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1、城市軌道交通信號系統(tǒng),1、軌道交通信號的作用,信號是列車運行的憑證。 信號設(shè)施用于指揮和控制列車運行。 盡管投資額在整個工程中所占的比例低（通常在3以下），但對于提高列車通過能力、提高運能、保證行車安全有著至關(guān)重要的作用。,軌道交通信號的作用,確保列車運行的安全，防止追尾和沖突。 提高運行效率。 實現(xiàn)列車運行的自動化。,2、城市軌道交通信號的特點,與軌道交通其他設(shè)施、系統(tǒng)一樣，信號系統(tǒng)也沿用鐵路的概念、設(shè)施和手段。 城市軌道交通線路短、站間距小、運營密度大、運營線路條件差（隧道、彎道多），不能完全套用鐵路信號的概念、設(shè)施和手段。 信號系統(tǒng)要根據(jù)城市軌道交通的這些特點加以改進、更新和發(fā)展。,3、
2、城市軌道交通信號系統(tǒng)組成,軌道交通信號系統(tǒng)是“信號（顯示）”、閉塞、聯(lián)鎖“的總稱。 軌道交通信號系統(tǒng)是由各類信號顯示、軌道電路、道岔轉(zhuǎn)轍裝置等主題設(shè)備及其他有關(guān)附屬設(shè)施構(gòu)成的一個完整的體系。,4、軌道交通信號的起源和發(fā)展類型,信號的起源 軌道交通信號起源于英國。 最早的列車指揮是由一位帶紳士禮帽、穿黑大衣和白褲子的鐵路員工騎馬在前引導(dǎo)運行的，他邊跑邊以各種手勢發(fā)出信號指揮列車的前進和停止。,4-1 臂板信號,為確保安全，人們開始研究使用固定的信號設(shè)備：用一塊長方形的板子，橫向線路是停車信號，順向線路是行車信號。 可是，順向線路的板子實際上很難觀察，故又在頂端加塊圓板。 當(dāng)必須在晚間開車時，就以
3、紅色燈光表示停車信號，白色燈光表示行車信號。 1841年，英國人戈里高利提出用長方形臂板作為信號顯示，裝設(shè)在倫敦車站，這是鐵路上首次使用臂板式信號機。,4-2 色燈信號機,上海地鐵色燈信號機,4-3 機車信號,將地面信號傳遞給機車，在司機操作臺上顯示，這就是機車信號。 在線路條件不好、氣候條件不好的情況下，機車信號的作用是不可估量的。,機車信號,在軌道交通線路中，由于站間距小、運營線路條件差，僅僅靠機車信號顯示、由司機來控制機車是很難做到大密度運營的。 較為先進的軌道交通系統(tǒng)已摒棄了“用信號顯示指揮列車”的舊有概念，引進了ATC（Automatic Train Control）系統(tǒng)，司機臺上顯
4、示的是反映列車運營的狀態(tài)。,5、閉塞的概念,軌道交通運營中安全問題是最至關(guān)重要的。 列車在軌道交通線路上運行是一維空間的問題，確定列車在線路的確切位置是保證安全的關(guān)鍵，特別是早期沒有鑒別手段的情況下。,閉塞的概念,最簡單的確定位置的方法是劃分一定長度的“區(qū)段”，在某一時間段內(nèi)，在此區(qū)間內(nèi)只容許一列車占有（運行、停放），這就是“閉塞”的概念。 為保證行車安全，將列車正在運行、停放的線路區(qū)段予以”封閉“，不允許其他列車進入此區(qū)段，以防止對向列車、后續(xù)列車的正面沖突或追尾事故的發(fā)生。,5-1 閉塞區(qū)段的劃分,長久以來，均以車站作為閉塞區(qū)段 1）車站值班員”眼見為實“作為判斷標準 ； 2）站間電報、電
5、話多次確定作為允許列車通行的先決條件； 3）各種形式的信號指揮列車運行。 隨著軌道交通電路的發(fā)展、完善，逐漸改為以軌道電路作為閉塞區(qū)段。 城市軌道交通的閉塞現(xiàn)在已開始取消固定”閉塞區(qū)段 “的概念，從固定閉塞向移動閉塞方向發(fā)展。,5-2 人工閉塞,采用路簽或路牌作為列車占用區(qū)段的憑證，由接車站值班員檢查區(qū)間是否空閑。單路簽閉塞是早期使用的一種人工閉塞方式，后來發(fā)展為電話、電報人工閉塞。,5-3 軌道電路,鋼軌是導(dǎo)體，左右兩根鋼軌可以組成閉合電路，用來檢查列車占用鋼軌線路的狀態(tài)，這就是軌道電路。 軌道電路的出現(xiàn)，代表鐵路自動信號的誕生。美國人魯賓遜1870年發(fā)明了軌道電路，但真正實際應(yīng)用于軌道交通
6、中是20世紀30年代。,沒有列車進入的軌道電路,列車進入后的軌道電路,5-4 半自動閉塞,人工開啟信號，列車經(jīng)過時自動關(guān)閉信號的閉塞方式。 在進站和出站處各安裝一個軌道電路，就可實現(xiàn)半自動閉塞。,5-5 自動閉塞,如果全線分段鋪設(shè)軌道電路，每段軌道電路都設(shè)置信號，在列車占用該軌道電路線路時，信號自動顯示紅燈；前一段線路信號自動顯示黃燈；再前一段線路信號自動顯示綠燈。 閉塞區(qū)段突破了“站”的限制，若車站區(qū)間8Km，一段軌道電路1.3Km，理論上站間可以同時有三列車。,自動閉塞示意圖,5-6 軌道電路的連接接頭,有絕緣接頭軌道電路的缺點,有絕緣移頻軌道電路的優(yōu)點是傳輸距離長、信息量大。 但隨著無縫
7、線路的出現(xiàn)，有絕緣軌道電路在運營中的最薄弱環(huán)節(jié)是其軌端絕緣節(jié)，故障率比較高，逐步暴露出其在自動閉塞系統(tǒng)中的不適應(yīng)性。 因此，需要將有絕緣軌道電路進行無絕緣改造。,無絕緣軌道電路示意（1）,無絕緣軌道電路示意（2）,無絕緣軌道電路示意（3）,無絕緣軌道電路示意（4）,軌道電路中再并聯(lián)一個同樣的電路則可以在這個電路中產(chǎn)生振蕩信號，這就是接收端。,無絕緣軌道電路,列車進入則產(chǎn)生短路（車軸短路），振蕩信號消失，發(fā)出另一種信號。 在相連的軌道電路中，使用不同的信號加以區(qū)分，可以不相互干擾。 可以區(qū)分不同的軌道交通線路區(qū)段，進而將控制信息通過軌道電路送到機車上。,無絕緣軌道電路的應(yīng)用,6、聯(lián)鎖的概念,聯(lián)鎖
8、的概念是在線路中引進了道岔，線路平面由“一維”變?yōu)椤皟删S”后產(chǎn)生的。 為了確定車輛在線路平面中的位置，必須首先確定列車走的線路，既確定“進路”； 若要列車進入確定的線路，則必須扳動相關(guān)的道岔； 扳動道岔后，不能讓其他人員再扳動這組道岔，即必須“鎖定”道岔。 若要司機知道走的線路，則必須給出相應(yīng)明確的信號。,6-1 聯(lián)鎖定義,聯(lián)鎖是指為保證行車安全，而將軌道交通線路中的所有信號機、軌道電路及道岔等相對獨立的信號設(shè)備構(gòu)成一種相互制約、互為控制的連帶環(huán)扣關(guān)系，即“聯(lián)鎖”關(guān)系。,6-3 微機聯(lián)鎖,利用微型電子計算機對車站值班員操作命令及現(xiàn)場設(shè)備表示信息進行邏輯計算，以實現(xiàn)對信號機、軌道電路及道岔轉(zhuǎn)轍機
9、等設(shè)備進行集中控制的車站聯(lián)鎖設(shè)備。,7、城市軌道交通的信號系統(tǒng)列車自動控制（ATC）系統(tǒng)Automatic Train Control,列車自動防護（ATP）子系統(tǒng) Automatic Train Protection 列車自動監(jiān)控（ATS）子系統(tǒng) Automatic Train Supervision 列車自動運行（ATO）子系統(tǒng) Automatic Train Operation,ATC系統(tǒng),ATC系統(tǒng)：列車按地面?zhèn)魉偷乃俣龋ɑ蚓嚯x）信息，自動控制列車運行的信號設(shè)備。 后續(xù)列車根據(jù)與先行列車之間的距離和進路條件，在車內(nèi)連續(xù)地顯示出容許的速度信息，或按設(shè)定的運行條件達到容許速度的距離信息。
10、根據(jù)上述信息，列車自動地控制運行速度，進行超速防護，確保列車高效、安全的運行。,7-1 城市軌道交通ATC系統(tǒng)的特點,傳統(tǒng)信號系統(tǒng)是通過設(shè)置在地面的色燈信號機來傳遞不同的行車命令，這種制式基本上是依賴司機進行速度控制和調(diào)整，依靠司機保證行車安全。 ATC系統(tǒng)將機車信號作為主體信號，傳遞給列車的信號是具體的速度或距離信息，列車按調(diào)度人員設(shè)置的時刻表，實現(xiàn)自動運行、自動折返、自動調(diào)整停站時分，以及運用程序定位實現(xiàn)列車在車站的停車控制。,7-2 ATC 系統(tǒng)的組成,ATC 系統(tǒng)的設(shè)備組成 現(xiàn)場軌旁設(shè)備、車載信號設(shè)備、控制中心及車站信號設(shè)備 ATC系統(tǒng)的功能組成 ATO、ATS、ATP,ATO列車自動
11、運行子系統(tǒng),ATO子系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)“地對車控制”，即用地面信息實現(xiàn)對列車驅(qū)動、制動的控制。 使用ATO子系統(tǒng)后，可以使列車經(jīng)常處于最佳運行狀態(tài)，避免了不必要的、過于劇烈的加速或減速，因此明顯提高了乘坐的舒適度，提高了列車準點率及減少輪軌磨損。 ATO子系統(tǒng)與列車的再生制動相配合，可以節(jié)省電能的消耗。,ATS列車自動監(jiān)控子系統(tǒng),ATS子系統(tǒng)主要實現(xiàn)對列車運行的監(jiān)督和控制，輔助行車調(diào)度人員對全線列車運行進行管理。 它給行車調(diào)度人員顯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反應(yīng)（提出調(diào)整建議或者自動修整運行圖）。 通過ATO的接口，向旅客提供運行信息通報（列
12、車到達、出發(fā)時間、運行方向、中途停靠站名）。,ATP列車自動防護子系統(tǒng),ATP子系統(tǒng)是ATC系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵。 ATP子系統(tǒng)具有實現(xiàn)列車的間隔控制、超速防護、進路的安全監(jiān)控、車門和站臺屏蔽門的控制等功能。,7-3 中央控制室,車站控制室,車載ATC,列車自動防護（ATP）接收天線,列車自動防護（ATP）接收天線,7-4 向列車傳送控制信號,目前我國已建成的地鐵、輕軌，基本上都采用軌道電路向列車傳遞控制信息的方式。除采用鋼軌或設(shè)置環(huán)線來連續(xù)地傳遞信息外，也可以通過設(shè)置于運行線路上的點式傳感器向車上傳遞點式信息（上海莘閔線）。,上海地鐵采用的ATC制式共有五種制式,1號線：采用美國GRS的ATC系
13、統(tǒng)（模擬）； 2號線：采用美國USS(美國鋼鐵公司）的ATC系統(tǒng)； 3、4號線：采用法國ALSTOM（阿爾斯通）公司的ATC系統(tǒng)； 5號線：采用SIEMENS 公司的點式ATC系統(tǒng)； 8號線：采用ALCATEL公司的基于無線通信CBTC系統(tǒng)。,不同的ATC系統(tǒng)向列車傳送的控制信號,上海地鐵一號線建于80年代末，當(dāng)時模擬技術(shù)占主導(dǎo)地位，選用了基于模擬音頻無絕緣軌道電路的ATC系統(tǒng)，其信息量小且是不連續(xù)的。 上海地鐵二號線建設(shè)時，數(shù)字技術(shù)走向成熟應(yīng)用階段，選擇了基于數(shù)字編碼軌道電路的ATC系統(tǒng)，控制中心向列車連續(xù)發(fā)送“目標速度”。 上海地鐵三號線的ATC系統(tǒng)，向列車傳送的信息內(nèi)容是“進路地圖”的“
14、目標距離”，由車載計算機自己決定運行速度。 由于其運量及其車輛性能等原因，上海地鐵五號線采用點式ATC系統(tǒng)。,廣州地鐵采用的ATC制式,1、2號線采用SIEMENS公司的ATC系統(tǒng)（數(shù)字軌道電路）； 3號線采用ALCATEL公司的ATC系統(tǒng) （移動閉塞）； 4、5號線采用SIEMENS公司的CBTC系統(tǒng)（無線通信）。,7-5 車地信息傳遞,列車在線信息、車次號信息以及道岔、信號狀態(tài)信息等，傳送至控制中心，通過顯示屏及調(diào)度員工作站的CRT顯示。 列車上的車載設(shè)備接收并解譯地面送來的調(diào)度指令和ATP速度命令或距離信息，實現(xiàn)列車的自動運行；并將列車的運行狀態(tài)和設(shè)備狀態(tài)信息，經(jīng)車站服務(wù)器傳送給控制中心
15、。,車次多次交換信息保證停車位置準確,當(dāng)列車進入站臺區(qū)域，站臺區(qū)段軌道電路的ATP接收器檢測到列車到達車站； 列車到達停車點，經(jīng)列車ATO系統(tǒng)確認，保證列車的制動； 當(dāng)檢測到列車的速度為零，列車向地面送出列車停站信號，列車收到開門信息，使相應(yīng)的門控繼電器動作； 司機按壓與門控繼電器相對應(yīng)的門控按鈕后，才可打開列車車門。,上海地鐵停車位,地鐵一號線停車標記和定位標記（1）,地鐵一號線停車標記和定位標記,地鐵一號線停車標記和定位標記（3）,地鐵一號線停車標記和定位標記,北京地鐵沒有停車標記,8、移動閉塞的概念,列車運行間隔自動調(diào)整亦稱移動閉塞。 移動閉塞不需要將區(qū)間劃分成若干固定的閉塞分區(qū)，而是在
16、兩個列車之間自動調(diào)整運行間隔，使之保持一定的安全距離。 移動閉塞使兩列車之間的間隔最小，從而提高了區(qū)間內(nèi)的行車密度，大大提高區(qū)段的通過能力。,CBTC（Communication Based Train Control),CBTC使用的是無線移動閉塞技術(shù)，靠移動列車間的通信來實現(xiàn)控制，從而縮短了列車間的安全制動距離。CBTC技術(shù)所需要的沿線硬件設(shè)備少。,CBTC,這種特殊閉塞裝置具有安全可靠、維修量小、成本低、節(jié)省人力、辦理閉塞速度快、效率高，還可避免因線路中斷而引起閉塞失效等一系列突出優(yōu)點。 從1983年開始，迅速在日本、美國、加拿大、英國、原聯(lián)邦德國等發(fā)達國家的一些小運量的單線區(qū)段得到了推廣應(yīng)用。上海地鐵8號線也準備采用這種閉塞形式。,
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