城市軌道交通信號系統(tǒng)探究

郭善彬 王娟

摘 要：隨著城市化建設(shè)程度的不斷加深，越來越多的城市開始大量建設(shè)城市軌道，城市軌道交通信號系統(tǒng)的科學(xué)有效控制就顯得尤為重要。文章主要對城市軌道交通信號系統(tǒng)的構(gòu)成、方案及傳送方式進(jìn)行了分析，以期為完善城市軌道交通信號系統(tǒng)提供一個可靠的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；信號系統(tǒng)；構(gòu)成；方案；方式

中圖分類號：U284 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）24-0086-02

隨著我國城市人數(shù)的急劇上升與車流量的大量增加，大部分城市交通負(fù)荷越來越重。在城市發(fā)展中，城市軌道交通作為城市交通的重要組成部分，其應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)展，已經(jīng)成為解決城市交通壓力的重要方式，城市軌道交通主要具有便捷、安全、舒適等優(yōu)勢，因此，越來越多的城市開始進(jìn)行城市軌道的建設(shè)。目前城市軌道交通主要包括：地鐵與輕軌，為了確保城市軌道運(yùn)輸?shù)挠行约鞍踩裕仨毑捎眉夹g(shù)含量高的信號控制系統(tǒng)對城市軌道交通進(jìn)行控制，在整個城市軌道交通系統(tǒng)中城市軌道交通信號系統(tǒng)是體現(xiàn)軌道交通運(yùn)行安全、高效的關(guān)鍵部分。基于此，城市軌道交通工作人員必須了解城市軌道交通信號系統(tǒng)的構(gòu)成因素、傳送方式等，只有熟練掌握信號系統(tǒng)的規(guī)律及原理，才能確保人們出行的安全性。

1 城市軌道交通信號系統(tǒng)的構(gòu)成

城市軌道交通信號系統(tǒng)主要由列車自動控制（ATC）系統(tǒng)、聯(lián)鎖設(shè)備、軌道電路等組成。

作為城市軌道交通信號系統(tǒng)最重要的組成部分，列車自動控制（ATC）系統(tǒng)主要功能就是對行車指揮及列車運(yùn)行自動化的一種最大限度地實(shí)現(xiàn)，同時(shí)起到確保列車安全運(yùn)行及提高運(yùn)輸效率的作用，只有這樣才能降低工作人員的工作量，對城市軌道交通的通行能力進(jìn)行充分發(fā)揮。

ATC（automatic train control）系統(tǒng)主要有三部分構(gòu)成，包括：列車自動防護(hù)（ATP—automatic train protection）、列車自動運(yùn)行（ATO—automatic train operation）及列車自動監(jiān)控（ATS—automatic train supervision）。

ATP系統(tǒng)分為軌旁ATP和車載ATP，負(fù)責(zé)對列車的運(yùn)行進(jìn)行保護(hù)，對列車進(jìn)行超速防護(hù)、車門監(jiān)督和速度監(jiān)督，保證列車的安全間隔。

ATO系統(tǒng)分為軌旁ATO和車載ATO，其應(yīng)用的主要目的就是對“地對車控制”的一種實(shí)現(xiàn)，就是實(shí)現(xiàn)地面信息對列車運(yùn)行情況的一種良好控制，并送出車門和屏蔽門同步開關(guān)信號。

ATS系統(tǒng)主要有兩部分中央ATS與車站ATS，其應(yīng)用的主要目的就對列車運(yùn)行監(jiān)督及控制，包括：列車運(yùn)行情況和設(shè)備的集中監(jiān)視、自動排列進(jìn)路、自動列車運(yùn)行調(diào)整、自動生成時(shí)刻表、自動記錄實(shí)際列車運(yùn)行圖、自動進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)以及各種報(bào)表的自動生成，輔助調(diào)度人員對全線進(jìn)行管理。

聯(lián)鎖設(shè)備有中央聯(lián)鎖系統(tǒng)和車站聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)，主要對室外設(shè)備信號機(jī)和道岔進(jìn)行控制，排列列車進(jìn)路并傳送進(jìn)路信息給軌旁ATC設(shè)備。

軌道電路主要用于傳送軌道電路信息和ATP報(bào)文信息。

2 城市軌道交通信號系統(tǒng)方案

通常情況下在城市交通疏解任務(wù)中城市軌道交通線路承擔(dān)著十分重要的任務(wù)，為確保人們出行的安全性，應(yīng)采用完整的、先進(jìn)的、高效的列車控制系統(tǒng)作為地鐵信號系統(tǒng)。正線信號系統(tǒng)采用完整的列車自動控制（ATC）系統(tǒng)，由ATS、ATP、ATO、聯(lián)鎖設(shè)備組成。車輛段/停車場由聯(lián)鎖設(shè)備、微機(jī)監(jiān)測設(shè)備、ATS分機(jī)等主要設(shè)備組成。目前城市軌道交通的信號系統(tǒng)主要有準(zhǔn)移動閉塞和移動閉塞系統(tǒng)選擇。

2.1 基于目標(biāo)距離模式的準(zhǔn)移動閉塞ATC系統(tǒng)

通常選用音頻數(shù)字無絕緣軌道電路作為目標(biāo)距離模式，這種模式的主要特點(diǎn)為信息傳輸量較大及抗干擾能力很強(qiáng)。列車車載設(shè)備依據(jù)由鋼軌傳輸而接收到的聯(lián)鎖、軌道電路編碼、線路參數(shù)、控制管理等報(bào)文信息，連續(xù)對列車追蹤運(yùn)行及折返作業(yè)進(jìn)行速度監(jiān)督，最大限度對其進(jìn)行超速防護(hù)，控制列車運(yùn)行間隔，以滿足規(guī)定的通過能力。由于音頻數(shù)字軌道電路具有極大的傳輸信息量，可以將目標(biāo)速度、目標(biāo)距離、線路狀態(tài)等信息提供給車載設(shè)備，為計(jì)算出列車相適應(yīng)的運(yùn)行模式速度曲線，將ATP車載設(shè)備與固定的車輛性能數(shù)據(jù)進(jìn)行充分地結(jié)合。

2.2 基于通信的移動閉塞系統(tǒng)（CBTC）

基于通信的移動閉塞列車控制系統(tǒng)具有極為先進(jìn)的發(fā)展技術(shù)，是列車控制技術(shù)的發(fā)展趨勢，是國際ATC先進(jìn)水平的代表。是獨(dú)立于軌道電路的高精度列車定位。

CBTC系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)車與地、地與車間之間的雙向數(shù)據(jù)通信，可以選用自由空間無線天線、交叉感應(yīng)電纜環(huán)線、漏泄電纜以及裂縫波導(dǎo)管等方式進(jìn)行有效通信。依據(jù)列車的位置信息及進(jìn)路情況軌旁ATP設(shè)備可以有效對每一列車的移動權(quán)限進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，同時(shí)根據(jù)列車位置速度的變化不斷更新數(shù)據(jù)，利用連續(xù)車地通信設(shè)備向列車進(jìn)行信息的發(fā)送。依據(jù)接收到的移動授權(quán)及本身的運(yùn)行狀態(tài)車載設(shè)備可以對列車運(yùn)行速度曲線及防護(hù)曲線進(jìn)行有效計(jì)算，在ATP子系統(tǒng)的保護(hù)防御過程中，在該速度曲線下ATO子系統(tǒng)或人工駕駛控制列車可以正常運(yùn)行。可以最大限度地實(shí)現(xiàn)后續(xù)列與前行列車尾部的緊密性，并始終處于安全距離范圍內(nèi)。在確保安全的基礎(chǔ)上，CBTC系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)區(qū)間通過能力的有效提高，同時(shí)不受軌道電路區(qū)段分割的限制。

雖然CBTC系統(tǒng)在調(diào)試時(shí)因?qū)ΜF(xiàn)場環(huán)境要求高、調(diào)試周期較長等一些不盡如人意的地方，但是CBTC系統(tǒng)在具有自身優(yōu)越性的同時(shí)已經(jīng)成為城市軌道交通信號系統(tǒng)的首選方案。其相對于準(zhǔn)移動閉塞系統(tǒng)的優(yōu)越性是不可取代的。

3 城市軌道交通信號系統(tǒng)通信設(shè)備的傳送方式

3.1 通過軌道電路進(jìn)行傳送

軌道電路不僅可以檢測列車占用情況，也可以傳遞報(bào)文信息給車載設(shè)備。在軌道電路不忙的情況下，將軌道電路信息傳送給聯(lián)鎖系統(tǒng)，當(dāng)列車對軌道進(jìn)行占用時(shí)，利用裝置切換，并將發(fā)送軌道電路信息的作業(yè)進(jìn)行停止，開始采用軌旁設(shè)備將ATP報(bào)文信息連續(xù)向鋼軌進(jìn)行發(fā)送，將接收和發(fā)送設(shè)備裝置在列車底部，可將接收到的信息向車載設(shè)備進(jìn)行傳遞，同時(shí)也可以向地面發(fā)送列車信息。

3.2 通過軌間電纜傳送

單獨(dú)沿著鋼軌鋪設(shè)一條線路，專門用于傳送ATP報(bào)文信息，此方法安全可靠，但費(fèi)用較高。

3.3 通過點(diǎn)式應(yīng)答器傳送

在軌道電路的部分地方進(jìn)行應(yīng)答器的設(shè)置，應(yīng)答器的設(shè)置主要有兩種形式：固定數(shù)據(jù)應(yīng)答器與可變數(shù)據(jù)應(yīng)答器。用于存儲固定數(shù)據(jù)的應(yīng)答器為固定數(shù)據(jù)應(yīng)答器，可變應(yīng)答器通過對中心進(jìn)行控制來取得數(shù)據(jù)，將接收和發(fā)送天線安裝在列車底部，當(dāng)列車運(yùn)行在應(yīng)答器位置經(jīng)過時(shí)可以感應(yīng)到應(yīng)答器的信息，然后進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換，因?yàn)檫@種信息的傳送不具有連續(xù)性，只能在一定位置才能進(jìn)行接收，因此這些位置被叫做點(diǎn)式ATC。

3.4 通過無線方式進(jìn)行傳送

無線車地通信主要采用無線方式，由控制中心來實(shí)現(xiàn)車載ATP/ATO的功能，利用無線交換器和軌旁無線單元AP與車載無線通信設(shè)備進(jìn)行時(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的交換。

一般情況下一個控制中心可以實(shí)現(xiàn)對一條線路上所有車站的控制，當(dāng)控制中心設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，為了確保整條線路不出現(xiàn)癱瘓現(xiàn)象，可以將車站現(xiàn)地工作站和車站ATS遠(yuǎn)程控制單元設(shè)置在車站。這樣當(dāng)控制中心出現(xiàn)故障之后，車站工作人員可通過車站現(xiàn)地工作站進(jìn)行操作來實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)的功能，ATS遠(yuǎn)程控制單元可代替中央ATS系統(tǒng)向聯(lián)鎖系統(tǒng)和軌旁設(shè)備發(fā)送相關(guān)信息，此時(shí)ATS遠(yuǎn)程控制單元所具有的信息不全面，但能夠保證列車在本站的正常運(yùn)行。

4 結(jié) 語

綜上所述，城市軌道交通信號系統(tǒng)的主要目的就是對列車進(jìn)行有效控制，完善城市軌道交通信號系統(tǒng)不僅可以提高運(yùn)輸效率，還可以確保整個列車運(yùn)行的安全性及有效性，實(shí)現(xiàn)整個城市軌道交通信號系統(tǒng)的功能。

參考文獻(xiàn)：

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