第05章 列车自动防护(ATP)系统

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5.3.6列车安全间隔控制功能 列车安全间隔功能负责保持（移动闭塞时）列车 之间的最小安全距离，还负责发出运行授权。只有在 进路已经排列完成时，联锁功能才发出列车运行授权， 准许列车进入进路。当前行列车仍在进路中时，可为 后续列车再次排列进路。 由ATP轨旁功能发出的运行授权，根据相应的安 全停车点的选择和激活而定。这些安全停车点的选定 依赖于进路内轨道区段的状态。安全停车点的位置在 信号系统的设计中确定，这方面的信息保存在ATP轨 旁设备中。位置的选定是为了在各安全停车点以外提 供一安全的距离。在列车控制中，安全距离提供了差 错的限度。速样，在ATP监督下，列车绝对不可能发 生通过危险点的情况。
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连续式ATP系统利用数字音频轨道电 路，向列车连续地发送数据，允许连续监督 和控制列车运行。由轨道电路反映轨道状态， 传输ATP信息，在轨旁无需其他传输设备。 当轨道电路区段空闲时，发送轨道电路检测 电码。当列车占用时，向轨道电路发送ATP 信息。 轨道旁的轨道电路连接箱内（发送、 接收端各一个）仅有电路调谐用的无源元件， 包括轨道耦合单元及长环线。
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③区域限速。区域速度限制是针对轨道电路内的预 定区域设定的限制速度，可分为15 km/h、30 km/h、 45 km/h、60 km/h。区域限速可由ATP轨旁设备设 置，也可在需要时由控制中心控制，但控制中心只 能复位控制中心设置的区域限速。如果控制中心离 线或通信失败，则本地轨旁设备可直接设置区域限 速。一旦设置了限速，集中站的ATP轨旁设备就将 产生到速度限制区的新的目标距离和实际的目标限 制速度，通过轨道电路传送给接近限速区域的列车， 列车在该区域中的运行速度就不允许超过限速。如 果列车速度超过限速，则车载ATP将启动紧急制动， 直到列车速度低于限速。
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ATP系统不断将来自联锁设备和操作层面 上的信息、线路信息、前方目标点的距离和允 许速度信息等从地面通过轨道电路等设备传至 车上，从而由车载设备计算得到当前所允许的 速度，或由行车控制中心计算出目标速度传至 车上，由车载设备测得实际运行速度，依此来 对列车速度实行监督，使之始终在安全速度下 运行。当列车速度超过ATP装置所指示的速度 时，ATP的车上设备就发出制动命令，使列车 自动地制动；当列车速度降至ATP所指示的速 度以下时，可自动缓解。这样，可缩短列车运 行间隔，可靠地保证列车不超速、不冒进。
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5.3.2安全性停车点防护功能
安全性停车点防护，以保证列车停在停 车点（不超过停车点）为目的。在ATP监督 下的人工驾驶模式( ATPM)、列车自动驾驶 模式(ATO)和列车自动折返模式(STBY)中， 当前方列车占用的轨道区段内有安全或危险 停车点时，该监督防护功能都有效。 按照列车至停车点的距离，ATP车载设 备根据列车制动性能以及接收到的前方线路 的信息等，计算一条最终为零的制动曲线。 列车的速度限制连续地改变，并通过最终为 零的制动曲线实施定点制动。
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④闭塞分区限速。闭塞分区限速是对单独的 轨道电路设置最大的线路速度和目标速度。通过 ATP轨旁设备选择最大速度，所选的速度作为轨道 电路的最大允许速度。 一般速度监督功能的输入，包括车载速度／距 离功能中的列车现行速度和位置信息，以及服务／ 自诊断功能中的列车数据（例如列车最大允许速 度）。速度监督功能的输出，包括向司机人机接口 功能提供最大允许速度和列车速度警告；向列车制 动系统提供紧急制动命令；向服务／自诊断功能提 供列车数据、状态信息、处理和记录数据，以及出 错的信息。
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车载ATP设备完成命令解码、速度探测、 超速下的强制执行、特征显示、车门操作等任 务。ATP车载设备主要功能是对所接收信息进 行处理，其包括接收装置（天线）、信息处理 器和测速单元。ATP车载设备将地面传来的数 据通过ATP接收装置接收，然后与预先储存的 列车数据一起进行计算，得出列车的允许最大 速度，将此速度和来自测速单元（速度传感器） 的实时速度进行比较，超速时，启动报警和制 动。同时，ATP车载设备还通过与列车接口， 将所得的速度信息传给TOD显示，借助TOD司 机能按照ATP系统的指示驾驶，以保证安全。 ATP车载设备也采用2取2或者3取2的系统结构， 以保证系统最大限度的可用性。
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在目标距离模式中，列车位置对于安全性至关重 要。如何测量距停车点的精确距离是列车运行超速防 护系统的重要任务。通过连续确定列车行驶距离， ATP车载设备可以随时查找列车的精确位置。距离信 息以音频轨道电路的分界来定位，当列车经过轨道电 路的分界时，距离测量被同步。 测距一般是通过测速和轮径完成的，同过测速设 备获得车轮旋转的次数，考虑运行方向和车轮直径来 计算走行距离。测距系统使用两个传感器测量数据， 为了保证安全，当两个数据不一致时，取其中的最大 值。列车定位也是通过测距完成的，在有轨道电路的 线路上，将轨道电路的分割点作为列车绝对位置，列 车的实际位置可以通过绝对位置加测距距离得出，同 时考虑到列车空转／打滑的情况，每隔一段距离应对 列车实际位置进行校核。
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5.3.3测速测距功能 ATP的测速测距功能是基于测速单元的输 入，负责列车运行速度、运行距离、运行方向 和位置的测定，是车载设备的关键部分。对于 采用数字音频轨道电路的ATC系统，距离是 根据各轨道电路的始端来测量的，并通过使用 测速单元的输入和固定数据（车轮直径）来 确定。计算距离准许车轮直径、脉冲发生和车 轮黏着／打滑而造成的误差。
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5.3.5TOD显示功能
TOD是信号系统和司机的接口（见图22），借助于TOD，司机能够按照ATP系统 的指示安全运行。TOD向司机显示列车的 实际速度、目标速度、最大允许速度以及 ATP设备的运行状态。另外TOD还显示列车 运行时产生的重要故障信息，在部分情况下 还有音响警报功能。
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①固定限速。固定限速是在设计阶段设置的。 车载ATP和ATO设备都储存着整条线路上的固定 限速区信息。速度梯降级别为1 km/h。它决定了 “目标距离”工作模式下的可能给出的最优行车间 隔。 ②临时限速。限制速度在某些条件下（施工现 场、临时危险点）可以被降低。临时速度限制区段 的范围总是限制在一个或多个轨道电路。在紧急情 况下，通过特殊速度码，可立即将任何一段轨道电 路上的速度设置为25km/h。如果需要设置临时性 限速区，可以在地面安装应答器。这些应答器允许 以5 km/h为一个阶梯，降到25 km/h。在带有允许 临时速度限制编码的轨道电路里，可通过设置信标 来实施。
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5.3 ATP系统的主要功能
5.3.1 列车速度监督和超速防护功能 列车速度监督是ATP系统的基础功能，也 是最重要的功能。如果列车实际速度超过允许 速度的一个设定偏差，则列车会采取相应的自 动报警或制动措施进行安全防护。 图5-1所 示，为车载中央控制单元根据地面设备传至车 上的信息以及列车自身的制动率，计算得出的 两个防护点（信号点或列车）之间的超速防护 速度监控曲线。v0为所允许的最高列车速度， v1,v2,v3，分别为所测得的实时速度，则ATP 会根据不同情况采用不同的方法，以保证列车 运行的安全和平稳。
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②里程脉冲发生器。其核心部件是一个16极的 凸轮，随着车轮的转动，产生一系列脉冲，车速越 快，脉冲数越多，只要在一定时间内记录下脉冲的 数目，即能换算成列车的实际速度。 ③光电式传感器。光电式传感器应用光电传感 技术，它有一个多列光圈盘，随着车轮的转动，光 线不断地通过和被陧挡，使光电式传感器产生电脉 冲，记录脉冲数目来测量车速。 ④霍尔式脉冲转速传感器。车轮转动时，使霍 尔式传感器产生频率正比于车轮转速的信号，来进 行测速。
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ATP不仅可用来保证列车之间的运 行安全，还用于受曲线等线路条件、通 过道岔、慢行区间等限制而需要限速的 区段。因此限速等级是根据后续列车和 先行列车之间的距离、线路条件等来决 定的。ATP可对列车运行速度进行分级 或连续监督。 超速防护一般的速度限制分为固定 限速、临时限速、区域限速、闭塞分区 限速等多种类型。
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测速有车载设备自测和系统测量两种方法。 车载设备自测有测速发电机、路程脉冲发生 器、光电式传感器和霍尔式脉冲转速传感器等， 它们安装在无动力车辆的轮轴上。系统测量有 卫星测速和雷达测速等方法。 ①测速发电机。测速发电机安装在车轮轴头 上，它发出的电压与车速成正比，该电压经处 理后产生模拟量和数字量两个输出，分别用来 驱动速度表和进入车上主机用于速度比较。测 速发电机简单，但在低速范围内精度较差，可 靠性也不高。
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5.2 ATP系统设备的组成
ATP系统的设备主要由轨旁设备和车载设 备两部分组成。 采用轨道电路传送ATP信息时，ATP系统 由设于控制站的轨旁单元、设于线路上各轨 道电路分界点的调谐单元和车载ATP设备组成， 并包括与ATS、ATO、联锁设备的接口设 备。ATP轨旁单元主要是计算机，负责对所获 得信息的处理、发送和接收。因为ATP系统 是安全系统，轨旁单元至少要有结构相同、程 序相同且独立的两台计算机，数据同时进行处 理和比对，采用2取2的结构，或者3取2系统。
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5.4 ATP系统的控制模式及原理
5.4.1 阶梯式分级制动控制模式 阶梯式分级制动控制模式是以固定闭塞分 区为单元，各闭塞分区采用不同的低频频率调 制，指示不同的控制限制速度等级。 阶梯式分级制动控制模式俗称大台阶式， 速度控制限制曲线如图5-2所示。它将一个列车 全制动距离划分为若干个（一般3～4个）固定 闭塞分区单元，每一闭塞分区根据与前行列车 的距离来确定限速值。当列车实际速度高于检 查值时，列车自动制动。这种控制方式的制动 曲线呈阶梯状，故称速度阶梯分级控制模式。 固定闭塞制式的ATC系统通常采用阶梯式分级 制动模式。
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5.1 ATP系统的基本概念
ATP是ATC的基本环节，是列车运 行超速防护或列车运行速度监督的系统。 主要内容包括：对列车运行进行超速防 护，对与安全有关的设备实行监控，实 现列车位置检测，保证列车间的安全间 隔，保证列车在安全速度下运行，完成 信号显示，故障报警，降级提示，列车 参数和线路参数的输入，与ATS、ATO 及车辆系统接口并进行信息交换等。
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5.3.4车门监控功能 ATP对车门控制主要是对车门状态的监督。 当列车没有在站台停稳时，ATP不允许打开车 门；当ATP检测到列车在移动，而车门没有锁 在关闭状态时，ATP实施紧急制动。列车在车 站预定停车区域内停稳且停车点的误差在允许 范围内时，ATP才允许车门开关操作；当 列车停靠站台的精度偏离0. 5m或1m时，允许 列车以5 km/h移动，以精确停车。ATP不断 监视安全门，确保车门无异常打开。