城市轨道交通信号系统

1、信号系统一、信号系统的定义 信号系统是“信号、联锁、闭塞”的总称，是由各类信号显示、轨道电路、道岔转辙装置等设备及其他附属设施构成的完整的体系。二、信号系统的发展历程 骑马的人在列车前面打手势 臂板信号机色灯信号机列车自动控制系统臂板信号n轨道交通信号起源于英国。 最早的列车指挥是由一位带绅士礼帽、穿黑大衣和白裤子的铁路员工骑马在前引导运行的，他边跑边以各种手势发出信号指挥列车的前进和停止。n为确保安全，人们开始研究使用固定的信号设备：用一块长方形的板子，横向线路是停车信号，顺向线路是行车信号。 可是，顺向线路的板子实际上很难观察，故又在顶端加块圆板。 当必须在晚间开车时，就以红色灯光表示停车

2、信号，白色灯光表示行车信号。n1841年，英国人戈里高利提出用长方形臂板作为信号显示，装设在伦敦车站，这是铁路上首次使用臂板式信号机。斜向下45中国的壁板信号色灯信号机上海地铁色灯信号机车载信号n在轨道交通线路中，由于站间距小、运营线路条件差，仅仅靠机车信号显示、由司机来控制机车是很难做到大密度运营的。n将地面信号传递给列车，在司机操作台上显示，这就是车载信号-ATC（Automatic Train Control）系统。n在线路条件不好、气候条件不好的情况下，车载信号的作用是不可估量的。车载信号机 1三显示自动闭塞区段的连续式机车信号机n (1) 一个绿色灯光准许列车按规定速度运行，表示列车

3、接近的地面信号机显示绿色灯光 (2) 一个黄色灯光要求列车注意运行，表示列车接近的地面信号机显示一个黄色灯光，或相应的其他显示 (3) 一个双半黄色灯光(交流计数制式的自动闭塞区段为一个黄色灯光）准许列车经道岔侧向位置，限速越过接近的地面信号机，表示列车接近的地面信号机显示两个黄色灯光或一个黄色闪光和一个黄色灯光 (4) 一个半黄半红色灯光要求及时采取停车措施，表示列车接近的地面信号机显示红色灯光(5) 一个红色灯光表示列车已越过地面上显示红色灯光的信号机(6) 一个白色灯光不复示地面上的信号显示，机车乘务人员应按地面信号机的显示运行 无显示时，表示机车信号机在停止工作状态。 2四显示自动闭塞

4、区段连续式机车信号机n(1) 一个绿色灯光准许列车按规定速度运行，表示列车接近的地面信号机显示绿色灯光(2) 一个半绿半黄色灯光准许列车按规定速度运行，要求注意，表示列车接近的地面信号机显示一个绿色灯光和一个黄色灯光(3) 一个黄色灯光要求列车减速运行，表示列车应按规定的限速值越过接近的显示一个黄色灯光的地面信号机，或其他相应显示(4)一个带“2”字的黄色灯光要求列车减速运行，表示列车应按规定的限速值越过接近的显示一个黄色灯光的地面信号机，并预告次一架信号机开放经道岔侧向位置的信号显示(5) 一个双半黄色灯光准许列车经道岔侧向位置，限速越过接近的地面信号机，表示列车接近的地面信号机显示两个黄色

5、灯光，或其他相应显示 (6) 一个半黄半红色灯光要求及时采取停车措施，表示列车接近的地面信号机显示红色灯光(7) 一个红色灯光表示列车已越过地面上显示红色灯光的信号机(8) 一个白色灯光不复示地面上的信号显示，机车乘务人员应按地面信号机的显示运行 3接近连续式机车信号机的显示方式与连续式机车信号机相同。 无显示时，表示机车信号机在停止工作状态。 闭塞闭塞的定义 闭塞是指列车进入区间（或闭塞分区）后，使之与外界隔离起来，区间两端车站都不再向这一区间（或闭塞分区）发车，以防止列车相撞和追尾。闭塞的概念n轨道交通运营中安全问题是最至关重要的。n列车在轨道交通线路上运行是一维空间的问题，确定列车在线路

6、的确切位置是保证安全的关键，特别是早期没有鉴别手段的情况下。n最简单的确定位置的方法是划分一定长度的“区段”，在某一时间段内，在此区间内只容许一列车占有（运行、停放），这就是“闭塞”的概念。n为保证行车安全，将列车正在运行、停放的线路区段予以”封闭“，不允许其他列车进入此区段，以防止对向列车、后续列车的正面冲突或追尾事故的发生。闭塞区间的划分n长久以来，均以车站作为闭塞区间 1）车站值班员”眼见为实“作为判断标准 ； 2）站间电报、电话多次确定作为允许列车通行的先决条件； 3）各种形式的信号指挥列车运行。n随着轨道交通电路的发展、完善，逐渐改为以轨道电路作为闭塞区间。n城市轨道交通的闭塞现在已

7、开始取消固定闭塞区间的概念，从固定闭塞向移动闭塞方向发展。 闭塞的分类 1、站间闭塞 （1）、人工闭塞 （2）、半自动闭塞 （3）、自动闭塞 2、闭塞分区间的闭塞 （1）、传统的自动闭塞 （2）、具有列车控制系统的自动闭塞 固定闭塞 准移动闭塞 移动闭塞人工闭塞n采用路签或路牌作为列车占用区段的凭证，由接车站值班员检查区间是否空闲。单路签闭塞是早期使用的一种人工闭塞方式，后来发展为电话、电报人工闭塞。半自动闭塞n人工开启信号，列车经过时自动关闭信号的闭塞方式。n在进站和出站处各安装一个轨道电路，就可实现半自动闭塞。自动闭塞n自动闭塞是把区间划分为若干个装设轨道电路的闭塞分区，通过轨道电路将列车

8、和通过信号机的显示联系起来，使信号机的显示随着列车运行位置而自动变换的一种闭塞方式。 n列车占用该轨道电路线路时，信号自动显示红灯；前一段线路信号自动显示黄灯；再前一段线路信号自动显示绿灯。自动闭塞示意图三显示自动闭塞四显示自动闭塞线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区。通常用轨道电路或计轴装置来划分 。一个分区只能被一列车占用。采用速度目标距离控制模式。追踪目标点是前行列车所占用闭塞分区的始端（留有一定的安全距离），即制动的终点总是某一分区的边界。但制动的起点是随线路参数和列车本身性能不同而变化的。空间间隔的长度是不固定的。由于要与移动闭塞相区别，所以称为准移动闭塞。显然其追踪运行间隔要比

9、固定闭塞小一些。 要求运行间隔越短，闭塞分区 (设备) 数也越多。准移动闭塞准移动闭塞原理移动闭塞n列车运行间隔自动调整亦称移动闭塞。n移动闭塞不需要将区间划分成若干固定的闭塞分区，而是在两个列车之间自动调整运行间隔，使之保持一定的安全距离。n移动闭塞使两列车之间的间隔最小，从而提高了区间内的行车密度，大大提高区段的通过能力。线路没有被固定划分的闭塞分区。线路没有被固定划分的闭塞分区。列车间的间隔是动态的、并随前一列车的移动而移动。列车间的间隔是动态的、并随前一列车的移动而移动。该间隔是按后续列车在当前速度下所需的制动距离、加该间隔是按后续列车在当前速度下所需的制动距离、加上安全裕量计算和控制

10、的，确保不追尾。上安全裕量计算和控制的，确保不追尾。采用速度采用速度- -目标距离控制模式。目标距离控制模式。制动的起始和终点是动态的。后行列车从最高速开始制制动的起始和终点是动态的。后行列车从最高速开始制动的计算点是根据目标距离、目标速度及列车本身的性动的计算点是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定的。目标点是前行列车的尾部，与前行列车能计算决定的。目标点是前行列车的尾部，与前行列车的走行和速度有关，是随时变化的的走行和速度有关，是随时变化的 。轨旁设备的数量与列车运行间隔关系不大。轨旁设备的数量与列车运行间隔关系不大。移动闭塞移动闭塞原理移动闭塞原理u移动闭塞系统中列车和轨旁设备

11、必须保持连续的双向通信。移动闭塞系统中列车和轨旁设备必须保持连续的双向通信。列车不间断地向轨旁控制器传输其标识、位置、方向和速度，列车不间断地向轨旁控制器传输其标识、位置、方向和速度，轨旁控制器根据来自列车的信息计算、确定列车安全行车间轨旁控制器根据来自列车的信息计算、确定列车安全行车间隔，并将相关信息（如先行列车位置、移动授权等）传递给隔，并将相关信息（如先行列车位置、移动授权等）传递给列车，控制列车运行。列车，控制列车运行。u列车定位（列车位置报告）、轨道空闲检测及车列车定位（列车位置报告）、轨道空闲检测及车- -地双向通地双向通信是实现移动闭塞技术的基础。信是实现移动闭塞技术的基础。u列

12、车追踪是一个轨旁的安全功能。该功能根据列车的位置报列车追踪是一个轨旁的安全功能。该功能根据列车的位置报告，计算线路可变空闲状态，为移动授权提供依据。告，计算线路可变空闲状态，为移动授权提供依据。 移动闭塞原理移动闭塞列车分离原理移动闭塞列车分离原理u移动闭塞移动闭塞列车分离功能列车分离功能负责保持列车间的安全距离。负责保持列车间的安全距离。列车 1位置不确 定性+ 后 退 误差列车 2移动 授 权移动授 权终 端移动闭塞速度控制基于通信的移动闭塞列车控制技术是发展方向，代表基于通信的移动闭塞列车控制技术是发展方向，代表了国际最先进水平。了国际最先进水平。可实现双向、连续通信，且信息量大。可实现

13、双向、连续通信，且信息量大。进一步缩短行车间隔，提高载客量。进一步缩短行车间隔，提高载客量。可以节省基建投资可以节省基建投资 ( (短车、高密度、短站台短车、高密度、短站台) )。最大限度减少不必要的制动、平衡全线加速（或减速、最大限度减少不必要的制动、平衡全线加速（或减速、停站时间等）实现节能。停站时间等）实现节能。支持无人驾驶。支持无人驾驶。可靠性高。可靠性高。 移动闭塞的技术优势系统组成系统组成简单简单较复杂较复杂简单简单功能功能简单简单较强大较强大强大强大列车定位技术列车定位技术轨道电路轨道电路/ /计轴计轴轨道电路轨道电路/ /计轴计轴列车自身定位列车自身定位列车定位精度列车定位精度

14、一个轨道分区，一个轨道分区， 几百米几百米几十米几十米几米几米地地- -车信息传输车信息传输模拟轨道电路，模拟轨道电路， 单向传输单向传输数字轨道电路，数字轨道电路， 单向传输单向传输环线环线/ /无线无线/ /波导管等，波导管等，双向传输双向传输地地- -车传输信息量车传输信息量小，十几个信息小，十几个信息较大，几百个信息内较大，几百个信息内大，达到几兆大，达到几兆正线间隔正线间隔最小最小2.52.5分钟分钟达到达到9090秒秒最小最小7070秒秒易实施性易实施性难难难难容易容易技术先进性技术先进性落后落后较先进较先进先进先进固定闭塞固定闭塞准移动闭塞准移动闭塞移动闭塞移动闭塞制动的起点制动

15、的起点某一分区边界某一分区边界变化变化动态变化动态变化制动的终点制动的终点某一分区边界某一分区边界某一分区边界某一分区边界动态变化动态变化追踪目标点追踪目标点闭塞分区始端闭塞分区始端闭塞分区始端闭塞分区始端前车尾部前车尾部空间间隔长度空间间隔长度固定固定不固定不固定动态变化动态变化CBTCn这种特殊闭塞装置具有安全可靠、维修量小、成本低、节省人力、办理闭塞速度快、效率高，还可避免因线路中断而引起闭塞失效等一系列突出优点。n从1983年开始，迅速在日本、美国、加拿大、英国、原联邦德国等发达国家的一些小运量的单线区段得到了推广应用。上海地铁8号线也准备采用这种闭塞形式。CBTC（Communica

16、tion Based Train Control)nCBTC使用的是无线移动闭塞技术，靠移动列车间的通信来实现控制，从而缩短了列车间的安全制动距离。CBTC技术所需要的沿线硬件设备少。u在移动闭塞下，列车同样运行在联锁设定的进路。在移动闭塞下，列车同样运行在联锁设定的进路。 uPoPPoP：Point of Protection Point of Protection 防护点。防护点。 PoP防护点: 前行 列车的后端 u移动闭塞列车分离功能需要监督联锁系统的工作状态，移动闭塞列车分离功能需要监督联锁系统的工作状态，如道岔位置。当道岔位置丢失时，就要缩短移动授权。如道岔位置。当道岔位置丢失时，

17、就要缩短移动授权。 PoP: 与岔尖相关的防护点 联锁系统指示道岔 监督丢失 ATP 缩短移动授权至岔尖 前行列车报告新位置后移动授权的延伸前行列车报告新位置后移动授权的延伸 P o P : 前 行 列 车 的 后 端 P o P : 前 行 列 车 的后 端 到 轨 旁A T P 的新 的 位 置 报 告 A T P 延 伸 移 动 授 权 到 前 行 列 车 的 新 的 后 端 SCCOBEMAS系统设备DCCDCCOFNMR移动自动闭塞系统组成移动自动闭塞系统组成OBEOBE的基本功能的基本功能防超速：测速防超速：测速比较比较VMAXVMAX紧急制动紧急制动常用制动常用制动VMAX报警报

18、警报警点报警点自动实施自动实施常用制动常用制动报警点报警点自动实施自动实施常用制动常用制动追加紧追加紧急制动急制动 防超越停车目标防超越停车目标 计算距离计算距离确定制动方式确定制动方式OBE的硬件基本结构ATP其它控制其它控制I/O数据处理数据处理(编码编码/发码发码)移移动动通通信信接接口口1. 满足安全行车等各功能满足安全行车等各功能2. 实施与实施与SCC等之间数据和语音通信等之间数据和语音通信3.采用高可靠采用高可靠/高可用高可用/安全用安全用2/3核心核心记录记录司机前显示司机前显示控制台控制控制台控制DGPS信息信息 查询应答器接口查询应答器接口 数据键入数据键入4. 抗干扰，满

19、足电磁兼容要求抗干扰，满足电磁兼容要求5. 适应环境变化适应环境变化6. 有足够接口有足够接口列车完整列车完整性检测性检测车内温度检测与控制车内温度检测与控制简易车站道岔遥控及检测简易车站道岔遥控及检测 测速接口测速接口 车门控制车门控制SCCSCC的基本功能的基本功能u 对区间所有列车运行核实计算：对区间所有列车运行核实计算： 是否超速。是否超速。 证实各列车是否建立了移动闭塞分区。证实各列车是否建立了移动闭塞分区。u 与区间各与区间各OBEOBE数据通信数据通信u 与上与上/ /下行相邻车站通信联络建立接下行相邻车站通信联络建立接/ /发车关系发车关系u 与区间各列车通信中的编码与区间各列

20、车通信中的编码/ /译码译码( (取得行车运行实取得行车运行实迹和发送命令迹和发送命令) ) 与车站联锁联络构成列车进路与车站联锁联络构成列车进路 与与DCCDCC通信取得行车命令通信取得行车命令 与与DCCDCC通信反馈管辖范围内列车运行实迹通信反馈管辖范围内列车运行实迹 行车中特殊情况处理行车中特殊情况处理 显示区间和车站行车实迹显示区间和车站行车实迹 记录和打印所有管辖内列车行车实迹记录和打印所有管辖内列车行车实迹SCCSCC的基本功能的基本功能SCCSCC的硬件基本结构的硬件基本结构对各列车形对各列车形成闭塞分区成闭塞分区的计算的计算I/O移移动动通通信信接接口口1.采用高可靠采用高可

21、靠2/32/3核心核心2.2.抗干扰抗干扰3.3.有足够接口有足够接口4.4.适应环境变化适应环境变化记录记录/ /查询查询控制台前显示控制台前显示控制台控制控制台控制上上/下行车站数据通信下行车站数据通信 DCC双向通信双向通信 电源电源数据处理数据处理(编码编码/发码发码)车站联锁车站联锁 I/O实现移动自动闭塞的基础 移动通信功能功能: : 双向移动数据通信双向移动数据通信 可能方式可能方式: : 无线移动通信无线移动通信(WLAN(WLAN、GSM-R GSM-R 等等) ) 漏泄波导漏泄波导/ /电缆电缆 卫星通信卫星通信 轨间电缆轨间电缆 移动无线通信方式移动无线通信方式 区间区间

22、 SCCOBEOBE SCC车站车站OBE移动通信控制内容移动通信控制内容 车载设备车载设备OBE OBE 车站控制中心车站控制中心SCCSCCSCCOBE 安全信息安全信息 （Vital Message) 1. 本信息给本信息给SCC编号编号 2. 本列车编号本列车编号 3. 现在什么地方，里程标现在什么地方，里程标 4. 发信时间发信时间 5. 什么速度前进什么速度前进 6. 加加/减速度减速度 7. 特殊应急信息特殊应急信息 非安全信息非安全信息（Nonvital Message) 1. 列车长度列车长度 2. 列车编组列车编组 3. 始发始发/目的站目的站 4. 司机乘务组编号司机乘务

23、组编号 5. 列车迂到正常列车迂到正常/异常情况异常情况 DCC的基本功能 利用利用“移动移动”功能充分发挥调度作用达到最佳调度功能充分发挥调度作用达到最佳调度 采集管辖区段内所有列车运行的实时信息，为旅采集管辖区段内所有列车运行的实时信息，为旅 客和货主应用现代化技术提供信息客和货主应用现代化技术提供信息 显示全调度区段的站场和列车运行的动态实迹显示全调度区段的站场和列车运行的动态实迹 记录全调度区段列车运行实迹记录全调度区段列车运行实迹 能灵活地查询列车运行，为货主能灵活地查询列车运行，为货主/旅客提供信息，旅客提供信息， 用以提高铁路运输业的竞争力用以提高铁路运输业的竞争力 紧急控制管辖

24、区段内某段发生事故时的列车运行紧急控制管辖区段内某段发生事故时的列车运行 协调全调度区段电力协调全调度区段电力/桥隧桥隧/水位水位/雷电雷电/暴风雪等多因素暴风雪等多因素 对列车运行控制对列车运行控制 组织好军事运输或某种特种紧急运输的列车运行组织组织好军事运输或某种特种紧急运输的列车运行组织 充分利用智能技术来组织运输充分利用智能技术来组织运输 与各类乘务组工作组织协调与各类乘务组工作组织协调 良好的通信接口良好的通信接口 遥控遥控/遥测简易车站道岔转辙功能遥测简易车站道岔转辙功能紧急列车紧急列车运行控制运行控制DCC的硬件基本结构电力供应电力供应系统协调系统协调小屏幕显示及控制小屏幕显示及

25、控制桥隧桥隧/水位水位系统协调系统协调智能化短期智能化短期运行图编制运行图编制各类实时信息各类实时信息送相应送相应MIS系统系统DCC核心大屏幕显示大屏幕显示各类乘务组工作各类乘务组工作组织系统协调组织系统协调记录记录/ /查询查询MASMAS的基本结构的基本结构MASMAS的标准完整结构的标准完整结构三层式三层式:(:(适用于有车站作业适用于有车站作业) )车车载载设设备备O OB BE EI/O移移动动无无线线通通信信网网M MR RI/O车车站站控控制制中中心心S SC CC CI/O光光纤纤网网O OF FN NI/O第第一一层层无无线线通通信信层层第第二二层层光光纤纤通通信信层层第第

26、三三层层I/O调调度度控控制制中中心心D DC CC CI/OFDDI RingI/OI/OMASMAS的简化结构的简化结构二层式二层式: :车车载载设设备备O OB BE EI I/ /O O移移动动无无线线通通信信网网M MR RI I/ /O O光光纤纤网网O OF FN NI I/ /O O第第一一层层无无线线通通信信层层光光纤纤通通信信层层第第三三层层I I/ /O O调调度度控控制制中中心心D DC CC CFDDI RingI I/ /O OI I/ /O OMASMAS的中间形式结构的中间形式结构二层二层/ /三层交叉式三层交叉式: :即即: : 有的地方用三层有的地方用三层较

27、大车站较大车站 有的地方用二层有的地方用二层小车站及较少车站作业小车站及较少车站作业OBEOBESCCSCCOBEOBEOBEOBEOBEOBESCCSCCSCCSCCDCCDCC城市轨道交通的信号系统列车自动控制（ATC）系统Automatic Train Controln列车自动防护（ATP）子系统 Automatic Train Protectionn列车自动监控（ATS）子系统 Automatic Train Supervisionn列车自动运行（ATO）子系统 Automatic Train OperationATC系统nATC系统：列车按地面传送的速度（或距离）信息，自动控制列车运行的信号设备。 后续列车根据与先行列车之间的距离和进路条件，在车内连续地显示出容许的速度信息，或按设定的运行条件达到容许速度的距离信息。 根据上述信息，列车自动地控制运行速度，进行