项目2_ATC系统基本原理认知

1、城市轨道交通列车自动控制系统维护项目2 ATC系统基本原理认知 赵宁2015年3月13日v ATP，即列车运行超速防护及列车速度监督系统。 v ATP系统的功能是：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。v ATP是ATC的基本环节，是安全系统，必须符合故障-安全的原则。任务1 ATP系统基本原理认知一、ATP的基本概念ATPATP轨旁单元轨旁单元调谐单元调谐单元车载车载ATPATP设备设备接口设备接口设备一个轨

2、旁单元能带一个轨旁单元能带4040个轨道电路个轨道电路同一个信号点为同一个信号点为相邻两个轨道区相邻两个轨道区段的分隔点，采段的分隔点，采用调谐单元构成用调谐单元构成电气隔离电气隔离ATPATP与与ATOATO、车辆、联、车辆、联锁、锁、FTGSFTGS的接口的接口后面有更详后面有更详细介绍细介绍二、ATC设备的组成采用轨道电路传输信息时，采用轨道电路传输信息时，ATP设备的组成设备的组成两套两套ATPATP模块模块两个两个速度速度传感传感 器器 两个两个接收接收天天线线车辆车辆接接口口驾驶驾驶室内室内的操作的操作控制控制单元单元（MMIMMI）显示功能显示功能司机外部接口司机外部接口显示实际

3、速度、最大允显示实际速度、最大允许速度、目标速度、目许速度、目标速度、目标距离、设备运行状态、标距离、设备运行状态、重要故障信息，音响报重要故障信息，音响报警警允许按钮、车门允许按钮、车门释放按钮、确认释放按钮、确认按钮按钮信号处理器信号处理器速度处理器速度处理器ATP车载车载ATP/ATOATP/ATO机柜机柜驾驶室操作台驾驶室操作台车底设备车底设备测速电机测速电机ATP天线1对ATOATO天线天线传感器传感器测速电机测速电机9v测速电机给ATP功能提供输入信息。v该信息对于计算列车的速度、距离、方向信息和保证列车安全都是必需的。v每个驾驶室/车载计算机单元配置一个测速电机，也就是说每列车需

4、要装备两个测速电机。采用轨间电缆传输采用轨间电缆传输ATP信息时，设备的组成信息时，设备的组成采用无线通信传输采用无线通信传输ATP信息时，系统组成信息时，系统组成vATP系统应具有下列主要功能：检测列车位置、停车点防护、超速防护、列车间隔控制（移动闭塞时）、临时限速、测速测距、车门控制、记录司机操。轨旁轨旁功能功能传输功能传输功能车载功能车载功能三、ATP系统的主要功能ATPATP轨旁功能轨旁功能列车安令间隔功能列车安令间隔功能1 1报文生成功能报文生成功能2 2负责列车安全间隔和生成报文负责列车安全间隔和生成报文，完成任务对列车安全运行授，完成任务对列车安全运行授权许可的发布和报文的准备权

5、许可的发布和报文的准备 保持列车之间的最小安全距保持列车之间的最小安全距离，发出运行授权。在进路离，发出运行授权。在进路已经排列，联锁功能中才发已经排列，联锁功能中才发出列车运行授权出列车运行授权. . 完成整理数据、准备和格式完成整理数据、准备和格式化要传送到化要传送到ATPATP车载设备的车载设备的报文，并决定传输方向。报文，并决定传输方向。 .1、ATP轨旁功能v（1）列车安全间隔功能v 列车安全间隔功能负责保持列车之间的最小安全距离，还负责发出运行授权。v 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。v v （2）报文生成功能v 从各种ATP轨旁功能里接收请求，

6、完成整理数据、准备和格式化要送到ATP车载设备的报文，并决定传输方向。v 报文由变量和包含在各变量中的数据结合而成。v v 每个变量由下列三个来源编辑而成：编入ATP轨旁单元的固定数据；从有限的预设选项中选择的可转换数据；ATS功能的可变数据。v 报文转换采用了必要的编码保护协议，它确保ATP车载设备能检测到报文的错误。v 一般报文结构包括：诊断报文头、报文识别码、参数、长度、数据。v2、ATP传输功能v ATP传输功能负责发出报文信号，包括报文和ATP车载设备所需要的其它数据。v 音频轨道电路电流以二进制编码顺序调制。v 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

7、送ATP信息。v 就地对车传输而言，音频轨道电路电流必须由轨道区段的末端，迎着列车运行的方向注入。v 对双向运行的线路，送电点和传输方向必须根据列车的运行方向转换。v 在每个要求本地再同步化的地点，提供同步定位环线。v ATP传输功能的输入是来自ATP轨旁功能的要传输的报文和相应选择传输方向的控制信号。v ATP传输功能的输出是：感应信号沿着整个轨道区段连续地传输信息；信号利用钢轨作为传输天线，以合适的传输方向发出，且只包括报文数据；感应信号利用同步定位环线作为传输天线传输间歇的信号，这个信号提供本地再同步的精确位置信息。v3、ATP车载功能v 车载功能由下列子功能组成：ATP命令解码、ATP

8、监督功能、ATP服务/自诊断功能、ATP状态功能、速度/距离功能，以及司机人机接口功能。v （1）ATP命令解码v 轨旁音频轨道电路将格式化的数据传送到列车上，车载ATP设备要将报文解码，以实现各种ATP功能。v （2）ATP监督功能v ATP监督功能负责保证列车运行的安全。v ATP监督包括：速度监督、方向监督、车门监督、紧急制动监督、后退监督、报文监督、设备监督等。v 速度监督功能v 速度监督功能是超速防护的基础，是最重要的功能。如果实际列车速度超过允许速度加上一个速度偏差值时，列车实施紧急制动。vA、RM速度监督v RM速度监督以限制列车速度达到低速值为目的，这个低速值适用于RM模式，不

9、用于任何其它模式。vB、最大列车允许速度的监督v 以限制列车运行速度到最大允许值（就车辆允许而言）为目的，它在SM、ATO和AR模式中有效。vC、停车点的监督v 以保证列车停车点（不超过停车点）为目的。在SM、ATO和AR模式中，每当前方列车占用的轨道区段内有安全或者危险停车点，该监督有效，在RM模式中，该监督无效。vD、限制速度起始点的监督v 保证列车在起始点就按照速度限制运行。v 在SM、ATO和AR模式中，当前行列车占用区段内的速度限制始点存在时有效，在RM模式中无效。vE、进入速度监督v 进入速度为列车进入前方下一个轨道区段的最大允许速度。v 进入速度监督是保证列车速度同下一轨道区段的

10、最大允许速度和以后的目标一致。这个速度监督在SM、ATO和AR模式中有效，在RM模式中无效。vF、线路允许速度的监督v 线路允许速度由列车头部占用轨道区段的线路允许速度和列车其它部分仍占用的其它轨道区段的线路允许速度决定。v 线路允许速度监督保证列车运行速度同其所在位置的线路允许速度监督一致，在SM、ATO和AR模式中有效，在RM模式中无效。vG、没有距离同步的监督v 没有距离同步的监督是提供安全速度监督，这种监督是特殊情况下不能得到距离同步，而ATP车载设备准许在SM模式或ATO模式而不是RM模式中进行操作。v 授权在以下情况使用： va列车运行不存在从相邻轨道电路产生邻线干扰的危险；vb列

11、车运行前方当前占用轨道区段无停车点；vc使用在当前轨道区段的固定速度限制不小于以前轨道区段的任何速度限制。 v 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。v 速度监督功能的输出：向司机人机接口功能提供（通过列车总线）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（包括紧急制动的使用），以及出错的信息。v 方向监督功能v 方向监督功能的作用是监督列车在“反方向”运行中的任何移动，如果此方向的移动距离超过规定值，那么就会实施紧急制动。v 方向监督功能的输入来源于车载速

12、度/距离功能的移动距离和移动方向。v 方向监督功能的输出在列车制动系统使用紧急制动实施命令，在服务/诊断功能中紧急制动实施记录数据。v 车门监督功能v 如果检测到列车在移动，而车门没有锁在关闭状态，车门监督功能就会实施紧急制动。除了被抑制，车门监督功能在所有驾驶模式中都有效。v 在以下情况实施紧急制动：va：列车移动超过一定距离(0.3m)或速度超过ATP零速度vb：车门接点没有接收到“全部车门关闭信号”v 紧急情况下，当列车停稳，司机按压紧急车门按钮阻止车门监督功能，使得车门在接点故障时，也可以移动列车。v 紧急制动监督功能v 紧急制动监督功能保证接收到紧急制动报文时在最短距离内停车。在SM

13、、ATO和AR模式中，紧急制动监督功能连续有效，在RM模式中无效。v 紧急制动发生在超过最大允许速度值（加上规定的误差）时，或者按压位于车站的紧急按钮时。v 出现下列情况之一时，ATP车载单元实施紧急制动(内部触发紧急制动)：v 超过速度曲线的允许速度；v 超过车辆的最高允许速度；v 位于站台的紧急制动按钮引起的紧急停车；v 传输故障，运行超过10m和5s；v 启动方向错误，车辆后退；v 列车运行时打开车门；v ATP车载设备全面故障。v 外部触发的紧急制动监督功能是保证在ATP车载设备没有使用ATP车载单元的位置信息，而跟随一个外部触发的紧急制动（例如司机发出的）的监督。v 外部触发紧急制动

14、监督功能的输入来自列车制动系统发出的紧急制动实施的警报。v 外部触发紧急制动监督功能的输出发给列车制动系统的紧急制动实施命令，发给服务/诊断功能的紧急制动实施记录数据。v 后退监督v 后退监督功能防止列车后退时超过某特定的距离。v 报文监督功能v 报文监督功能是监测从ATP传输功能接收到的报文。v 报文监督功能的输入是从车载速度/距离功能中得到的列车现在的位置、从ATP传输功能产生的报文。v 报文监督功能的输出发给列车制动系统的紧急制动实施命令，发给服务/诊断功能的紧急制动实施记录数据。v 设备监督功能v 设备监督功能是用来监控ATP车载设备的正常工作，确保当设备故障时的安全，列车不经检查是不

15、允许运行的。v （3）ATP服务/自诊断功能v 负责采集、存储、记录、调用列车数据、状态信息，为ATP监督提供服务，完成ATP车载设备的自诊断。v （4）ATP状态功能v ATP状态功能负责根据主要情况选定正确的状态和模式。v 在列车有电的情况下，ATP车载单元可能处于三种状态中的一种：激活的、待用的、备用的。其中备用状态是暂时的状态。v （5）车门释放功能v 车门释放功能保证当显示安全时允许打开车门，在所有的信号模式中可以连续使用此功能。v 在满足下列条件时可得到车门释放指令：v a：列车已停车在带非安全停车点的预期停车窗内；v b：非安全停车点对应于列车长度；v c：ATP车载单元接收到许

16、可打开车门的报文。v 根据站台的布置，车门释放可以在列车的任意一侧或两侧。v 特殊情况下，列车停稳时司机可按下紧急停车按钮。v 车门释放功能的输入源于：车载速度/距离功能的现行速度和位置、列车长度、ATP传输功能的许可车门打开的报文、紧急车门按钮。v 车门释放功能的输出向ATO功能和司机人机接口功能发出车门释放指示，向车门控制发出车门释放许可。v （6）速度/距离功能v 速度/距离功能基于测速单元的输入，负责测定列车的运行速度、运行距离和运行方向。v 速度/距离功能的输入：从测速单元中获得的读数，从安全数据入口功能中获得的车轮直径数据。v 速度/距离功能的输出通过列车总线用于其它ATP车载功能

17、、ATO功能和司机人机接口功能中。v （7）距离同步功能v 接收到ATP轨旁功能的同步化信息，距离同步功能通过计算在报文中消逝时间内列车运行的部分距离来计算列车前方的位置。v 距离同步功能的输入来自ATP轨旁功能的同步化信息。v 距离同步化功能的输出通过列车总线送至其它车载ATP车载子功能和ATO、司机人机接口功能中。v （8）本地再同步化功能v 对于列车位置高精度要求，提供本地再同步化（例如停车窗和车门释放监督）。这是通过使用预定的同步基准点（同步定位环线的交叉点）实现的。v 本地再同步功能的输入来自报文接收/同步定位环线检测功能的同步定位环线检测。v 本地再同步功能的输出提供当前音频轨道电

18、路内再同步当前位置，使得至其它ATP车载子功能和ATO功能成为可能。v （9）报文接收/同步定位环线检测功能v 作用1：是从ATP轨旁功能接收、解码报文信号。如果报文接收功能确定在传输中出现错误，会以无效而拒收报文，在特定时间/距离之内若没有接收到有效报文，就会触发紧急制动。v 作用2：在轨道中检测同步定位环线，检测到同步定位环线的时间很重要，它用于列车定位本地再同步中。v 报文接收功能的输入来自折返功能的当前轨道电路频率以及ATP轨旁功能的报文。v 报文接收功能输出报文数据，同步定位环线检测功能的输出至本地再同步功能。 v （10）MMI提供信号系统和司机的接口。借助于MMI，司机可以按照A

19、TP系统的指示运行。v 司机人机接口功能包括司机显示功能和司机外部接口。v 司机显示功能v 司机显示功能向司机提供驾驶列车时所需的全部信息。v 司机显示功能的输入来自ATP和ATO功能的当前状态。v 司机显示功能的输出给司机的状态显示。 v 音响报警功能v 当列车速度/位置超过警告速度曲线时发出音响报警。v 音响报警功能的输入是ATP速度曲线、列车实际速度和位置、ATP功能紧急制动实施v的显示。音响报警功能的输出对司机进行音响报警。v 司机外部接口用于司机驾驶操作。 v（11）折返/改换驾驶室功能v 在列车进行折返的情况下，要求司机改换驾驶室。v ATP车载设备必须考虑到使用不同的驾驶操作台，

20、保存有关相对轨旁位置、列车前部和后部的信息。改换驾驶室引起列车前部和后部的互换，ATP车载设备必须相应地调整位置信息。v 使用AR模式的方法是当列车停在站台、车站后的折返轨或可接收到相关报文的任何位置时，进行折返。 v 二、ATP系统的技术要求v 1、ATP系统的基本要求v （1）ATP系统应由列车自动防护的轨旁设备、车载设备和控制区域内的联锁设备组成；联锁设备属于安全系统并纳入ATP系统为典型的系统分类方式。v （2）城市轨道交通必须配置ATP系统，其系统安全失效率指标应优于10-9/h。v （3）闭塞分区的划分或列车运行安全间隔，应通过列车运行模拟确定，并经过列车实际运行校验。v （4）城

21、市轨道交通的ATP系统应采用连续式控制方式。v （5）城市轨道交通宜采用计算机联锁设备。 v 2、ATP车载设备应符合下列规定：v （1）ATP系统导致列车停车为最高的安全准则。v （2）ATP车载设备的车内信号应是行车的主体信号。v （3）ATP执行强迫停车控制时，应切断列车牵引，列车停车过程不得中途缓解，ATP执行的强迫停车控制，包括全常用制动或紧急制动控制等不同方式，但最终控制模式应为紧急制动控制。v （4）车载信号设备与车辆接口电路的布线应与其主回路等环节的高压布线分开敷设并实施防护；与车辆电器的接口应有隔离措施。 v 3、ATP地面设备的技术要求v ATP地面设备应符合下列规定：v

22、（1）ATP地面设备宜采用报文式无绝缘轨道电路或适用于其他准移动闭塞、移动闭塞ATC系统的地面设备，也可以采用模拟式移频轨道电路。v （2）ATC控制区域宜采用无绝缘轨道电路，道岔区段、车辆段及停车场线路可采用有绝缘轨道电路。v （3）ATP地面设备向ATP车载设备传送的允许速度指令或线路状态、目标速度、目标距离等信息，应满足ATP车载设备控制方式和控制精度的需要。 v1、列车检测v2、列车自动限速v3、目标速度和目标距离v4、制动模式v5、测速与测距v6、速度限制v7、常用制动和紧急制动v8、停站v9、车门控制v三、ATP的基本工作原理1.列车检测v采用轨道电路等作为列车检测设备。v当轨道电

23、路区段空闲时，发送轨道电路检测电码，此时轨道电路是检测是否空闲，检测结果送往联锁装置v当轨道电路被占用时，信息发送到轨旁ATP，由轨旁ATP发到中央系统，再由中央系统发速度信息给车载ATP轨道电路轨道电路被占用被占用轨旁轨旁ATPATP中央系统中央系统车载车载ATPATP2 .列车自动限速联锁和轨道空闲检测系统ATP车载系统ATP轨旁单元司机室显示器（TOD）（测速装置测量） 实际速度实际速度允许速度 ATP车载设备发出制动 当实际速度允许速度 自动缓解3.目标速度和目标距离v目标距离原理（如右图）ATP轨旁设备向在其控制范围内的列车分配一个“目标距离”，再由轨道电路生成代码（图中编码仅表示列

24、车B前方未被占用的轨道电路的数目），通知列车前方有多少个为占用的区段，接着，车载ATP车载设备调用存储器里的信息，决定在列车任何时刻列车的运行速度和可以运行的最远距离，确保在抵达障碍物或限制区之前安全停车。车速车速列车列车B B列车列车A A6+4.制动模式v列车制动控制模式分为分级制动模式和一级制动模式。 v分级制动模式又分为阶梯式和曲线式。制动模式分级制动一级制动 阶梯式 曲线式4.制动模式v（1）分级制动 分级制动是以闭塞分区为单元，根据与前行列车的运行距离来调整列车速度，分级制动模式又分为阶梯式和曲线式。 阶梯式分级制动模式俗称大台阶式。它将一个列车全制动距离划分为34个闭塞分区，每一

25、闭塞分区根据与前行列车的距离来确定限速值。当列车速度高于检查值时，列车自动制动。阶梯式分级制动模式的曲线如图所示。固定闭塞模式的ATC通常采用阶梯式分级制动模式。 4.（1）分级制动 v阶梯式分级制动模式虽然构成较为简单，但具有较多缺点：阶梯式制动阶梯式制动模式的缺点模式的缺点（2 2）列车接近前行列车时遇）列车接近前行列车时遇到保护区段，司机难以区分到保护区段，司机难以区分哪一个闭塞分区有哪一个闭塞分区有车占用，车占用，容易造成混乱；容易造成混乱；（1)1)设有防护区设有防护区段，会影响通过段，会影响通过 能力；能力；(3)(3)由于其在闭塞分区出由于其在闭塞分区出口处才给出下一闭塞分口处才

26、给出下一闭塞分区的允许入口速度，司区的允许入口速度，司机有时会措手不及。机有时会措手不及。（4 4）列车在进站信号机）列车在进站信号机前停车或进站停车时，司前停车或进站停车时，司机怕机怕“撞墙撞墙”引起紧急制引起紧急制动，往往要压低速度运行，动，往往要压低速度运行，影响运输效率。影响运输效率。阶梯式分级制动模式不能满足高密度行车的需要，于是改为速度-距离模式曲线制动模式。 模式曲线是根据该闭塞分区提供的允许速度值以及列车参数和线路常数由车载计算机计算出来的（或将各种制动模式曲线储存调用）。模式曲线制动模式的速度曲线如图所示。准移动闭塞制式的ATC通常采用曲线式分级制动模式。4.制动模式v(2)

27、一级制动v 一级制动是按目标距离制动的。根据距前行列车的距离或距运行前方停车站的距离，由控制中心根据目标距离、列车参数和线路参数计算出列车制动模式曲线，或由车载计算机予以计算，按制动模式曲线控制列车运行。v 信息传输分数字编码轨道电路传输和无线传输两种方式。无论何种方式传输信息必须包括目标距离、列车参数和线路允许速度。v 一级制动速度曲线如图2所示。移动闭塞制式的ATC通常采用一级制动模式。5、测速与测距v ATP子系统车载设备利用安装在轮轴上的测速传感器检测列车的实际速度，并在驾驶室内显示该速度值。测距是通过记录车轮转数和预知的车轮直径加以换算而实现的。对于不准确的列车位置/速度测量，如车轮

28、空转、蠕滑、抱死等引起的误差可进行修正。 5.测速与测距（1）测速常用的测速方法有以下几种：v1、车载设备自测:v测速发电机v路程脉冲发生器v光电式传感器v霍尔式脉冲转速传感器v2、系统测量:v卫星测速v雷达测速5.测速与测距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。 5.测速与测距 路程脉冲发生器 核心部件是一个16极的凸轮,随着车轮的转动,发生一系列脉冲,只要在一定时间内记录下脉冲的数目,既能换算成列车的实际速度。 光电式传感器 应用光电

29、传感技术，它有一个多列光圈盘，随着车轮的转动，光线不断的通过和被阻挡，使光电式传感器产生电脉冲，记录脉冲数目来测量车速。5.测速与测距v霍尔式脉冲转速传感器工作原理v采尔效应原理实现的一种测速方法,其基本原理是车轮旋转计数5.测速与测距l（2）测距含义:测距是通过测速与轮径完成的，距离测量系统记录车轮旋转的次数，考虑运行方向和轮径，计算出列车走行的距离。l 信标（APR)测距法：采用信标来进行测距，信标沿线路等间距放置，都由装在列车上的发射应答器读取，每个信标都由一个独一无二的识别号，存储在ATP/ATO系统储存器中，这个系统可以确保在指定范围内对转速传感器发出的信号进行自动重新校正，也能进一

30、步确定列车位置。6.速度限制 速度限制分为固定限速、临时限速、在道岔或道岔前限速、具有短安全轨道停车点限速速度限制速度限制固定限速固定限速临时限速临时限速 固定限速是在设计阶段设置的固定限速是在设计阶段设置的，车载，车载ATPATP和和ATOATO都储存着整条线路都储存着整条线路上的固定限速区信息，速度梯降为上的固定限速区信息，速度梯降为1km/h1km/h。他决定目标距离工作模式下。他决定目标距离工作模式下的可能给出的最优行车间隔的可能给出的最优行车间隔限制速度在某些条件下限制速度在某些条件下( (施工现场、临时危险点施工现场、临时危险点) )可以被降低。可以被降低。临时限制区段范围总是限制

31、在一个临时限制区段范围总是限制在一个或多个轨道电路。或多个轨道电路。 在紧急情况下，通过特殊速度码，可立即在紧急情况下，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将任何一段轨道电路上的速度设置为25km/h25km/h。这。这些应答器允许以些应答器允许以5km/h5km/h为一个阶梯，降到为一个阶梯，降到25km/h25km/h。在带有允许临时速度限制的编码的轨道电路里，在带有允许临时速度限制的编码的轨道电路里，可通过设置信标来实施。可通过设置信标来实施。7.常用制动和紧急制动 列车常用制动是列车在正常行驶过程中，由列车的制动系统施加给列车的制动。 列车紧急制动是列车在超速行驶，或

32、遇到其他不正常会危及列车行车安全的情况时，对列车施加的制动。 列车紧急制动时所产生的制动力，是列车的制动系统所能提供的最大制动力。 一旦对列车施加了紧急制动，中途不得缓解，等列车收到速度码，通过特殊处理才能将紧急制动从列车上解除。v下列情况会实施紧急制动：v在列车超速、后退、移动时车门打开等的情况下，直接由ATP功能提供防护；v 在故障情况下（例如在需要报文时，不能接收到报文），直接由ATP功能作为安全防护；v 由司机或牵引控制设备执行，不依靠ATP功能。8.停站（一）车站程序停车（一）车站程序停车 线路上的车站都有预先确定的停站时间间隔。控制中心ATS监督列车时刻表，计算需要的时间以保证列车

33、正点到达下一个车站，控制中心能通过集中站ATS缩短或延长车站停站时间。在控制中心要求下，列车可跳过某车站。8.停站 设置站台屏蔽门时，车门的开度和屏蔽门的开度要配合良好。车站定点停车是靠一组地面标志线圈提供至停车点的距离信息，标志线圈设置的多少可视定位停车精度而异，一般为34个。 350m350m和和150m150m标志线圈成对布置，具有方向性。标志线圈成对布置，具有方向性。无源标志线圈具有固定的谐振频率，列车经过时与无源标志线圈具有固定的谐振频率，列车经过时与车载标志线圈产生谐振。有源标志线圈能发送特定车载标志线圈产生谐振。有源标志线圈能发送特定的频率信号。的频率信号。谐振频率：在含有电容和

34、电感的电路中，如果电容和电感并联，可能出现在某个很小的时间段内：电容的电压逐渐升高，而电流却逐渐减少；与此同时电感的电流却逐渐增加，电感的电压却逐渐降低。9、车门控制车载定位天线车载定位天线地面定位天线地面定位天线ATPATP轨旁设备轨旁设备列车列车屏蔽门屏蔽门停稳信号停稳信号车门开启命车门开启命令令站台定位接收站台定位接收器器打开信号打开信号开车门、屏蔽门程序图9、车门控制地面停站控制单元地面停站控制单元ATPATP轨旁设备轨旁设备司机司机启动启动关门信号关门信号车门、屏蔽车门、屏蔽门门关闭关闭 列车停靠站台精度若超出规定范围，列车允许以小于5km/h的速度移动。 列车两边的车门开启命令由轨

35、旁ATP系统取得。 车站检查了屏蔽门已关好以后才允许ATP子系统向列车发送运行速度命令信息。同时列车检查车门已关后，按收到的速度命令出发。v 六、ATP的运行特性v 1、危险点和保护区段v 危险点是不能越过的轨道区段的始端或已占用的轨道区段的始端。v ATP保护区段必须在危险点处终止。v v 2、安全停车点和运营停车点v 安全停车点是在危险点的基础上定义的。v 运营停车点是对列车应停车的车站设置的。v 安全和非安全停车点，在ATP轨旁单元中按相互独立处理。仅非安全停车点可应ATS请求而取消。v3、输入数据v 生成报文所需的数据由联锁设备、轨道空闲检测设备、相邻轨旁ATP单元和紧急关闭按钮提供。

36、v4、列车方向保证v 列车的方向由司机控制台上方向开关的状态控制。ATP根据由两个速度传感器接收到的速度脉冲，安全地确定列车的方向。v5、出入车辆段的运行v （1）进入车辆段v 以ATO模式或SM模式接近车辆段，且要求列车停在车辆段入口附近。v （2）车辆段内的正常驾驶v 在车辆段内，只能使用RM模式。ATP功能不监督驾驶方向。v （3）从车辆段发车v 在有效的驾驶室用总钥匙打开ATP和ATO车载单元。只要没接收到报文，ATP就认为列车在车辆段内，并保持在RM模式中。v v 当从车辆段向正线行驶时，要求使用RM模式，当列车一进入正线前的转换轨，就会接收到从轨道电路发来的报文，ATP车载单元就会

37、自动转换至SM模式。如满足转换到ATO模式的全部条件，ATP车载单元可以转换到ATO模式。小结vATP概念、组成vATP主要功能vATP基本原理79 人工驾驶列车运行时，列车驾驶员操纵列车驾驶手柄，控制列车运行，实现列车加速、减速和停车。 任务2 ATO系统基本原理v一、ATO系统基本概念v 列车自动驾驶系统，即ATO系统。v 主要用实现“地对车控制”，即用地面信息实现对列车驱动、制动的控制，包括列车自动折返。v 根据控制中心指令自动完成对列车的启动、牵引、惰行和制动，送出车门和屏蔽门同步开关信号，使列车按最佳工况正点、安全、平稳。 ATO为非故障-安全系统，其控制列车自动运行，主要目的是模拟

38、最佳司机的驾驶，实现正常情况下高质量的自动驾驶，提高列车运行效率，提高列车运行的舒适度，节省能源。v ATO系统采用的基本功能模块和ATP系统相同。 ATO系统实现列车自动驾驶，它需要ATP系统和ATS系统提供支持。 ATP系统向ATO系统提供列车的运行速度、线路允许速度、限速和目标速度，以及列车所处位置等基本信息； ATS系统向ATO系统提供列车运行作业和计划。v二、ATO系统的组成v 列车自动驾驶系统由车载设备和轨旁(地面)设备组成。 1列车自动驾驶系统车载设备 列车自动驾驶系统车载设备包括车载ATO模块、ATO车载天线、人机界面。车载车载ATO模块模块轨旁辅助定位系统轨旁辅助定位系统 (

39、1)车载ATO模块 ，列车自动驾驶系统的核心部分，车载ATO模块从车载ATP子系统获得必要的信息，如列车运行速度和列车位置等，车载ATO模块软件对这些数据进行实时处理，计算出列车当前所需的牵引力或制动力，对列车施加牵引或制动，对列车进行实时控制。 ATO工作原理图工作原理图 ATP车载设备接口车载设备接口 车载ATO模块与列车的牵引和制动系统相互作用，实现列车在站台区精确对位停车。 (2) ATO车载天线(ATO接收天线和ATO发送天线) 列车自动驾驶系统的车载模块与地面设备之间的信息交换是通过ATO车载天线来完成，以实现列车自动驾驶系统与列车自动监控系统(ATS)之间的信息交换。 从列车向地

40、面发送的信息。列车自动驾驶系统车载模块通过ATO车载天线向地面列车自动监控系统发送的信息有列车识别号信息（车组号、车次号、目的地编码）、列车运行方向、列车车门状态、车轮磨损指示、列车车轮打滑和空转、车载ATO模块状态和报警信息等。 从地面向列车ATO车载设备发送的信息。从地面向列车ATO车载设备发送的信息有列车开关门命令、列车车次号确认、列车测试指令、车门循环测试、主时钟参考信号、跳停扣车指令和列车运行等级等。 (3)人机界面 列车驾驶员通过人机界面可以将列车运行的模式选择为“ATO”，起动列车在ATO模式下运行。 ATO系统系统 2列车自动驾驶系统地面设备 列车自动驾驶系统地面设备由地面信息

41、接收发送设备和轨道环线组成。 这些地面设备接收来自列车ATO车载天线所发送的信息，并把ATS有关信息通过轨道环线发送到线路上，由列车ATO车载设备进行接收和处理。ATO车站环路接口柜 ATO数据环路接口柜 列车自动运行（ATO）地面系统 v三、ATO系统的主要功能v1.ATO 系统基本控制功能：自动驾驶、无人自动折返、车门打开。(三个功能独立)v2. 服务功能包括：列车位置、允许速度、巡航/惰行、PTI支持功能。1. ATO 系统基本控制功能（1）自动驾驶功能 自动调整列车运行速度 ATO 车载控制器通过比较实际列车运行速度及 ATP 给出的最大允许速度及目标速度， 并根据线路的情况， 自动控

42、制列车的牵引及制动， 使列车在区间内的每个区段始终控制速度 (ATP 计算出来的限制速度减去 5km/h)运行，并尽可能减少牵引、惰行和制动之间的转换。1. ATO 系统基本控制功能： 停车点的目标制动 车站停车点作为目标点，车站停车点由 ATP 轨旁单元和 ATS 系统控制。当停车特征被 启动后，ATO 系统基于列车速度、 预先决定的制动率和距停止点的距离计算出个制动曲线， 采用最合适的减速度(制动率)使列车准确、 平稳地停在规定的停车点。 列车定位系统相配合， 可使停车位置的误差达到 0.25m。 假如列车超过了停车点，ATP 准许后退一定距离。如果超过后退速度限制值，向列车司机发出声音和

43、视觉报警。 1. ATO 系统基本控制功能： 从车站自动发车当发车安全条件符合时(在 ATO 模式下，关闭了车门，这由 ATP 系统监视)，ATO 系统 给出启动显示，司机按下启动按钮，ATO 系统使列车从制动停车状态转为驱动状态。 在自动驾驶模式下，必须具备下列条件，列车才能从车站出发： 1)与ATP有效的通信(即无连接故障)； 2)有效的目的地ID； 3)有效的轨道电路ID(来自ATP)； 4)有效的驾驶员ID： 5)非零速限制(来自ATP)； 6)有效的车辆方向东西(来自ATP)； 7)在出发测试期间没有检测到故障； 8)列车必须位于车站轨道电路、折返轨道电路、车辆段转换轨电路或试车线。

44、1. ATO 系统基本控制功能： 区间内临时停车 由 ATP 系统给出目标点位置(例如前方有车)及制动曲线，并将数据传送给 ATO 系统车 载单元，ATO 系统得到目标速度为“0”的速度信息后自动启动列车制动器，使列车停稳在目标点前方 10m 左右。此时车门还是由 ATP 系统锁住的。 一旦前方停车目标点取消，速度信息改为进行码后，ATO 系统使列车自动启动。1. ATO 系统基本控制功能： 限速区间 临时性限速区间的数据出轨道电路报文传输给 ATP 车载设备， 再由 ATP 车载设备将减速命令经 ATO 系统传达给动车驱动、制动控制设备。 此时 ATO 车载设备的功能犹如 ATP 系统与驱动

45、、制动控制设备之间的一个接口。 1. ATO 系统基本控制功能：v(2) 无人自动折返 v 无人自动折返是一种特殊情况下的驾驶模式， 在这种驾驶模式下无需司机控制， 而且列车上的全部控制台将被锁闭。 从接收到无人驾驶折返运行许可时，就自动进入 AR 模式。授权经驾驶室 MMI 显示给 司机，司机必须确认这个显示，并得到授权，锁闭控制台。 v 只有按压站台的AR按钮，才能实施无人自动折返。v 无人自动折返功能的输入是来自车载速度/距离功能的列车当前的速度和位置以及 ATP 速度曲线。 v 无人自动折返功能的输出至列车制动和牵引控制系统的命令。1. ATO 系统基本控制功能：v （3）自动控制车门

46、开闭v 由ATP系统监督开门条件，当ATP系统给出开门命令时，可以按事前的设定由ATO系统自动地打开车门，也可以由司机手动打开正确一侧的车门。车门的关闭只能由司机完成。v 车门打开功能的输入是来自ATP功能的车门释放、运行方向和打开车门的数据，以及来自ATS功能的确定目的地号。v 车门打开功能的输出将车门打开命令发给负责控制车门的列车系统。2. ATO 系统服务功能vATO系统服务功能组成：v列车位置v允许速度v巡航/惰行功能vPTI 支持功能ATO服务功能v(1)列车位置v 列车位置功能从ATP功能中接收到当前列车的位置和速度等详细信息。v 列车位置功能的输入来自ATP功能的列车当前速度和位

47、置、轨道电路信息的变化、测速单元的读入、轨道中同步标记的检测及SYNCH环线。v 列车位置功能的输出用作校正列车位置信息。 ATO服务功能v(2)允许速度v 允许速度功能为ATO速度控制器提供列车在轨道任意点的对应速度值。v 允许速度功能的输入来自ATP功能的轨道当前位置的速度限制，以及列车制动曲线。v 允许速度功能的输出至ATO速度控制器。ATO服务功能v(3)巡航/惰行功能 巡航/惰行功能的任务是按照时刻表自动实现列车区间运行的惰行控制， 同时节省能源， 保证最大能量效率。 ATO 巡航/惰行功能协同 ATS 中的 ATR (列车自动调整)功能，并通过确定列车运行时间和能源优化轨迹功能实现

48、巡航/惰行功能。 确定列车运行时间的功能 能源优化轨迹功能ATO服务功能v确定列车运行时间的功能v 由ATO和ATR功能确定的列车运行时间，通过车站轨道电路占用完成同步。v 确定列车运行时间功能的输入来自ATC轨旁功能的轨道电路占用报文，以及通过ATC轨旁和ATP车载功能来自ATR功能的运行时间命令。v 确定列车运行时间功能的输出至能源优化轨迹功能的到下一站停车点的有效运行时间。 v 能源优化轨迹功能v 能源优化轨迹功能的计算要考虑加速度、坡度制动以及曲线制动。v 能源优化轨迹功能的输入来自确定列车运行时间功能的至下站可用的列车运行时间、ATO存储器的轨道曲线、ATP功能的ATP静态速度曲线。

49、v 能源优化轨迹功能的输出至ATO速度控制器的速度距离轨迹。v 实际运行速度曲线在ATP限制速度曲线以下，在一个较小的速度范围内波动，使得列车以接近ATP限制速度运行，最有效提高列车运行效率，降低列车能耗，减少列车在牵引、惰行和制动状态之间的不断切换次数，有效提高乘客的舒适度。ATO服务功能v（4）PTI支持功能v PTI支持功能是通过多种渠道传输和接收各种数据，在特定的位置，传给ATS，向ATS报告列车的识别信息、目的号码和乘务组号，以及列车位置数据，以优化列车运行。v PTI功能是由车载设备和轨旁设备实现的。由ATC车载设备提供的数据，通过ATO功能，传输到PTI的轨旁设备，进而传给ATS

50、。v PTI是一个非安全功能。小结vATO概念、组成vATO的基本功能v 四、ATO系统的基本工作原理v 1、列车自动驾驶v ATO中有一套最大安全速度数据，与ATP的最大安全速度数据相互独立，这一速度要小于ATP的最大安全速度。v 车载ATO自动控制列车牵引和制动系统，需要从ATP来的数据：v从轨旁ATP单元传来的ATP命令(运行授权)；v测速单元提供的列车位置和实际速度；v位置识别和定位系统的信息；v列车长度；vATS通过轨旁单元发送的发车命令和下一车站的计划到达时间。v 如果ATO自检测成功完成，且ATP设备释放了自动驾驶，信号显示“ATO启动”，可以实施ATO驾驶。v ATO系统执行的

51、自动驾驶过程是一个闭环反馈控制过程。v ATO模式在以下条件下被激活；v ATP在SM模式中；v 已过了车站停车时间(运营停车点被释放)；v 车门关闭；v 驾驶手柄处于零位。v 司机通过按压起动按钮开始ATO模式，列车加速度达到计算的速度曲线。假如其中一项条件不能满足，启动无效，ATO设备将自动控制常用制动使列车运行跟随制动曲线。v 2、车站程序停车v 线路上的车站都有预先确定的停站时间间隔。控制中心ATS监督列车时刻表，计算需要的停站时间以保证列车正点到达下一个车站。v 控制中心能通过集中站ATS(具有ATS的车站)缩短或延长车站停站时间，如果控制中心离线，集中站ATS预置一个缺省的停站时间

52、，该时间是可编程的。v在控制中心要求下，列车可跳过某车站。这一跳停命令由控制中心通过集中站ATS传给列车。 ATS具备所有车跳停下一站和取消所有跳停下一站的功能。 跳停命令可在跳停的车站之间的任何有定位环线的车站取消。 一旦列车处于要跳停的车站的环线范围内时，跳停本站的命令不能取消。v 3、车站定位停车v 车站精确停车通过在车站区域的轨道电路标识、分界过渡和ATO环线变换来进行。v 当停车特征启动后，ATO基于列车速度、预先确定的制动率和距停止点的距离计算制动特征。v 一旦列车停车，ATO会保持制动，以免列车运动。v ATO可以与站台屏蔽门（PSD）的控制系统全面接口，保证列车的精确和可靠地到

53、站停车。v 4、车门控制v ATO只有在自动模式下才执行车门开启。在手动模式，由司机进行车门操作 。v 列车的定位天线连接至车辆定位发送器和接收器，车站站台定位环线位于线路中央，连接站台定位发送器和接收器。v开车门、屏蔽门v(1) 只有当列车停于定位停车的允许精度范围内，车辆定位接收器收到站台定位发送器送来的列车停站信号，ATO系统确认列车已到达确定的定位区域，这时ATO系统发出“列车停站”信号给ATP系统，以保证列车制动。v 2)ATP系统检测到零速度，通过列车定位发送器向地面站台定位接收器发送ATP列车停车信号，站台接收器检测到此信号进行译码，使地面“列车停站”继电器开始工作； v 3)车

54、站轨道电路ATP发送器发送允许开门(左车门或右车门)的信号；v 4)车辆收到允许开门信号，使相应门控继电器工作，并提供相应广播和允许开门的信号显示。v 5)此时驾驶员按压与此信号显示相一致的门控按钮才能打开规定的车门；v 6)车辆定位发送器改发打开屏蔽门信号，当站台定位接收器收到此信号后，打开屏蔽门继电器吸起，使与列车车门相对应的屏蔽门打开；v关车门、屏蔽门v 7)列车停站时间结束，地面停站控制单元启动车站ATP模块，轨道电路停发开门信号，使门控继电器落下；v 8)驾驶员按压关门按钮，关闭车门，同时车辆停发打开屏蔽门信号；v 9)车站检查屏蔽门已关闭并锁好后，允许ATP系统向轨道电路发送运行速

55、度命令信息；v 10)车辆收到速度命令，并检查车门已关闭并锁好，ATO发车表示灯点亮，列车按照车载ATP收到的速度命令进行出发控制。v 如果车门控制系统遇到在发出车门关闭请求后车门关闭被阻止的妨碍时，车门将会循环关闭。v 5、轨旁/列车数据交换v 列车与轨旁的通信是非安全的。v 列车发到轨旁的数据：分配列车号；目的地；车门状态；车轮磨损表示（从ATP到控制中心）；在接近车站时制动所产生的过量车轮滑动；紧急情况或异常情况。v 轨旁发到列车的数据；车辆车门开启命令；列车号的确认；列车长度；性能修改数据；出发测试指令；车门循环测试；主时钟参考信号；跳停指令；搁置命令；申请车载系统和报警状态。v 6、

56、性能等级v 性能等级是列车标识的一部分，可以被中央ATC修改。列车从轨旁接收到由中央ATC所确定的性能等级。性能等级由速度限制、命令的加速、预定的减速构成。v 7、滑行模式v 滑行模式是一种额外的性能等级，其要求是级别1到5处于有效状态，并且当申请滑行时，目标速度大于40km/h。 ATO与ATP的关系不论是由司机手动驾驶还是由ATO系统自动驾驶，ATP系统始终是执行其速度监督和超速防护功能。可以这样认为：手动驾驶=司机人工驾驶+ATP系统；自动驾驶=ATO系统自动驾驶+ATP系统。ATP是ATO的基础，ATO不能脱离ATP单独工作，必须从ATP系统获得基础信息。只有在ATP的基础上才能实现A

57、TO，列车安全运行才有保证。ATO是ATP的发展和技术延伸，ATO在ATP的基础上实现自动驾驶，而不仅仅停留在超速防护的水准上。小结v1、ATO系统有哪些主要功能？v2、ATO和ATP的关系？ 列车自动监控系统是城市轨道交通信号系统的一个重要组成部分，英文称为Automatic Train Supervision System，简称ATS系统。 ATS系统利用可靠的网络结构，与列车自动防护系统（ATP）和列车自动驾驶系统（ATO）一起完成对全线列车运营的管理和监控功能。ATS系统的功能主要包括监督和控制两部分。一、ATS系统基本概念任务3 ATS系统基本原理认知监督功能监督功能：ATS系统将列

58、车运营的状态和信息，通过控制中心或车站的调度终端实时显示出来，调度员可以通过这些终端屏幕，实时了解和掌握列车的实际运行情况，以便及时对行车作业进行分析和调整，保证全线运营安全高效有序进行。控制功能控制功能： ATS向ATP和ATO系统发出指令办理进路，指挥列车按照列车运行图来运行。 ATS可以绘制列车实际运行图，并动态的对偏离运行图的列车进行调整。vATS系统功能主要包括：时刻表编辑、列车运行监视、列车自动调整、自动排列进路等。vATS工作方式为集中管理，分散控制。车站级ATS用来有关车站值班员显示本轨道的当前状态，并作为中心ATS的后备。vATS系统能与ATP系统、计算机联锁设备或继电联锁设

59、备配套使用，并有与时钟系统、旅客向导系统和综合监控系统的接口。vATS系统负责监控列车的运行，是非安全系统。v控制中心设备v车站设备v车辆段设备v列车识别系统(PTI)v列车发车计时器(TDT)二、ATS系统的组成其中，控制中心ATS设备是ATS系统的核心部分vATS配置原理1.控制中心设备v中心计算机系统、综合显示屏、调度员及调度长工作站、运行图工作站、培训模拟工作站、绘图仪和打印机、维修工作站、UPS及蓄电池。v综合显示屏、调度员及调度长工作站设于主控制室；v控制主机、通信处理器、数据库服务器、维修工作站设于设备室；v运行图工作站设于运行图室；v绘图仪和打印机设于打印室；v培训模拟工作站设

60、于培训室；vUPS设于电源室；v蓄电池设于蓄电池室。(1)中心计算机v中心计算机系统包括：控制主机、COM通信服务器、ADM服务器、TTE服务器、局域网及各自的外部设备。v为保证系统的可靠性，主要硬件设备均为主备双套热备方式，可自动或人工切换。系统能满足自动控制、调度员人工控制及车站控制的要求。(1)中心计算机va： COM服务器采集并处理来自SICAS联锁和外围设备的动态数据。v自动操作和控制功能运行在这两个服务器上。如自动列车跟踪、自动进路设置、列车自动调整，并且可以由调度员进行控制。vCOM服务器执行以下功能：v处理来自SICAS联锁和外围设备的动态数据；v列车监视和追踪；v自动进路排列