列车自动控制系统(ATC)

列车自动控制系统(ATC)(1)——概念介绍
发布时间：2008-05-13 点击次数：2142
2008年4月28日，一场近10年来中国铁路行业罕见的列车相撞事故在胶济铁路上瞬间发生，给国家和人民生命财产安全造成重大损失。

“通过调阅T195次列车运行记录监控装置数据，该列车实际运行速度每小时超速51公里。

”29日，刚刚被任命为济南铁路局局长的耿志修说。

在已经基本实现自动控制的特快列车身上，为什么发生“超速”行驶这样颇为低级的错误呢？列车自动控制系统究竟是怎样工作的，有多大用处，本专题将为您详细介绍。

一、ATC组成及功能
列车自动控制系统（Automatic Train Control，简称ATC）一般有一下几个部分组成：
1、列车自动监控系统（Automatic Train Supervision，简称ATS）
ATS系统由控制中心、车站、车场以及车载设备组成。

ATS系统在ATP系统的支持下完成对列车运行的自动监控，实现以下基本功能：
(1)通过ATS车站设备，能够采集轨旁及车载ATP提供的轨道占用状态、进路状态、列车运行状态以及信号设备故障等控制和监督列车运行的基础信息。

(2)根据联锁表、计划运行图及列车位置，自动生成输出进路控制命令，传送至车站联锁设备，设置列车进路、控制列车停站时分。

(3)列车识别跟踪、传递和显示功能。

系统能自动完成正线区段内列车识别号（服务号、目的地号、车体号）跟踪，列车识别号可由中央ATS自动生成或调度员人工设定、修改，也可由列车经车—地通信向ATS发送识别号等信息。

(4)列车计划与实迹运行图的比较和计算机辅助调度功能。

能根据列车运行实际的偏离情况，自动生成调整计划供调度员参考或自动调整列车停站时分，控制发车时间。

(5)ATS中央故障情况下的降级处理，由调度员人工介入设置进路，对列车运行进行调整，由ATS车站完成自动进路或根据列车识别号进行自动信号控制，由车站人工进行进路控制。

(6)在计算机辅助下完成对列车基本运行图的编制及管理，并具有较强的人工介入能力。

通过设在车辆段的终端，向车辆段管理及行车人员提供必要的信息，以便编制车辆运用计划和行车计划。

(7)列车运行显示屏及调度台显示器，能对轨道区段、道岔、信号机和在线运行列车等进行监视，能在行调工作站上给出设备故障报警及故障源提示。

(8)能在中央专用设备上提供模拟和演示功能，用于培训及参观。

能自动进行运行报表统计，并根据要求进行显示打印。

(9)能在车站控制模式下与计算机联锁设备结合，将部分或所有信号机置于自动模式状态。

(10)向通信无线、广播、旅客向导系统提供必要的
信息。

2、列车自动防护系统（Automatic Train Protection，简称ATP）
ATP系统由地面设备、车载设备组成，监督列车在安全速度下运行，确保列车一旦超过规定速度，立即施行制动，主要实现以下功能：
(1)自动连续地对列车位置进行检测，并向列车发送必要的速度、距离、线路条件等信息，以确定列车运行的最大安全速度。

提供列车速度保护，在列车超速时提供常用制动或紧急制动，保证前行与后续列车之间的安全间隔，满足正向行车时的设计行车间隔和折返间隔。

对反向运行列车能进行ATP防护。

(2)确保列车进路正确及列车的运行安全。

确保同一径路上的不同列车之间具有足够的安全距离，以及等防止列车侧面冲撞。

(3)防止列车超速运行，保证列车速度不超过线路、道岔、车辆等规定的允许速度。

(4)为列车车门的开启提供安全、可靠的信息。

(5)根据联锁设备提供的进路上轨道区间运行方向，确定相应轨道电路发码方向。

(6)任何车—地通信中断以及列车的非预期移动（含退行）、任何列车完整性电路的中断、列车超速（含临时限速）、车载设备故障等均将产生安全性制动。

(7)实现与ATS的接口和有关的交换信息。

(8)系统的自诊断、故障报警、记录。

(9)列车的实际速度、推荐速度、目标速度、目标距离等信息的记录和显示。

具有人工或自动轮径磨耗补偿功能。

3、列车自动运行系统（Automatic Train Operation，简称ATO）
ATO子系统是控制列车自动运行的设备，由车载设备和地面设备组成，在ATP系统的保护下，根据ATS的指令实现列车运行的自动驾驶、速度的自动调整、列车车门控制。

(1)自动完成对列车的启动、牵引、巡航、惰行和制动的控制，以较高的速度进行追踪运行和折返作业，确保达到设计间隔及旅行速度。

(2)在ATS监控范围的入口及各站停车区域（含折返线、停车线）进行车—地通信，将列车有关信息传送至ATS系统，以便于ATS系统对在线列车进行监控。

(3)控制列车按照运行图进行运行，达到节能及自动调整列车运行的目的。

(4)ATO自动驾驶时实现车站站台定点停车控制、舒适度控制及节省能源控制。

(5)能根据停车站台的位置及停车精度，自动地对车门进行控制。

(6)与ATS和ATP结合，实现列车自动驾驶、有人或无人驾驶。

三个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，实现
地面控制与车上控制结合、现地控制与中央控制结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的列车自动控制系统。

二、ATC分类
1、按闭塞布点方式：可分为固定式和移动式。

固定闭塞方式中按控制方式，又可分为速度码模式（台阶式）和目标距离码模式（曲线式）。

2、按机车信号传输方式：可分为连续式和点式。

3、按各系统设备所处地域可分为：控制中心子系统、车站及轨旁子系统、车载设备子系统、车场子系统。

三、固定闭塞ATC系统
固定闭塞ATC系统是指基于传统轨道电路的自动闭塞方式，闭塞分区按线路条件经牵引计算来确定，一旦划定将固定不变。

列车以闭塞分区为最小行车间隔，ATC系统根据这一特点实现行车指挥和列车运行的自动控制。

固定闭塞ATC系统又可分为速度码模式和目标距离码模式。

1、速度码模式（台阶式）
如北京地铁和上海地铁1号线分别引进的英国西屋公司和美国GRS公司的ATC系统均属此类ATC系统，该系统属70～8 0年代的产品，技术成熟、造价较低，但因闭塞分区长度的设计受限于最不利线路条件和最低列车性能，不利于提高线路运输效率。

固定闭塞速度码模式ATC是基于普通音频轨道电路，轨道电路传输信息量少，对应每个闭塞分区只能传送一个信息代码，从控制方式可分成入
口控制和出口控制两种，从轨道电路类型划分可分为有绝缘和无绝缘轨道电路两种。

以出口防护方式为例，轨道电路传输的信息即该区段所规定的出口速度命令码，当列车运行的出口速度大于本区段的出口命令码所规定的速度时，车载设备便对列车实施惩罚性制动，以保证列车运行的安全。

由于列车监控采用出口检查方式，为保证列车安全追踪运行，需要一个完整的闭塞分区作为列车的安全保护距离，限制了线路通过能力的进一步提高和发挥。

能提供此类产品的公司有：英国WSL公司、美国GRS公司、法国ALSTOM公司、德国SIEMENZ公司等。

2、目标距离码模式（曲线式）
目标距离码模式一般采用音频数字轨道电路或音频轨道电路加电缆环线或音频轨道电路加应答器，具有较大的信息传输量和较强的抗干扰能力。

通过音频数字轨道电路发送设备或应答器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，车载设备结合固定的车辆性能数据计算出适合于列车运行的目标距离速度模式曲线（最终形成一段曲线控制方式），保证列车在目标距离速度模式曲线下有序运行。

不仅增强了列车运行的舒适度，而且列车追踪运行的最小安全间隔缩短为安全保护距离，有利于提高线路的通过能力。

如上海地铁2号线引进美国US&S公司、明珠线引进法国ALSTOM公司和广州地铁1、2号线引进德国西门子公司的ATC系统均属此类。

四、移动闭塞ATC系统
移动闭塞方式的ATC系统通常采用无线通信、地面交叉感应环线、波导等媒体，向列控车载设备传递信息。

列车安全间隔距离是根据最大允许车速、当前停车点位置、线路等信息计算得出，信息被循环更新，以保证列车不间断收到即时信息。

移动闭塞ATC系统是利用列车和地面间的双向数据通信设备，使地面信号设备可以得到每一列车连续的位置信息，并距此计算出每一列车的运行权限，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，实现精确的定点停车，实现完全防护的列车双向运行模式，更有利于线路通过能力的充分发挥。

目前国外能提供移动闭塞ATC系统的公司有：阿尔卡特公司交叉感应电缆作为传输媒介的ATC系统，在加拿大温哥华“天车线”和香港KCRC西部铁路等应用，技术比较成熟，但交叉感应轨间电缆给线路日常养护带来不便；美国哈蒙公司基于扩频电台通信的移动闭塞应用在旧金山BART线，其系统结构、系统运用尚不成熟；阿尔斯通公司基于波导传输信息的移动闭塞正在新加坡西北线试验段安装调试。

列车自动控制系统(ATC)(2)——发展现状(1)
发布时间：2008-05-14 点击次数：1638
城市快速轨道交通系统(地铁与轻轨)离不开ATC——列车自动控制。

由于地铁和轻轨系统具有客流密集、行车密度大，
站间距离短等特点，因此必须由ATC来实现行车指挥自动化。

我国正在建设和使用中的地铁均采用了ATC系统。

如上海地铁选用了美国通用铁路信号公司(GRS)的ATC，北京地铁改造中选用了英国西屋公司(W ESTING HOUSE)的ATC，广州地铁选用德国西门子公司(SIEMENS)的A TC。

现将前述三家公司的ATC分别简介如下：
一、GRS的ATC
一九七六年和一九七九年，由美国GRS公司研制开发的ATC先后在华盛顿市和亚特兰大市开通。

在此后的近二十年内，GRS公司的ATC系统经历了分立元件——集成电路的变化，计算机技术的引入使系统渐趋完善，但功能模块几乎一直没有什么变化，并在美国国内和国际上频频中标。

上海地铁、台北地铁所用的ATC就是亚特兰大市ATC的改进型。

GRS的ATC为地铁/轻轨提供了全自动的运行模式。

列车通常运行在自动模式下，每列车有一位司机在工作。

司机仅仅在有必要时确认人工控制，司机操纵台向司机提供指示便于司机监视自动运行，操纵台上配备有人工控制用设备，ATC系统通过将ATP、AT O、ATS三个子系统有机地结合起来维持列车运行，三个子系统由中央控制中心的计算机来协调构成车线实时控制系统。

ATP子系统是一个综合地面速度信息确保车辆安全运行的控制系统，符合故障导向安全原则，提供下述功能：
(1)保证列车安全运行间隔
(2)保持列车进路正确及安全
(3)确保列车运行速度不超过土建允许的速度限制
(4)确保车门操作安全
ATO子系统是一个在ATP子系统的安全保护下实现列车自动驾驶的系统，它提供下述功能。

(1)列车速度调整
(2)车站定位置停车
ATS是一个在监视范围内对列车实行自动调整的系统，它提供下述功能：
(1)自动选排进路
(2)列车运行时刻表(运行图)管理
(3)列车调度
(4)列车跟踪
(5)列车状态显示
(6)报警和记录
(7)统计编辑处理
(8)模拟和诊断
(9)列车运行等级修改
控制中心的基本功能是为中央控制人员监督整个运行系统的状态和显示相应的状态信息，中央控制系统提供下述功能：
(1)中央数据传输子系统(CDTS)
(2)控制台管理
(3)显示控制和接口
(4)调度控制和数据编程
控制中心根据需要发送运行变更指令，一些指令由计算机自动发出，有可能影响列车运行的变更策略由计算机提出并需控制中心的控制人员确认，控制中心起到优化ATC各子系统ATP、AT O和ATS的功能。

GRS的ATC系统还包括三个附加的子系统，一个数据传送子系统传送轨旁设施和控制中心之间的指令，一个电缆传输子系统提供音频传输通道，满足其它通信需要，第三个是车号自动识别子系统，读出列车车号等。

数据提供到计算机，以便自动生成车流统计。

二、GRS的ATP子系统
ATP确保列车安全运行，检测列车位置和设置限制速度确保列车的运行间隔。

根据线路坡度和曲线半径确定速度。

ATP 在列车行进前检查进路上的所有道岔是否锁闭在预定位置，当发生列车争用闭塞区间时ATP确保一个闭塞区间内只有一个列车占用。

1、列车检测
列车的存在如位置由轨道电路检测。

此外，轨道电路也检测断轨。

轨道电路划分为闭塞，每个闭塞通常由一个轨道电路组成(最长闭塞除外)。

采用无绝缘节作为闭塞分界将使乘坐平稳并减少线路维护工作量。

阻抗连接变压器(WEE—Z—BOND)的作用是连接轨道电路建立轨道电路的闭塞边界。

此外，阻抗连接变压器也用于传送音
频自动速度指令。

在轨道电路的列车进入端阻抗连接变压器相当于一个接收器，在轨道电路的列车离去端作用相当于一个发送器，如果从发送器来的信号没有被列车的轮轴短路，轨道继电器励磁吸起，表示轨道电路空闭，一旦列车进入，轨道电路被占用，轨道继电器落下，发送ATP速度指令。

速度指令在发送端和列车的第一个轮轴之间构成回路，列车头部的ATP接收线圈感应到轨道电路中的音频能量——即速度指令。

轨道电路的频率是按规定配置的。

2、速度指令
速度指令在轨道电路中表现为音频能量所引起的磁场。

存在于发送端至列车头部的第一个轮轴之间的轨道电路中，存在的时机是轨道电路被占用，轨道继电器失磁。

影响速度指令的因素是前边进路区段的最大允许速度和道岔的位置。

如在曲线处的一个速度限制等。

如果前边的闭塞未出清，适宜为指令使列车停车。

如果轨道电路中没有ATP指令发送，列车将视作停车指令。

3、车载ATP设备执行
(1)接收和译解限制速度指令
(2)测量列车速度，将该速度与限制速度进行比较
(3)在超速或系统出错影响安全时，切除牵引控制并启用全常用制动。

三、GRS的ATS子系统
ATS经由各个车站控制列车的出发和到达，由轨旁设备和控制中心设备对列车实行自动调度和按运行图运行，并完成运
行调整，控制中心的显示。

由ATS提供的数据更新，数据同时提供给中央控制计算机中为程序，编辑列车运行统计。

1、ATS和列车的通信由沿线的——轨车地通信系统(TWC)提供。

通信链路在阻抗变压器和轨道之间形成和ATP速度指令信道不同的是，链路信道是双向的，即信道提供了从列车至轨旁设备的通信和轨旁设备至列车的通信。

链路信号在旅客站和接近联锁区经由阻抗连接变压器送入轨道中，在某些特定线路和车场，为了提供轨旁和列车的通信，用沿着轨道内侧设置的环形线圈取代阻抗连接变压器的功能。

从轨旁设备至列车，链路发送：列车号、列车目的地、列车长度、列车停站和站检查信号、列车号和目的地数据由控制中心计算机以数据形式存储，列车在站停车时，车号报告给控制中心，计算机根据闭塞占用情况追踪列车。

当列车在旅客站报告车次时，计算机校验列车号，并由车站和二站之间的车号保持对列车的追踪，当列车报告且停在一个旅客站时，发送车号和“列车停站”标志，计算机对照时刻表检查列车到站时间。

如果列车超过时刻表允许的偏移量，计算机采取自动调整措施或者决定是否向控制中央调度人员报告问题及解决方案。

在列车存储器中的目的地数据用于控制列车的目的地标志，同时也发送给轨旁设备，经由链路提前在通过区域建立进路(常常有多种进路方案可供选择)。

运行等级调整数据是计算机控制列车保证列车按时
刻表运行的方法之一。

列车有1O个可供选择的速度由ATS系统指定，在任意二个旅客站，ATS系统能在速度的4个之中选择，根据二个车站之间的列车运行时间计算机选用4个之中的最佳速度，然后发送给列车。

在旅客站，速度指令将允许列车准时到达下一个车站，对于接收到的和存储的ATS速度指令，控制设备决定列车响应ATP速度指令或ATS速度指令中较低的一个。

此外，运行等级调整也包括选择理想的加速率。

2、FLYBY接收器和发送器
列车接近车站为一个点时，要求办理进路发送列车的目的地，经由链路，至一个轨旁“FLYBY”接收器，目的地数据引起自动联锁控制并为列车建立正确的进路。

但一个列车接近一个终端旅客站但车站已由前边的列车占用时，“FLYBY”发送器发送闪光信号校准速度指令给接近列车。

使列车减速给车站更多的时间等待列车出清，避免列车停车。

四、GRS的AT0子系统
ATO是一个在ATP的安全保护下实现列车自动驾驶的子系统，ATO的作用是节约能源、提高效率、减轻司机劳动强度。

ATO操纵列车逐渐加速使列车运行平稳、速度调节使乘坐人员感到舒适，实现定位置停车。

列车速度主要由下列三种之一来决定。

ATP速度指令和ATS速度指令已被描述过第三种速度是ATO车站停车曲线速度。

列车总是响应三种速度中的最低的速度。

车站定位置停车由列车上的速度调节器，遵循减速曲线，在一个预定的目标停车点，使列车终止至零速度。

目标停车点是下一个旅客站台的几个停车点之中的一个。

在列车接近方向的车站设置有四个标志器。

第一个设置在350米处，作用是列车到达此地开始产生停车曲线和传递接近的坡度信息；第二个设置在150米处，作用是更新停车曲线的位置参数；第三个设置在25米处和一个站台标志器线圈；第四个设置在8米处的标志器结合对停车曲线作出最终更正实现精确的定位置停车。

第三个标志器改变坡度信息和触发车上预告，二、三标志器发送列车型号/站台定位或列车跳停信号。

通常有五个不同数值的坡度信息从轨旁传送到位于坡度和曲线变化点的列车标志器，列车由引起车载标志检测器产生振荡的频率来识别每一个标志器。

标志器是无源的，二、三标志器的调谐频率的转换按需要配置。

轨旁控制电路指明目标停车点，目标停车点是随列车组合长度的变化而改变，站台上有三个停车位置：第一适宜停车点，最远停车点和位于站台中央的停车点。

1、车门操作系统(DOS)
当列车完全停靠在站台上，且所有的车门是在站台限界内时，车门自动打开。

ATO、ATP和链路系统一起实现自动功能。

由于车门控制涉及到旅客的安全。

系统的合作以一种故障——安全方式。

特别是用门逻辑来防止列车停在车站之间的区间或在站台上没有专有标志时打开车门。

2、列车调度
在旅客站列车调度是一个局部功能。

独立于控制中心，站台上设置的扣车计数器随着列车的来到和车门打开开始计时。

俟计时到时车门关闭即启动列车。

在一些车站设置有调度器，目的是确保列车在出发时间到时才发车。

调度器带有状态时钟程序器、周日、星期天和假日计划存储在机器中，控制中心和车站控制二者均能选择这三个运行计划中的任一个。

控制中心计算机在必要时通过调度干预列车，使列车按计划运行，它通过增减列车来调整计划、调整扣车时间。

干预不可能由计算机单独完成，而需要由中央控制人员确认实施。

总之，GRS公司的ATC系统是一个比较成熟的列车自动控制系统，其中的三个子系统可以结合在一起使用，也可以使用其中的部分。

列车自动控制系统(ATC)(3)——发展现状(2)
发布时间：2008-05-14 点击次数：2509
一、西屋(WESTING HOUSE)公司的ATC
西屋公司的ATC系统在一些国家的地铁和轻轨系统中使用，如香港、新加坡的公共交通运输系统中的ATC由西屋提供，北京地铁一号线的信号技术改造项目中选用了西屋公司的ATC系统，西屋公司的ATC在各个不同的项目中硬件几乎固定，而仅“通过修改软件来适合不同的城市公共快速运输系统适应大都市在运行方式和
技术上的差异。

西屋公司的ATC系统包括三个子系统，即西屋公司的ATP子系统，ATO子系统，ATS子系统，三个子系统的功能和前边所述类似，简述如下。

ATP是一个“故障安全”系统，可以保证列车运行安全，ATP子系统不间断地监控列车速度并将其与当时的最高安全速度比较不论列车因何种原因企图以高于安全速度的速度运行时，ATP 系统将自动实行紧急制动。

ATP系统能向司机显示，告知司机目前列车运行的实际速度和允许速度。

ATO能直接控制牵引电机和制动机以调整列车速度，实现经济和园滑驾驶，此外，ATO子系统可以准确地控制列车在东站的定位置停车。

ATS用于制定时刻表，并按时刻表控制列车，ATS控制列车在车辆段的出入，自动确定列车进路，调整列车在站停车时间以保证列车按规定时分运行。

列车在整个路网上的位置可以在模拟表示盘和调度控制人员显示器上显示。

此外，ATS系统还可产生与列车性能有关的统计数据。

1、西屋的ATP子系统
实现的功能如下：
(1)联锁和编码
(2)无绝缘轨道电路检测列车
(3)电码产生和检测
(4)速度检测
(5)安全制动系统
ATP地面发送器采用指定频率调制的连续的载频，通过JTC(无绝缘轨道电路)，向列车发送信号信息，每一个JTC区段的调制码，代表最大安全速度(MSS)和目标速度(TS)的特定组合，AT P车载设备不断地监视轨道上的码及列车速度，确保列车不超过最大安全速度。

一旦列车确实超过了最大安全速度，ATP实施紧急制动，车载ATP设备还向司机及维修人员提出显示，报警及其它信息。

2、西屋的ATO子系统
ATO使列车比手动驾驶更准确更快和可重复控制列车，实现如下功能：
(1)速度调整
(2)准确的车站定位置停车
(3)惰行
(4)执行信号停车
(5)按信号停车后自动再启动
(6)车辆轮径补偿
(7)车轮滑动(空转)检测(包括跳动、由软件来实现，增加精度)
(8)向列车驾驶员显示开/关状态及实现开/关门控
制
ATO能使列车运行精度提高，并具有可重复操作性。