浅谈城市地铁ATC信号系统功能及自动信号的作用

王朝

中图分类号：U284.48

【摘要】：随着我国经济的飞速发展。我国的城市化进程不断加快。城市轨道交通在现代城市公共交通中的地位日益显著。城市地铁作为城市轨道交通系统的一部分,对缓解城市交通压力、实现列车快速、高密度、有序运行起着重要的作用。地铁机电系统主要包括信号系统、通信系统、电力供电系统、接触网、环控系统、FAS系统、BAS系统、AFC自动售检票系统。ATC信号系统主要包括ATP、ATO、ATS三大系统.各子系统间相互渗透,实现地面控制与车上控制相结合、现地控制与中央控制结合,构成一个以安全设备为基础,集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的自动控制系统,本文通过从列车运行控制系统概述、自动信号特点、触发条件、触发距离的判断、安全条件等方面进行分析ATC系统功能原理及自动信号的作用，使自动信号在城市地铁运营中发挥自身作用，达到提高城市地铁运营效率的目的。城市地铁系统的运营具有小编组、高密度、运行间隔短等特点,因此其信号系统在实现安全防护的基础上,必须尽可能地以提高运营效率为目标。为此,提高地铁信号系统的自动化和智能化程度就显得尤为重要。自动信号则是为了达到此目的而设计的,并已在地铁信号系统中广泛应用。

关键词：列车运行控制系统概述 自动信号作用发展

1、列车运行控制系统（ATC）概述

1.1 ATC系统组成:

列车运行控制系统简称ATC系统（Automatic Train Control），该系统主要由3部分组成：列车超速防护系统ATP（Automatic Train Protection）、列车自动驾驶系统ATO（Automatic Train Operation）和列车自动监控系统ATS（Automatic Train Supervision）。其主要功能：三个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，实现地面控制与车上控制结合、现地控制与中央控制结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的列车自动控制系统。

1.2 列车超速防护系统ATP

ATP系统由地面设备、车载设备组成。其主要功能：主要用于对列车驾驶进行超速防护，对与安全有关的设备或系统进行监控，监督列车在安全速度下运行，确保列车一旦超过规定速度，立即施行制动，实现列车间隔保护、超速防护等功能。它的主要工作原理是：控制中心不断将控制信息通过钢轨或无线通道传递给运行中的列车，列车上的计算机系统计算出列车运行的实时速度和允许速度，依照实时速度必须低于允许速度的原则进行列车速度监督及控制。使用ATP系统可以大大缩短列车的运行间隔，提高线路的利用率和行车的安全性。

1.3 列车自动驾驶系统ATO

ATO子系统是控制列车自动运行的设备，由车载设备和地面设备组成。其主要功能：主要用于实现“地对车控制”，即用地面信息实现对列车驱动、制动的控制，ATO系统可以使列车经常处于最佳运行状态，避免不必要的、过于剧烈的列车加速和减速，明显的提高旅客的舒适度，提高列车准点率及减少轮轨磨损，与列车的再生制动相配合，可以节省电能的消耗。在ATP系统的保护下，根据ATS的指令实现列车运行的自动驾驶、速度的自动调整、列车车门控制。

1.4 列车自动监控系统ATS

ATS系统由控制中心、车站、车场以及车载设备组成。其主要功能：主要实现对列车运行的监督和控制，辅助行车调度人员对全线列车运行进行管理。它给行车调度人员显示出全线列车运行状态，监督和记录运行图的执行情况，在列车因故偏离运行图时及时做出反应，通过ATO接口向旅客提供运行信息通报。

2. 自动信号特点

为了提高地铁运营自动化程度,给车站的相关信号机赋予自动属性,使得以某信号机为始端,一条或几条进路可以根据列车的运行状况而自动办理出来,则称此始端信号机具有自动功能,或简称为自动信号。自动信号属于列车自动监控(ＡＴＳ)系统的一部分。

如图1所示,由规定的操作赋予Ｘ2信号机自动属性后,Ｘ2为自动信号。当列车运行至轨道区段Ｓ2时,根据列车目的地自动办理出Ｘ2～Ｘ4或Ｘ2～Ｘ6进路,区段Ｓ2、Ｓ4、Ｓ6、Ｓ8为Ｘ2的触发区段。若将Ｘ2的自动属性取消后,Ｘ2即成为一般信号机,不具有自动触发功能,必须手工办理进路。

3．自动信号的触发条件

3.1车地通信 (TWC)是在ATC信号系统中 ,实现车载设备与轨旁设备之间数据信息传输的非安全通信子系统 ,分为车载TWC和轨旁TWC。其主要功能 :①保持大部分信息在轨旁TWC和车载TWC之间的通信过程中不变 ;②支持列车在ATO程序控制的停车过程中准确定位。

3.2列车运行至触发区段时,由ＡＴＳ系统根据列车目的地生成自动信号触发命令。若车载信号和地面信号系统之间有车地通信系统(ＴｒａｉｎＷａｙｓｉｄｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ,以下简称ＴＷＣ),则通过ＴＷＣ系统,ＡＴＳ可以由列车发至地面的信息中获得列车目的地;对于无ＴＷＣ的系统,ＡＴＳ可通过列车运行图获得列车目的地。

3.3为了自动信号保证触发命令的正确执行,在触发命令生成前ＡＴＳ还应按照以下原则进行预先检查:

1.触发进路的始端信号为自动信号。

2.列车运行方向处于正向,即若运行方向为反向,则不允许自动信号触发。

3.所要触发进路内的道岔、区段等基本联锁条件满足。

4.为了防止错办进路,在车站同一咽喉内,同一时间只允许生成1条进路触发命令。

触发自动信号前,ＡＴＳ系统会不断检查以上条件是否满足,若条件满足则生成触发命令并发送给联锁系统,由其办理出相应进路。在这里,ＡＴＳ系统负责自动触发命令的生成,而联锁负责命令的执行。

4．自动信号触发距离的判断

在全国多个城市地铁运行中,大量实践证明，自动信号触发距离太长就会引起相关道岔提前锁闭,影响到其他进路的正常办理;触发距离太短也会影响到进路正常办理，由于进路来不及办理出来，使得列车提前减速甚至可能会造成区间停车,影响运行效率和旅客舒适度及安全度。在大量实际应用中,触发区的长短即在距自动信号多远处开始发出进路触发命令是一个值得研究的问题。这部分问题必须要和和列车自动防护系统(ＡＴＰ)结合在一起综合考虑,应根据列车的ＡＴＰ速度距离曲线、联锁关系办理进路所需的合适时间、以及ＡＴＰ系统响应时间作全面的考虑,使得列车接近该信号时,其速度距离曲线平滑。

自动信号Ｘ前方有Ｎ个轨道区段,沿运行方向依次为Ｓ1、Ｓ2、…Ｓｎ…ＳＮ,在ＡＴＰ防护下,列车在每一区段的运行时间(这里指列车头部占用本区段至列车头部占用前方下一区段所经历时间)为ｔ1、ｔ2、…ｔｎ…ｔＮ。为了确定触发区段,从区段Ｓ1开始,根据列车速度距离曲线找到因信号Ｘ不开放而导致列车开始减速的第1个区段Ｓｎ。为使列车在进入Ｓｎ后不会因信号Ｘ未开放而减速,Ｘ需在进入Ｓｎ前开放。

现设开放信号Ｘ的时间为Ｔ1(这里考虑最不利条件,如进路内道岔均在非期望位置等),系统响应时间为Ｔ2,列车在Ｓｎ后方区段Ｓｎ-1内的运行时间为ｔｎ-1。若ｔｎ-1>(Ｔ1+Ｔ2),即说明列车占用Ｓｎ-1时开始触发信号Ｘ能满足要求,因此区段Ｓｎ-1作为开始触发区段;若ｔｎ-1<(Ｔ1+Ｔ2),则说明Ｓｎ-1长度不够,应再后移1个区段,计算ｔｎ-1+ｔｎ-2>(Ｔ1+Ｔ2)是否满足;若满足则Ｓｎ-2作为开始触发的区段,如此不断重复,直至找到合适的区段。

5. 自动信号的安全条件

自动信号是根据列车运行状况而自动触发进路,在一定程度上提高了运营的自动化程度,但这种自动化是具有安全条件的,这个条件就是列车必须处于ＡＴＰ系统的防护之下。

若此项条件不具备(如列车ＡＴＰ系统已切除),则很可能由于进路自动办理而引发安全性事故。因此,实际运营中若列车已无ＡＴＰ防护,应避免使用自动信号,采取相应的安全措施后需人工办理进路以保证安全。

6．总结

由于地铁系统的运营具有小编组、高密度、运行间隔短等特点,所以其信号系统在实现安全防护的基础上,必须尽可能地以提高运营效率为目标。为此,提高地铁信号系统的自动化和智能化程度就显得尤为重要。因而在城市地铁设计施工时，必须结合联锁关系、ＡＴＰ列车超速防护系统等其他信号系统综合考虑自动信号的设置、触发条件、触发区段的距离等方面的问题，自动信号的作用则是为了达到此目的而设计的,并已在多个城市地铁信号系统中得到了广泛应用，对于提高城市地铁运营效率取得了良好效果。

参考文献

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5、何泳斌 城市轨道交通信号控制方式研究 交通世界 2004.9

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