第2讲 城市轨道交通列控系统

1、城市轨道交通列车运行城市轨道交通列车运行控制系统控制系统主讲人：刘晓娟主讲人：刘晓娟Contents基于通信的列车控制系统基于通信的列车控制系统CBTCCBTC2城市轨道交通列车运行控制城市轨道交通列车运行控制3 11. 城市轨道交通列车运行控制城市轨道交通列车运行控制1.1 城市轨道交通城市轨道交通信号信号控制系统特点控制系统特点 城市轨道交通信号系统的技术制式虽然是沿城市轨道交通信号系统的技术制式虽然是沿袭干线铁路的制式，但还是有它固有的特点，主袭干线铁路的制式，但还是有它固有的特点，主要反映在以下几个方面：要反映在以下几个方面： 对列车速度监控提出了极高的要求，要求其能对列车速度监控提出

2、了极高的要求，要求其能提供更高的安全保证。提供更高的安全保证。 由于运行速度远低于干线铁路，在信号系统中由于运行速度远低于干线铁路，在信号系统中可以采用较低速率的数据传输系统。可以采用较低速率的数据传输系统。车站的功能和线路均较简单，联锁设备的监控对象车站的功能和线路均较简单，联锁设备的监控对象远远少于一般干线铁路车站，通常远远少于一般干线铁路车站，通常1 1个控制中心即个控制中心即可实现全线的联锁功能。可实现全线的联锁功能。城市轨道交通车辆段的功能较多，其行车组织工作城市轨道交通车辆段的功能较多，其行车组织工作包括编解、接发及调车等，信号设备远多于其他车包括编解、接发及调车等，信号设备远多于

3、其他车站，通常独立采用一套联锁装置。站，通常独立采用一套联锁装置。在城市轨道交通的信号系统内，通常都包含有进路在城市轨道交通的信号系统内，通常都包含有进路自动排列功能，即按事先预定的程序自动排列进路，自动排列功能，即按事先预定的程序自动排列进路，只有运行图变更时才有人工介入。只有运行图变更时才有人工介入。1.2 1.2 城市轨道交通对信号系统的要求城市轨道交通对信号系统的要求 现代城市轨道交通的主要运行特点是行车现代城市轨道交通的主要运行特点是行车密度高、站间距离短及行车间隔时间短。目前密度高、站间距离短及行车间隔时间短。目前的发展水平，新建（或改建）的地下铁路与轻的发展水平，新建（或改建）的

4、地下铁路与轻轨铁路，其载客高峰期的行车间隔最小可达轨铁路，其载客高峰期的行车间隔最小可达90s90s，甚至更小。如此短暂的行车间隔对城市，甚至更小。如此短暂的行车间隔对城市轨道交通信号系统的自动化程度提出了较高的轨道交通信号系统的自动化程度提出了较高的要求。要求。安全性要求高：安全性要求高：由于城市轨道交通尤其是地下部分由于城市轨道交通尤其是地下部分隧道空间小隧道空间小, , 行车密度大行车密度大, , 故障排除难度大故障排除难度大, , 若发若发生事故难以救援生事故难以救援, , 损失将非常严重。因此，对保障损失将非常严重。因此，对保障行车安全的信号系统提出了更高的安全要求。行车安全的信号系

5、统提出了更高的安全要求。通过能力大：通过能力大：城市轨道交通一般不设站线城市轨道交通一般不设站线, , 进站列进站列车均停在正线上车均停在正线上, , 先行列车停站时间直接影响后续先行列车停站时间直接影响后续列车接近车站列车接近车站, , 所以要求信号设备必须满足通过能所以要求信号设备必须满足通过能力的要求。另一方面力的要求。另一方面, , 不设站线使列车正常运行的不设站线使列车正常运行的顺序是固定的顺序是固定的, , 有利于实现行车调度自动化。有利于实现行车调度自动化。保证信号显示：保证信号显示：城市轨道交通虽然地面信号机少城市轨道交通虽然地面信号机少, , 但地下曲线地段受隧道壁的遮挡但地

6、下曲线地段受隧道壁的遮挡, , 信号显示距离受信号显示距离受到限制到限制, , 所以保证信号显示也是个重要问题。所以保证信号显示也是个重要问题。抗干扰能力强：抗干扰能力强：城市轨道交通均为电力牵引城市轨道交通均为电力牵引, , 是直是直流电气化铁路流电气化铁路, , 要求信号设备对其有较强的抗电气要求信号设备对其有较强的抗电气化干扰能力。化干扰能力。可靠性高：可靠性高：由于城市轨道交通隧道净空小由于城市轨道交通隧道净空小, , 且装有且装有带电的牵引接触轨或接触网带电的牵引接触轨或接触网, , 行车时不便下洞维修行车时不便下洞维修和排除设备故障，所以要求信号设备具有高可靠性，和排除设备故障，所

7、以要求信号设备具有高可靠性，应尽量做到平时不维修或少维修。应尽量做到平时不维修或少维修。自动化程度高：自动化程度高：城市轨道交通站间距短城市轨道交通站间距短, , 列车密列车密度大度大, , 行车工作十分频繁行车工作十分频繁, , 而且地下部分环境潮而且地下部分环境潮湿湿, , 空气不佳空气不佳, , 没有阳光没有阳光, , 工作条件差。所以要工作条件差。所以要求尽量采用自动化程度高的先进技术设备求尽量采用自动化程度高的先进技术设备, , 以减以减少工作人员，并减轻他们的劳动强度。少工作人员，并减轻他们的劳动强度。限界条件苛刻：限界条件苛刻：城市轨道交通的室外设备及车载城市轨道交通的室外设备及

8、车载设备受土建限界的制约设备受土建限界的制约, , 要求设备体积小要求设备体积小, , 同时同时必须兼顾施工和维护作业空间。必须兼顾施工和维护作业空间。1.3 1.3 城市轨道交通信号控制系统组成城市轨道交通信号控制系统组成ATOATPATSIS安安全全相相关关系系统统非非安安全全相相关关系系统统 城市轨道交通的列车运行控制系统从一开始城市轨道交通的列车运行控制系统从一开始就直接使用了列车自动控制就直接使用了列车自动控制ATC ATC （Automatic Automatic Train ControlTrain Control）。该系统包括列车自动防护）。该系统包括列车自动防护ATPATP（

9、Automatic Train ProtectionAutomatic Train Protection）、列车自动驾）、列车自动驾驶驶ATOATO（Automatic Train OperationAutomatic Train Operation）及列车自）及列车自动监控动监控ATSATS（Automatic Train SupervisionAutomatic Train Supervision）三）三个子系统（简称为个子系统（简称为“3A”3A”系统）。系统）。ATCATC系统与联锁系统与联锁系统共同构成城市轨道交通的信号系统。系统共同构成城市轨道交通的信号系统。 ATPATP子系统子

10、系统是是ATCATC系统中最重要的一个子系统。系统中最重要的一个子系统。城市轨道交通列车运行速度高，在高峰期列车密度城市轨道交通列车运行速度高，在高峰期列车密度大，发生行车事故后果严重。依靠运行人员防止运大，发生行车事故后果严重。依靠运行人员防止运行事故发生远不能满足运行安全要求，因此必须使行事故发生远不能满足运行安全要求，因此必须使用具有列车超速防护功能的用具有列车超速防护功能的ATPATP。使用。使用ATPATP子系统的子系统的优点是保证了行车的安全可靠性，缩短了列车间隔，优点是保证了行车的安全可靠性，缩短了列车间隔，提高了线路的利用率。提高了线路的利用率。ATPATP系统根据故障安全原系

11、统根据故障安全原则执行列车间安全间距的监控、列车的超速防护、则执行列车间安全间距的监控、列车的超速防护、安全开关门的监督和进路的安全监控等功能，确保安全开关门的监督和进路的安全监控等功能，确保列车和乘客的安全。列车和乘客的安全。 ATOATO子系统子系统以以ATPATP系统为基础，配置车载计算系统为基础，配置车载计算机系统和必要的辅助设备，主要用于实现机系统和必要的辅助设备，主要用于实现“地对地对车控制车控制”，即用地面信息实现对列车驱动、惰行，即用地面信息实现对列车驱动、惰行和制动的控制，传送车门和屏蔽门同步开关信号，和制动的控制，传送车门和屏蔽门同步开关信号，执行车站之间列车的自动运行、列

12、车在车站的定执行车站之间列车的自动运行、列车在车站的定点停车、在终点的自动折返等功能。点停车、在终点的自动折返等功能。 使用使用ATOATO子系统后，可以使列车运行规范化、子系统后，可以使列车运行规范化、减少人为影响，对于列车在高密度、高速度运行减少人为影响，对于列车在高密度、高速度运行条件下保证运行秩序有很大好处。条件下保证运行秩序有很大好处。 ATSATS子系统子系统主要实现对列车运行的监督和控主要实现对列车运行的监督和控制，辅助行车人员对全线列车运行进行管理，统制，辅助行车人员对全线列车运行进行管理，统一指挥调度，充分发挥其运输快捷、准时的特点。一指挥调度，充分发挥其运输快捷、准时的特点

13、。它可以为行车指挥人员提供全线列车的运行状态它可以为行车指挥人员提供全线列车的运行状态显示；监督和记录运行图的执行情况；在列车运显示；监督和记录运行图的执行情况；在列车运行偏离运行图时能够及时做出反应（提出调整建行偏离运行图时能够及时做出反应（提出调整建议或自动修整运行图），从而保证列车按时刻表议或自动修整运行图），从而保证列车按时刻表正点运行；还可通过正点运行；还可通过ATOATO子系统的接口，向旅客提子系统的接口，向旅客提供运行信息通报（例如：列车到达、出发时间，供运行信息通报（例如：列车到达、出发时间，运行方向，中途停靠站名等）。运行方向，中途停靠站名等）。 联锁联锁是车站范围内进路、信

14、号、道岔之间互是车站范围内进路、信号、道岔之间互相制约的关系，它们之间必须建立严密的联锁关相制约的关系，它们之间必须建立严密的联锁关系，才能确保行车安全。联锁由联锁设备完成，系，才能确保行车安全。联锁由联锁设备完成，建设较早的城市轨道交通，采用建设较早的城市轨道交通，采用65026502电气集中联电气集中联锁，近年均采用计算机联锁。锁，近年均采用计算机联锁。 正线上的集中控制站由设于该站的联锁设备正线上的集中控制站由设于该站的联锁设备控制。该设备除了实现联锁关系外，还将联锁的控制。该设备除了实现联锁关系外，还将联锁的有关信息传送至有关信息传送至ATP/ATOATP/ATO系统，并接收系统，并接

15、收ATSATS系统的系统的命令。命令。1.4 城市轨道交通运行控制系统的发展城市轨道交通运行控制系统的发展 目前，基于通信的列车控制目前，基于通信的列车控制CBTC（Communication-Based Train Control）系统发展系统发展迅速，由于其采用无线通信技术，可以实现地面和迅速，由于其采用无线通信技术，可以实现地面和列车间双向信息传输和更高的传输速率、更多的信列车间双向信息传输和更高的传输速率、更多的信息量，实现了真正意义的移动闭塞。使行车间隔大息量，实现了真正意义的移动闭塞。使行车间隔大大缩短，增加了系统的实时性，提高了运能与安全大缩短，增加了系统的实时性，提高了运能与安

16、全性。性。 因此，因此，CBTC已成为未来城市轨道交通运行控已成为未来城市轨道交通运行控制技术的发展方向。制技术的发展方向。2. 基于通信的列车控制基于通信的列车控制CBTC2.1 2.1 基于通信的列车控制系统基于通信的列车控制系统CBTCCBTC定义定义 19991999年年9 9月，月，IEEEIEEE将将CBTCCBTC定义定义为：为：“利用高利用高精度的列车定位（不依赖于轨道电路），双向连精度的列车定位（不依赖于轨道电路），双向连续、大容量的车一地数据通信，车载、地面的安续、大容量的车一地数据通信，车载、地面的安全功能处理器实现的一种连续自动列车控制系全功能处理器实现的一种连续自动列

17、车控制系统统”。定义中指出。定义中指出CBTCCBTC中的通信必须是连续的，中的通信必须是连续的，这样才能实现连续自动列车控制，利用轨间电缆、这样才能实现连续自动列车控制，利用轨间电缆、漏泄电缆和无线通信都可以实现车、地双向信息漏泄电缆和无线通信都可以实现车、地双向信息的连续传输。的连续传输。 列车运行速度的测定列车运行速度的测定 测定列车运行的实际速度，实施对列车的控制。测定列车运行的实际速度，实施对列车的控制。列车定位技术列车定位技术 判明被控列车的位置，以便构成动态闭塞区间。判明被控列车的位置，以便构成动态闭塞区间。列车列车- -地面之间双向通信技术：地面之间双向通信技术： 它不同于一般

18、通信，因为它要传输的是高可靠重它不同于一般通信，因为它要传输的是高可靠重 要数据，要数据，其内容涉及人命财产，而且不能拖延时间。其内容涉及人命财产，而且不能拖延时间。列车完整性检测：列车完整性检测： 测量列车是否完整，一旦发生列车中间分离，则对后半截测量列车是否完整，一旦发生列车中间分离，则对后半截列车分开而失去控制能力时，就有可能发生重大事故。列车分开而失去控制能力时，就有可能发生重大事故。2.2 CBTC2.2 CBTC系统中的主要关键技术系统中的主要关键技术 目前广泛应用的有：目前广泛应用的有： 车轴转动车轴转动/ /传感器检测法传感器检测法 各类陀螺法各类陀螺法 激光测速法激光测速法

19、雷达测速法雷达测速法 其他其他CBTCCBTC中的列车运行速度的测定方法中的列车运行速度的测定方法 测速测距法测速测距法 全球卫星定位法全球卫星定位法 查询查询/ /应答器法应答器法 钢轨间感应线圈法钢轨间感应线圈法 无线测速无线测速( (转测距转测距) )法法 陀螺仪法陀螺仪法CBTCCBTC中的列车定位方法中的列车定位方法 轨间感应电缆法轨间感应电缆法 漏泄同轴电缆漏泄同轴电缆 漏泄波导法漏泄波导法 无线移动通信无线移动通信GSM-RGSM-R法法 无线局域网无线局域网WLANWLAN法法 其它其它CBTCCBTC中实现双向通信的方法中实现双向通信的方法列车管气压法列车管气压法 从机车来检

20、测全列车制动用气压在运行中是从机车来检测全列车制动用气压在运行中是否有突变。否有突变。计轴法计轴法 固定点检测通过列车的轴数，验证其完整性。固定点检测通过列车的轴数，验证其完整性。CBTCCBTC中的列车完整性检测的方法中的列车完整性检测的方法尾部无线信号检测法尾部无线信号检测法 在列车车箱有专用无线信号发送装置，司机在列车车箱有专用无线信号发送装置，司机室检测列车尾部车箱无线装置是否存在。主要用室检测列车尾部车箱无线装置是否存在。主要用于客车条件。于客车条件。IEEE Std 1473-1999IEEE Std 1473-1999车载单元间通信协议标准；车载单元间通信协议标准；IEEE St

21、d 1474.1-1999 CBTCIEEE Std 1474.1-1999 CBTC性能及功能需求标准；性能及功能需求标准；IEEE Std 1475-1999 IEEE Std 1475-1999 车载控制功能及动力系统、车载控制功能及动力系统、 制动系统的接口标准；制动系统的接口标准；IEEE Std 1482.1 -1999 IEEE Std 1482.1 -1999 车载事件记录仪标准；车载事件记录仪标准；IEEE Std 1483-2000 IEEE Std 1483-2000 铁路运输控制处理器系统铁路运输控制处理器系统 安全功能验证标准。安全功能验证标准。 CBTCCBTC规范规范 CBTC CBTC应用情况应用情况 CBTCCBTC系统是具有发展潜力的列车运行控制系系统是具有发展潜力的列车运行控制系统，正在日趋完善。目前，该技术已经在统，正在日趋完善。目前，该技术已经在2020多个多个国家的城市轨道交通中使用。国家的城市轨道交通中使用。 基于无线通信的基于无线通信的CBTCCBTC系统，已在拉斯维加斯、系统，已在拉斯维加斯、旧金山、新加坡等地投入商业运行。法国巴黎有旧金山、新加坡等地投入商业运行