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[技术资料] 城市轨道交通信号系统制式研究
P:2010-02-25 15:39:22
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1 按信息传输方式分类
列车自动控制（ATC）系统按信息传输方式可以分为点式信息传输系统和连续式信息传输系统。
1.1 点式信息传输系统
点式信息传输系统主要由音频无绝缘轨道电路（或计轴设备）和轨旁应答器构成，向车载设备定点地传输ATP信息。轨道电路（或计轴器）用于检测列车的占用情况，应答器用来实现车-地数据传输，根据需要还可用环线来延伸信息点的范围。
点式系统具有投资少、维修成本较低等优点，但目前尚无成熟的与之配套的ATO系统；单纯的点式ATP系统不满足紧急状态下的紧急停车功能，需在进站前方铺设一段电缆环线，传输连续车-地信息，以适应紧急停车的安全保障；同时，由于列车获得的信息是定点、不连续的，列车在越过信息点后按已接收到的信息行驶，必须等待收到下一个点式信息时才能按新的信息要求行驶，在两信息点间行驶不能及时地适应变化的运行条件，因此降低了行车效率。目前,西门子公司开发的点式信息传输系统已在上海轨道交通5号线（莘闵轻轨线）开通试运营。
连续式信息传输系统利用多信息或数字音频无绝缘轨道电路、交叉电缆环线、裂缝波导管或漏缆等，向车载设备提供连续的列车运行信息，既有检查列车占用功能，同时具有信息传递功能。其特点是信息不间断，提供的信息量大，列车运行安全、平稳舒适。连续式信息传输系统主要有以下几种形式传输车－－地信息：
（1）多信息音频无绝缘轨道电路。
（2）数字编码（报文式）音频无绝缘轨道电路。
（3）地面不设轨道电路，利用交叉电缆环线、裂缝波导管、漏缆及无线通信方式实现车－－地信息传递。
2 按对列车实施的控制分类
列车自动控制（ATC）系统按对列车实施控制的方式可分为阶梯式速度曲线和速度-距离模式曲线两种控制方式。
2.1 阶梯式速度曲线控制方式
基于传统的音频轨道电路，其传输的信息量少，对应每个闭塞分区只能传送一个信息代码，即该区段所规定的最大速度命令码或入口/出口速度命令码，列车速度监控采用的是闭塞分区出口检查方式，当列车速度超过规定速度时，施行常用制动或紧急制动，施行常用制动时，如制动率达不到要求，会自动转为紧急制动；一旦施行了紧急制动（称之为惩罚性制动），必须在列车停止后，通过一定操作才能缓解。为保证列车运行的安全，这种滞后的速度检查方式必须要有一个完整的闭塞分区作为列车的安全保护距离。阶梯式速度曲线控制方式属于二十世纪八十年代技术水平，西屋公司、GRS公司分别用于北京地铁、上海地铁一号线的ATC系统均属于此种类型。
该方式由命令编码单元通过轨道电路、查询应答器、电缆环线、裂缝波导管或无线等设备向列车提供目标及限制速度等命令信息，同时还向列车提供目标速度、目标距离、线路状态等信息，在列车的每一确切位置，车载ATP设备据此计算出列车运行的速度/距离曲线，保证列车在最高安全速度下运行。采用速度-距离曲线控制模式的ATP/ATO系统属二十世纪九十年代技术水平，西门子公司在广州地铁一、二号线使用的LZB700M、US＆S公司在上海地铁二号线使用的AF-900以及我国香港地区机场快速线使用的阿尔斯通公司SACEM（ATP/ATO）信号系统均属于此种类型。
阶梯式速度曲线和速度-距离曲线模式两种列控方式相比，前者两列车之间的最小行车安全间隔距离至少应为一个固定的闭塞分区，为了保证列车正常追踪运行，两列车间隔距离在三个闭塞分区以上，前者两列车之间的最小行车安全间隔距离较后者需要的空间距离大，降低了线路通过能力，且不能实现列车连续速度控制，列车运行的平稳性差。相比之下，速度-距离模式曲线控制方式可以提高线路利用率，相应缩短追踪列车之间的最小安全行车及正常行车间隔距离，可提高行车密度及列车运行的平稳度。故本次投标设计推荐速度-距离模式曲线控制方式。
3 按闭塞制式分类
目前用于城市轨道交通系统的闭塞方式有三种：固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞。
采用固定划分区段的轨道电路，即基于传统的多信息音频轨道电路，列车以闭塞分区为最小行车间隔，且需设防护区段。其传输的信息量少，对应每个闭塞分区只能传送一个信息代码，即该区段所规定的最大速度码或入口/出口速度命令码。列车速度监控采用的是闭塞分区出口检查方式，当列车的出口速度大于本区段出口速度命令码所规定的速度时，车载设备便对列车实施紧急制动。为保证列车运行的安全，这种滞后的速度检查方式必须要有一个完整的闭塞分区作为列车的安全保护距离。固定闭塞ATP系统采用阶梯式控制方式，对列车运行控制精度不高，降低了列车运行舒适度、增加了司机劳动强度，限制了通过能力的进一步提高。固定闭塞分区的划分依赖于特定列车的性能，当线路上有不同性能的列车时，为保证安全需按最严格条件设计，影响了运行效率，也不适应今后列车类型的变更。
准移动闭塞一般采用数字式音频无绝缘轨道电路、音频无绝缘轨道电路+感应环线或计轴+感应环线方式作为列车占用检测和ATP信息传输的媒介，具有较大的信息传输量和较强的抗干扰能力。通过音频轨道电路的发送设备向车载设备提供目标速度、目标距离、线路状态（曲线半径、坡道等数据）等信息，ATP车载设备结合固定的车辆性能数据计算出适合本列车运行的速度/距离曲线，保证列车在速度/距离曲线下有序运行，提高了线路的利用率。准移动闭塞ATP系统采用速度/距离曲线的列控方式，提高了列车运行的平稳性。列车追踪运行的最小安全间隔较固定闭塞短，对提高区间通过能力较为有利。ATS、ATP子系统与ATO子系统结合性较强，整个ATC系统技术较为成熟。由于ATP/ATP车载设备具有智能化功能，故设备的兼容性较好，车辆有可能适应于不同线路运行需要，或者同一线路设备可适应不同性能车辆运行。
3.3 移动闭塞
前两种闭塞制式均属于基于轨道电路的ATP系统，而移动闭塞是基于通信的ATP系统。移动闭塞系统不依靠轨道电路，而是采用交叉感应电缆环线、漏缆、裂缝波导管以及无线电台等方式实现车地、地车间双向数据传输，监测列车位置使地面信号设备可以得到每一列车连续的位置信息和列车运行其它信息，并据此计算出每一列车的运行权限，并动态更新，发送给列车，列车根据接收到的运行权限和自身的运行状态计算出列车运行的速度曲线，车载设备保证列车在该速度曲线下运行，ATO子系统在ATP保护下，控制列车的牵引、巡航及惰行、制动。追踪列车之间应保持一个“安全的距离”，这个最小安全距离是指后续列车的指令停车点和前车尾部的确认位置之间的动态距离，此安全距离确保在一系列最不利情况下仍能保证安全间隔。列车安全间隔距离信息是根据最大允许车速、当前停车点位置、线路等信息计算出的。信息被循环更新，以保证列车不断收到即时信息。因此在保证安全的前提下，能最大程度地提高区间通过能力。采用基于通信技术的移动闭塞系统已处于实用阶段，其中利用交叉感应电缆方式的移动闭塞系统已有较成熟的使用经验，目前已在国内的武汉轻轨一号线、广州市轨道交通三号线工程中实施；采用无线扩频电台、裂缝波导管方式的移动闭塞在国外也有工程实例。
与基于轨道电路的闭塞制式相比，移动闭塞制式具有以下主要特点：
（1）实现车地双向、实时、高速度、大容量的信息传输。
（2）列车定位精度高。
（3）列车运行权限更新快。
（4）不受牵引回流的干扰。
（5）轨旁设备简单，可靠性高。
（6）缩短列车追踪间隔，提高通过能力。
（7）能适应不同性能列车的运行。
列车自动控制（ATC）系统按信息传输方式可以分为点式信息传输系统和连续式信息传输系统。
1.1 点式信息传输系统
点式信息传输系统主要由音频无绝缘轨道电路（或计轴设备）和轨旁应答器构成，向车载设备定点地传输ATP信息。轨道电路（或计轴器）用于检测列车的占用情况，应答器用来实现车-地数据传输，根据需要还可用环线来延伸信息点的范围。
点式系统具有投资少、维修成本较低等优点，但目前尚无成熟的与之配套的ATO系统；单纯的点式ATP系统不满足紧急状态下的紧急停车功能，需在进站前方铺设一段电缆环线，传输连续车-地信息，以适应紧急停车的安全保障；同时，由于列车获得的信息是定点、不连续的，列车在越过信息点后按已接收到的信息行驶，必须等待收到下一个点式信息时才能按新的信息要求行驶，在两信息点间行驶不能及时地适应变化的运行条件，因此降低了行车效率。目前,西门子公司开发的点式信息传输系统已在上海轨道交通5号线（莘闵轻轨线）开通试运营。
连续式信息传输系统利用多信息或数字音频无绝缘轨道电路、交叉电缆环线、裂缝波导管或漏缆等，向车载设备提供连续的列车运行信息，既有检查列车占用功能，同时具有信息传递功能。其特点是信息不间断，提供的信息量大，列车运行安全、平稳舒适。连续式信息传输系统主要有以下几种形式传输车－－地信息：
（1）多信息音频无绝缘轨道电路。
（2）数字编码（报文式）音频无绝缘轨道电路。
（3）地面不设轨道电路，利用交叉电缆环线、裂缝波导管、漏缆及无线通信方式实现车－－地信息传递。
2 按对列车实施的控制分类
列车自动控制（ATC）系统按对列车实施控制的方式可分为阶梯式速度曲线和速度-距离模式曲线两种控制方式。
2.1 阶梯式速度曲线控制方式
基于传统的音频轨道电路，其传输的信息量少，对应每个闭塞分区只能传送一个信息代码，即该区段所规定的最大速度命令码或入口/出口速度命令码，列车速度监控采用的是闭塞分区出口检查方式，当列车速度超过规定速度时，施行常用制动或紧急制动，施行常用制动时，如制动率达不到要求，会自动转为紧急制动；一旦施行了紧急制动（称之为惩罚性制动），必须在列车停止后，通过一定操作才能缓解。为保证列车运行的安全，这种滞后的速度检查方式必须要有一个完整的闭塞分区作为列车的安全保护距离。阶梯式速度曲线控制方式属于二十世纪八十年代技术水平，西屋公司、GRS公司分别用于北京地铁、上海地铁一号线的ATC系统均属于此种类型。
该方式由命令编码单元通过轨道电路、查询应答器、电缆环线、裂缝波导管或无线等设备向列车提供目标及限制速度等命令信息，同时还向列车提供目标速度、目标距离、线路状态等信息，在列车的每一确切位置，车载ATP设备据此计算出列车运行的速度/距离曲线，保证列车在最高安全速度下运行。采用速度-距离曲线控制模式的ATP/ATO系统属二十世纪九十年代技术水平，西门子公司在广州地铁一、二号线使用的LZB700M、US＆S公司在上海地铁二号线使用的AF-900以及我国香港地区机场快速线使用的阿尔斯通公司SACEM（ATP/ATO）信号系统均属于此种类型。
阶梯式速度曲线和速度-距离曲线模式两种列控方式相比，前者两列车之间的最小行车安全间隔距离至少应为一个固定的闭塞分区，为了保证列车正常追踪运行，两列车间隔距离在三个闭塞分区以上，前者两列车之间的最小行车安全间隔距离较后者需要的空间距离大，降低了线路通过能力，且不能实现列车连续速度控制，列车运行的平稳性差。相比之下，速度-距离模式曲线控制方式可以提高线路利用率，相应缩短追踪列车之间的最小安全行车及正常行车间隔距离，可提高行车密度及列车运行的平稳度。故本次投标设计推荐速度-距离模式曲线控制方式。
3 按闭塞制式分类
目前用于城市轨道交通系统的闭塞方式有三种：固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞。
采用固定划分区段的轨道电路，即基于传统的多信息音频轨道电路，列车以闭塞分区为最小行车间隔，且需设防护区段。其传输的信息量少，对应每个闭塞分区只能传送一个信息代码，即该区段所规定的最大速度码或入口/出口速度命令码。列车速度监控采用的是闭塞分区出口检查方式，当列车的出口速度大于本区段出口速度命令码所规定的速度时，车载设备便对列车实施紧急制动。为保证列车运行的安全，这种滞后的速度检查方式必须要有一个完整的闭塞分区作为列车的安全保护距离。固定闭塞ATP系统采用阶梯式控制方式，对列车运行控制精度不高，降低了列车运行舒适度、增加了司机劳动强度，限制了通过能力的进一步提高。固定闭塞分区的划分依赖于特定列车的性能，当线路上有不同性能的列车时，为保证安全需按最严格条件设计，影响了运行效率，也不适应今后列车类型的变更。
准移动闭塞一般采用数字式音频无绝缘轨道电路、音频无绝缘轨道电路+感应环线或计轴+感应环线方式作为列车占用检测和ATP信息传输的媒介，具有较大的信息传输量和较强的抗干扰能力。通过音频轨道电路的发送设备向车载设备提供目标速度、目标距离、线路状态（曲线半径、坡道等数据）等信息，ATP车载设备结合固定的车辆性能数据计算出适合本列车运行的速度/距离曲线，保证列车在速度/距离曲线下有序运行，提高了线路的利用率。准移动闭塞ATP系统采用速度/距离曲线的列控方式，提高了列车运行的平稳性。列车追踪运行的最小安全间隔较固定闭塞短，对提高区间通过能力较为有利。ATS、ATP子系统与ATO子系统结合性较强，整个ATC系统技术较为成熟。由于ATP/ATP车载设备具有智能化功能，故设备的兼容性较好，车辆有可能适应于不同线路运行需要，或者同一线路设备可适应不同性能车辆运行。
3.3 移动闭塞
前两种闭塞制式均属于基于轨道电路的ATP系统，而移动闭塞是基于通信的ATP系统。移动闭塞系统不依靠轨道电路，而是采用交叉感应电缆环线、漏缆、裂缝波导管以及无线电台等方式实现车地、地车间双向数据传输，监测列车位置使地面信号设备可以得到每一列车连续的位置信息和列车运行其它信息，并据此计算出每一列车的运行权限，并动态更新，发送给列车，列车根据接收到的运行权限和自身的运行状态计算出列车运行的速度曲线，车载设备保证列车在该速度曲线下运行，ATO子系统在ATP保护下，控制列车的牵引、巡航及惰行、制动。追踪列车之间应保持一个“安全的距离”，这个最小安全距离是指后续列车的指令停车点和前车尾部的确认位置之间的动态距离，此安全距离确保在一系列最不利情况下仍能保证安全间隔。列车安全间隔距离信息是根据最大允许车速、当前停车点位置、线路等信息计算出的。信息被循环更新，以保证列车不断收到即时信息。因此在保证安全的前提下，能最大程度地提高区间通过能力。采用基于通信技术的移动闭塞系统已处于实用阶段，其中利用交叉感应电缆方式的移动闭塞系统已有较成熟的使用经验，目前已在国内的武汉轻轨一号线、广州市轨道交通三号线工程中实施；采用无线扩频电台、裂缝波导管方式的移动闭塞在国外也有工程实例。
与基于轨道电路的闭塞制式相比，移动闭塞制式具有以下主要特点：
（1）实现车地双向、实时、高速度、大容量的信息传输。
（2）列车定位精度高。
（3）列车运行权限更新快。
（4）不受牵引回流的干扰。
（5）轨旁设备简单，可靠性高。
（6）缩短列车追踪间隔，提高通过能力。
（7）能适应不同性能列车的运行。
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