yùn)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(jì)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(yùn)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(yùn)行的基礎(chǔ)上減少電力損失，增強(qiáng)環(huán)保效率，提高經(jīng)濟(jì)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(yùn)行要求，找到可持續(xù)推廣的途徑。
