淺談城市軌道交通信號系統(tǒng)

1、西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 淺談城市軌道交通信號系統(tǒng)學(xué) 生 姓 名： 1 學(xué) 號： 1 專 業(yè) 班 級： 1 指 導(dǎo) 教 師： 1 西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 摘 要城市軌道交通是緩解現(xiàn)代城市交通壓力的重要方式。近年來，我國各大城市紛紛加快了軌道交通的投資與建設(shè)，以此提高城市公共交通運輸能力緩解地面交通壓力。在地鐵工程建設(shè)與發(fā)展中,軌道交通系統(tǒng)作為大容量公共交通工具,其安全性直接關(guān)系到廣大乘客的生命安全,信號系統(tǒng)是城市軌道交通的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，作為保證列車安全、正點、快捷、舒適、高密度不間斷運行的重要技術(shù)裝備在軌道交通系統(tǒng)中有著舉足輕重的地位，同時也是關(guān)系到列車行駛安全的關(guān)鍵。現(xiàn)就城市軌道交通信

2、號系統(tǒng)進(jìn)行簡要論述，主要介紹信號系統(tǒng)的構(gòu)成、功能、控制模式、在我國的應(yīng)用情況以及存在的不足和發(fā)展對策。關(guān)鍵詞：軌道交通；信號系統(tǒng)；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢I西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文目 錄摘 要I1 城市軌道交通信號的發(fā)展- 1 -1.1軌道交通信號的發(fā)展背景- 1 -1.2軌道交通信號的發(fā)展現(xiàn)狀- 1 -1.3城市軌道交通的發(fā)展趨勢- 1 -2 城市軌道交通系統(tǒng)的構(gòu)成及功能- 3 -2.1 列車自動監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）- 3 -2.2 列車自動防護(hù)子系統(tǒng)（ATP）- 3 -2.3 列車自動駕駛子系統(tǒng)（ATO）- 4 -2.4聯(lián)鎖系統(tǒng)- 5 -結(jié) 論- 6 -致 謝- 7 -參 考 文 獻(xiàn)- 8 -I

3、I1 城市軌道交通信號的發(fā)展1.1軌道交通信號的發(fā)展背景軌道交通通起源于英國，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(jìn)和停止。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?？墒琼樝蚓€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。而慢慢隨著科技的發(fā)展出現(xiàn)了色燈信號機漸漸代替了臂板信號機，直到現(xiàn)

4、在的列車自動控制系統(tǒng)。 1.2軌道交通信號的發(fā)展現(xiàn)狀眾所周知，城市軌道交通系統(tǒng)因基建成本高，往往采用高速度、高密度方式運營，這樣就必須依靠先進(jìn)的通信信號設(shè)備來進(jìn)行控制和管理。城市軌道交通的信號系統(tǒng)，已從早期的固定閉塞發(fā)展到了準(zhǔn)移動閉塞，正在向移動閉塞方向發(fā)展。傳統(tǒng)的信號系統(tǒng)即以地面信號顯示為依據(jù)，司機按行車規(guī)則操縱列車運行?，F(xiàn)代信號系統(tǒng)有個基本目標(biāo)：以安全的方式控制列車有條件地前進(jìn)；使本列車與前行車或股道盡頭保持安全距離；防止出現(xiàn)列車沖突進(jìn)路；使列車能夠按要求的時間間隔運行；使列車能夠按時刻表速度運行，以便最大程度地避免危及安全的各種干擾；保證關(guān)鍵點閉鎖在正確位置。目前世界各國的城市軌道交通信

5、號系統(tǒng)大都采用列車自動控制系統(tǒng)（），已基本上滿足上述基本目標(biāo)。我國軌道交通的ATC系統(tǒng)目前大多采用進(jìn)口設(shè)備，主要來自德國SIEMENA、英國WESTINGHOUSE、美國US&S、法國ALSTON等公司。國產(chǎn)信號系統(tǒng)由于多種原因尚未形成完整的產(chǎn)品，近年來ATP系統(tǒng)等開始逐步在正線得到應(yīng)用。1.3城市軌道交通的發(fā)展趨勢當(dāng)下我國城市軌道交通建設(shè)正處于高速發(fā)展階段，各種各樣交通信號系統(tǒng)紛紛踏入中國軌道交通市場，那么如何選擇先進(jìn)、安全、可靠、經(jīng)濟、使用性的信號系統(tǒng)成為了當(dāng)前我國城市軌道交通的一項重要課題。當(dāng)前國外主流的城市軌道交通通信系統(tǒng)主要有數(shù)字軌道電路系統(tǒng)、分析模擬軌道電路系統(tǒng)和基于通信的

6、列車運行控制系統(tǒng)模式，我們要結(jié)合國內(nèi)外各類軌道交通信號的優(yōu)缺點，尋找出適合我國國情的城市軌道交通信號系統(tǒng)，在未來城市軌道交通系統(tǒng)國產(chǎn)化建設(shè)才是正確的發(fā)展方向。城市軌道交通國產(chǎn)化，不僅能降低建設(shè)成本（國產(chǎn)的CBTC比引進(jìn)國外的系統(tǒng)造價低20），而且能降低運營成本，更重要的是促進(jìn)我國城市軌道交通技術(shù)水平的大幅提升，有利于人才培養(yǎng)。并且參與國際競爭。那么，參與技術(shù)服務(wù)，國內(nèi)硬件加工，逐步吸收熟悉國外技術(shù)是首要的。其次，通過技術(shù)引進(jìn)，掌握系統(tǒng)功能單元間接口協(xié)議和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，最后要積極跟蹤并參與CBTC的研究。城市軌道交通的信號系統(tǒng)，已從早期的固定閉塞發(fā)展到了準(zhǔn)移動閉塞，正在向移動閉塞方向發(fā)展。傳統(tǒng)的信號

7、系統(tǒng)即以地面信號顯示為依據(jù)，司機按行車規(guī)則操縱列車運行?，F(xiàn)代信號系統(tǒng)有六個基本目標(biāo)：以安全的方式控制列車有條件地前進(jìn)；使本列車與前行車或股道盡頭保持安全距離，防止出現(xiàn)列車沖突進(jìn)路；使列車能夠按照要求的時間間隔運行；使列車能夠按時刻表速度運行，以便最大程度地避免危及安全的各種干擾，保證關(guān)鍵點鎖閉在正確位置。ATP的主要作用是根據(jù)故障-安全原則，執(zhí)行列車間安全間距的監(jiān)控、列車的超速防護(hù)、安全開關(guān)門的監(jiān)督和進(jìn)路的安全監(jiān)控等功能，確保列車和乘客的安全；ATO主要執(zhí)行站間自動運行、列車在車站的定點停車、在終點的自動折返等功能；ATS的主要作用是監(jiān)督列車狀態(tài)、產(chǎn)生列車時刻表、自動調(diào)整列車運行時刻和保證列車

8、按時刻表正點運行、生成運行報告和統(tǒng)計報告、向旅客向?qū)到y(tǒng)提供信息等。由于通信技術(shù)的發(fā)展，ATC系統(tǒng)中ATS子系統(tǒng)的功能也越來越強，已不僅僅是傳統(tǒng)意義上的“列車自動監(jiān)督”，ATS子系統(tǒng)正在向集成化方向發(fā)展；維修管理更加重要為了提高系統(tǒng)的可靠性、減少維護(hù)費用，信號系統(tǒng)的監(jiān)控管理以及維修管理信息系統(tǒng)都非常重要。2 城市軌道交通系統(tǒng)的構(gòu)成及功能2.1 列車自動監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）ATS系統(tǒng)由控制中心、車站、車場以及車載設(shè)備組成。ATS系統(tǒng)在ATP系統(tǒng)的支持下完成對列車運行的自動監(jiān)控，實現(xiàn)以下基本功能：（1）通過ATS車站設(shè)備，能夠采集軌旁及車載ATP提供的軌道占用狀態(tài)、進(jìn)路狀態(tài)、列車運行狀態(tài)以及信號設(shè)

9、備故障等控制和監(jiān)督列車運行的基礎(chǔ)信息。（2）根據(jù)聯(lián)鎖表、計劃運行圖及列車位置，自動生成輸出進(jìn)路控制命令，傳送至車站聯(lián)鎖設(shè)備，設(shè)置列車進(jìn)路、控制列車停站時分。（3）列車識別跟蹤、傳遞和顯示功能。系統(tǒng)能自動完成正線區(qū)段內(nèi)列車識別號（服務(wù)號、目的地號、車體號）跟蹤，列車識別號可由中央ATS自動生成或調(diào)度員人工設(shè)定、修改，也可由列車經(jīng)車地通信向ATS發(fā)送識別號等信息。（4）列車計劃與實跡運行圖的比較和計算機輔助調(diào)度功能。能根據(jù)列車運行實際的偏離情況，自動生成調(diào)整計劃供調(diào)度員參考或自動調(diào)整列車停站時分，控制發(fā)車時間。（5）ATS中央故障情況下的降級處理，由調(diào)度員人工介入設(shè)置進(jìn)路，對列車運行進(jìn)行調(diào)整，由A

10、TS車站完成自動進(jìn)路或根據(jù)列車識別號進(jìn)行自動信號控制，由車站人工進(jìn)行進(jìn)路控制。（6）在計算機輔助下完成對列車基本運行圖的編制及管理，并具有較強的人工介入能力。通過設(shè)在車輛段的終端，向車輛段管理及行車人員提供必要的信息，以便編制車輛運用計劃和行車計劃。（7）列車運行顯示屏及調(diào)度臺顯示器，能對軌道區(qū)段、道岔、信號機和在線運行列車等進(jìn)行監(jiān)視，能在行調(diào)工作站上給出設(shè)備故障報警及故障源提示。（8）能在中央專用設(shè) 備上提供模擬和演示功能，用于培訓(xùn)及參觀。能自動進(jìn)行運行報表統(tǒng)計，并根據(jù)要求進(jìn)行顯示打印。（9）能在車站控制模式下與計算機聯(lián)鎖設(shè)備結(jié)合，將部分或所有信號機置于自動模式狀態(tài)。（10）向通信無線、廣播

11、、旅客向?qū)到y(tǒng)提供必要的信息。2.2 列車自動防護(hù)子系統(tǒng)（ATP）ATP系統(tǒng)由地面設(shè)備、車載設(shè)備組成，監(jiān)督列車在安全速度下運行，確保列車一旦超過規(guī)定速度，立即施行制動，主要實現(xiàn)以下功能：（1）自動連續(xù)地對列車位置進(jìn)行檢測，并向列車發(fā)送必要的速度、距離、線路條件等信息，以確定列車運行的最大安全速度。提供列車速度保護(hù)，在列車超速時提供常用制動或緊急制動，保證前行與后續(xù)列車之間的安全間隔，滿足正向行車時的設(shè)計行車間隔和折返間隔。對反向運行列車能進(jìn)行ATP防護(hù)。（2）確保列車進(jìn)路正確及列車的運行安全。確保同一徑路上的不同列車之間具有足夠的安全距離，以及等防止列車側(cè)面沖撞。（3）防止列車超速運行，保證列

12、車速度不超過線路、道岔、車輛等規(guī)定的允許速度。（4）為列車車門的開啟提供安全、可靠的信息。（5）根據(jù)聯(lián)鎖設(shè)備提供的進(jìn)路上軌道區(qū)間運行方向，確定相應(yīng)軌道電路發(fā)碼方向。（6）任何車地通信中斷以及列車的非預(yù)期移動（含退行）、任何列車完整性電路的中斷、列車超速（含臨時限速）、車載設(shè)備故障等均將產(chǎn)生安全性制動。（7）實現(xiàn)與ATS的接口和有關(guān)的交換信息。（8）系統(tǒng)的自診斷、故障報警、記錄。（9）列車的實際速度、推薦速度、目標(biāo)速度、目標(biāo)距離等信息的記錄和顯示。具有人工或自動輪徑磨耗補償功能。2.3 列車自動駕駛子系統(tǒng)（ATO）ATO子系統(tǒng)是控制列車自動運行的設(shè)備，由車載設(shè)備和地面設(shè)備組成，在ATP系統(tǒng)的保護(hù)

13、下，根據(jù)ATS的指令實現(xiàn)列車運行的自動駕駛、速度的自動調(diào)整、列車車門控制。（1）自動完成對列車的啟動、牽引、巡航、惰行和制動的控制，以較高的速度進(jìn)行追蹤運行和折返作業(yè)，確保達(dá)到設(shè)計間隔及旅行速度。（2）在ATS監(jiān)控范圍的入口及各站停車區(qū)域（含折返線、停車線）進(jìn)行車地通信，將列車有關(guān)信息傳送至ATS系統(tǒng)，以便于ATS系統(tǒng)對在線列車進(jìn)行監(jiān)控。（3）控制列車按照運行圖進(jìn)行運行，達(dá)到節(jié)能及自動調(diào)整列車運行的目的。（4）ATO自動駕駛時實現(xiàn)車站站臺定點停車控制、舒適度控制及節(jié)省能源控制。（5）能根據(jù)停車站臺的位置及停車精度，自動地對車門進(jìn)行控制。（6）與ATS和ATP結(jié)合，實現(xiàn)列車自動駕駛、有人或無人駕

14、駛。 信號ATC系統(tǒng)依據(jù)控制方式以及信息傳輸方式的不同，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成和配置方式也完全不同，在工程設(shè)計中選擇何種配置，須根據(jù)行車組織、車輛性能、車站規(guī)模、線路條件等，以安全性、可靠性為基本原則，兼顧成熟性、經(jīng)濟性、合理性，以發(fā)揮最大效能為目標(biāo)，并需適當(dāng)考慮先進(jìn)性等。三個子系統(tǒng)通過信息交換網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)地面控制與車上控制結(jié)合、現(xiàn)地控制與中央控制結(jié)合，構(gòu)成一個以安全設(shè)備為基礎(chǔ)，集行車指揮、運行調(diào)整以及列車駕駛自動化等功能為一體的列車自動控制系統(tǒng)。 2.4聯(lián)鎖系統(tǒng) 在鐵路車站上，為了保證機車車輛和列車在進(jìn)路上的安全，有效利用站內(nèi)線路， 高效率地指揮行車和調(diào)車，改善行車人員的勞動條件，利用機械、

15、電氣自動控制和遠(yuǎn)程控制、計算機等技術(shù)和設(shè)備，使車站范圍內(nèi)的信號機、進(jìn)路和進(jìn)路上的道岔相互具有制約關(guān)系，這種關(guān)系稱為聯(lián)鎖。為完成聯(lián)鎖關(guān)系而安裝的技術(shù)設(shè)備稱為聯(lián)鎖設(shè)備。 （1）聯(lián)鎖的基本內(nèi)容防止建立會導(dǎo)致機車車輛相互沖突的進(jìn)路；必須使列車或調(diào)車車列經(jīng)過的所有道岔均鎖閉在與進(jìn)路開通方向相符合的位置；必須使信號機的顯示與所建立的進(jìn)路相符合。進(jìn)路上各區(qū)段空閑時才能開放信號；進(jìn)路上有關(guān)道岔在規(guī)定位置時才開放信號；敵對信號未關(guān)閉時，防護(hù)該進(jìn)路的信號機不能開放。同時這三點也是聯(lián)鎖最基本的三個個技術(shù)條件，只有在滿足了這三點條件，聯(lián)鎖才能成立，列車進(jìn)路與調(diào)車進(jìn)路才能安全進(jìn)行。 （2）聯(lián)鎖設(shè)備控制車站的道岔、進(jìn)路和

16、信號機，并實現(xiàn)它們之間的聯(lián)鎖關(guān)系的設(shè)備，稱之為聯(lián)鎖設(shè)備。聯(lián)鎖設(shè)備是軌道交通的重要信號設(shè)備，用來在車站和車輛段實現(xiàn)聯(lián)鎖閉塞關(guān)系，建立進(jìn)路，控制道岔的轉(zhuǎn)換和信號機的開關(guān)，以及進(jìn)路解鎖，以保證行車安全。聯(lián)鎖設(shè)備分為正線車站聯(lián)鎖設(shè)備合車輛段聯(lián)鎖設(shè)備。聯(lián)鎖設(shè)備早期為機械聯(lián)鎖，后來發(fā)展成為繼電器集中聯(lián)鎖。隨著3C技術(shù)的快速發(fā)展，計算機聯(lián)鎖已經(jīng)成為聯(lián)鎖設(shè)備的主要發(fā)展方向。結(jié) 論城市軌道交通信號系統(tǒng)是技術(shù)含量高，行車指揮自動化和保障安全的重要技術(shù)裝備，就現(xiàn)在我國的情況而言，城市軌道交通是人們普遍會選擇的交通出行方式，安全是我們首要考慮的問題，就目前而言，我國在世界的大發(fā)展中還是處于較為落后的局面。對我國城市軌

17、道交通現(xiàn)代信號國產(chǎn)化進(jìn)程滯后的現(xiàn)狀，必須引起高度關(guān)注，盡快提高我國信號裝備的技術(shù)水平，取長補短，吸取國外先進(jìn)經(jīng)驗，發(fā)展具有中國特色的城市軌道交通現(xiàn)代信號系統(tǒng)，使中國的軌道交通通信信號系統(tǒng)處于國際的前沿。致 謝本文是在王靜老師的精心指導(dǎo)和支持下完成的，所以首先要感謝我的論文老師王靜。通過老師的精心指導(dǎo)以及我這一階段的努力，我的畢業(yè)論文淺談城市軌道交通通信系統(tǒng)終于完成了，這同時也意味著大學(xué)三年的生活即將結(jié)束。在大學(xué)階段我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益非淺這除了自身的努力外與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵是分不開的。在本論文的寫作過程中我的導(dǎo)師王靜老師傾注了大量的心血從選題到開題報告從寫作提綱到一遍

18、又一遍地指出每稿中的具體問題嚴(yán)格把關(guān)循循善誘在此我表示衷心感謝。同時感謝我的爸爸媽媽焉得諼草言樹之背養(yǎng)育之恩無以回報你們永遠(yuǎn)健康快樂是我最大的心愿。在論文即將完成之際我的心情無法平靜從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助在這里請接受我誠摯謝意。     - 7 -西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文參 考 文 獻(xiàn)) B5 A6 q- v& Q  ?+ W3 _! W2 u, o! h, t# N# W: K8 8 _1肖寶弟. 對我國城市軌道交通信號系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略的思考. 6 X- K5 # e8 |0 W+

19、q0 T) t9 5 j6 J.現(xiàn)代城市軌道交通 , 20046 X- K5 # e8 |0 W+ q0 T) t9 5 j6 2何蕾 . 城市軌道交通運營管理.6 X- K5 # e8 |0 W+ q0 T) t9 5 j6 M.北京：中國鐵道出版社 ，20076 X- K5 # e8 |0 W+ q0 T) t9 5 j6 3徐金祥. 城市軌道交通信號基礎(chǔ).6 X- K5 # e8 |0 W+ q0 T) t9 5 j6 M.北京：中國鐵道出版社 ，20146 X- K5 # e8 |0 W+ q0 T) t9 5 j6 4顏景林 .城市軌道交通設(shè)備.6 X- K5 # e8 |0 W+ q0 T) t9 5 j6 M.成都：中國鐵道出版社 ，20046 X- K5 # e8 |0 W+ q0 T) t9 5 j6 5呂永宏 .劉紅燕 .3種城市軌道交通控制系統(tǒng).