城市轨道交通信号与通信系统-张利彪 主编单元四 列车自动控制系统

1、单元四 列车自动控制系统4.1列车自动控制系统概述列车自动控制系统（ATC， Automatic Train Control）列车自动防护（ATP，Automatic Train Protection）列车自动运行（ATO ，Automatic Train Operation）列车自动监控（ATS，Automatic Train Supervision）一、不同闭塞制式的ATC系统固定闭塞式将线路划分为固定的闭塞分区，前、后列车的位置还是前、后列车的间距一、不同闭塞制式的ATC系统准移动闭塞式ATC前行列车的定位仍沿用固定闭塞的方式，而后续列车的定位则采用连续的或称为移动的方式列车通过时提供绝

2、对位置信息提高后续列车的定位精度在相邻定位标志之间，列车的相对位置由安装在列车上的轮轴转数累计连续测得可以告知后续列车继续前行的距离，后续列车也可以通过这一距离合理地采取减速或制动，提高线路使用效率一、不同闭塞制式的ATC系统准移动闭塞式ATC前行列车的定位仍沿用固定闭塞的方式，而后续列车的定位则采用连续的或称为移动的方式列车通过时提供绝对位置信息提高后续列车的定位精度在相邻定位标志之间，列车的相对位置由安装在列车上的轮轴转数累计连续测得可以告知后续列车继续前行的距离，后续列车也可以通过这一距离合理地采取减速或制动，提高线路使用效率一、不同闭塞制式的ATC系统移动闭塞式ATC区间不分割、根据连

3、续检测先行列车位置和速度进行列车运行间隔控制的列车安全系统不是没有间隔点，实际上该系统把先行列车的后部看作是假想的闭塞区间后续列车的速度曲线随着目标点的移动而实时计算，后续列车到先行列车的保护段后部之间的距离等于列车制动距离加上列车制动反应时间内驶过的距离。一、不同闭塞制式的ATC系统移动闭塞式ATC虚拟闭塞分区=列车的长度+最大制动距离+防护距离。二、不同结构的ATC系统点式ATC系统在地面设置应答器，当列车驶过地面应答器车载应答器与地面应答器对准时，车载应答器通过电磁感应的方式将能量传递给地面应答器地面应答器的内部电路开始工作，将所存数据仍通过电磁感应传送到车上列车计算机系统根据所得到的数

4、据计算制动曲线点式ATC系统点式ATC系统速度控制点式ATC系统优点地面应答器无源高信息容量结构简单安装灵活价格低缺点难以胜任高密度情况后续列车通过地面应答器前方有车算出一条制动曲线后续列车驶过，前车已驶离续列车已经通过地面应答器后车不能得到新的信息只能减速到下一个地面应答器二、不同结构的ATC系统连续式ATC系统（速度码）用不同频率代表不同的允许速度控制中心通过信息传输媒体把将列车的最大允许速度直接传到车上信息的传递和车上信息的处理简单速度分级是阶梯式的连续式ATC系统（速度码）连续式ATC系统速度控制(速度码)二、不同结构的ATC系统连续式ATC系统（距离码）数字音频轨道电路距离码系统从地

5、面传至车上前方目标距离的一系列数据车载设备计算传来的信息，实时计算允许速度曲线，并按此曲线控制速度监控实时、无级，实现平稳驾驶连续式ATC系统（距离码）连续式ATC系统速度控制（距离码）三、列车驾驶模式三、列车驾驶模式列车自动驾驶模式（ATO）正线上列车运行的正常模式列车能够正常接收ATP/ATO信息自动控制列车启动、加速、制动，定位停车和车门、屏蔽门的开启列车司机主要任务是观察只需要观察线路情况，发现异常及时处理列车司机将模式开关选择至ATO位，司控器至于“0”位，按压ATO启动按钮大于2秒，启动三、列车驾驶模式ATP监督下的人工驾驶模式（CM）司机在ATP的监督下使用司机控制器平稳操纵列车

6、运行列车启动、加速、常用制动、开门等都由司机操作ATP设备实时监督列车速度，当列车接近ATP限制速度时给出警告或超速时ATP自动启动紧急制动，直到停车三、列车驾驶模式限制人工驾驶模式（RM）受约束的人工操作，必须“谨慎运行”在这种模式下，列车由司机根据轨旁信号驾驶，ATP仅监督允许的最大限速值该运行模式在列车在车辆段范围内运行、正线运行中联锁设备等发生故障时列车在正线退行时使用三、列车驾驶模式非限制人工驾驶模式（URM）不受限制的人工驾驶（无ATP监督）模式用于车载ATP设备故障以及车载设备测试情况下完全关断时的列车驾驶列车由司机根据轨旁信号和调度员的口头指令驾驶的，没有速度监督在此模式下，列

7、车由司机人工驾驶，ATP的紧急制动输出被车辆控制系统切断没有ATP保护措施；使用这种模式必须进行登记，此时列车运行安全完全由司机负责三、列车驾驶模式列车自动折返模式（AR）列车到达折返站时，选用此模式实现列车的自动折返在规定停站时间结束后，司机选择模式开关到AR位，按压“自动折返”按钮启动，列车自动进入折返线并停车折返进路具备后，列车自动进入折返线发车到站台并打开车门和屏蔽门4.2列车自动防护（ATP）列车自动防护（ATP）ATP系统是保证行车安全、防止列车进入前方列车占用区段和防止超速运行的设备。ATP是ATC的基本环节，是安全系统，必须符合故障一安全的原则。一、ATP的基本原理列车超速防护

8、V0:允许的最大速度V1，音响警报，司机减速到V0以下，一切正常V2，常用制动，降速到V0以下V3，紧急制动，直到停车一、ATP的基本原理目标速度和目标距离ATP轨旁设备向在其控制范围内的列车分配一个“目标距离”通知列车前方有多少个未占用的区段车载ATP车载设备调用存储器里的信息，决定在列车任何时刻列车的运行速度和可以运行的最远距离确保在抵达障碍物或限制区之前安全停车一、ATP的基本原理目标速度和目标距离ATP轨旁设备向在其控制范围内的列车分配一个“目标距离”通知列车前方有多少个未占用的区段车载ATP车载设备调用存储器里的信息，决定在列车任何时刻列车的运行速度和可以运行的最远距离确保在抵达障碍

9、物或限制区之前安全停车一、ATP的基本原理制动模式一级制动时按目标距离制动的。根据前行列车的距离、目标距离、列车参数和线路参数等，有计算机计算出列车的制动曲线分级制动是以闭塞分区为单元，根据与前行列车的运行距离来调整列车速度，各闭塞分区采用不同的低频频率调制，指示不同的速度等级，在此基础上确定限速值。分级制动模式又分为阶梯型和曲线型一、ATP的基本原理阶梯分级制动一、ATP的基本原理曲线分级制动一、ATP的基本原理一级制动一、ATP的基本原理测速与测距测速是通过路程脉冲发生器、光电式传感器等完成的测距是通过测速和轮径完成的，同过测速设备获得车轮旋转的次数，考虑运行方向和车轮直径来计算走行距离一

10、、ATP的基本原理速度限制固定限速是在设计阶段设置的。车载ATP和ATO设备都储存着整条线路上的固定限速区信息决定了“目标距离”运作模式下的可能给出的最优行车间隔。限制速度在某些条件下（施工现场、临时危险点）可以被降低一、ATP的基本原理常用制动和紧急制动常用制动是直接控制列车主管压力使机车制动与缓解，不影响原有列车制动系统的功能。它缩短了制动空走时间，大大减小了制动时的纵向冲击加速度，使列车运行更安全、舒适。紧急制动是将压缩空气全部排入大气，使副风缸内压缩空气很快推动活塞，施行制动，使列车很快停下来。紧急制动时，列车冲击大，中途不能缓解，直到停车一、ATP的基本原理车门控制车辆没有停稳靠在站

11、台或是车辆段转换轨上时，ATP不允许车门开启当列车在车站的预定停车区域内停稳且停车点的误差在允许范围以内时，地面定位天线会收到车载定位天线发送的停稳信号，列车从ATP轨旁设备收到车门开启命令，ATP才会允许车门操作ATP不断监视安全车门关闭列车管，以确保车门没有被异常打开二、ATP的设备二、ATP的设备ATP车载设备将地面传来的数据通过ATP接收装置接收与预先储存的列车数据一起进行计算，得出列车的允许最大速度将此速度和来自测速单元（速度传感器）的实时速度进行比较，超过速度，启动报警和制动，ATP车载设备还通过与列车接口，将所得的速度信息传给DMI显示向司机显示实际速度等信息，以及列车运行时产生

12、的重要故障信息借助TOD司机能按照ATP系统的指示运行，以保证安全二、ATP的设备三、ATP的功能安全性停车点防护列车安全间隔功能ATP监督功能速度监督功能方向监督功能后退监督报文监督功能车门释放功能司机人机接口功能4.3列车自动驾驶（ATO）一、ATO系统的组成一、ATO系统的组成地面设备二、ATO系统的工作原理列车自动驾驶ATO按最大速度行驶（小于ATP最大安全速度）ATO通过地面ATP设备传送的编码得知前方列车信息自动驾驶通过ATO车载设备控制列车牵引和制动设备实现ATO从ATP获得所需数据二、ATO系统的工作原理二、ATO系统的工作原理车站定位停车通过车站区域轨道电路标识、分界过渡和A

13、TO环线变换进行停车特征启动后，ATO计算制动特征列车停车后，ATO保持制动，避免列车运动二、ATO系统的工作原理车站程序停车控制中心ATS监督列车时刻表，保证正点到下站所需停站时间由集中站ATS给ATO车载设备控制中心通过集中站ATS缩短和延长停站时间二、ATO系统的工作原理车门控制ATO只在自动模式下执行车门开启ATO发出停车信号给ATP，列车制动ATP检测车速为零，发送列车停站信号给地面车辆收到ATP发送的允许车门打开信息列车车门和屏蔽门对准车辆发送信息给地面，打开相应车门车辆定位器发打开屏蔽门信号站台定位器接收信号，打开相应屏蔽门三、ATO系统的功能自动驾驶无人自动折返自动控制车门开闭

14、巡航惰行功能四、ATO和ATP的比较四、ATO和ATP的比较手动驾驶=司机人工驾驶+ATP系统自动驾驶=ATO系统自动驾驶+ATP系统四、ATO和ATP的比较列车紧急制动曲线，启动紧急制动，直到停车。ATP系统计算的制动曲线，给出警告，不启动紧急制动正常的制动曲线，列车平稳减速4.4列车自动监控（ATS）列车自动监控（ATS）ATS系统主要是实现对列车运行及所控制的道岔、信号等设备运行状态的监督和控制列车因故偏离运行图时及时做出调整，辅助行车调度人员完成对全线列车运行的管理。ATS是整个城市轨道交通运营的核心运行时刻表完成对全线列车运行的自动监控，可自动或由人工监督和控制正线列车进路ATS功能

15、由位于控制中心内的设备实现。ATS系统与ATP系统、计算机联锁设备或继电联锁设备配套使用一、ATS系统的组成一、ATS系统的组成中心级设备一、ATS系统的组成车站设备车站有集中联锁站和非集中联锁站的分别集中联锁站设有一台ATS分机，连接ATS与ATP地面设备和ATO地面设备，采集车站设备信息、传送控制命令，与ATS系统联系非集中联锁站不设ATS分机，PTI、PIIS和DTI均通过集中联锁站的ATS分机和ATS系统联系，道岔和信号机由集中联锁站计算机控制一、ATS系统的组成车辆段设备设置ATS分机采集段内存车库线的列车占用及信号状态在控制中心显示采集信息控制中心人员和车辆段人员了解段内停车堀线的

16、车次及车组运用二、ATS系统的功能和工作原理自动列车跟踪二、ATS系统的功能和工作原理自动排列进路通过列车进路系统，实现了进路的自动排列这可以节约调度员大量的操作工作量调度员可在任何时候都绕过列车进路系统，用手动方式办理进路二、ATS系统的功能和工作原理时刻表系统时刻表系统向ATS功能提供时刻表数据，向外部系统提供时刻表数据停站时间表正线装载设置界面，为时刻表的离线修改设置界面使用中的时刻表增加和删除列车行程设置界面提供时刻表编制数据库，调度员人工设置数据产生计划时刻表二、ATS系统的功能和工作原理列车运行调整改变车站停车时间改变站间运行时间越站行驶改变进路设置修改计划时间表三、ATS系统的控

17、制中央级控制正常情况下的控制方式据联锁表、计划运行图自动设置列车进路据计划运行图自动控制列车运行时分和停站时分中央级控制3.2 ATS系统的控制控制中心ATS人工控制方式信号机人工控制状态，列车为非自动调整调度工作站给联锁设备进路控制命令列车实际运行和计划运行图严重偏差，“扣车”“跳停”人工设定列车识别号控制中心ATS人工控制方式三、ATS系统的控制车站级现地控制ATS系统正常情况的车站级控制所有原自动控制仍由中央ATS自动控制原人工控制由车站值班员人工控制原自动调整和非自动调整列车维持原方式ATS系统正常情况的车站级控制三、ATS系统的控制ATS分机故障的控制现地工作站人工排列进路联锁设备人

18、工控制下，信号机设为联锁自动进路列车不能实现自动调整ATS分机故障的车站联锁设备控制4.5基于通信的列车控制一、CBTC概述基于轨道电路的列车控制方式以钢轨作为信息传输的通道传输频率受到很大限制，导致车-地的通信容量很低信息的传输受到牵引回流和迷流网的影响传输性能不够稳定各种闭塞的信息传输频率、通信协议等均不一致，导致了不能实现联通联运不能实现移动闭塞，列车间隔的进一步缩短和列车速度的提高受到很大的限制一、CBTC概述基于通信的列车控制利用先进的通信、计算机技术。突破了固定闭塞的局限实现了移动闭塞，在技术和成本上较传统的信号系统有明显的优势无需在轨道上进行固定长度、固定位置的闭塞分区，而是把每一列车加上前后的一定安全距离作为一个移动的分区，列车制动的起点和终点都是动态列车的安全间距