城市轨道交通ATC系统

高等职业教育城市轨道交通通信信号技术专业系列规划教材

城市轨道交通ATC系统

林瑜筠王锡奎主编

◎

王若昆林一鸣副主编

◎

中国铁道出版社有限公司

年北京

2020·

内容简介

本书为高等职业教育城市轨道交通通信信号技术专业系列规划教材之一全面介绍了城

,

市轨道交通系统的基本组成和基本原理共包含五章内容分别是系统综述

ATC,,:ATC、ATC

系统基本原理基于轨道电路的系统系统单轨交通系统除阐述基本组

、ATC、CBTC、ATC。

成和基本原理外对所采用的系统也进行了比较详细的举例介绍

,ATC。

本书为高等职业教育城市轨道交通通信信号技术专业教学用书也可作为中等职业教育

,

铁道信号专业的教材还可作为从事城市轨道交通信号的工程技术人员的学习资料以及城市

,,

轨道交通技术培训用书

。

图书在版编目(CIP)数据

城市轨道交通系统林瑜筠王锡奎主编北京中国

ATC/,.—:

铁道出版社有限公司

,2020.8

高等职业教育城市轨道交通通信信号技术专业系列规划教材

ISBN978-7-113-26734-6

城林王城市铁路轨道交通自动

Ⅰ.①…Ⅱ.①…②…Ⅲ.①--

控制系统高等职业教育教材

--Ⅳ.①U284.48

中国版本图书馆数据核字第号

CIP(2020)047130

书名:城市轨道交通ATC系统

作者:林瑜筠王锡奎

策划:吕继函

责任编辑:吕继函编辑部电话:电子邮箱:

(010)51873205312705696@

封面设计:尚明龙

责任校对:焦桂荣

责任印制:樊启鹏

出版发行:中国铁道出版社有限公司北京市西城区右安门西街号

(100054,8)

网址:

印刷:三河市兴博印务有限公司

版次:年月第版年月第次印刷

202081202081

开本:印张字数千

787mm×1092mm1/16:10.25:263

书号:

ISBN978-7-113-26734-6

定价:元

29.00

版权所有侵权必究

凡购买铁道版图书如有印制质量问题请与本社读者服务部联系调换电话

,,。:(010)51873174

打击盗版举报电话市电路电传真

:(010)51873659,(021)73659,(010)63549480

前言

城市轨道交通(包括地铁系统、轻轨系统、单轨系统、有轨电车、磁浮系统、自

动导向轨道系统和市域快速轨道系统)具有运量大、速度快、安全可靠、污染轻、受

其他交通方式干扰小等特点,能够改善城市交通拥挤、乘车困难的问题,对减少空

气污染也有一定作用。因此,城市轨道交通是现代化都市所必需的交通方式。

世纪年代以来,我国城市轨道交通加快了建设步伐,尤其是进入世

209021

纪,迎来了城市轨道交通建设的高潮。截至年底,我国除北京、上海、天津、

2019

重庆、广州、深圳、武汉、南京、杭州、宁波、厦门、青岛、沈阳、大连、长春、哈尔滨、成

都、西安、苏州、无锡、福州、南昌、长沙、昆明、郑州、合肥、南宁、石家庄、佛山、东

莞、贵阳、常州、徐州、济南、乌鲁木齐、兰州、呼和浩特等个城市已建成规模和

40

档次不同的地铁和轻轨并进行扩展和延伸外,还有南通、绍兴、洛阳、芜湖、太原等

正在建设,城市轨道交通运营总里程已达(未计入港澳台地区数据),

6736.2km

居世界第一位,而且许多线路正在建设中,呈现着十分广阔的发展前景。

在城市轨道交通的各系统中,信号系统是非常重要和关键的,具有不可替代

的作用。城市轨道交通的安全、运行速度、输送能力和运行效率与信号系统密切

相关,采用已成为城市轨道交通的共同选择。信号系统不仅是城市轨道交

ATC

通安全运行的保证,而且也已成为城市轨道交通调度指挥和运营管理的中枢神

经。选择合适的信号系统可以产生巨大的经济效益和社会效益。

城市轨道交通系统的技术含量高,具有网络化、综合化、数字化、智能化

ATC

的现代化系统的技术特征。努力使更多的信号工作人员掌握现代化系统的

ATC

基本知识和基本技能,提高广大信号工作人员的技术水准,以充分发挥现代化信

号系统的作用,是城市轨道交通信号发展中亟须解决的问题。为了满足相关职业

院校城市轨道交通通信信号专业学生学习的需要,以及城市轨道交通发展对技术

培训的需要,我们编写了本书。

全书分为系统综述、系统基本原理、基于轨道电路的系统、

ATCATCATC

系统、单轨交通系统五章。除阐述基本组成和基本原理外,对我国

CBTCATC

各地城市轨道交通所采用的系统,尤其是系统也进行了比较详细的

ATCCBTC

介绍。

Ⅰ

··

城市轨道交通ATC系统

基于轨道电路的系统已不再发展,本书未详细介绍,只举例三种型号。

ATC

是目前城市轨道交通的主流,也是本书的重点,但是型号很多,不可

CBTCATC

能面面俱到,本书将应用最多的三种型号作为例子。其他型号请根据具体情况,

予以补充。

由于城市轨道交通信号系统不要求兼容,故制式纷杂且各具特色,尤其是

,尽管我们尽量涵盖,但不可能面面俱到。各校在组织学习时,可根据实际需

ATC

要予以选用。

本书最后附有名称术语英(缩略语)中对照表,在阅读正文遇到英文缩写不解

时,可查阅此表。

本书由南京铁道职业技术学院林瑜筠、王锡奎任主编;南京铁道职业技术学

院王若昆、上海地铁维护保障有限公司通号分公司林一鸣任副主编。林瑜筠编写

了第一章、第五章;王锡奎编写了第二章;王若昆编写了第三章;林一鸣编写了第

四章。

由于我国城市轨道交通信号系统,尤其是,引入多国技术,制式纷杂,资

ATC

料难以搜集齐全,再加上编者水平所限,时间仓促,书中不免有错误、疏漏、不妥之

处,恳望读者批评指正,以不断提高本书水平,为我国城市轨道交通信号事业的发

展尽绵薄之力。

编者

年月

20204

Ⅱ

··

目录

第一章ATC系统综述…………

1

第一节系统概述………………………

ATC1

第二节系统的选用……………………

ATC9

第三节系统的运用模式………………

ATC11

复习思考题……………………

16

第二章ATC系统基本原理……………………

17

第一节系统基本原理…………………

ATP17

第二节系统基本原理…………………

ATO31

第三节系统基本原理…………………

ATS39

复习思考题……………………

59

第三章基于轨道电路的ATC系统……………

61

第一节基于轨道电路的系统………

ATC61

第二节西门子系统…………………

ATC64

第三节系统…………………

US&SATC74

第四节系统………………

ALSTONATC86

复习思考题……………………

93

第四章CBTC系统……………

94

第一节系统概述……………………

CBTC94

第二节型系统……………

iCMTCCBTC113

第三节型系统认知……………………

LCF-300CBTC130

第四节系统……………

SeltracS40CBTC141

复习思考题……………………

146

第五章单轨交通ATC系统…………………

147

第一节单轨交通信号系统概述……………

147

第二节单轨交通系统…………

ATP/TD148

复习思考题……………………

152

名称术语英(缩略语)中对照表…………………

153

参考文献…………………………

156

第一章ATC系统综述

第一章ATC系统综述

第一节ATC系统概述

一、ATC系统

列车自动控制系统是城市轨道交通信号系统的最重要

(AutomaticTrainControl,ATC)

的组成部分它实现行车指挥和列车运行自动化能最大程度地保证列车运行安全提高运输

,,,

效率减轻运营人员的劳动强度发挥城市轨道交通的通过能力系统的技术含量高运

,,。ATC,

用了许多当代重要的科技成果

。

二、ATC系统的组成和功能

列车自动控制系统包括三个子系统列车自动防护

(ATC):(AutomaticTrainProtect,ATP)、

列车自动运行列车自动监控

(AutomaticTrain,ATO)、(AutomaticTrainSupervision,ATS)。

系统包括三个功能功能功能和功能

ATC:ATP/ATO、ATSPTI。

功能有三个子功能轨旁功能传输功能和

ATP/ATO:ATP/ATO、ATP/ATOATP/

车载功能轨旁功能负责列车间隔计算和授权报文生成传输

ATO。ATP/ATO。ATP/ATO

功能负责发送信号包括报文和车载设备所需的其他数据车载功能负责

,ATC。ATP/ATO

列车的安全运营安全速度曲线计算列车自动驾驶且给信号系统和司机提供接口

、、。

功能实现对列车运行及所控制的道岔信号机等设备运行状态的监督和控制显

ATS、,

示全线列车的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

,,,

出调整功能自动或由人工监控线路及向行车调度员和外部系统提供信息

。ATS,。

功能是通过多种渠道传输和接收各种数据在特定的位置传给向报告

PTI,ATS,ATS

列车的识别信息目的号码及乘务组号和列车位置数据以优化列车运行

、,。

三、ATC系统的闭塞制式

按闭塞制式城市轨道交通系统可分为固定闭塞式系统准移动闭塞式

,ATC:ATC、

系统和移动闭塞式系统

ATCATC。

固定闭塞

1.

固定闭塞将线路划分为固定的区段不论前后列车的位置还是前后列车的间距都

,、,、

是用固定的地面设备如轨道电路等检测和表示的线路条件和列车参数等均需在闭塞

()。

设计过程中加以考虑并体现在地面固定区段的划分中

,。

由于列车定位是以固定区段为单位系统只知道列车在哪个区段中而不知道在区段

(,

中的具体位置所以固定闭塞的速度控制模式必然是分级的即台阶式的在这种制式

),,。

中需要向被控列车安全传送的只是代表有限个速度级的速度码

,。

1

··

城市轨道交通ATC系统

固定闭塞方式无法满足提高系统能力安全性和互用性的要求

、。

固定闭塞通过轨道电路判别闭塞分区占用情况并传输信息码需要大量的轨旁设备

,,,

维护工作量较大此外还存在以下缺点

。,:

轨道电路工作稳定性易受环境影响如道砟阻抗变化牵引回流干扰等

(1),、。

轨道电路传输信息量小要想增加信息量只能通过提高信息传输的频率但是

(2)。,。

传输频率过高钢轨的集肤效应会导致信号的衰耗增大从而导致缩短传输距离

,,。

利用轨道电路无法实现车对地的信息传输

(3)。

闭塞分区长度是按最长列车满负载最高速度最不利制动率等不利条件设计的

(4)、、、,

分区较长并且一个分区只能被一列列车占用不利于缩短列车运行间隔

,,。

系统无法知道列车在分区内的具体位置因此列车制动的起点和终点总在某一分

(5),

区的边界为充分保证安全必须在两列车间增加一个防护区段这使得列车间的安全间

。,,

隔较大影响了线路的使用效率

,。

准移动闭塞

2.

准移动闭塞也可称为半固定闭塞解释为预先设定列车的安全追踪间隔距离根据

,,“,

前方目标状态设定列车的可行车距离和运行速度介于固定闭塞和移动闭塞之间的一种闭

、

塞方式

”。

准移动闭塞对前后列车的定位方式是不同的前行列车的定位仍沿用固定闭塞的方

、。

式而后续列车的定位则采用连续的或称为移动的方式为了提高后续列车的定位精度

,。,

目前各系统均在地面每隔一段距离设置个定位标志可以是轨道电路的分界点或应答器

1(

等列车通过时提供绝对位置信息在相邻定位应答器之间列车的相对位置由安装在列

),。,

车上的轮轴转数累计连续测得

。

由于准移动闭塞同时采用移动和固定两种定位方式所以它的速度控制模式必然既

,,

具有无级连续的特点又具有分级台阶的性质若前行列车不动而后续列车前进时

(),()。,

其最大允许速度是连续变化的而当前行列车前进其尾部驶过固定区段的分界点时后续

;,,

列车的最大速度将按台阶跳跃上升

“”。

由于准移动闭塞兼有移动和固定的特性与固定性质相对应的设备必须在工程设

,“”,

计和施工阶段完成而被控列车的位置是由列车自行实时移动测定的所以其最大允许

。(),

速度的计算最终只能在车上实现

。

为了使后续列车能够根据自身测定的位置实时计算其最大允许速度必须用报文向

,,

其提供前方线路的各种参数及前行列车处在哪个区段上的信息所以从信息传输的角度

。

来说设有地对车单向安全数据通信是准移动闭塞的基本技术特征

,。

准移动闭塞在控制列车的安全间隔上比固定闭塞进了一步它通过采用报文式轨道电

。

路辅之环线或应答器来判断分区占用并传输信息信息量大可以告知后续列车继续前行

,;

的距离后续列车可根据这一距离合理地采取减速或制动列车制动的起点可延伸至保证

,,

其安全制动的地点从而可改善列车速度控制缩小列车安全间隔提高线路利用效率但

,,,。

准移动闭塞中后续列车的最大目标制动点仍必须在先行列车占用分区的外方因此它并没

,

有完全突破轨道电路的限制

。

2

··

第一章ATC系统综述

移动闭塞

3.

移动闭塞可解释为列车安全追踪间隔距离不预先设定而随列车的移动不断移动并

“,

变化的闭塞方式

”。

移动闭塞的基本概念

(1)

移动闭塞的特点是前后两列车都采用移动式的定位方式

、。

移动闭塞可借助感应环线或无线通信的方式实现早期的移动闭塞系统大部分采用基

。

于感应环线的技术即通过在轨间布置感应环线来定位列车和实现车载计算机与

,(VOBC)

车辆控制中心之间的连续通信现今则采用无线通信系统实现各子系统间的通

(VCC)。,

信构成基于无线通信技术的移动闭塞

,。

移动闭塞的特点

(2)

线路没有固定划分的闭塞分区列车间隔是动态的并随前一列车的移动而移动

①,,。

列车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余量计算和控制

②,

的确保不追尾

,。

制动的起点和终点是动态的轨旁设备的数量与列车运行间隔关系不大

③,。

可实现较小的列车运行间隔

④。

采用车地双向传输信息量大易于实现无人驾驶

⑤—,,。

移动闭塞的技术优势

(3)

移动闭塞是一种新型的闭塞制式它克服了固定闭塞的缺点基于通信的列车控制

①,。

则是实现这种闭塞制式的最主要技术手段采

(CommunicationBasedTrainControl,CBTC)。

用这种方法以后实现了车地间双向大容量的信息传输达到连续通信的目的在真正

,—、,,

意义上实现了列车运行的闭环控制当列车和车站建立通信后区域控制器就能得知区域

。,

内所有列车的位置能够提供连续的列车安全间隔保证和超速防护功能在列车控制中具

,,

有更好的精确性和更大的灵活性并能更快地检测到故障点而且移动闭塞可以根据列

,。,

车的实际速度和相对速度来调整闭塞分区的长度尽可能缩小列车运行间隔提高行车密

,,

度进而提高运输能力此外这种系统与传统系统相比将大大减少沿线设备车载设备和

,。,,

轨旁设备的安装也相对较容易维修方便有利于降低运营成本

,,。

移动闭塞系统通过列车与地面间连续的双向通信提供连续测量本车与前车距离的

②,

方法实时提供列车的位置速度及加速度等信息动态地控制列车运行速度移动闭塞制

,、,。

式下后续列车的最大制动目标点可比准移动闭塞和固定闭塞更靠近先行列车因此可以

,,

缩小列车运行间隔从而使系统可以在满足同等客运需求条件下减少乘客候车时间

,。

由于系统采用模块化设计核心部分均通过软件实现因此使系统硬件数量大大减

③,,

少可节省维护费用

,。

移动闭塞系统的安全计算机一般采取三取二或二乘二取二的冗余配置系统通过

④,

故障安全原则对软硬件及系统进行量化和认证可保证系统的可靠性安全性和可

“—”,、,、

用度

。

移动闭塞还常常和无人驾驶联系在一起两者的结合能够避免司机的误操作或延

⑤。

误获得更高的效率

,。

无线移动闭塞的数据通信系统对所有子系统透明对通信数据的安全加密和接入防

⑥,

护等措施可保证数据通信的安全

。

3

··

城市轨道交通ATC系统

移动闭塞的工作原理

(4)

移动闭塞与固定闭塞的根本区别在于闭塞分区的形成方法不同如图所示移动闭

,1-1,

塞系统是一种区间不分割根据连续检测先行列车位置和速度进行列车运行间隔控制的列

、

车安全系统这里的连续检测并不意味着一定没有间隔点实际上该系统把先行列车的

。。

后部看作是假想的闭塞区间由于这个假想的闭塞区间随着列车的移动而移动所以叫作

。,

移动闭塞在移动闭塞系统中后续列车的速度曲线随着目标点的移动而实时计算后续

。,,

列车到先行列车的保护段后部之间的距离等于列车制动距离加上列车制动反应时间内驶

,

过的距离

。

图移动闭塞原理示意图

1-1

移动闭塞技术在对列车的安全间隔控制上更进了一步通过车载设备和轨旁设备连续的双

。

向通信控制中心可以根据列车实时的速度和位置动态地计算列车的最大制动距离列车的长

,。

度加上这一最大制动距离并在列车后方加上一定的防护距离便组成了一个与列车同步移动的

,

虚拟分区如图所示由于保证了列车前后的安全距离两个相邻的移动闭塞分区就能以很

,1-2。,

小的间隔同时前进这使列车能以较高的速度和较小的间隔运行从而提高运营效率

,,。

图移动闭塞系统的安全行车间隔

1-2

无线移动闭塞系统的组成主要包括无线数据通信网车载设备区域控制器和控制中心

、、

等其中无线数据通信网是移动闭塞实现的基础通过可靠的无线数据通信网列车不间断

。,。,

地将其标识位置车次列车长度实际速度制动潜能和运行状况等信息以无线的方式发送

、、、、、,

给区域控制器区域控制器追踪列车并通过无线传输方式向列车发送移动授权根据来自列车

;,

的信息计算确定列车的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

、,(、)

列车控制列车运行车载设备包括无线电台车载计算机和其他设备如传感器查询器等

,。、(、)。

列车将采集到的数据如机车信息车辆信息现场状况和位置信息等通过无线数据通信网发

(、、)

送给区域控制器以协助完成运行决策同时对接收到的命令进行确认并执行

,;。

4

··

第一章ATC系统综述

移动闭塞的线路取消了物理层次上的分区划分而是将线路分成了若干个通过数据库预

,

先定义的线路单元每个单元长度为几米到十几米移动闭塞分区即由一定数量的单元组成

,,,

单元的数目可随着列车的速度和位置而变化分区的长度也是动态变化的

,。

移动闭塞系统分类

(5)ATC

移动闭塞