城市轨道交通信号系统

,城市轨道交通 信号系统 第九组,信号系统,一、信号系统的定义 信号系统是“信号、联锁、闭塞”的总称，是由各类信号显示、轨道电路、道岔转辙装置等设备及其他附属设施构成的完整的体系。,二、信号系统的发展历程,骑马的人在列车前面打手势 臂板信号机色灯信号机列车自动控制系统,臂板信号,轨道交通信号起源于英国。 最早的列车指挥是由一位带绅士礼帽、穿黑大衣和白裤子的铁路员工骑马在前引导运行的，他边跑边以各种手势发出信号指挥列车的前进和停止。为确保安全，人们开始研究使用固定的信号设备：用一块长方形的板子，横向线路是停车信号，顺向线路是行车信号。 可是，顺向线路的板子实际上很难观察，故又在顶端加块圆板。 当必须在晚间开车时，就以红色灯光表示停车信号，白色灯光表示行车信号。1841年，英国人戈里高利提出用长方形臂板作为信号显示，装设在伦敦车站，这是铁路上首次使用臂板式信号机。,斜向下45,中国的壁板信号,色灯信号机,上海地铁色灯信号机,车载信号,在轨道交通线路中，由于站间距小、运营线路条件差，仅仅靠机车信号显示、由司机来控制机车是很难做到大密度运营的。将地面信号传递给列车，在司机操作台上显示，这就是车载信号-ATC（Automatic Train Control）系统。在线路条件不好、气候条件不好的情况下，车载信号的作用是不可估量的。,车载信号机,1三显示自动闭塞区段的连续式机车信号机,(1) 一个绿色灯光准许列车按规定速度运行，表示列车接近的地面信号机显示绿色灯光,(2) 一个黄色灯光要求列车注意运行，表示列车接近的地面信号机显示一个黄色灯光，或相应的其他显示,(3) 一个双半黄色灯光(交流计数制式的自动闭塞区段为一个黄色灯光）准许列车经道岔侧向位置，限速越过接近的地面信号机，表示列车接近的地面信号机显示两个黄色灯光或一个黄色闪光和一个黄色灯光,(4) 一个半黄半红色灯光要求及时采取停车措施，表示列车接近的地面信号机显示红色灯光,(5) 一个红色灯光表示列车已越过地面上显示红色灯光的信号机,(6) 一个白色灯光不复示地面上的信号显示，机车乘务人员应按地面信号机的显示运行,无显示时，表示机车信号机在停止工作状态。,2四显示自动闭塞区段连续式机车信号机,(1) 一个绿色灯光准许列车按规定速度运行，表示列车接近的地面信号机显示绿色灯光,(2) 一个半绿半黄色灯光准许列车按规定速度运行，要求注意，表示列车接近的地面信号机显示一个绿色灯光和一个黄色灯光,(3) 一个黄色灯光要求列车减速运行，表示列车应按规定的限速值越过接近的显示一个黄色灯光的地面信号机，或其他相应显示,(4)一个带“2”字的黄色灯光要求列车减速运行，表示列车应按规定的限速值越过接近的显示一个黄色灯光的地面信号机，并预告次一架信号机开放经道岔侧向位置的信号显示,(5) 一个双半黄色灯光准许列车经道岔侧向位置，限速越过接近的地面信号机，表示列车接近的地面信号机显示两个黄色灯光，或其他相应显示,(6) 一个半黄半红色灯光要求及时采取停车措施，表示列车接近的地面信号机显示红色灯光,(7) 一个红色灯光表示列车已越过地面上显示红色灯光的信号机,(8) 一个白色灯光不复示地面上的信号显示，机车乘务人员应按地面信号机的显示运行,3接近连续式机车信号机的显示方式与连续式机车信号机相同。,无显示时，表示机车信号机在停止工作状态。,闭塞,闭塞的定义 闭塞是指列车进入区间（或闭塞分区）后，使之与外界隔离起来，区间两端车站都不再向这一区间（或闭塞分区）发车，以防止列车相撞和追尾。,闭塞的概念,轨道交通运营中安全问题是最至关重要的。列车在轨道交通线路上运行是一维空间的问题，确定列车在线路的确切位置是保证安全的关键，特别是早期没有鉴别手段的情况下。最简单的确定位置的方法是划分一定长度的“区段”，在某一时间段内，在此区间内只容许一列车占有（运行、停放），这就是“闭塞”的概念。为保证行车安全，将列车正在运行、停放的线路区段予以”封闭“，不允许其他列车进入此区段，以防止对向列车、后续列车的正面冲突或追尾事故的发生。,闭塞区间的划分,长久以来，均以车站作为闭塞区间 1）车站值班员”眼见为实“作为判断标准 ； 2）站间电报、电话多次确定作为允许列车通行的先决条件； 3）各种形式的信号指挥列车运行。随着轨道交通电路的发展、完善，逐渐改为以轨道电路作为闭塞区间。城市轨道交通的闭塞现在已开始取消固定闭塞区间的概念，从固定闭塞向移动闭塞方向发展。,闭塞的分类 1、站间闭塞 （1）、人工闭塞 （2）、半自动闭塞 （3）、自动闭塞 2、闭塞分区间的闭塞 （1）、传统的自动闭塞 （2）、具有列车控制系统的自动闭塞 固定闭塞 准移动闭塞 移动闭塞,人工闭塞,采用路签或路牌作为列车占用区段的凭证，由接车站值班员检查区间是否空闲。单路签闭塞是早期使用的一种人工闭塞方式，后来发展为电话、电报人工闭塞。,半自动闭塞,人工开启信号，列车经过时自动关闭信号的闭塞方式。在进站和出站处各安装一个轨道电路，就可实现半自动闭塞。,自动闭塞,自动闭塞是把区间划分为若干个装设轨道电路的闭塞分区，通过轨道电路将列车和通过信号机的显示联系起来，使信号机的显示随着列车运行位置而自动变换的一种闭塞方式。 列车占用该轨道电路线路时，信号自动显示红灯；前一段线路信号自动显示黄灯；再前一段线路信号自动显示绿灯。,自动闭塞示意图,三显示自动闭塞,四显示自动闭塞,线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区。通常用轨道电路或计轴装置来划分 。一个分区只能被一列车占用。采用速度目标距离控制模式。追踪目标点是前行列车所占用闭塞分区的始端（留有一定的安全距离），即制动的终点总是某一分区的边界。但制动的起点是随线路参数和列车本身性能不同而变化的。空间间隔的长度是不固定的。由于要与移动闭塞相区别，所以称为准移动闭塞。显然其追踪运行间隔要比固定闭塞小一些。 要求运行间隔越短，闭塞分区 (设备) 数也越多。,准移动闭塞,准移动闭塞原理,移动闭塞,列车运行间隔自动调整亦称移动闭塞。移动闭塞不需要将区间划分成若干固定的闭塞分区，而是在两个列车之间自动调整运行间隔，使之保持一定的安全距离。移动闭塞使两列车之间的间隔最小，从而提高了区间内的行车密度，大大提高区段的通过能力。,线路没有被固定划分的闭塞分区。列车间的间隔是动态的、并随前一列车的移动而移动。该间隔是按后续列车在当前速度下所需的制动距离、加上安全裕量计算和控制的，确保不追尾。采用速度-目标距离控制模式。制动的起始和终点是动态的。后行列车从最高速开始制动的计算点是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定的。目标点是前行列车的尾部，与前行列车的走行和速度有关，是随时变化的 。轨旁设备的数量与列车运行间隔关系不大。,移动闭塞,移动闭塞原理,移动闭塞系统中列车和轨旁设备必须保持连续的双向通信。列车不间断地向轨旁控制器传输其标识、位置、方向和速度，轨旁控制器根据来自列车的信息计算、确定列车安全行车间隔，并将相关信息（如先行列车位置、移动授权等）传递给列车，控制列车运行。列车定位（列车位置报告）、轨道空闲检测及车-地双向通信是实现移动闭塞技术的基础。列车追踪是一个轨旁的安全功能。该功能根据列车的位置报告，计算线路可变空闲状态，为移动授权提供依据。,移动闭塞原理,移动闭塞列车分离原理,移动闭塞列车分离功能负责保持列车间的安全距离。,移动闭塞速度控制,基于通信的移动闭塞列车控制技术是发展方向，代表了国际最先进水平。可实现双向、连续通信，且信息量大。进一步缩短行车间隔，提高载客量。可以节省基建投资 (短车、高密度、短站台)。最大限度减少不必要的制动、平衡全线加速（或减速、停站时间等）实现节能。支持无人驾驶。可靠性高。,移动闭塞的技术优势,移动闭塞 、准移动闭塞与固定闭塞比较,CBTC,这种特殊闭塞装置具有安全可靠、维修量小、成本低、节省人力、办理闭塞速度快、效率高，还可避免因线路中断而引起闭塞失效等一系列突出优点。从1983年开始，迅速在日本、美国、加拿大、英国、原联邦德国等发达国家的一些小运量的单线区段得到了推广应用。上海地铁8号线也准备采用这种闭塞形式。,CBTC（Communication Based Train Control),CBTC使用的是无线移动闭塞技术，靠移动列车间的通信来实现控制，从而缩短了列车间的安全制动距离。CBTC技术所需要的沿线硬件设备少。,在移动闭塞下，列车同样运行在联锁设定的进路。 PoP：Point of Protection 防护点。,移动闭塞列车分离功能需要监督联锁系统的工作状态，如道岔位置。当道岔位置丢失时，就要缩短移动授权。,前行列车报告新位置后移动授权的延伸,MAS系统设备,DCC,OFN,MR,移动自动闭塞系统组成,OBE的基本功能,防超速：测速比较VMAX,紧急制动,常用制动,VMAX报警,报警点,自动实施常用制动,报警点,自动实施常用制动,追加紧急制动,防超越停车目标 计算距离确定制动方式,OBE的硬件基本结构,ATP,其它控制,I/O,数据处理(编码/发码),移动通信接口,1. 满足安全行车等各功能2. 实施与SCC等之间数据和语音通信3.采用高可靠/高可用/安全用2/3核心,记录,司机前显示,控制台控制,DGPS信息,查询应答器接口,数据键入,4. 抗干扰，满足电磁兼容要求5. 适应环境变化6. 有足够接口,列车完整性检测,车内温度检测与控制,简易车站道岔遥控及检测,测速接口,车门控制,SCC的基本功能,对区间所有列车运行核实计算： 是否超速。 证实各列车是否建立了移动闭塞分区。 与区间各OBE数据通信 与上/下行相邻车站通信联络建立接/发车关系 与区间各列车通信中的编码/译码(取得行车运行实迹和发送命令),与车站联锁联络构成列车进路 与DCC通信取得行车命令 与DCC通信反馈管辖范围内列车运行实迹 行车中特殊情况处理 显示区间和车站行车实迹 记录和打印所有管辖内列车行车实迹,SCC的基本功能,SCC的硬件基本结构,对各列车形成闭塞分区的计算,I/O,移动通信接口,1.采用高可靠2/3核心2.抗干扰3.有足够接口4.适应环境变化,记录/查询,控制台前显示,控制台控制,上/下行车站数据通信,DCC双向通信,电源,数据处理(编码/发码),车站联锁 I/O,实现移动自动闭塞的基础 移动通信,功能: 双向移动数据通信 可能方式: 无线移动通信(WLAN、GSM-R 等) 漏泄波导/电缆 卫星通信 轨间电缆 ,移动无线通信方式 区间,SCC,SCC,车站,移动通信控制内容,车载设备OBE 车站控制中心SCC,安全信息 （Vital Message) 1. 本信息给SCC编号 2. 本列车编号 3. 现在什么地方，里程标 4. 发信时间 5. 什么速度前进 6. 加/减速度 7. 特殊应急信息 ,非安全信息（Nonvital Message) 1. 列车长度 2. 列车编组 3. 始发/目的站 4. 司机乘务组编号 5. 列车迂到正常/异常情况 ,DCC的基本功能,利用“移动”功能充分发挥调度作用达到最佳调度,采集管辖区段内所有列车运行的实时信息，为旅 客和货主应用现代化技术提供信息,显示全调度区段的站场和列车运行的动态实迹,记录全调度区段列车运行实迹,能灵活地查询列车运行，为货主/旅客提供信息， 用以提高铁路运输业的竞争力,紧急控制管辖区段内某段发生事故时的列车运行 协调全调度区段电力/桥隧/水位/雷电/暴风雪等多因素 对列车运行控制 组织好军事运输或某种特种紧急运输的列车运行组织 充分利用智能技术来组织运输 与各类乘务组工作组织协调 良好的通信接口 遥控/遥测简易车站道岔转辙功能,紧急列车运行控制,DCC的硬件基本结构,电力供应系统协调,小屏幕显示及控制,桥隧/水位系统协调,智能化短期运行图编制,各类实时信息送相应MIS系统,DCC核心,大屏幕显示,各类乘务组工作组织系统协调,记录/查询,MAS的基本结构,MAS的标准完整结构三层式:(适用于有车站作业),MAS的简化结构二层式:,MAS的中间形式结构二层/三层交叉式:,即: 有的地方用三层较大车站 有的地方用二层小车站及较少车站作业,城市轨道交通的信号系统列车自动控制（ATC）系统Automatic Train Control,列车自动防护（ATP）子系统 Automatic Train Protection列车自动监控（ATS）子系统 Automatic Train Supervision列车自动运行（ATO）子系统 Automatic Train Operation,ATC系统,ATC系统：列车按地面传送的速度（或距离）信息，自动控制列车运行的信号设备。 后续列车根据与先行列车之间的距离和进路条件，在车内连续地显示出容许的速度信息，或按设定的运行条件达到容许速度的距离信息。 根据上述信息，列车自动地控制运行速度，进行超速防护，确保列车高效、安全的运行。,城市轨道交通ATC系统的特点,传统信号系统是通过设置在地面的色灯信号机来传递不同的行车命令，这种制式基本上是依赖司机进行速度控制和调整，依靠司机保证行车安全。ATC系统将机车信号作为主体信号，传递给列车的信号是具体的速度或距离信息，列车按调度人员设置的时刻表，实现自动运行、自动折返、自动调整停站时分，以及运用程序定位实现列车在车站的停车控制。,ATC 系统的组成,ATC 系统的设备组成 现场轨旁设备、车载信号设备、控制中心及车站信号设备ATC系统的功能组成 ATO、ATS、ATP,车载ATC,ATO列车自动运行子系统,ATO子系统主要