（交通信息工程及控制专业论文）城市轨道交通信号系统关键技术研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 i 页 - _ - - - - _ _ _ _ _ - - _ - - _ 。- - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ - _ _ _ - - 一i i i _ - - _ - - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ 。- _ _ - - _ - - - - _ _ 。_ _ _ _ _ _ 。- _ 一 a b s t r a c t u r b a nr a i lt r a n s i ts y s t e mi sc h a r a c t e r i z e db yi t sh i g l l s p e e d ，c o n v e n i e n c e a n dl a r g ec a r r y i n gc a p a c i t y s i g n a l i n gs y s t e m ，t h ec o n t r o le q u i p m e n to fu r b a n r a i lt r a n s i ts y s t e mf o rd r i v ed i r e c t i o na n dt r a i nm o v e m e n t ，p l a y st h ei m p o r t a n t r o l ei ne n s u r i n gt h ed r i v es a f e t y , e n h a n c i n gt h et r a n s p o r te f ! f i c i e n c ya n di so n e o fk e yt e c h n o l o g i e so ft h er a i lt r a n s i ts y s t e m t h i sp a d e rd e s c r i b e st h e c o m p o n e n t sa n ds t r u c t u r eo fa d v a n c e ds i g n a l i n gs y s t e m ：a u t o m a t i ct r a i n c o n t r o ls y s t e m ( a t c ) a n a l y z e st h ef u n c t i o na n dc l a s s i f i c a t i o no fi t st h r e e s u b s y s t e m s ：a t s a t pa n da t o ，w i t he m p h a s i so nc u r r e n t l yw i d e l ya d o p t e d a t cs y s t e m q u a s i - m o v i n g b l o c ks i g n a l i n gs y s t e m ，w h i c hw o r k so nc o d e d d i g i tt r a c kc i r c u i t ，a n dd i s c u s s e st h eo p e r a t i n gp r i n c i p l e so fc o d e dd i g i tt r a c k c i r c u i ta n dt h ef e a t u r e so ft r a i nc o n t r o lo fq u a s i m o v i n g b l o c ks i g n a l i n g s y s t e m i ta l s oc a l c u l a t e st h e o r e t i c a l l yt h em i n i m a lt i m ei n t e r v a lb e t w e e nt w o t r a i n si n q u a s i m o v i n g b l o c ks i g n a l i n gs y s t e m a n dr e c o m m e n d s a p p r o x i m a t ev a i u e sf o rt h el e n g t ho fc o d e dd i g i tt r a c kc i r c u i t t h er a p i dd e v e l o p m e n to fu r b a nr a i lt r a n s i td e m a n d sad e e pu n d e r s t a n d i n g o nt h ef e a t u r e so ft r a c kc i r c u i t i nt h i sp a p e r t h es t u d ym e t h o di sa d o p t e df o r e m p l o y i n gm a t l a bt os i m u l a t et h et r a n s i t i o nf e a t u r eo ft r a c kc i r c u i t t h e s t e a d y s t a t er e s p o n s eo ft r a c kc i r c u i ti ss i m u l a t e dw h e nt h ea l t e r n a t i v es i n e w a v es i g n a li si n p u t t e d ，a n dt h ec o r r e s p o n d i n gr e s u l t sa r ei m e r p r e t e d m o v i n g b l o c ks i g n a l i n gs y s t e mi n d i c a t e st h ed e v e l o p m e n tt e n d e n c yo f u r b a nr a i lt r a n s i ts i g n a l i n gs y s t e m t h ep a p e re x a m i n e st h ep r i n c i p l e so f c o m m u n i c a t i o nb a s e dm o v i n g b l o c ks i g n a l i n gs y s t e m ，i t st y p i c a ls t r u c t u r ea n d i t sp r a c t i c a lm e t h o d s t h e ni td i s c u s s e st h es i g n a l i n gs y s t e mi ng u a n g z h o u m e t r ol i n en o 4a n dp o i n t so u tt h en e c e s s i t ya n dp o s s i b i l i t yo fa d o p t i n gt h e m o v i n g - b l o c ks i g n a l i n gt e c h n o l o g yf o ri t sl i n e a rm o t o rc a r r y i n gs y s t e m t r a i ng r a p ha n dt i m e t a b l ea r et h ew o r k i n gp l a na n df o a n d a t i o nf o rt r a i n o p e r a t i o nm a n a g e m e n t i nt h el a s tp a r t ，t h ep a p e rm a k e sa na n a l y s i so ft h e m o d u l e so ft r a i nw o r k i n g d i a g r a ma n dt i m e t a b l eo ft h ea t ss y s t e ma n d a c h i e v e st h ea i mo fa u t o m a t e dt r a i ns c h e d u l i n gf o rs u b w a y k e y w o r d sa t c ；c o d e dd i g i tt r a c kc i r c u i t ；m o v i n g - b l o c ks i g n a l i n gs y s t e m ； q u a s i m o v i n g - b l o c ks i g n a l i n gs y s t e m 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 城市轨道交通信号系统概述 世界上轨道交通很早就作为公共交通在城市中出现。以地铁、轻轨为 代表的城市轨道交通系统具有运量大，快速、安全、准时、节能、舒适、 污染轻等特点。随着科学技术和城市化的发展，大运量的轨道交通在现代 大城市中越来越起着重要的作用。经济发达国家城市的交通发展历史告诉 我们，只有采用大客运量的地铁和轻轨交通系统，才是从根本上改善城市 公共交通状况的有效途径。 1 1 1 城市轨道交通信号系统的作用 城市轨道交通具有高速度、高密度、不问断运营的特点。信号系统作 为行车指挥和列车运行的控制设备尽管其投资额在城市轨道交通的整个 工程中所占比例甚低，但在保证行车安全、提高通过能力、节能及改善运 输人员的劳动条件等方面却起着至关重要的作用。在城市轨道交通中采用 先进信号设备是一项事半功倍的措施。世界先进国家的地铁和轻轨运营经 验证明，只有高水平的信号系统才能更充分发挥其它技术装备的能力，而 且它的水平代表了整个地铁与轻轨技术装备的现代化水平。 本世纪六十年代以来，计算机和微电子技术突飞猛进，使信号技术经 历了一场革命。以往要靠司机来执行的一些任务，如了望信号、使列车加 减速等现在完全可以在计算机的监控下自动进行，在确保安全的前提下实 现最小列车间隔。由于在列车运行调度中心的计算机和列车车载计算机之 间建立起了可靠、有效的信息、数据交换的通道，调度中心与列车车载计 算机之间可以协调工作，使运输效率得以充分发挥，司机的任务仅限于监 督设备的状态。目前在一些发达国家的城市轨道交通中，依赖信号技术的 进步，最小行车间隔己缩短至l o o s 以下采用先进的信号技术，也大大 提高了行车的安全性，使得因人为的疏忽、设备的故障而产生的事故率降 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 城市轨道交通信号系统概述 世界上轨道交通很早就作为公共交通在城市中出现。以地铁、轻轨为 代表的城市轨道交通系统具有运量大，快速、安全、准时、节能、舒适、 污染轻等特点。随着科学技术和城市化的发展，大运量的轨道交通在现代 大城市中越来越起着重要的作用。经济发达国家城市的交通发展历史告诉 我们，只有采用大客运量的地铁和轻轨交通系统，才是从根本上改善城市 公共交通状况的有效途径。 1 1 1 城市轨道交通信号系统的作用 城市轨道交通具有高速度、高密度、不问断运营的特点。信号系统作 为行车指挥和列车运行的控制设备尽管其投资额在城市轨道交通的整个 工程中所占比例甚低，但在保证行车安全、提高通过能力、节能及改善运 输人员的劳动条件等方面却起着至关重要的作用。在城市轨道交通中采用 先进信号设备是一项事半功倍的措施。世界先进国家的地铁和轻轨运营经 验证明，只有高水平的信号系统才能更充分发挥其它技术装备的能力，而 且它的水平代表了整个地铁与轻轨技术装备的现代化水平。 本世纪六十年代以来，计算机和微电子技术突飞猛进，使信号技术经 历了一场革命。以往要靠司机来执行的一些任务，如了望信号、使列车加 减速等现在完全可以在计算机的监控下自动进行，在确保安全的前提下实 现最小列车间隔。由于在列车运行调度中心的计算机和列车车载计算机之 间建立起了可靠、有效的信息、数据交换的通道，调度中心与列车车载计 算机之间可以协调工作，使运输效率得以充分发挥，司机的任务仅限于监 督设备的状态。目前在一些发达国家的城市轨道交通中，依赖信号技术的 进步，最小行车间隔己缩短至l o o s 以下采用先进的信号技术，也大大 提高了行车的安全性，使得因人为的疏忽、设备的故障而产生的事故率降 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 页 至最低。此外，采用先进的信号技术可以避免突然的减速和加速，这不仅 可提高行车的稳定度，还对节能具有重要的作用。 1 1 2 城市轨道交通信号系统的特点 城市轨道交通的信号技术制式和大铁路的信号制式有许多相似的地 方，但还是有它固有的特点，主要反映在以下几点： i 、由于城市轨道交通往往承担巨大的客流量，因此对最小行车间隔的要 求远高于大铁路。这就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。 2 、由于城市轨道交通的列车运行速度远低于铁路干线上的列车运行速 度，因此在信号系统中可以采用较低速率的数据传输系统1 1 j 。 3 、由于城市轨道交通的大多数车站仅有上下客功能，在大多数车站上并 不设置道岔，甚至也不设置地面信号机( 依靠机车信号及速度监控设 备驾驶列车) ，仅在少数联锁站及车辆段才设置道岔及地面信号机，因 而，联锁设备的监控对象远远少于一般大铁路的客货站。 4 、除车辆段外，城市轨道交通的大多数车站的行车组织作业既单纯又简 单。 5 、由于城市轨道交通的线路长度、站间距离都较短，列车种类单一，行 车时刻表规律性很强，因此在城市轨道交通的信号系统中，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。 1 2 城市轨道交通列车运行自动控制系统a t c 1 2 1 a t c 系统概述 自城市轨道交通问世以来，人们不断地为提高其安全程度和通过能力 而努力。其中一项重要的技术措施就是采用列车运行自动控制系统。 列车运行自动控制系统a t c ( a u t o m a t i ct r a i nc o n t r 0 1 ) 包括三个子系 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 页 至最低。此外，采用先进的信号技术可以避免突然的减速和加速，这不仅 可提高行车的稳定度，还对节能具有重要的作用。 1 1 2 城市轨道交通信号系统的特点 城市轨道交通的信号技术制式和大铁路的信号制式有许多相似的地 方，但还是有它固有的特点，主要反映在以下几点： i 、由于城市轨道交通往往承担巨大的客流量，因此对最小行车间隔的要 求远高于大铁路。这就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。 2 、由于城市轨道交通的列车运行速度远低于铁路干线上的列车运行速 度，因此在信号系统中可以采用较低速率的数据传输系统1 1 j 。 3 、由于城市轨道交通的大多数车站仅有上下客功能，在大多数车站上并 不设置道岔，甚至也不设置地面信号机( 依靠机车信号及速度监控设 备驾驶列车) ，仅在少数联锁站及车辆段才设置道岔及地面信号机，因 而，联锁设备的监控对象远远少于一般大铁路的客货站。 4 、除车辆段外，城市轨道交通的大多数车站的行车组织作业既单纯又简 单。 5 、由于城市轨道交通的线路长度、站间距离都较短，列车种类单一，行 车时刻表规律性很强，因此在城市轨道交通的信号系统中，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。 1 2 城市轨道交通列车运行自动控制系统a t c 1 2 1 a t c 系统概述 自城市轨道交通问世以来，人们不断地为提高其安全程度和通过能力 而努力。其中一项重要的技术措施就是采用列车运行自动控制系统。 列车运行自动控制系统a t c ( a u t o m a t i ct r a i nc o n t r 0 1 ) 包括三个子系 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 页 至最低。此外，采用先进的信号技术可以避免突然的减速和加速，这不仅 可提高行车的稳定度，还对节能具有重要的作用。 1 1 2 城市轨道交通信号系统的特点 城市轨道交通的信号技术制式和大铁路的信号制式有许多相似的地 方，但还是有它固有的特点，主要反映在以下几点： i 、由于城市轨道交通往往承担巨大的客流量，因此对最小行车间隔的要 求远高于大铁路。这就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。 2 、由于城市轨道交通的列车运行速度远低于铁路干线上的列车运行速 度，因此在信号系统中可以采用较低速率的数据传输系统1 1 j 。 3 、由于城市轨道交通的大多数车站仅有上下客功能，在大多数车站上并 不设置道岔，甚至也不设置地面信号机( 依靠机车信号及速度监控设 备驾驶列车) ，仅在少数联锁站及车辆段才设置道岔及地面信号机，因 而，联锁设备的监控对象远远少于一般大铁路的客货站。 4 、除车辆段外，城市轨道交通的大多数车站的行车组织作业既单纯又简 单。 5 、由于城市轨道交通的线路长度、站间距离都较短，列车种类单一，行 车时刻表规律性很强，因此在城市轨道交通的信号系统中，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。 1 2 城市轨道交通列车运行自动控制系统a t c 1 2 1 a t c 系统概述 自城市轨道交通问世以来，人们不断地为提高其安全程度和通过能力 而努力。其中一项重要的技术措施就是采用列车运行自动控制系统。 列车运行自动控制系统a t c ( a u t o m a t i ct r a i nc o n t r 0 1 ) 包括三个子系 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 页 统：列车自动监控系统a t s ( a m o m a t i ct r a i ns u p e r v i s i o n ) 、列车自动保 护系统a t p ( a u t o m a t i ct r a i np r o t e c t i o n ) 、列车自动运行系统a t o ( a u t o m a t i ct r a i no p e r a t i o n ) ，简称“3 a ”系统。 a t p 是a t c 系统最重要的部分。因城市轨道交通列车运行速度高，在 高峰期列车密度大，而且运输对象为乘客，发生行车事故后果严重，依靠 运行人员防止运行事故远不能满足运行安全要求，因此必须使用列车自动 保护系统a t p 。a t p 系统根据故障一安全原则，执行列车问安全间距的监 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。 城市轨道交通的另一要求是必须实行统一指挥调度，才能充分发挥其 运输快捷、准时的特点，在列车运行发生偏差时也容易通过集中调度使之 恢复正常。a t s 子系统便是实现这一目的的系统。它的主要作用是实现对 列车运行的监督和控制，辅助行车调度人员对全线列车进行管理。它给行 车调度人员显示出全线列车的运行状态，监督和已录运行图的执行情况， 在列车偏离运行图时及时做出反应( 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。 a t o 系统以列车自动保护系统为基础、配置车载计算机系统及必要的 辅助设备主要执行站间自动运行、列车在车站的定点停车、在终点的自 动折返等功能。它对于列车运行规范化、减少人为影响，在高密度、高速 度运行条件下保证运行秩序有很大好处，在节约列车能耗方面也有一定作 用，同时还可以减轻司乘人员的劳动强度。 1 2 2a t c 系统在国外的发展状况 从城市轨道交通的发展历史来看，本世纪3 0 年代出现了基于轨道电 路的自动闭塞装置，将原来站间的一个闭塞区间划分为若干个与列车制动 距离有关的较短的闭塞分区，从而使站问区间可阻开行多列车，大大提高 了线路的通过能力。与自动闭塞装置伴随而生的是机车信号和自动停车装 置。6 0 年代以前的城市轨道交通大多采用这类自动闭塞装置。 随着工业化程度的提高，世界城市人口急剧膨胀，从而对城市轨道交 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 页 统：列车自动监控系统a t s ( a m o m a t i ct r a i ns u p e r v i s i o n ) 、列车自动保 护系统a t p ( a u t o m a t i ct r a i np r o t e c t i o n ) 、列车自动运行系统a t o ( a u t o m a t i ct r a i no p e r a t i o n ) ，简称“3 a ”系统。 a t p 是a t c 系统最重要的部分。因城市轨道交通列车运行速度高，在 高峰期列车密度大，而且运输对象为乘客，发生行车事故后果严重，依靠 运行人员防止运行事故远不能满足运行安全要求，因此必须使用列车自动 保护系统a t p 。a t p 系统根据故障一安全原则，执行列车问安全间距的监 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。 城市轨道交通的另一要求是必须实行统一指挥调度，才能充分发挥其 运输快捷、准时的特点，在列车运行发生偏差时也容易通过集中调度使之 恢复正常。a t s 子系统便是实现这一目的的系统。它的主要作用是实现对 列车运行的监督和控制，辅助行车调度人员对全线列车进行管理。它给行 车调度人员显示出全线列车的运行状态，监督和已录运行图的执行情况， 在列车偏离运行图时及时做出反应( 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。 a t o 系统以列车自动保护系统为基础、配置车载计算机系统及必要的 辅助设备主要执行站间自动运行、列车在车站的定点停车、在终点的自 动折返等功能。它对于列车运行规范化、减少人为影响，在高密度、高速 度运行条件下保证运行秩序有很大好处，在节约列车能耗方面也有一定作 用，同时还可以减轻司乘人员的劳动强度。 1 2 2a t c 系统在国外的发展状况 从城市轨道交通的发展历史来看，本世纪3 0 年代出现了基于轨道电 路的自动闭塞装置，将原来站间的一个闭塞区间划分为若干个与列车制动 距离有关的较短的闭塞分区，从而使站问区间可阻开行多列车，大大提高 了线路的通过能力。与自动闭塞装置伴随而生的是机车信号和自动停车装 置。6 0 年代以前的城市轨道交通大多采用这类自动闭塞装置。 随着工业化程度的提高，世界城市人口急剧膨胀，从而对城市轨道交 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 通的载客能力提出了越来越高的要求。为了提高载客能力，措施之一增加 每列车的车辆数目及车辆的空间容量：措施之二便是缩短行车间隔。这就 为发展更先进的列车运行控制系统提供了需求。与此同时，微计算机技术 的飞速发展也为发展列车速度自动控制提供了良好的硬件和软件环境。自 7 0 年代起世界上一些著名的信号公司，如法国的阿尔斯通( a l s t o m ) 、 德国的西门子( s i e m e n s ) 、英国的西屋( w e s t i n g h o u s e ) 、瑞典的a d t r a n z 、 美国的u s & s 等相继推出基于数字轨道电路的准移动闭塞a t c 系统，使 城市轨道交通的通过能力大大提高，运行的安全性和可控性也得到改善。 现在基于准移动闭塞的a t c 系统已在世界各国得到广泛应用。以日本 为例。从上世纪9 0 年代起，为进一步缩短列车运行间隔、减少系统的安 装和维护费用，日本铁路开始研究新一代以数字传输为基础的数字a t c 。 数字a t c 系统用轨道电路探测列车并传递数字信号，车载设备根据前方 目标位置和列车自身位置，从车载数据库中检出列车制动模式并按此模式 控制列车运行。数字a t c 的采用缩短了列车运行间隔时间，改善了乘车 的舒适度并易于采用改进性能的机车车辆【3 “。目前，作为准移动闭塞a t c 系统基础的数字轨道电路正朝着双向信息传输和更高的传输速率、更多的 信息量方向发展。 移动闭塞是城市轨道交通a t c 系统的发展方向。上世纪九十年代以 束，随着计算机、通信技术特别是移动通信的快速发展，基于通信的列车 速度控制系统c b t c ( c o m m u n i c a t i o n b a s e d t r a i n c o n t r 0 1 ) 受到了习益广 泛的重视。a l c a t e l 、a l s t o m 、h a r m o n 公司近年来都开发出了基于 通信的实现移动闭塞的地铁信号系统。截至1 9 9 9 年底，全世界铁路已投 入工程实用的c b t c 系统为1 9 0 8 k m ，其中城市轨道交通共1 5 9 7 k m ，占 8 3 1 2 ”。目前，基于交叉感应电缆方式的移动闭塞式a t c 系统已处于较 为实用的状态，利用无线通讯技术的a t c 系统则多处于研究开发或试用 阶段。在美国旧金山城市快捷运输系统中，安装了基于无线扩频定位的 a a t c ( a d v a n c e d a u t o m a t i ct r a i n c o n t r 0 1 ) 系统。该系统采用了先进的无 线扩频通信、伪码测距和计算机信息处理技术，实现了对复杂环境中列车 的实时准确定位、跟踪。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第5 页 1 2 3 a t c 系统在国内的应用和研究状况 1 、应用状况 我国地铁信号系统随着1 9 7 1 年北京地铁的兴建而起步，由于当时修 建北京地铁一号线( 北京站至苹果园站，全长2 3 6 公里) 的重要目的是 为了战备，所以存在诸多问题，后经改造，信号控制系统采用了英国西屋 信号公司的产品，主要有a t s 、a t p 、a t o 三个子系统，联锁系统采用国 产6 5 0 2 继电联锁设备闭塞区间的轨道电路采用f s 2 5 0 0 无绝缘轨道电 路，实现了计算机自动排列进路，自动实现列车超速防护等功能，能满足 1 2 0 s 的运行间隔要求。 北京地铁环线信号控制系统大多采用国产设备，行车指挥采用的是 s s c 1 型调度集中即c t c ( c e n t r a l i z e dt r a f f i cc o n t r 0 1 ) 系统，联锁系统采 用国产继电联锁设备，区间采用移频自动闭塞系统，车载系统只有自动停 车功能。 上海地铁一号线一期工程北起上海火车站，南至上海南站，后南延伸 至苹庄。一号线及南延伸共计1 6 个车站，约2 2 k m ，设7 个信号设备集 中站和一个车辆段。信号控制系统主要是美国g r s 公司的产品，装备了 a t c 的全套设备。为节省投资，在难线道岔联锁区段和车辆段采用国产 6 5 0 2 电气集中。 上海地铁二号线西起浦西的中山公园，东至浦东的张江站，全程 1 8 1 6 k m ，共1 3 个车站，包括4 个联锁集中站和2 个非联锁集中站。信 号控制设备主要是美国u s & s 公司的产品，包括a t c 的三个子系统。 上海地铁三号线( 明珠线一期) 由漕河泾至江湾镇，全程2 4 9 7 5 k m ， 包括1 9 个车站、一个车辆段。系统共设l o 个设备集中站。采用了法国 a l s t o m 公司的a t c 技术。 广州地铁一号线全长1 8 4 8 公里，共1 6 个车站( 其中6 个车站为联锁 站) ，一个车辆段，一个控制中心。信号控制设备主要采用了德国西门子 公司的a t c 产品和s i c a s 微机联锁系统。 沈阳轻轨将从西班牙引进阿尔卡特的a t c 及车站微机联锁设备。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第6 页 2 、研究状况 我国城市轨道交通信号系统的研究随北京地铁的兴建而起步。在7 0 年代北京地铁的建设中，应用了我国自行研制的轨道电路、电气集中、机 车信号及自动停车等系统，并在实践中证明了其适用性和可靠性。针对地 铁的特点，北京地铁还采用了移频自动闭塞改为无选频、集中设置的方案； 电气集中增加了自动折返进路等，并进行了列车自动驾驶的研究和试验。 这些应用和研究为我国城市轨道交通信号系统的发展积累了技术和经验 【：1 随着我国铁路建设的飞速发展，特别是1 9 9 6 年京九铁路的开通运行， 大量以微处理器为核，1 5 的高技术含量的新设备和新系统如：1 8 信息移频 自动闭塞、计算机联锁以及通用机车信号设备相继在我国铁路系统广泛应 用。另外还进行了列车超速防护的试验和测试。这些应用于干线铁路信号 系统的科研成果为研制先进的基于计算机、通信的城轨交通a t c 系统打 下了良好的基础。随着近年来地铁建设的逐渐升温，国内城市轨道交通系 统中信号设备的研制工作逐步展开，信号设备从传统的有绝缘轨道电路、 继电联锁、机车信号、自动停车、调度监督、调度集中逐步向无绝缘轨道 电路、微机联锁、列车超速防护、列车自动监控等现代信号设备系统发展。 从目前我国a t c 系统的研究情况来看，最有基础的是a t s 系统。我 国现有的c t c 调度集中系统与a t s 系统具有非常相似的功能和作用，能 够实现自动列车进路、列车运行自动追踪、信号设备状态显示等。我国从 7 0 年代开始，由铁道部科学研究院、通信信号总公司等单位研制的各型 c t c 调度集中系统d s s 调度监督系统在铁路线路上的运用里程已达数千 公罩，具各了成熟的研制、生产和使用经验。由铁道部科学研究院研制的 d 6 一c t c 是按地铁和轻轨的要求研制的调度集中系统，已成功运用于伊 朗德黑兰轻轨铁路。该套系统包括：控制分机、前霹通信、运行表示、进 路控制、运行图调整、时刻表编辑、维护管理、中央数据管理、车次跟踪、 在线培训等1 1 个子系统，具备了a t s 的一些基本功能。由中国铁路通信 信号集团公司和法国阿尔斯通集团公司合资成立的卡斯柯信号有限公司 近年来在上海地铁一号线、三号线的信号系统中承担了大量的国产化工 作，已初步具有提供完整的a t s 系统的能力。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第7 页 从a t p a t o 的研究情况来看，铁道科学研究院、中国铁路通信信号集 团公司、北方交通大学、上海铁道大学等科研院所在a t p a t o 系统的系统 设计、可靠性、安全性及仿真系统开发方面都进行了多年的研究，已有许 多实践成果。1 9 9 9 年国家计委和铁道帮为城市轨道交通a t p 系统国产 化丌发及产业化立项，并由中国铁路通信信号总公司和电子科技集团第 1 4 研究所总承，已取得阶段性进展。在实践方面，国内京九线采用的带 超速防护的1 8 信息集中移频自动闭塞设备，由自动闭塞、通用式机车信 号、超速防护等3 部分组成，移频信息共1 8 个，除满足通用式机车信号 显示的需要外，还用作列车超速防护装置的连续信息，是国内较为先进的 a t p 设备，但和城市轨道交通自动运行控制的需求的还有一定差距。此外， 我国在1 9 6 5 年就曾在北京地铁建设期间进行过a t o 设各的研制，七十年 代还进行了进一步的研究和试验，但由于成熟度和可靠性方面的原因没有 机会付诸实用。 国内进行a t c 系统研究的还有南京屯子技术研究所( 电子科技集团第 1 4 研究所) 。他们已经建成了一套以南京地铁南北线和重庆轻轨为背景的 列车运行演示系统和自行研制的一套双机热备微机联锁实验系统，并引进 了阿尔斯通公司的信号仿真工具，正在进行仿真中心的建设和基于通信的 移动闭塞a t c 系统的预先研究。 目前我国对城市轨道交通的a t c 系统的研究和应用存在的差距主要 表现在对a t c 系统中的数字轨道电路、车一地信息传输和列车自动驾驶 等关键技术尚不能全面掌握，国产化水平很低。在自动保护系统a t p 中， 国内外设备的主要差距在于列车的速度监督上，而速度监督的最主要设备 是数字轨道电路，包括其地面发送设备和车上的接收设备。 1 3 选题的意义和论文研究内容 1 3 1 论文研究的意义和背景 近年来伴随着我国城市化进程的加快以及经济的高速发展，城市人 1 ：3 迅速增长，城市规模不断扩大，许多大城市的地面交通已无法适应日益 西南交通大学硕士研究生学位论文 第7 页 从a t p a t o 的研究情况来看，铁道科学研究院、中国铁路通信信号集 团公司、北方交通大学、上海铁道大学等科研院所在a t p a t o 系统的系统 设计、可靠性、安全性及仿真系统开发方面都进行了多年的研究，已有许 多实践成果。1 9 9 9 年国家计委和铁道帮为城市轨道交通a t p 系统国产 化丌发及产业化立项，并由中国铁路通信信号总公司和电子科技集团第 1 4 研究所总承，已取得阶段性进展。在实践方面，国内京九线采用的带 超速防护的1 8 信息集中移频自动闭塞设备，由自动闭塞、通用式机车信 号、超速防护等3 部分组成，移频信息共1 8 个，除满足通用式机车信号 显示的需要外，还用作列车超速防护装置的连续信息，是国内较为先进的 a t p 设备，但和城市轨道交通自动运行控制的需求的还有一定差距。此外， 我国在1 9 6 5 年就曾在北京地铁建设期间进行过a t o 设各的研制，七十年 代还进行了进一步的研究和试验，但由于成熟度和可靠性方面的原因没有 机会付诸实用。 国内进行a t c 系统研究的还有南京屯子技术研究所( 电子科技集团第 1 4 研究所) 。他们已经建成了一套以南京地铁南北线和重庆轻轨为背景的 列车运行演示系统和自行研制的一套双机热备微机联锁实验系统，并引进 了阿尔斯通公司的信号仿真工具，正在进行仿真中心的建设和基于通信的 移动闭塞a t c 系统的预先研究。 目前我国对城市轨道交通的a t c 系统的研究和应用存在的差距主要 表现在对a t c 系统中的数字轨道电路、车一地信息传输和列车自动驾驶 等关键技术尚不能全面掌握，国产化水平很低。在自动保护系统a t p 中， 国内外设备的主要差距在于列车的速度监督上，而速度监督的最主要设备 是数字轨道电路，包括其地面发送设备和车上的接收设备。 1 3 选题的意义和论文研究内容 1 3 1 论文研究的意义和背景 近年来伴随着我国城市化进程的加快以及经济的高速发展，城市人 1 ：3 迅速增长，城市规模不断扩大，许多大城市的地面交通已无法适应日益 西南交通大学硕士研究生学位论文 第7 页 从a t p a t o 的研究情况来看，铁道科学研究院、中国铁路通信信号集 团公司、北方交通大学、上海铁道大学等科研院所在a t p a t o 系统的系统 设计、可靠性、安全性及仿真系统开发方面都进行了多年的研究，已有许 多实践成果。1 9 9 9 年国家计委和铁道帮为城市轨道交通a t p 系统国产 化丌发及产业化立项，并由中国铁路通信信号总公司和电子科技集团第 1 4 研究所总承，已取得阶段性进展。在实践方面，国内京九线采用的带 超速防护的1 8 信息集中移频自动闭塞设备，由自动闭塞、通用式机车信 号、超速防护等3 部分组成，移频信息共1 8 个，除满足通用式机车信号 显示的需要外，还用作列车超速防护装置的连续信息，是国内较为先进的 a t p 设备，但和城市轨道交通自动运行控制的需求的还有一定差距。此外， 我国在1 9 6 5 年就曾在北京地铁建设期间进行过a t o 设各的研制，七十年 代还进行了进一步的研究和试验，但由于成熟度和可靠性方面的原因没有 机会付诸实用。 国内进行a t c 系统研究的还有南京屯子技术研究所( 电子科技集团第 1 4 研究所) 。他们已经建成了一套以南京地铁南北线和重庆轻轨为背景的 列车运行演示系统和自行研制的一套双机热备微机联锁实验系统，并引进 了阿尔斯通公司的信号仿真工具，正在进行仿真中心的建设和基于通信的 移动闭塞a t c 系统的预先研究。 目前我国对城市轨道交通的a t c 系统的研究和应用存在的差距主要 表现在对a t c 系统中的数字轨道电路、车一地信息传输和列车自动驾驶 等关键技术尚不能全面掌握，国产化水平很低。在自动保护系统a t p 中， 国内外设备的主要差距在于列车的速度监督上，而速度监督的最主要设备 是数字轨道电路，包括其地面发送设备和车上的接收设备。 1 3 选题的意义和论文研究内容 1 3 1 论文研究的意义和背景 近年来伴随着我国城市化进程的加快以及经济的高速发展，城市人 1 ：3 迅速增长，城市规模不断扩大，许多大城市的地面交通已无法适应日益 西南交通大学硕士研究生学位论文 第8 页 增长的客运需求。由于城市轨道交通系统具有快速、便捷、大运量的特点。 在缓解城市交通矛盾中具有突出作用，因此许多城市已经确定了以轨道交 通作为公共交通骨干的战略。据统计，在我国3 3 座百万以上人口的城市 中，有2 2 座城市正在积极规划筹建或扩建地铁和轻轨，已规划的线路近 2 0 0 0 公里。而“十五”期间，我国计划用于城市轨道交通建设的投资达8 0 0 0 亿元，建设总罩程达到4 5 0 公里，其中，用于地铁建设的投资将达到2 0 0 0 亿元。我国城市轨道交通正进入快速发展时期。然而，从前述材料可以看 出，我国地铁、轻轨列车信号系统的核心技术都是由国外引进的，而且各 不相同。由于城市轨道交通信号设备具有专业性强、涉及专业多、技术复 杂、品种多、设备用量少的特点，成套引进设备不仅使工程造价高昂，而 且导致技术管理复杂、备品备件配备困难，给运营和设备维护带来一定的 不便，更不利于系统的扩展。国家有关部门明确指出，地铁、轻轨的关键 设备，如控制系统和车辆应实现国产化。从国内来看，虽然在a t c 研究 领域取得了一定成果，但至今还没有套具有自主知识产权的成熟的系统 投入使用。因此，在城市轨道交通快速发展的形势下，研究城轨交通信号 系统的一些关键技术问题，对探索城轨交通信号设备的国产化方案，开发 具有自主知识产权的a t c 系统是有意义的。 本论文也是广州地铁四号线直线电机运载系统科技攻关项目可行性 研究的一部分。广州地铁四号线基于线路所经地区的实际情况，综合考虑 了系统先进性、投资营运成本等各种因素，准备采用直线电机运载系统。 这种运载系统是国内地铁系统首次采用，具有噪音低、加速和爬坡能力强、 转弯半径小、系统小型化及工程造价低等优点。作为该运载系统重要组成 部分的信号系统的设计和选型研究，对充分发挥该系统先进的运载能力， 促进我国城市轨道交通事业的技术进步具有现实意义。 1 3 2 论文研究的内容 论文主要研究以下内容： l 、a t c 系统总体结构及功能 主要介绍a t c 系统的总体结构，三个子系统a t p 、a t s 、a l t o 的功能， 西南交通大学硕士研究生学位论文 第8 页 增长的客运需求。由于城市轨道交通系统具有快速、便捷、大运量的特点。 在缓解城市交通矛盾中具有突出作用，因此许多城市已经确定了以轨道交 通作为公共交通骨干的战略。据统计，在我国3 3 座百万以上人口的城市 中，有2 2 座城市正在积极规划筹建或扩建地铁和轻轨，已规划的线路近 2 0 0 0 公里。而“十五”期间，我国计划用于城市轨道交通建设的投资达8 0 0 0 亿元，建设总罩程达到4 5 0 公里，其中，用于地铁建设的投资将达到2 0 0 0 亿元。我国城市轨道交通正进入快速发展时期。然而，从前述材料可以看 出，我国地铁、轻轨列车信号系统的核心技术都是由国外引进的，而且各 不相同。由于城市轨道交通信号设备具有专业性强、涉及专业多、技术复 杂、品种多、设备用量少的特点，成套引进设备不仅使工程造价高昂，而 且导致技术管理复杂、备品备件配备困难，给运营和设备维护带来一定的 不便，更不利于系统的扩展。国家有关部门明确指出，地铁、轻轨的关键 设备，如控制系统和车辆应实现国产化。从国内来看，虽然在a t c 研究 领域取得了一定成果，但至今还没有套具有自主知识产权的成熟的系统 投入使用。因此，在城市轨道交通快速发展的形势下，研究城轨交通信号 系统的一些关键技术问题，对探索城轨交通信号设备的国产化方案，开发 具有自主知识产权的a t c 系统是有意义的。 本论文也是广州地铁四号线直线电机运载系统科技攻关项目可行性 研究的一部分。广州地铁四号线基于线路所经地区的实际情况，综合考虑 了系统先进性、投资营运成本等各种因素，准备采用直线电机运载系统。 这种运载系统是国内地铁系统首次采用，具有噪音低、加速和爬坡能力强、 转弯半径小、系统小型化及工程造价低等优点。作为该运载系统重要组成 部分的信号系统的设计和选型研究，对充分发挥该系统先进的运载能力， 促进我国城市轨道交通事业的技术进步具有现实意义。 1 3 2 论文研究的内容 论文主要研究以下内容： l 、a t c 系统总体结构及功能 主要介绍a t c 系统的总体结构，三个子系统a t p 、a t s 、a l t o 的功能， 西南交通大学硕士研究生学位论文 第9 页 根据车一地信息传输方式、列控方式、闭塞方式对a t p 进行分类和比较， 详细讨论各种类别的a t p 系统的优缺点。 2 、数字轨道电路的原理及准移动闭塞a t c 系统 对数字无绝缘轨道电路原理的研究，是为了准确分析基于数字轨道电 路的准移动闭塞a t c 系统的工作机理。通过详细分析基于目标速度和速 度一距离模式的a t p 系统异同，指出基于目标一距离模式曲线的准移动 闭塞系统的优越性。采用数字轨道电路作为车一地信息传输设备及列车定 位设备时列车之间的最小追踪间隔距离必须以数字轨道电路的长度作为 最小计量单位。本文对准移动闭塞下的最小列车追踪间隔时间进行理论计 算，并基于此讨论数字轨道电路长度的推荐取值。 3 、用m a t l a b 仿真轨道电路的传输特性 城市轨道交通的迅速发展对轨道电路上传输的信息量以及传输速度、 传输可靠性都提出了越来越高的要求。这就需要对轨道电路的传输特性有 比较全面深入的分析。本文用m a t l a b 软件模拟轨道电路传输特性，对轨 道电路在正弦交流输入下的稳态响应进行仿真，并分析仿真结果。 4 、基于通信的移动闭塞a t c 系统的研究 移动闭塞是一种区间不分割，根据连续检测先行列车位置和速度，进 行列车i a 】隔控制，确保后续列车不会与先行列车发生冲突，能够安全停车 的列车安全系统。通过对移动闭塞系统原理、结构及实现方式的分析，可 以看出基于通信的移动闭塞是a t c 系统的发展方向。广州地铁四号线直 线电机运载系统是目前我国规划的最先进的地铁系统。为了实现该系统的 运能要求