城市軌道交通信號系統(tǒng)ATC、ATS、ATO、ATP介紹

1、城市軌道交通信號系統(tǒng)ATC、ATS、ATO、ATP介紹 城市軌道交通信號系統(tǒng)是保證列車運(yùn)行安全，實(shí)現(xiàn)行車指揮和列車運(yùn)行現(xiàn)代化，提高運(yùn)輸效率的關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備。城市軌道交通信號系統(tǒng)通常由列車自動控制系統(tǒng)（Automatic Train Control，簡稱ATC）組成，ATC系統(tǒng)包括三個子系統(tǒng)： 列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（Automatic Train Supervision，簡稱ATS） 列車自動防護(hù)子系統(tǒng)（Automatic Train Protection，簡稱ATP） 列車自動運(yùn)行系統(tǒng)（Automatic Train Operation，簡稱ATO）三個子系統(tǒng)通過信息交換網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)地面控

2、制與車上控制結(jié)合、現(xiàn)地控制與中央控制結(jié)合，構(gòu)成一個以安全設(shè)備為基礎(chǔ)，集行車指揮、運(yùn)行調(diào)整以及列車駕駛自動化等功能為一體的列車自動控制系統(tǒng)。一、列車自動控制系統(tǒng)（ATC）分類1、按閉塞布點(diǎn)方式：可分為固定式和移動式。固定閉塞方式中按控制方式，又可分為速度碼模式（臺階式）和目標(biāo)距離碼模式（曲線式）。2、按機(jī)車信號傳輸方式：可分為連續(xù)式和點(diǎn)式。3、按各系統(tǒng)設(shè)備所處地域可分為：控制中心子系統(tǒng)、車站及軌旁子系統(tǒng)、車載設(shè)備子系統(tǒng)、車場子系統(tǒng)。二、固定閉塞ATC系統(tǒng)固定閉塞ATC系統(tǒng)是指基于傳統(tǒng)軌道電路的自動閉塞方式，閉塞分區(qū)按線路條件經(jīng)牽引計(jì)算來確定，一旦劃定將固定不變。列車以閉塞分區(qū)為最小行車間隔，AT

3、C系統(tǒng)根據(jù)這一特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)行車指揮和列車運(yùn)行的自動控制。固定閉塞ATC系統(tǒng)又可分為速度碼模式和目標(biāo)距離碼模式。1、 速度碼模式（臺階式）如北京地鐵和上海地鐵1號線分別引進(jìn)的英國西屋公司和美國GRS公司的ATC系統(tǒng)均屬此類ATC系統(tǒng)，該系統(tǒng)屬7080年代的產(chǎn)品，技術(shù)成熟、造價(jià)較低，但因閉塞分區(qū)長度的設(shè)計(jì)受限于最不利線路條件和最低列車性能，不利于提高線路運(yùn)輸效率。固定閉塞速度碼模式ATC是基于普通音頻軌道電路，軌道電路傳輸信息量少，對應(yīng)每個閉塞分區(qū)只能傳送一個信息代碼，從控制方式可分成入口控制和出口控制兩種，從軌道電路類型劃分可分為有絕緣和無絕緣軌道電路兩種。以出口防護(hù)方式為例，軌道電路傳輸?shù)男畔⒓丛?/p>

4、區(qū)段所規(guī)定的出口速度命令碼，當(dāng)列車運(yùn)行的出口速度大于本區(qū)段的出口命令碼所規(guī)定的速度時(shí)，車載設(shè)備便對列車實(shí)施懲罰性制動，以保證列車運(yùn)行的安全。由于列車監(jiān)控采用出口檢查方式，為保證列車安全追蹤運(yùn)行，需要一個完整的閉塞分區(qū)作為列車的安全保護(hù)距離，限制了線路通過能力的進(jìn)一步提高和發(fā)揮。能提供此類產(chǎn)品的公司有：英國WSL公司、美國GRS公司、法國ALSTOM公司、德國SIEMENZ公司等。2、 目標(biāo)距離碼模式（曲線式）目標(biāo)距離碼模式一般采用音頻數(shù)字軌道電路或音頻軌道電路加電纜環(huán)線或音頻軌道電路加應(yīng)答器，具有較大的信息傳輸量和較強(qiáng)的抗干擾能力。通過音頻數(shù)字軌道電路發(fā)送設(shè)備或應(yīng)答器向車載設(shè)備提供目標(biāo)速度、目

5、標(biāo)距離、線路狀態(tài)（曲線半徑、坡道等數(shù)據(jù)）等信息，車載設(shè)備結(jié)合固定的車輛性能數(shù)據(jù)計(jì)算出適合于列車運(yùn)行的目標(biāo)距離速度模式曲線（最終形成一段曲線控制方式），保證列車在目標(biāo)距離速度模式曲線下有序運(yùn)行。不僅增強(qiáng)了列車運(yùn)行的舒適度，而且列車追蹤運(yùn)行的最小安全間隔縮短為安全保護(hù)距離，有利于提高線路的通過能力。如上海地鐵2號線引進(jìn)美國US&S公司、明珠線引進(jìn)法國ALSTOM公司和廣州地鐵1、 2號線引進(jìn)德國西門子公司的ATC系統(tǒng)均屬此類。三、移動閉塞ATC系統(tǒng)移動閉塞方式的ATC系統(tǒng)通常采用無線通信、地面交叉感應(yīng)環(huán)線、波導(dǎo)等媒體，向列控車載設(shè)備傳遞信息。列車安全間隔距離是根據(jù)最大允許車速、當(dāng)前停車點(diǎn)位

6、置、線路等信息計(jì)算得出，信息被循環(huán)更新，以保證列車不間斷收到即時(shí)信息。移動閉塞ATC系統(tǒng)是利用列車和地面間的雙向數(shù)據(jù)通信設(shè)備，使地面信號設(shè)備可以得到每一列車連續(xù)的位置信息，并距此計(jì)算出每一列車的運(yùn)行權(quán)限，動態(tài)更新發(fā)送給列車，列車根據(jù)接收到的運(yùn)行權(quán)限和自身的運(yùn)行狀態(tài)，計(jì)算出列車運(yùn)行的速度曲線，實(shí)現(xiàn)精確的定點(diǎn)停車，實(shí)現(xiàn)完全防護(hù)的列車雙向運(yùn)行模式，更有利于線路通過能力的充分發(fā)揮。移動閉塞ATC系統(tǒng)在我國還未有應(yīng)用實(shí)例，國外能提供此類系統(tǒng)的公司有：阿爾卡特公司交叉感應(yīng)電纜作為傳輸媒介的ATC系統(tǒng)，在加拿大溫哥華“天車線” 和香港KCRC西部鐵路等應(yīng)用，技術(shù)比較成熟，但交叉感應(yīng)軌間電纜給線路日常養(yǎng)護(hù)帶來

7、不便；美國哈蒙公司基于擴(kuò)頻電臺通信的移動閉塞應(yīng)用在舊金山BART 線，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)運(yùn)用尚不成熟；阿爾斯通公司基于波導(dǎo)傳輸信息的移動閉塞正在新加坡西北線試驗(yàn)段安裝調(diào)試。四、信號系統(tǒng)基本功能1、 列車自動監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）ATS系統(tǒng)由控制中心、車站、車場以及車載設(shè)備組成。ATS系統(tǒng)在ATP系統(tǒng)的支持下完成對列車運(yùn)行的自動監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)以下基本功能：（1）通過ATS車站設(shè)備，能夠采集軌旁及車載ATP提供的軌道占用狀態(tài)、進(jìn)路狀態(tài)、列車運(yùn)行狀態(tài)以及信號設(shè)備故障等控制和監(jiān)督列車運(yùn)行的基礎(chǔ)信息。（2）根據(jù)聯(lián)鎖表、計(jì)劃運(yùn)行圖及列車位置，自動生成輸出進(jìn)路控制命令，傳送至車站聯(lián)鎖設(shè)備，設(shè)置列車進(jìn)路、控制列車停站

8、時(shí)分。（3）列車識別跟蹤、傳遞和顯示功能。系統(tǒng)能自動完成正線區(qū)段內(nèi)列車識別號（服務(wù)號、目的地號、車體號）跟蹤，列車識別號可由中央ATS自動生成或調(diào)度員人工設(shè)定、修改，也可由列車經(jīng)車地通信向ATS發(fā)送識別號等信息。（4）列車計(jì)劃與實(shí)跡運(yùn)行圖的比較和計(jì)算機(jī)輔助調(diào)度功能。能根據(jù)列車運(yùn)行實(shí)際的偏離情況，自動生成調(diào)整計(jì)劃供調(diào)度員參考或自動調(diào)整列車停站時(shí)分，控制發(fā)車時(shí)間。（5）ATS中央故障情況下的降級處理，由調(diào)度員人工介入設(shè)置進(jìn)路，對列車運(yùn)行進(jìn)行調(diào)整，由ATS車站完成自動進(jìn)路或根據(jù)列車識別號進(jìn)行自動信號控制，由車站人工進(jìn)行進(jìn)路控制。（6）在計(jì)算機(jī)輔助下完成對列車基本運(yùn)行圖的編制及管理，并具有較強(qiáng)的人工介

9、入能力。通過設(shè)在車輛段的終端，向車輛段管理及行車人員提供必要的信息，以便編制車輛運(yùn)用計(jì)劃和行車計(jì)劃。（7）列車運(yùn)行顯示屏及調(diào)度臺顯示器，能對軌道區(qū)段、道岔、信號機(jī)和在線運(yùn)行列車等進(jìn)行監(jiān)視，能在行調(diào)工作站上給出設(shè)備故障報(bào)警及故障源提示。（8）能在中央專用設(shè)備上提供模擬和演示功能，用于培訓(xùn)及參觀。能自動進(jìn)行運(yùn)行報(bào)表統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)要求進(jìn)行顯示打印。（9）能在車站控制模式下與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備結(jié)合，將部分或所有信號機(jī)置于自動模式狀態(tài)。（10）向通信無線、廣播、旅客向?qū)到y(tǒng)提供必要的信息。2 、列車自動防護(hù)子系統(tǒng)（ATP）ATP系統(tǒng)由地面設(shè)備、車載設(shè)備組成，監(jiān)督列車在安全速度下運(yùn)行，確保列車一旦超過規(guī)定速度，

10、立即施行制動，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）自動連續(xù)地對列車位置進(jìn)行檢測，并向列車發(fā)送必要的速度、距離、線路條件等信息，以確定列車運(yùn)行的最大安全速度。提供列車速度保護(hù)，在列車超速時(shí)提供常用制動或緊急制動，保證前行與后續(xù)列車之間的安全間隔，滿足正向行車時(shí)的設(shè)計(jì)行車間隔和折返間隔。對反向運(yùn)行列車能進(jìn)行ATP防護(hù)。（2）確保列車進(jìn)路正確及列車的運(yùn)行安全。確保同一徑路上的不同列車之間具有足夠的安全距離，以及等防止列車側(cè)面沖撞。（3）防止列車超速運(yùn)行，保證列車速度不超過線路、道岔、車輛等規(guī)定的允許速度。（4）為列車車門的開啟提供安全、可靠的信息。（5）根據(jù)聯(lián)鎖設(shè)備提供的進(jìn)路上軌道區(qū)間運(yùn)行方向，確定相應(yīng)軌道電路

11、發(fā)碼方向。（6）任何車地通信中斷以及列車的非預(yù)期移動（含退行）、任何列車完整性電路的中斷、列車超速（含臨時(shí)限速）、車載設(shè)備故障等均將產(chǎn)生安全性制動。（7）實(shí)現(xiàn)與ATS的接口和有關(guān)的交換信息。（8）系統(tǒng)的自診斷、故障報(bào)警、記錄。（9）列車的實(shí)際速度、推薦速度、目標(biāo)速度、目標(biāo)距離等信息的記錄和顯示。具有人工或自動輪徑磨耗補(bǔ)償功能。3、 列車自動駕駛子系統(tǒng)（ATO）ATO子系統(tǒng)是控制列車自動運(yùn)行的設(shè)備，由車載設(shè)備和地面設(shè)備組成，在ATP系統(tǒng)的保護(hù)下，根據(jù)ATS的指令實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行的自動駕駛、速度的自動調(diào)整、列車車門控制。（1）自動完成對列車的啟動、牽引、巡航、惰行和制動的控制，以較高的速度進(jìn)行追蹤運(yùn)行

12、和折返作業(yè)，確保達(dá)到設(shè)計(jì)間隔及旅行速度。（2）在ATS監(jiān)控范圍的入口及各站停車區(qū)域（含折返線、停車線）進(jìn)行車地通信，將列車有關(guān)信息傳送至ATS系統(tǒng)，以便于ATS系統(tǒng)對在線列車進(jìn)行監(jiān)控。（3）控制列車按照運(yùn)行圖進(jìn)行運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能及自動調(diào)整列車運(yùn)行的目的。（4）ATO自動駕駛時(shí)實(shí)現(xiàn)車站站臺定點(diǎn)停車控制、舒適度控制及節(jié)省能源控制。（5）能根據(jù)停車站臺的位置及停車精度，自動地對車門進(jìn)行控制。（6）與ATS和ATP結(jié)合，實(shí)現(xiàn)列車自動駕駛、有人或無人駕駛。五、信號系統(tǒng)運(yùn)營模式1 、ATS自動監(jiān)控模式正常情況下ATS系統(tǒng)自動監(jiān)控在線列車的運(yùn)行，自動向聯(lián)鎖設(shè)備下達(dá)列車進(jìn)路命令，列車在ATP的安全保護(hù)下由司機(jī)按

13、規(guī)定的運(yùn)行圖時(shí)刻表駕駛列車運(yùn)行。控制中心行車調(diào)度員僅需監(jiān)督列車和設(shè)備的運(yùn)行狀況。每天開班前，控制中心調(diào)度員選擇當(dāng)日的行車運(yùn)行圖/時(shí)刻表，經(jīng)確認(rèn)或作必要的修改，作為當(dāng)日行車指揮的依據(jù)。2 、調(diào)度員人工介入模式調(diào)度員可通過工作站發(fā)出有關(guān)行車命令，對全線列車運(yùn)行進(jìn)行人工干預(yù)。調(diào)整列車運(yùn)行計(jì)劃包括對列車實(shí)施“扣車”、“終止站停”、改變列車進(jìn)路、增減列車等。3、 列車出入車場調(diào)度模式車輛調(diào)度員根據(jù)當(dāng)日列車運(yùn)行圖/時(shí)刻表編制車輛運(yùn)用計(jì)劃和場內(nèi)行車計(jì)劃，并傳至控制中心。車場信號值班員按車輛運(yùn)用計(jì)劃設(shè)置相應(yīng)的進(jìn)路，以滿足列車出入段作業(yè)要求。4、 車站現(xiàn)地控制模式除設(shè)備集中站其他車站不直接參與運(yùn)營控制，車站聯(lián)鎖

14、和車站ATS系統(tǒng)結(jié)合實(shí)現(xiàn)車站和中央兩級控制權(quán)的轉(zhuǎn)換。在中央ATS設(shè)備故障或經(jīng)車站值班員申請，中央調(diào)度員同意放權(quán)后，可改由車站現(xiàn)地控制。在現(xiàn)地控制模式下，車站值班員可直接操從車站聯(lián)鎖設(shè)備，可將部分信號機(jī)置于自動模式狀態(tài)，也可將全部信號機(jī)設(shè)為自動模式狀態(tài)，控制中心行車調(diào)度員應(yīng)通過通信調(diào)度系統(tǒng)與列車駕駛員、車站值班員保持聯(lián)系。5、 車場控制模式列車出入場和場內(nèi)的作業(yè)均由場值班員根據(jù)用車計(jì)劃，直接排列進(jìn)路。車場與正線之間設(shè)置轉(zhuǎn)換軌，出入場線與正線間采用聯(lián)鎖照查聯(lián)系保證行車安全。6、 列車運(yùn)行控制模式列車在正線、折返線上的運(yùn)行作業(yè)時(shí)，常用ATO自動駕駛模式和ATP監(jiān)督下的人工駕駛模式，限制人工駕駛和非限

15、制人工駕駛模式均為非常用模式。（1）ATO自動駕駛模式列車啟動后，在ATP設(shè)備安全保護(hù)下，車載ATO設(shè)備自動控制列車加速、巡航、惰行、制動，并控制列車在車站的停車位置，開關(guān)車門，司機(jī)僅需監(jiān)督ATP/ATO車載設(shè)備運(yùn)行狀況。（2）ATP監(jiān)督下的人工駕駛模式列車啟動后，車載ATP設(shè)備根據(jù)地面提供的信息，自動生成連續(xù)監(jiān)督列車運(yùn)行的一次速度模式曲線，實(shí)時(shí)監(jiān)督列車運(yùn)行。司機(jī)根據(jù)ATP顯示的速度信息駕駛列車，當(dāng)列車運(yùn)行速度接近限制速度時(shí)，提出報(bào)警；當(dāng)列車運(yùn)行速度超過限制速度時(shí)，ATP車載設(shè)備將對列車實(shí)施制動。（3）限制人工駕駛模式司機(jī)以不超過車載ATP的限制速度行車，列車運(yùn)行安全由司機(jī)負(fù)責(zé)，當(dāng)列車超過該限制速度時(shí)，ATP車載設(shè)備則對列車實(shí)施制動。（4）非限制人工駕駛模式在車載ATP設(shè)備故障狀態(tài)下運(yùn)用，ATP將不對列車運(yùn)行起監(jiān)控作用。列車運(yùn)行安全由司機(jī)、調(diào)度員、車站值班員共同負(fù)責(zé)。7 、列車折返模式列車在ATP監(jiān)督人工駕駛