城市軌道交通ATC系統(tǒng)

高等職業(yè)教育城市軌道交通通信信號技術專業(yè)系列規(guī)劃教材

城市軌道交通ATC系統(tǒng)

林瑜筠王錫奎主編

◎

王若昆林一鳴副主編

◎

中國鐵道出版社有限公司

年北京

2020·

內(nèi)容簡介

本書為高等職業(yè)教育城市軌道交通通信信號技術專業(yè)系列規(guī)劃教材之一全面介紹了城

,

市軌道交通系統(tǒng)的基本組成和基本原理共包含五章內(nèi)容分別是系統(tǒng)綜述

ATC,,:ATC、ATC

系統(tǒng)基本原理基于軌道電路的系統(tǒng)系統(tǒng)單軌交通系統(tǒng)除闡述基本組

、ATC、CBTC、ATC。

成和基本原理外對所采用的系統(tǒng)也進行了比較詳細的舉例介紹

,ATC。

本書為高等職業(yè)教育城市軌道交通通信信號技術專業(yè)教學用書也可作為中等職業(yè)教育

,

鐵道信號專業(yè)的教材還可作為從事城市軌道交通信號的工程技術人員的學習資料以及城市

,,

軌道交通技術培訓用書

。

圖書在版編目(CIP)數(shù)據(jù)

城市軌道交通系統(tǒng)林瑜筠王錫奎主編北京中國

ATC/,.—:

鐵道出版社有限公司

,2020.8

高等職業(yè)教育城市軌道交通通信信號技術專業(yè)系列規(guī)劃教材

ISBN978-7-113-26734-6

城林王城市鐵路軌道交通自動

Ⅰ.①…Ⅱ.①…②…Ⅲ.①--

控制系統(tǒng)高等職業(yè)教育教材

--Ⅳ.①U284.48

中國版本圖書館數(shù)據(jù)核字第號

CIP(2020)047130

書名:城市軌道交通ATC系統(tǒng)

作者:林瑜筠王錫奎

策劃:呂繼函

責任編輯:呂繼函編輯部電話:電子郵箱:

(010)51873205312705696@

封面設計:尚明龍

責任校對:焦桂榮

責任印制:樊啟鵬

出版發(fā)行:中國鐵道出版社有限公司北京市西城區(qū)右安門西街號

(100054,8)

網(wǎng)址:

印刷:三河市興博印務有限公司

版次:年月第版年月第次印刷

202081202081

開本:印張字數(shù)千

787mm×1092mm1/16:10.25:263

書號:

ISBN978-7-113-26734-6

定價:元

29.00

版權所有侵權必究

凡購買鐵道版圖書如有印制質(zhì)量問題請與本社讀者服務部聯(lián)系調(diào)換電話

,,。:(010)51873174

打擊盜版舉報電話市電路電傳真

:(010)51873659,(021)73659,(010)63549480

前言

城市軌道交通(包括地鐵系統(tǒng)、輕軌系統(tǒng)、單軌系統(tǒng)、有軌電車、磁浮系統(tǒng)、自

動導向軌道系統(tǒng)和市域快速軌道系統(tǒng))具有運量大、速度快、安全可靠、污染輕、受

其他交通方式干擾小等特點,能夠改善城市交通擁擠、乘車困難的問題,對減少空

氣污染也有一定作用。因此,城市軌道交通是現(xiàn)代化都市所必需的交通方式。

世紀年代以來,我國城市軌道交通加快了建設步伐,尤其是進入世

209021

紀,迎來了城市軌道交通建設的高潮。截至年底,我國除北京、上海、天津、

2019

重慶、廣州、深圳、武漢、南京、杭州、寧波、廈門、青島、沈陽、大連、長春、哈爾濱、成

都、西安、蘇州、無錫、福州、南昌、長沙、昆明、鄭州、合肥、南寧、石家莊、佛山、東

莞、貴陽、常州、徐州、濟南、烏魯木齊、蘭州、呼和浩特等個城市已建成規(guī)模和

40

檔次不同的地鐵和輕軌并進行擴展和延伸外,還有南通、紹興、洛陽、蕪湖、太原等

正在建設,城市軌道交通運營總里程已達(未計入港澳臺地區(qū)數(shù)據(jù)),

6736.2km

居世界第一位,而且許多線路正在建設中,呈現(xiàn)著十分廣闊的發(fā)展前景。

在城市軌道交通的各系統(tǒng)中,信號系統(tǒng)是非常重要和關鍵的,具有不可替代

的作用。城市軌道交通的安全、運行速度、輸送能力和運行效率與信號系統(tǒng)密切

相關,采用已成為城市軌道交通的共同選擇。信號系統(tǒng)不僅是城市軌道交

ATC

通安全運行的保證,而且也已成為城市軌道交通調(diào)度指揮和運營管理的中樞神

經(jīng)。選擇合適的信號系統(tǒng)可以產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

城市軌道交通系統(tǒng)的技術含量高,具有網(wǎng)絡化、綜合化、數(shù)字化、智能化

ATC

的現(xiàn)代化系統(tǒng)的技術特征。努力使更多的信號工作人員掌握現(xiàn)代化系統(tǒng)的

ATC

基本知識和基本技能,提高廣大信號工作人員的技術水準,以充分發(fā)揮現(xiàn)代化信

號系統(tǒng)的作用,是城市軌道交通信號發(fā)展中亟須解決的問題。為了滿足相關職業(yè)

院校城市軌道交通通信信號專業(yè)學生學習的需要,以及城市軌道交通發(fā)展對技術

培訓的需要,我們編寫了本書。

全書分為系統(tǒng)綜述、系統(tǒng)基本原理、基于軌道電路的系統(tǒng)、

ATCATCATC

系統(tǒng)、單軌交通系統(tǒng)五章。除闡述基本組成和基本原理外,對我國

CBTCATC

各地城市軌道交通所采用的系統(tǒng),尤其是系統(tǒng)也進行了比較詳細的

ATCCBTC

介紹。

Ⅰ

··

城市軌道交通ATC系統(tǒng)

基于軌道電路的系統(tǒng)已不再發(fā)展,本書未詳細介紹,只舉例三種型號。

ATC

是目前城市軌道交通的主流,也是本書的重點,但是型號很多,不可

CBTCATC

能面面俱到,本書將應用最多的三種型號作為例子。其他型號請根據(jù)具體情況,

予以補充。

由于城市軌道交通信號系統(tǒng)不要求兼容,故制式紛雜且各具特色,尤其是

,盡管我們盡量涵蓋,但不可能面面俱到。各校在組織學習時,可根據(jù)實際需

ATC

要予以選用。

本書最后附有名稱術語英(縮略語)中對照表,在閱讀正文遇到英文縮寫不解

時,可查閱此表。

本書由南京鐵道職業(yè)技術學院林瑜筠、王錫奎任主編;南京鐵道職業(yè)技術學

院王若昆、上海地鐵維護保障有限公司通號分公司林一鳴任副主編。林瑜筠編寫

了第一章、第五章;王錫奎編寫了第二章;王若昆編寫了第三章;林一鳴編寫了第

四章。

由于我國城市軌道交通信號系統(tǒng),尤其是,引入多國技術,制式紛雜,資

ATC

料難以搜集齊全,再加上編者水平所限,時間倉促,書中不免有錯誤、疏漏、不妥之

處,懇望讀者批評指正,以不斷提高本書水平,為我國城市軌道交通信號事業(yè)的發(fā)

展盡綿薄之力。

編者

年月

20204

Ⅱ

··

目錄

第一章ATC系統(tǒng)綜述…………

1

第一節(jié)系統(tǒng)概述………………………

ATC1

第二節(jié)系統(tǒng)的選用……………………

ATC9

第三節(jié)系統(tǒng)的運用模式………………

ATC11

復習思考題……………………

16

第二章ATC系統(tǒng)基本原理……………………

17

第一節(jié)系統(tǒng)基本原理…………………

ATP17

第二節(jié)系統(tǒng)基本原理…………………

ATO31

第三節(jié)系統(tǒng)基本原理…………………

ATS39

復習思考題……………………

59

第三章基于軌道電路的ATC系統(tǒng)……………

61

第一節(jié)基于軌道電路的系統(tǒng)………

ATC61

第二節(jié)西門子系統(tǒng)…………………

ATC64

第三節(jié)系統(tǒng)…………………

US&SATC74

第四節(jié)系統(tǒng)………………

ALSTONATC86

復習思考題……………………

93

第四章CBTC系統(tǒng)……………

94

第一節(jié)系統(tǒng)概述……………………

CBTC94

第二節(jié)型系統(tǒng)……………

iCMTCCBTC113

第三節(jié)型系統(tǒng)認知……………………

LCF-300CBTC130

第四節(jié)系統(tǒng)……………

SeltracS40CBTC141

復習思考題……………………

146

第五章單軌交通ATC系統(tǒng)…………………

147

第一節(jié)單軌交通信號系統(tǒng)概述……………

147

第二節(jié)單軌交通系統(tǒng)…………

ATP/TD148

復習思考題……………………

152

名稱術語英(縮略語)中對照表…………………

153

參考文獻…………………………

156

第一章ATC系統(tǒng)綜述

第一章ATC系統(tǒng)綜述

第一節(jié)ATC系統(tǒng)概述

一、ATC系統(tǒng)

列車自動控制系統(tǒng)是城市軌道交通信號系統(tǒng)的最重要

(AutomaticTrainControl,ATC)

的組成部分它實現(xiàn)行車指揮和列車運行自動化能最大程度地保證列車運行安全提高運輸

,,,

效率減輕運營人員的勞動強度發(fā)揮城市軌道交通的通過能力系統(tǒng)的技術含量高運

,,。ATC,

用了許多當代重要的科技成果

。

二、ATC系統(tǒng)的組成和功能

列車自動控制系統(tǒng)包括三個子系統(tǒng)列車自動防護

(ATC):(AutomaticTrainProtect,ATP)、

列車自動運行列車自動監(jiān)控

(AutomaticTrain,ATO)、(AutomaticTrainSupervision,ATS)。

系統(tǒng)包括三個功能功能功能和功能

ATC:ATP/ATO、ATSPTI。

功能有三個子功能軌旁功能傳輸功能和

ATP/ATO:ATP/ATO、ATP/ATOATP/

車載功能軌旁功能負責列車間隔計算和授權報文生成傳輸

ATO。ATP/ATO。ATP/ATO

功能負責發(fā)送信號包括報文和車載設備所需的其他數(shù)據(jù)車載功能負責

,ATC。ATP/ATO

列車的安全運營安全速度曲線計算列車自動駕駛且給信號系統(tǒng)和司機提供接口

、、。

功能實現(xiàn)對列車運行及所控制的道岔信號機等設備運行狀態(tài)的監(jiān)督和控制顯

ATS、,

示全線列車的運行狀態(tài)監(jiān)督和記錄運行圖的執(zhí)行情況在列車因故偏離運行圖時及時做

,,,

出調(diào)整功能自動或由人工監(jiān)控線路及向行車調(diào)度員和外部系統(tǒng)提供信息

。ATS,。

功能是通過多種渠道傳輸和接收各種數(shù)據(jù)在特定的位置傳給向報告

PTI,ATS,ATS

列車的識別信息目的號碼及乘務組號和列車位置數(shù)據(jù)以優(yōu)化列車運行

、,。

三、ATC系統(tǒng)的閉塞制式

按閉塞制式城市軌道交通系統(tǒng)可分為固定閉塞式系統(tǒng)準移動閉塞式

,ATC:ATC、

系統(tǒng)和移動閉塞式系統(tǒng)

ATCATC。

固定閉塞

1.

固定閉塞將線路劃分為固定的區(qū)段不論前后列車的位置還是前后列車的間距都

,、,、

是用固定的地面設備如軌道電路等檢測和表示的線路條件和列車參數(shù)等均需在閉塞

()。

設計過程中加以考慮并體現(xiàn)在地面固定區(qū)段的劃分中

,。

由于列車定位是以固定區(qū)段為單位系統(tǒng)只知道列車在哪個區(qū)段中而不知道在區(qū)段

(,

中的具體位置所以固定閉塞的速度控制模式必然是分級的即臺階式的在這種制式

),,。

中需要向被控列車安全傳送的只是代表有限個速度級的速度碼

,。

1

··

城市軌道交通ATC系統(tǒng)

固定閉塞方式無法滿足提高系統(tǒng)能力安全性和互用性的要求

、。

固定閉塞通過軌道電路判別閉塞分區(qū)占用情況并傳輸信息碼需要大量的軌旁設備

,,,

維護工作量較大此外還存在以下缺點

。,:

軌道電路工作穩(wěn)定性易受環(huán)境影響如道砟阻抗變化牽引回流干擾等

(1),、。

軌道電路傳輸信息量小要想增加信息量只能通過提高信息傳輸?shù)念l率但是

(2)。,。

傳輸頻率過高鋼軌的集膚效應會導致信號的衰耗增大從而導致縮短傳輸距離

,,。

利用軌道電路無法實現(xiàn)車對地的信息傳輸

(3)。

閉塞分區(qū)長度是按最長列車滿負載最高速度最不利制動率等不利條件設計的

(4)、、、,

分區(qū)較長并且一個分區(qū)只能被一列列車占用不利于縮短列車運行間隔

,,。

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

(5),

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)段這使得列車間的安全間

。,,

隔較大影響了線路的使用效率

,。

準移動閉塞

2.

準移動閉塞也可稱為半固定閉塞解釋為預先設定列車的安全追蹤間隔距離根據(jù)

,,“,

前方目標狀態(tài)設定列車的可行車距離和運行速度介于固定閉塞和移動閉塞之間的一種閉

、

塞方式

”。

準移動閉塞對前后列車的定位方式是不同的前行列車的定位仍沿用固定閉塞的方

、。

式而后續(xù)列車的定位則采用連續(xù)的或稱為移動的方式為了提高后續(xù)列車的定位精度

,。,

目前各系統(tǒng)均在地面每隔一段距離設置個定位標志可以是軌道電路的分界點或應答器

1(

等列車通過時提供絕對位置信息在相鄰定位應答器之間列車的相對位置由安裝在列

),。,

車上的輪軸轉數(shù)累計連續(xù)測得

。

由于準移動閉塞同時采用移動和固定兩種定位方式所以它的速度控制模式必然既

,,

具有無級連續(xù)的特點又具有分級臺階的性質(zhì)若前行列車不動而后續(xù)列車前進時

(),()。,

其最大允許速度是連續(xù)變化的而當前行列車前進其尾部駛過固定區(qū)段的分界點時后續(xù)

;,,

列車的最大速度將按臺階跳躍上升

“”。

由于準移動閉塞兼有移動和固定的特性與固定性質(zhì)相對應的設備必須在工程設

,“”,

計和施工階段完成而被控列車的位置是由列車自行實時移動測定的所以其最大允許

。(),

速度的計算最終只能在車上實現(xiàn)

。

為了使后續(xù)列車能夠根據(jù)自身測定的位置實時計算其最大允許速度必須用報文向

,,

其提供前方線路的各種參數(shù)及前行列車處在哪個區(qū)段上的信息所以從信息傳輸?shù)慕嵌?/p>

。

來說設有地對車單向安全數(shù)據(jù)通信是準移動閉塞的基本技術特征

,。

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)線或應答器來判斷分區(qū)占用并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)列車的最大目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

。

2

··

第一章ATC系統(tǒng)綜述

移動閉塞

3.

移動閉塞可解釋為列車安全追蹤間隔距離不預先設定而隨列車的移動不斷移動并

“,

變化的閉塞方式

”。

移動閉塞的基本概念

(1)

移動閉塞的特點是前后兩列車都采用移動式的定位方式

、。

移動閉塞可借助感應環(huán)線或無線通信的方式實現(xiàn)早期的移動閉塞系統(tǒng)大部分采用基

。

于感應環(huán)線的技術即通過在軌間布置感應環(huán)線來定位列車和實現(xiàn)車載計算機與

,(VOBC)

車輛控制中心之間的連續(xù)通信現(xiàn)今則采用無線通信系統(tǒng)實現(xiàn)各子系統(tǒng)間的通

(VCC)。,

信構成基于無線通信技術的移動閉塞

,。

移動閉塞的特點

(2)

線路沒有固定劃分的閉塞分區(qū)列車間隔是動態(tài)的并隨前一列車的移動而移動

①,,。

列車間隔是按后續(xù)列車在當前速度下所需的制動距離加上安全余量計算和控制

②,

的確保不追尾

,。

制動的起點和終點是動態(tài)的軌旁設備的數(shù)量與列車運行間隔關系不大

③,。

可實現(xiàn)較小的列車運行間隔

④。

采用車地雙向傳輸信息量大易于實現(xiàn)無人駕駛

⑤—,,。

移動閉塞的技術優(yōu)勢

(3)

移動閉塞是一種新型的閉塞制式它克服了固定閉塞的缺點基于通信的列車控制

①,。

則是實現(xiàn)這種閉塞制式的最主要技術手段采

(CommunicationBasedTrainControl,CBTC)。

用這種方法以后實現(xiàn)了車地間雙向大容量的信息傳輸達到連續(xù)通信的目的在真正

,—、,,

意義上實現(xiàn)了列車運行的閉環(huán)控制當列車和車站建立通信后區(qū)域控制器就能得知區(qū)域

。,

內(nèi)所有列車的位置能夠提供連續(xù)的列車安全間隔保證和超速防護功能在列車控制中具

,,

有更好的精確性和更大的靈活性并能更快地檢測到故障點而且移動閉塞可以根據(jù)列

,。,

車的實際速度和相對速度來調(diào)整閉塞分區(qū)的長度盡可能縮小列車運行間隔提高行車密

,,

度進而提高運輸能力此外這種系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比將大大減少沿線設備車載設備和

,。,,

軌旁設備的安裝也相對較容易維修方便有利于降低運營成本

,,。

移動閉塞系統(tǒng)通過列車與地面間連續(xù)的雙向通信提供連續(xù)測量本車與前車距離的

②,

方法實時提供列車的位置速度及加速度等信息動態(tài)地控制列車運行速度移動閉塞制

,、,。

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

,,

縮小列車運行間隔從而使系統(tǒng)可以在滿足同等客運需求條件下減少乘客候車時間

,。

由于系統(tǒng)采用模塊化設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

③,,

少可節(jié)省維護費用

,。

移動閉塞系統(tǒng)的安全計算機一般采取三取二或二乘二取二的冗余配置系統(tǒng)通過

④,

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

。

移動閉塞還常常和無人駕駛聯(lián)系在一起兩者的結合能夠避免司機的誤操作或延

⑤。

誤獲得更高的效率

,。

無線移動閉塞的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)對所有子系統(tǒng)透明對通信數(shù)據(jù)的安全加密和接入防

⑥,

護等措施可保證數(shù)據(jù)通信的安全

。

3

··

城市軌道交通ATC系統(tǒng)

移動閉塞的工作原理

(4)

移動閉塞與固定閉塞的根本區(qū)別在于閉塞分區(qū)的形成方法不同如圖所示移動閉

,1-1,

塞系統(tǒng)是一種區(qū)間不分割根據(jù)連續(xù)檢測先行列車位置和速度進行列車運行間隔控制的列

、

車安全系統(tǒng)這里的連續(xù)檢測并不意味著一定沒有間隔點實際上該系統(tǒng)把先行列車的

。。

后部看作是假想的閉塞區(qū)間由于這個假想的閉塞區(qū)間隨著列車的移動而移動所以叫作

。,

移動閉塞在移動閉塞系統(tǒng)中后續(xù)列車的速度曲線隨著目標點的移動而實時計算后續(xù)

。,,

列車到先行列車的保護段后部之間的距離等于列車制動距離加上列車制動反應時間內(nèi)駛

,

過的距離

。

圖移動閉塞原理示意圖

1-1

移動閉塞技術在對列車的安全間隔控制上更進了一步通過車載設備和軌旁設備連續(xù)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)地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便組成了一個與列車同步移動的

,

虛擬分區(qū)如圖所示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

,1-2。,

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

,,。

圖移動閉塞系統(tǒng)的安全行車間隔

1-2

無線移動閉塞系統(tǒng)的組成主要包括無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)車載設備區(qū)域控制器和控制中心

、、

等其中無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是移動閉塞實現(xiàn)的基礎通過可靠的無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)列車不間斷

。,。,

地將其標識位置車次列車長度實際速度制動潛能和運行狀況等信息以無線的方式發(fā)送

、、、、、,

給區(qū)域控制器區(qū)域控制器追蹤列車并通過無線傳輸方式向列車發(fā)送移動授權根據(jù)來自列車

;,

的信息計算確定列車的安全行車間隔并將相關信息如先行列車位置移動授權等傳遞給

、,(、)

列車控制列車運行車載設備包括無線電臺車載計算機和其他設備如傳感器查詢器等

,。、(、)。

列車將采集到的數(shù)據(jù)如機車信息車輛信息現(xiàn)場狀況和位置信息等通過無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)發(fā)

(、、)

送給區(qū)域控制器以協(xié)助完成運行決策同時對接收到的命令進行確認并執(zhí)行

,;。

4

··

第一章ATC系統(tǒng)綜述

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

,

先定義的線路單元每個單元長度為幾米到十幾米移動閉塞分區(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

,。

移動閉塞系統(tǒng)分類

(5)ATC

移動閉塞