城市轨道交通信号系统学习笔记1--ATC系统概述

1、系统组成

城市轨道交通信号系统是用于对列车进行调度，防止列车碰撞的主要系统。目前地铁的信号系统最主要的就是列车自动控制系统（ATC Automatic Train Control）。这个系统共包括四个子系统：列车自动驾驶（ATO Automatic Train Operation）列车自动防护（ATP Automatic Train Protection）列车自动监视（ATS Automatic Train Supervision）以及联锁系统。

五个子系统的功能如下：

1. ATP用于保护列车以允许的速度在允许的范围行驶，是整个信号系统防护的核心。

2. ATS系统用于行调或车站总控人员监视列车运行状况，排列列车进路和排列列车时刻表

3. ATO系统用于实现“地对车”的自动控制，这种控制包括对列车的驱动、制动以及车门的控制以保证列车能够按照预先设定的运行图运行。

4、联锁系统：联锁系统用于在ATS安排列车进路时，根据故障-安全原则控制道岔、信号机执行进路安排。与ATS\ATO\ATP不同，联锁系统是一个命令的具体执行系统，具体控制设备运转。

2、闭塞模式

现代轨道交通信号系统的闭塞分类主要包括固定闭塞、准移动闭塞以及移动闭塞三种形式。

（1）固定闭塞

固定闭塞是指将两个车站间的区域分成固定的闭塞区段，对列车的定位是以这些固定的闭塞区段为最小单位。在每个闭塞区段系统都会根据前车以及后车的位置设置一个最高限速，在这个闭塞区段中列车的最高时速不能超过这个限速。离前车越近则最高限速越低，直到最高限速为零。同时为了确保安全列车与前车之间的安全，在最高限速为零的区段与前车占用区段之间还会设置一个额外的防护区段。如下图

固定闭塞模式主要是通过轨道电路来显示列车占用情况，每一个闭塞区间都有一个对应的轨道电路频段，在列车进入区段后，轨道电路回路被列车车轮短路，系统从而认定此区段被占用。
车地之间的通信是通过轨道电路在基本轨上辐射的不同频率的电磁波实现的。每一种频率代表不同的最高允许速度，通过这些信息使车辆能够了解能够行驶的最高速度。

**但通过这里也可以看出：
（1）列车与地面之间实际上是单向通信的的
（2）列车至知道允许的最高速度是多少，而对于本车位置和前后车的位置并不清楚，每个车的位置只有地面中心控制器知道。
（3）每个固定闭塞区段的划分是按最长列车、满负载、最高速度、最不利制动等划分的，因此每一个分区都比较长，且必须留有防护区段，因此两车的安全防护距离较大，影响效率。
应用：北京地铁13号线、八通线使用的就是这种固定闭塞模式。

（2）准移动闭塞

准移动闭塞是在固定闭塞的基础上增加了用于后续列车精确定位的信标而组成的混合模式。它既包含了固定闭塞区段用于显示前行列车位置又增加了用于精确定位后续列车的信标。
前行列车的定位与固定闭塞相同，通过轨道电路当列车驶入闭塞区段后轨道电路继电器出点断开，区段显示占用。后续列车通过轨道电路接收速度码，在一个闭塞区段内设定若干个表示绝对地理位置的无源信标（APR），使得后续列车能够在区段内精确了解自己的位置，在根据车辆自身的速度信息等计算出最大允许的速度。这样在准移动闭塞下列车的最大允许速度是一个相对平滑的曲线。而且其也可以进入一段距离的防护区段，从而提高运行的效率。
准移动闭塞与固定闭塞的另一个区别在于其通过增加ATO环路信标，可以实现列车的自动驾驶（ATO）功能。这里首先由于无源信标的增加使得ATC对于本车的定位更加的精确，其制动曲线不再是一个阶梯状而是一条平滑的曲线。这就为实现ATO控车创造了基础条件。其次在车站和折返处增加ATO环路信标，环路信标分为发送环和接收环，一旦列车停在发送环和接收环上，则列车就与PAC（轨旁设备）建立起双向通信用于传送列车开关门、屏蔽门、列车到达等信息，从而实现精确停车。

与固定闭塞相比准移动闭塞的改进在于
（1）其对于本车的定位更加的精确，这样就会缩短运行的间隔。
（2）由于停车精度的增加使得准移动闭塞可以实现ATO功能。
（3）根据准移动闭塞的通信方式主要是信标和轨道电路，所以若按照通信方式对ATC进行划分准移动闭塞通常属于点式。

（3）移动闭塞

移动闭塞的特点在于前后两车都采用移动的方式定位，前后车的防护区间都是不断移动的，不存在固定闭塞翻去，列车的防护区间随着两辆列车的移动而不断变化。在移动闭塞中列车能够实时的了解本车所在的位置以及前车的位置，并根据这两个位置以及列车的速度、线路条件、临时限速命令等信息计算出最大允许速度和制动曲线。在移动闭塞中当系统处于CBTC模式下列车和地面设备的数据传输包括本车位置、前车位置、移动授权等有由无线网络进行。而在点式模式下（即无无线网络传输情况）列车与地面的数据交互包括本车位置、前车位置、移动授权等通过地面有源应答器交互。

与固定闭塞不同，移动闭塞没有固定的实际意义的闭塞区间。移动闭塞的列车防护距离是由本车的制动距离与制动反应时间驶过的距离叠加而成的。因此整个防护防护距离是实时计算出来的，是一个虚拟的闭塞区间。由于防护距离是根据前后车的状态实时计算出来的，因此列车的制动曲线是平滑的。由于防护区间是虚拟的且可以实时计算，因此列车的防护区间就会小很多，从而使得列车能够在保证安全的基础上尽量减小两车之间的间隔，提高地铁的运行效率。

由于要时刻了解前后车的位置，因此移动闭塞大都采用CBTC模式暨基于无线的移动闭塞模式。移动闭塞的无线传输一般分为有三种方式：自由波、漏泄电缆以及波导管。整条线路的用若干个区域控制器将其分为不同的区域，每个区域控制器分别控制一定区域，当列车进入后列车与区域控制器建立双向通讯，区域控制器向列车发送限速、线路坡度、前车位置等信息，列车根据这些接收到的信息计算出当前的最高时速。
当列车即将驶出一个区域控制器进入下一个区域控制器的控制范围时，后方的区域控制器将列车即将到达的信息传递给前方的区域控制器同时命令列车调整通信频率与前方区域控制器进行联系。前方区域控制器在接收并确认列车身份信息后发出公告，整个移交工作边完成。
**根据移交的过程可知：在两个区域控制器控制的边界地方，区域控制器之间的覆盖是有重叠的。

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