地鐵信號系統自動控制功能研究

楊新軍/中鐵通信信號勘測設計（北京）有限公司

地鐵信號系統自動控制功能研究

楊新軍/中鐵通信信號勘測設計（北京）有限公司

在地鐵信號系統中，自動控制技術的應用有著舉足輕重的作用。它的應用能夠有效避免設備故障的頻繁發生，使相關系統處于有序運行中，延長設備的使用壽命，減少地鐵城市軌道工程的維修成本，實現對應的經濟效益、社會效益。從長遠來說，地鐵信號自動控制系統還需要進一步完善，使其走上服務化、智能化的道路。本文作者以地鐵工程為基點，對自控控制技術及其應用實踐予以了分析。

地鐵；信號系統；自動控制技術；應用；分析

引 文

新時代下，公共交通工具在人們出行、生活方面扮演著關鍵性的角色。地鐵工程項目建設能夠在提高城市通行能力的基礎上，緩解地面的交通壓力。對于地鐵工程來說，地鐵信號系統具有多樣化的功能。比如，自動控制、自動報警。而自動控制技術應用到其中，可以保證信號系統安全運行，使其操作更加快捷、靈活。

一、地鐵信號系統自動控制系統概述

就城市地鐵工程建設現狀來說，我國地鐵信號系統處于固定閉塞向移動閉塞轉變的過渡階段。在地鐵日常運行中，自動控制系統能夠有效滿足客運量各方面的需求，比如，行車安全、行車密度。就地鐵信號自動控制（ATC）系統組成部分而言，主要包含了三個組成部分。第一、ATO系統又被叫做自動駕駛系統。車載ATO、軌旁ATO是自動駕駛系統的組成部分。但在系統運行中，并不能很好地將二者區分開。其中的自動駕駛系統已經具備地鐵全程自動駕駛的能力。但為了保障乘客的安全、系統的可靠運行，仍然是駕駛員操控每列列車。第二、ATS系統是列車自動監控系統，是在車站與控制中心之間的進行區域，能夠監督和控制對整個地鐵沿線列車的實際運行情況。ATS系統屬于非故障安全系統，不論是違規操作還是設備出現故障都不會阻礙地鐵的安全運行。第三、ATP系統是列車自動防護系統，也是地鐵信號自動控制系統的核心組成元素。ATP系統可以連續監督列車的實行速度，對列車進行超速保護，自動檢測列車實際運行間隔，有效避免列車因超速而造成事故的發生。

二、地鐵信號系統自動控制技術

在地鐵信號系統中對自動控制技術引入，不但能夠確保地鐵列車運行的安全性，同時還兼具靈活性、便捷性的特點。為使這一目標達到，要求地鐵信號系統自動控制將以下幾個方面的功能實現：①列車自動駕駛系統。該系統需要支持的功能為：動態調整；在車站實現定點停車；站點間的自動運行；②列車自動監督系統。該系統需要支持的功能為：實時產生列車時刻表；對全線列車運行狀態進行監督；確保列車嚴格按照時刻表要求正點運行；對列車運行時刻進行動態調整；③列車自動防護系統。該系統需要支持的功能為：列車定位；列車追蹤；停車位置保證。以上列車自動駕駛系統、列車自動監督系統以及列車自動防護系統共同構成地鐵信號自動控制系統。在目前新建的地鐵系統中，多引入有微機聯鎖裝置，系統整體具有可靠性高、信息量大以及抗干擾能力強的優勢，系統整體結構如圖1所示。

三、地鐵信號系統自動控制功能實現

（一）列車自動駕駛系統

列車自動駕駛系統相關功能的實現必須在列車自動防護系統的保護下進行，具體流程是根據列車自動監督系統所發揮送的指令，執行相對應的操作。其中，為實現站點間自動運行的功能，需控制地鐵列車嚴格按照運行圖規定的區間走行時分行車；為實現站點精確停車的功能，要求以自動防護系統為基礎，借助于軌旁設備以及車地通行設備實現控制；為實現列車運行過程中的動態調整功能，要求列車自動駕駛系統根據列車在高峰/平峰狀態下列車運營情況，以保障服務質量為前提，借助于適宜的速度曲線對列車運行進行控制，以滿足乘客出行舒適度的要求。

（二）列車自動監督系統

自動控制ATS系統設置于操作控制中心內（中央ATS系統），車站內設置本地ATS系統，負責區域控制。系統功能使對地鐵全線內列車的運行狀態進行監視與控制。本地與中央ATS系統設備構成局域網，搭載光纖線路實現數據傳輸。在該結構模式下，ATS系統具有兩個顯著特點：①操作員可以根據自身權限在任意工作站上完成對地鐵系統的監督、控制功能；②ATS系統中任意部分的操作失誤或故障不會對地鐵全線列車運行造成影響，屬于非故障安全系統。

（三）列車自動防護系統

列車自動防護系統的基本原則是故障安全。本系統基于該原則對權限所有涉及列車占用狀態、追蹤間隔、運行速度以及信號燈指示在內的功能運行安全性進行檢查與控制。整個系統由軌旁自動防護系統與車載自動防護系統兩個部分構成。本系統為實現列車定位的功能，要求通過列車在運行狀態下所提供的線路、距離、速度等信息，預測列車運行中的安全與非安全位置，將安全位置信息傳遞至防護系統內，據此實現對列車運行的安全防護；為實現列車追蹤方面的功能，本系統需根據列車位置報告信息以及關鍵道岔位置，構建追蹤占用系統，根據安全以及非安全位置計算列車在安全區間內的兩端位置信息；為實現停車位置保證功能，本系統需要對列車當前位置以及運行速度以及移動授權進行對比，當自動防護系統接收到進路取消請求指令后，可延遲一定時間以滿足列車制動停車的功能需求。

四、控制系統在城市軌道交通中的具體應用

（一）西門子信號控制系統的應用

西門子信號自動控制系統是由列車自動監控系統、自動保護系統、自動運行系統組成。首先，該系統的應用可以使列車的停車精度控制在0.5米內，全面監督列車運行的速度，有效避免列車越限運行，間隔控制可以防止列車碰撞事故的發生。在列車運行過程中，一旦出現緊急情況，該系統會自動緊急制動停車，避免事故發生。其次，該系統的應用實現了全自動化操作，不需要擔心人為的操作失誤，還能減少車輛運行的損耗，達到30%的節能效果。最后，能夠優化線路，提高利用率，縮短列車的間隔，可以使對應的時刻表和不同類型列車運行情況相吻合。此外，還能實現90秒的列車追蹤間隔，其運輸能力遠遠超出同類型的3分鐘間隔系統。

（二）卡斯柯信號控制系統的應用

以上海地鐵1號線為例，對卡斯柯信號控制系統在其中的應用予以分析。在上海1號線地鐵工程項目建設中，三期工程都用到了卡斯柯信號控制系統。在其應用過程中，該控制系統能夠靈活掌握了基于固定閉塞技術的地鐵信號系統。隨著地鐵工程建設不斷普及，該系統還被應用到國內其他很多地區地鐵建設中，比如，深圳地鐵2號線、廣州地鐵5號線。但在應用的過程中，卡斯柯信號控制系統也會發生了一些故障，比如，在上海地鐵1號線運行中，該信號系統誤發速度碼，使兩列列車的側面相撞，在司機及時制動下，并未造成較大的安全事故。

（三）泰雷信號控制系統的應用

就泰雷信號控制系統而言，其應用范圍較廣。隨著科技日益發展，泰雷系統具有多樣化的特點，比如，AzL90型計軸系統、ZP30CA型計系統。這些新型的系統具有不同的特點與功能。其中，AZLM型計軸系統主要用于地鐵、鐵路工程建設方面。就其應用來說，我國很多城市已建設的地鐵工程項目都是該系統的杰作。比如，上海地鐵10號線、成都地鐵1號線、北京地鐵13號線。

五、結束語

隨著現代計算機技術與通信技術的不斷發展，在地鐵系統中單一線路的自動控制系統需向著更高級別的集成化系統發展，實現包括列車自動駕駛、列車自動監督以及列車自動防護在內的相關功能，將自動化控制技術引入上述系統中，以促進軌道交通網絡綜合監控功能的實現。

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