第2讲 城市轨道交通列控系统

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ATP子系统是ATC系统中最重要的一个子系统。 城市轨道交通列车运行速度高，在高峰期列车密度 大，发生行车事故后果严重。依靠运行人员防止运 行事故发生远不能满足运行安全要求，因此必须使 用具有列车超速防护功能的ATP。使用ATP子系统的 优点是保证了行车的安全可靠性，缩短了列车间隔， 提高了线路的利用率。ATP系统根据故障－安全原 则执行列车间安全间距的监控、列车的超速防护、 安全开关门的监督和进路的安全监控等功能，确保 列车和乘客的安全。
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CBTC应用情况
我国香港的竹篙线、上海八号线、广州一号线 和五号线、北京十号线（含奥运支线）等也都选择 了基于无线通信的CBTC系统。
随着计算机技术（Computer）、通信技术 （Communication）和控制技术（Control）的飞跃 发展，综合利用3C技术代替轨道电路构成新型系 统已成为列车控制系统的发展方向，其核心就是通 信技术的应用。
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CBTC应用情况
通信信号一体化是现代城市轨道交通信号 系统的重要发展趋势。通信信号系统的相互融合， 冲破了功能单一、控制分散、通信信号相对独立 的传统技术理念，推动了通信信号技术向数字化、 智能化、网络化和一体化的方向发展。
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课堂讨论：
浅谈国内外城市轨道交通的发展及 你对城市轨道交通信号系统的认识。
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2. 基于通信的列车控制CBTC
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2.1 基于通信的列车控制系统CBTC定义
1999 年 9 月 ， IEEE 将 CBTC 定 义 为 ： “ 利 用 高 精度的列车定位（不依赖于轨道电路），双向连 续、大容量的车一地数据通信，车载、地面的安 全功能处理器实现的一种连续自动列车控制系 统”。定义中指出CBTC中的通信必须是连续的， 这样才能实现连续自动列车控制，利用轨间电缆、 漏泄电缆和无线通信都可以实现车、地双向信息 的连续传输。
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CBTC规范
IEEE Std 1473-1999车载单元间通信协议标准； IEEE Std 1474.1-1999 CBTC性能及功能需求标准； IEEE Std 1475-1999 车载控制功能及动力系统、
制动系统的接口标准； IEEE Std 1482.1 -1999 车载事件记录仪标准； IEEE Std 1483-2000 铁路运输控制处理器系统
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CBTC中的列车完整性检测的方法
➢列车管气压法 从机车来检测全列车制动用气压在运行中是
否有突变。 ➢计轴法
固定点检测通过列车的轴数，验证其完整性。
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➢尾部无线信号检测法 在列车车箱有专用无线信号发送装置，司机
室检测列车尾部车箱无线装置是否存在。主要用 于客车条件。
有关信息传送至ATP/ATO系统，并接收ATS系统的
命令。
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1.4 城市轨道交通运行控制系统的发展
目前，基于通信的列车控制CBTC （Communication-Based Train Control）系统发展 迅速，由于其采用无线通信技术，可以实现地面和 列车间双向信息传输和更高的传输速率、更多的信 息量，实现了真正意义的移动闭塞。使行车间隔大 大缩短，增加了系统的实时性，提高了运能与安全 性。 因此，CBTC已成为未来城市轨道交通运行控 制技术的发展方向。
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ATS子系统主要实现对列车运行的监督和控制， 辅助行车人员对全线列车运行进行管理，统一指 挥调度，充分发挥其运输快捷、准时的特点。它 可以为行车指挥人员提供全线列车的运行状态显 示；监督和记录运行图的执行情况；在列车运行 偏离运行图时能够及时做出反应（提出调整建议 或自动修整运行图），从而保证列车按时刻表正 点运行；还可通过ATO子系统的接口，向旅客提供 运行信息通报（例如：列车到达、出发时间，运 行方向，中途停靠站名等）。
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➢ 安全性要求高：由于城市轨道交通尤其是地下部分 隧道空间小, 行车密度大, 故障排除难度大, 若发 生事故难以救援, 损失将非常严重。因此，对保障 行车安全的信号系统提出了更高的安全要求。
➢ 通过能力大：城市轨道交通一般不设站线, 进站列 车均停在正线上, 先行列车停站时间直接影响后续 列车接近车站, 所以要求信号设备必须满足通过能 力的要求。另一方面, 不设站线使列车正常运行的 顺序是固定的, 有利于实现行车调度自动化。
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➢ 自动化程度高：城市轨道交通站间距短, 列车密 度大, 行车工作十分频繁, 而且地下部分环境潮 湿, 空气不佳, 没有阳光, 工作条件差。所以要 求尽量采用自动化程度高的先进技术设备, 以减 少工作人员，并减轻他们的劳动强度。
➢ 限界条件苛刻：城市轨道交通的室外设备及车载 设备受土建限界的制约, 要求设备体积小, 同时 必须兼顾施工和维护作业空间。
安全功能验证标准。
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CBTC应用情况
CBTC系统是具有发展潜力的列车运行控制系 统，正在日趋完善。目前，该技术已经在20多个 国家的城市轨道交通中使用。
基于无线通信的CBTC系统，已在拉斯维加斯、 旧金山、新加坡等地投入商业运行。法国巴黎有 六条线路、西班牙巴塞罗那地铁和马德里地铁、 瑞士洛桑地铁、美国华盛顿、纽约和西雅图、韩 国国铁等均采用了CBTC系统。
④列车完整性检测： 测量列车是否完整，一旦发生列车中间分离，则对后半截 列车分开而失去控制能力时，就有可能发生重大事故。
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CBTC中的列车运行速度的测定方法
目前广泛应用的有： ➢ 车轴转动/传感器检测法 ➢ 各类陀螺法 ➢ 激光测速法 ➢ 雷达测速法 ➢ 其他
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➢ 车站的功能和线路均较简单，联锁设备的监控对象 远远少于一般干线铁路车站，通常1个控制中心即 可实现全线的联锁功能。
➢ 城市轨道交通车辆段的功能较多，其行车组织工作 包括编解、接发及调车等，信号设备远多于其他车 站，通常独立采用一套联锁装置。
➢ 在城市轨道交通的信号系统内，通常都包含有进路 自动排列功能，即按事先预定的程序自动排列进路， 只有运行图变更时才有人工介入。
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联锁是车站范围内进路、信号、道岔之间互 相制约的关系，它们之间必须建立严密的联锁关 系，才能确保行车安全。联锁由联锁设备完成， 建设较早的城市轨道交通，采用6502电气集中联 锁，近年均采用计算机联锁。
正线上的集中控制站由设于该站的联锁设备
控制。该设备除了实现联锁关系外，还将联锁的
城市轨道交通列车运行 控制系统
主讲人：刘晓娟
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Contents
31 城市轨道交通列车运行控制 2 基于通信的列车控制系统CBTC
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1. 城市轨道交通列车运行控制
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1.1 城市轨道交通信号控制系统特点
城市轨道交通信号系统的技术制式虽然是沿 袭干线铁路的制式，但还是有它固有的特点，主 要反映在以下几个方面： ➢ 对列车速度监控提出了极高的要求，要求其能 提供更高的安全保证。 ➢ 由于运行速度远低于干线铁路，在信号系统中 可以采用较低速率的数据传输系统。
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1.3 城市轨道交通信号控制系统组成
非
安
安 全
ATO
ATP
全
相
相关Biblioteka 关 系ATSIS
系 统
统
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城市轨道交通的列车运行控制系统从一开始 就 直 接 使 用 了 列 车 自 动 控 制 ATC （ Automatic Train Control）。该系统包括列车自动防护ATP （Automatic Train Protection）、列车自动驾 驶ATO（Automatic Train Operation）及列车自 动监控ATS（Automatic Train Supervision）三 个子系统（简称为“3A”系统）。ATC系统与联锁 系统共同构成城市轨道交通的信号系统。
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2.2 CBTC系统中的主要关键技术
①列车运行速度的测定 测定列车运行的实际速度，实施对列车的控制。
②列车定位技术 判明被控列车的位置，以便构成动态闭塞区间。
③列车-地面之间双向通信技术： 它不同于一般通信，因为它要传输的是高可靠重 要数据， 其内容涉及人命财产，而且不能拖延时间。
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1.2 城市轨道交通对信号系统的要求
现代城市轨道交通的主要运行特点是行车 密度高、站间距离短及行车间隔时间短。目前 的发展水平，新建（或改建）的地下铁路与轻 轨铁路，其载客高峰期的行车间隔最小可达 90s，甚至更小。如此短暂的行车间隔对城市 轨道交通信号系统的自动化程度提出了较高的 要求。
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ATO子系统以ATP系统为基础，配置车载计算 机系统和必要的辅助设备，主要用于实现“地对 车控制”，即用地面信息实现对列车驱动、惰行 和制动的控制，传送车门和屏蔽门同步开关信号， 执行车站之间列车的自动运行、列车在车站的定 点停车、在终点的自动折返等功能。
使用ATO子系统后，可以使列车运行规范化、 减少人为影响，对于列车在高密度、高速度运行 条件下保证运行秩序有很大好处。
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➢ 保证信号显示：城市轨道交通虽然地面信号机少, 但地下曲线地段受隧道壁的遮挡, 信号显示距离受 到限制, 所以保证信号显示也是个重要问题。
➢ 抗干扰能力强：城市轨道交通均为电力牵引, 是直 流电气化铁路, 要求信号设备对其有较强的抗电气 化干扰能力。
➢ 可靠性高：由于城市轨道交通隧道净空小, 且装有 带电的牵引接触轨或接触网, 行车时不便下洞维修 和排除设备故障，所以要求信号设备具有高可靠性， 应尽量做到平时不维修或少维修。
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CBTC中的列车定位方法
➢ 测速测距法 ➢ 全球卫星定位法 ➢ 查询/应答器法 ➢ 钢轨间感应线圈法 ➢ 无线测速(转测距)法 ➢ 陀螺仪法
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CBTC中实现双向通信的方法
➢ 轨间感应电缆法 ➢ 漏泄同轴电缆 ➢ 漏泄波导法 ➢ 无线移动通信GSM-R法 ➢ 无线局域网WLAN法 ➢ 其它