城市軌道交通通信信號(hào)系統(tǒng).ppt

城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng),1、軌道交通信號(hào)的作用,信號(hào)是列車運(yùn)行的憑證。 信號(hào)設(shè)施用于指揮和控制列車運(yùn)行。 盡管投資額在整個(gè)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(yùn)能、保證行車安全有著至關(guān)重要的作用。,軌道交通信號(hào)的作用,確保列車運(yùn)行的安全，防止追尾和沖突。 提高運(yùn)行效率。 實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行的自動(dòng)化。,2、城市軌道交通信號(hào)的特點(diǎn),與軌道交通其他設(shè)施、系統(tǒng)一樣，信號(hào)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(yùn)營密度大、運(yùn)營線路條件差（隧道、彎道多），不能完全套用鐵路信號(hào)的概念、設(shè)施和手段。 信號(hào)系統(tǒng)要根據(jù)城市軌道交通的這些特點(diǎn)加以改進(jìn)、更新和發(fā)展。,3、城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)組成,軌道交通信號(hào)系統(tǒng)是“信號(hào)（顯示）”、閉塞、聯(lián)鎖“的總稱。 軌道交通信號(hào)系統(tǒng)是由各類信號(hào)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(gè)完整的體系。,4、軌道交通信號(hào)的起源和發(fā)展類型,信號(hào)的起源 軌道交通信號(hào)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(yùn)行的，他邊跑邊以各種手勢發(fā)出信號(hào)指揮列車的前進(jìn)和停止。,4-1 臂板信號(hào),為確保安全，人們開始研究使用固定的信號(hào)設(shè)備：用一塊長方形的板子，橫向線路是停車信號(hào)，順向線路是行車信號(hào)。 可是，順向線路的板子實(shí)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(shí)，就以紅色燈光表示停車信號(hào)，白色燈光表示行車信號(hào)。 1841年，英國人戈里高利提出用長方形臂板作為信號(hào)顯示，裝設(shè)在倫敦車站，這是鐵路上首次使用臂板式信號(hào)機(jī)。,4-2 色燈信號(hào)機(jī),上海地鐵色燈信號(hào)機(jī),4-3 機(jī)車信號(hào),將地面信號(hào)傳遞給機(jī)車，在司機(jī)操作臺(tái)上顯示，這就是機(jī)車信號(hào)。 在線路條件不好、氣候條件不好的情況下，機(jī)車信號(hào)的作用是不可估量的。,機(jī)車信號(hào),在軌道交通線路中，由于站間距小、運(yùn)營線路條件差，僅僅靠機(jī)車信號(hào)顯示、由司機(jī)來控制機(jī)車是很難做到大密度運(yùn)營的。 較為先進(jìn)的軌道交通系統(tǒng)已摒棄了“用信號(hào)顯示指揮列車”的舊有概念，引進(jìn)了ATC（Automatic Train Control）系統(tǒng)，司機(jī)臺(tái)上顯示的是反映列車運(yùn)營的狀態(tài)。,5、閉塞的概念,軌道交通運(yùn)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(yùn)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(shí)間段內(nèi)，在此區(qū)間內(nèi)只容許一列車占有（運(yùn)行、停放），這就是“閉塞”的概念。 為保證行車安全，將列車正在運(yùn)行、停放的線路區(qū)段予以”封閉“，不允許其他列車進(jìn)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(shí)“作為判斷標(biāo)準(zhǔn) ； 2）站間電報(bào)、電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(hào)指揮列車運(yùn)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(dòng)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(bào)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(dòng)信號(hào)的誕生。美國人魯賓遜1870年發(fā)明了軌道電路，但真正實(shí)際應(yīng)用于軌道交通中是20世紀(jì)30年代。,沒有列車進(jìn)入的軌道電路,列車進(jìn)入后的軌道電路,5-4 半自動(dòng)閉塞,人工開啟信號(hào)，列車經(jīng)過時(shí)自動(dòng)關(guān)閉信號(hào)的閉塞方式。 在進(jìn)站和出站處各安裝一個(gè)軌道電路，就可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)閉塞。,5-5 自動(dòng)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(hào)，在列車占用該軌道電路線路時(shí)，信號(hào)自動(dòng)顯示紅燈；前一段線路信號(hào)自動(dòng)顯示黃燈；再前一段線路信號(hào)自動(dòng)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(shí)有三列車。,自動(dòng)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(diǎn),有絕緣移頻軌道電路的優(yōu)點(diǎn)是傳輸距離長、信息量大。 但隨著無縫線路的出現(xiàn)，有絕緣軌道電路在運(yùn)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(dòng)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(jìn)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(gè)同樣的電路則可以在這個(gè)電路中產(chǎn)生振蕩信號(hào)，這就是接收端。,無絕緣軌道電路,列車進(jìn)入則產(chǎn)生短路（車軸短路），振蕩信號(hào)消失，發(fā)出另一種信號(hào)。 在相連的軌道電路中，使用不同的信號(hào)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(jìn)而將控制信息通過軌道電路送到機(jī)車上。,無絕緣軌道電路的應(yīng)用,6、聯(lián)鎖的概念,聯(lián)鎖的概念是在線路中引進(jìn)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(jìn)路”； 若要列車進(jìn)入確定的線路，則必須扳動(dòng)相關(guān)的道岔； 扳動(dòng)道岔后，不能讓其他人員再扳動(dòng)這組道岔，即必須“鎖定”道岔。 若要司機(jī)知道走的線路，則必須給出相應(yīng)明確的信號(hào)。,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(hào)機(jī)、軌道電路及道岔等相對獨(dú)立的信號(hào)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(jī)聯(lián)鎖,利用微型電子計(jì)算機(jī)對車站值班員操作命令及現(xiàn)場設(shè)備表示信息進(jìn)行邏輯計(jì)算，以實(shí)現(xiàn)對信號(hào)機(jī)、軌道電路及道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)等設(shè)備進(jìn)行集中控制的車站聯(lián)鎖設(shè)備。,7、城市軌道交通的信號(hào)系統(tǒng)列車自動(dòng)控制（ATC）系統(tǒng)Automatic Train Control,列車自動(dòng)防護(hù)（ATP）子系統(tǒng) Automatic Train Protection 列車自動(dòng)監(jiān)控（ATS）子系統(tǒng) Automatic Train Supervision 列車自動(dòng)運(yùn)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(dòng)控制列車運(yùn)行的信號(hào)設(shè)備。 后續(xù)列車根據(jù)與先行列車之間的距離和進(jìn)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(yùn)行條件達(dá)到容許速度的距離信息。 根據(jù)上述信息，列車自動(dòng)地控制運(yùn)行速度，進(jìn)行超速防護(hù)，確保列車高效、安全的運(yùn)行。,7-1 城市軌道交通ATC系統(tǒng)的特點(diǎn),傳統(tǒng)信號(hào)系統(tǒng)是通過設(shè)置在地面的色燈信號(hào)機(jī)來傳遞不同的行車命令，這種制式基本上是依賴司機(jī)進(jìn)行速度控制和調(diào)整，依靠司機(jī)保證行車安全。 ATC系統(tǒng)將機(jī)車信號(hào)作為主體信號(hào)，傳遞給列車的信號(hào)是具體的速度或距離信息，列車按調(diào)度人員設(shè)置的時(shí)刻表，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)折返、自動(dòng)調(diào)整停站時(shí)分，以及運(yùn)用程序定位實(shí)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(hào)設(shè)備、控制中心及車站信號(hào)設(shè)備 ATC系統(tǒng)的功能組成 ATO、ATS、ATP,ATO列車自動(dòng)運(yùn)行子系統(tǒng),ATO子系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)“地對車控制”，即用地面信息實(shí)現(xiàn)對列車驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)的控制。 使用ATO子系統(tǒng)后，可以使列車經(jīng)常處于最佳運(yùn)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(zhǔn)點(diǎn)率及減少輪軌磨損。 ATO子系統(tǒng)與列車的再生制動(dòng)相配合，可以節(jié)省電能的消耗。,ATS列車自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng),ATS子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對列車運(yùn)行的監(jiān)督和控制，輔助行車調(diào)度人員對全線列車運(yùn)行進(jìn)行管理。 它給行車調(diào)度人員顯示全線列車的運(yùn)行狀態(tài)，監(jiān)督和記錄運(yùn)行圖的執(zhí)行情況，在列車因故偏離運(yùn)行圖時(shí)及時(shí)做出反應(yīng)（提出調(diào)整建議或者自動(dòng)修整運(yùn)行圖）。 通過ATO的接口，向旅客提供運(yùn)行信息通報(bào)（列車到達(dá)、出發(fā)時(shí)間、運(yùn)行方向、中途?？空久?ATP列車自動(dòng)防護(hù)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(shí)現(xiàn)列車的間隔控制、超速防護(hù)、進(jìn)路的安全監(jiān)控、車門和站臺(tái)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(dòng)防護(hù)（ATP）接收天線,列車自動(dòng)防護(hù)（ATP）接收天線,7-4 向列車傳送控制信號(hào),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(yùn)行線路上的點(diǎn)式傳感器向車上傳遞點(diǎn)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(hào)線：采用美國GRS的ATC系統(tǒng)（模擬）； 2號(hào)線：采用美國USS(美國鋼鐵公司）的ATC系統(tǒng)； 3、4號(hào)線：采用法國ALSTOM（阿爾斯通）公司的ATC系統(tǒng)； 5號(hào)線：采用SIEMENS 公司的點(diǎn)式ATC系統(tǒng)； 8號(hào)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(hào),上海地鐵一號(hào)線建于80年代末，當(dāng)時(shí)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(hào)線建設(shè)時(shí)，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(biāo)速度”。 上海地鐵三號(hào)線的ATC系統(tǒng)，向列車傳送的信息內(nèi)容是“進(jìn)路地圖”的“目標(biāo)距離”，由車載計(jì)算機(jī)自己決定運(yùn)行速度。 由于其運(yùn)量及其車輛性能等原因，上海地鐵五號(hào)線采用點(diǎn)式ATC系統(tǒng)。,廣州地鐵采用的ATC制式,1、2號(hào)線采用SIEMENS公司的ATC系統(tǒng)（數(shù)字軌道電路）； 3號(hào)線采用ALCATEL公司的ATC系統(tǒng) （移動(dòng)閉塞）； 4、5號(hào)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(hào)信息以及道岔、信號(hào)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(shí)現(xiàn)列車的自動(dòng)運(yùn)行；并將列車的運(yùn)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。,車次多次交換信息保證停車位置準(zhǔn)確,當(dāng)列車進(jìn)入站臺(tái)區(qū)域，站臺(tái)區(qū)段軌道電路的ATP接收器檢測到列車到達(dá)車站； 列車到達(dá)停車點(diǎn)，經(jīng)列車ATO系統(tǒng)確認(rèn)，保證列車的制動(dòng)； 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(hào)，列車收到開門信息，使相應(yīng)的門控繼電器動(dòng)作； 司機(jī)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(hào)線停車標(biāo)記和定位標(biāo)記（1）,地鐵一號(hào)線停車標(biāo)記和定位標(biāo)記,地鐵一號(hào)線停車標(biāo)記和定位標(biāo)記（3）,地鐵一號(hào)線停車標(biāo)記和定位標(biāo)記,北京地鐵沒有停車標(biāo)記,8、移動(dòng)閉塞的概念,列車運(yùn)行間隔自動(dòng)調(diào)整亦稱移動(dòng)閉塞。 移動(dòng)閉塞不需要將區(qū)間劃分成若干固定的閉塞分區(qū)，而是在兩個(gè)列車之間自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行間隔，使之保持一定的安全距離。 移動(dòng)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(dòng)閉塞技術(shù)，靠移動(dòng)列車間的通信來實(shí)現(xiàn)控制，從而縮短了列車間的安全制動(dòng)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(diǎn)。 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(dá)國家的一些小運(yùn)量的單線區(qū)段得到了推廣應(yīng)用。上海地鐵8號(hào)線也準(zhǔn)備采用這種閉塞形式。,