项目1-ATC系统认知

城轨列车运行控制系统维护列车自动防护系统ATP列车自动驾驶系统ATO列车自动监控系统ATSAutomaticTrainProtectionAutomaticTrainOperationAutomaticTrainSupervision一、ATC系统的组成

ATP（AutomaticTrainProtection，简称ATP）子系统的主要功能是通过车载ATP系统和地面设备间的信息传输，来实现列车的安全间隔控制、超速防护及车门控制,保证行车安全。列车自动防护系统(ATP)

ATO(AutomaticTrainOperation，简称ATO)子系统主要完成站间自动运行、列车速度调节和进站定点停车,并能接受控制中心的运行调度命令,实现列车的运行自动调整。

列车自动运行系统(ATO)

ATS(AutomaticTrainSupervision，简称ATS)子系统的主要功能是监控列车运行状态,采用软件方法实现联网、通信及列车运行管理自动化。列车自动监控系统(ATS)ATC系统包括三个原理功能：1、ATS功能2、ATP/ATO功能3、PTI功能二、ATC系统的功能

可自动或由人工控制进路，进行行车调度指挥，并向行车调度员和外部系统提供信息。ATS功能主要由位于OCC内的设备实现。操纵人员：行车调度员。1、ATS功能

在联锁功能的的约束下，根据ATS的要求实现列车运行的控制。ATC功能有三个子功能：ATP/ATO轨旁功能、ATP/ATO传输功能和ATP/ATO车载功能。2、ATP/ATO功能

ATP/ATO轨旁功能负责列车间隔和报文生成；

ATP/ATO传输功能负责发送感应信号，它包括报文和ATC车载设备所需的其他数据；

ATP/ATO车载功能负责列车的安全运营、列车自动驾驶，且给信号系统和司机提供接口。2、ATC(ATP/ATO)功能

通过多种渠道传输和接收各种数据，在特定的位置(通常设置在列车进入正线的入口处)传给ATS，向ATS报告列车的识别信息、目的号码和乘务组号和列车位置数据，以优化列车运行。PTI功能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。3、PTI功能小结ATC的组成ATC的功能行车组织方法：时间间隔法：间隔一定时间发车。对安全和效率不利。空间间隔法：当列车进入区间后，就把它“封闭”起来，不允许再向这个区间发车，以防止列车正面冲突或追尾。

站台站台一、闭塞的基本概念⒈闭塞：为了保证区间内列车运行安全和效率，防止列车发生对向冲突或同向追尾，而规定的区间两端车站在向区间发车前必须办理的行车手续，叫行车闭塞，简称闭塞；⒉闭塞设备：用于完成闭塞手续的设备即闭塞设备。那么，怎样才能保证在同一个区间同一时间内只有一趟列车运行呢？

问题：⒊闭塞的制式

⑴早期美国的铁路曾采用在车站设置球形信号机的方法。挂白球表示发车，挂黑球表示停车，而两站间用航海望远镜了望。1851年电报问世，美国纽约—艾利，开始采用电报闭塞。我国唐山－芦台也采用了电报闭塞。上述闭塞方法均为人工控制，俗称人工闭塞、信用闭塞、良心闭塞。2)电气路签闭塞1878年英国泰亚发明电气路牌机。此方法曾在我国2万公里的铁路线广泛应用。路签（牌）是占用区间的凭证相邻两站同时只能取出一个路签（牌）⑶半自动闭塞

以出站信号机开放作为区间占用的凭证，发车站值班员办理闭塞手续后，方能开放出站信号机，列车出发压上轨道电路信号机自动关闭，实现闭塞。⑷自动闭塞自动闭塞是在列车运行中自动完成的，它是将一个区间划分成若干个闭塞分区，在每个闭塞分区的分界点处设通过信号机，列车运行借助轨道电路接触发生作用，自动变换通过信号机的显示。自动闭塞的闭塞凭证为出站或通过信号机的允许信号，闭塞区间为出站信号机和通过信号机之间的闭塞分区。二、自动闭塞的显示制式⒈二显示自动闭塞红色灯光：前方闭塞分区有车占用，停车，不允许越过信号机；绿色灯光：前方闭塞分区无车占用，按规定速度前进。⒉三显示自动闭塞红色灯光：前方闭塞分区有车占用，停车，不允许越过信号机；黄色灯光：前方仅有一个闭塞分区空闲，减速通过；绿色灯光：前方闭塞分区无车占用，按规定速度前进。⒊四显示自动闭塞红色灯光：前方闭塞分区有车占用，停车，不允许越过信号机；黄色灯光：前方仅有一个闭塞分区空闲，低速列车减速通过；黄绿色灯光：前方有两个闭塞分区空闲，高速列车减速通过；绿色灯光：前方至少闭塞分区无车占用，按规定速度前进。不同闭塞制式的ATC系统

按照闭塞模式，城市轨道交通的ATC可以分为3.移动闭塞2.准移动闭塞1.固定闭塞列控系统采取的不同控制模式会产生不同的闭塞制式。列车间的追踪运行间隔越小，运输能力就越大。固定闭塞将线路划分为固定的闭塞分区，不论是前、后列车的位置还是前、后列车的间距，都是用轨道电路等来检测和表示的。线路条件和列车参数等均需在闭塞设计过程中加以考虑，并体现在地面固定区段的划分中。不同闭塞制式的ATC系统1.固定闭塞21固定闭塞ATC系统

固定闭塞速度码模式（台阶式）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。

目标距离码模式（曲线式）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，他们具有较大的信息传输量和较强的抗干扰能力。不同闭塞制式的ATC系统不同闭塞制式的ATC系统轨道电路工作稳定性容受环境影响，如道床阻抗变化、牵引电流干扰等固定闭塞存在以下缺点轨道电路传输信息量小。利用轨道电路难以实现车对地的信息传输闭塞分区长度是按照不利条件设计的，分区较长，且一个分区只能被一列车占用，不利于缩短列车行车间隔。无法知道列车在某一分区内的具体位置。不同闭塞制式的ATC系统2.准移动闭塞移动闭塞定位方式固定闭塞定位方式能够了解其具体位置仅知道其在哪个分区内速度限制有一个阶跃式上升当其移动并出清一个分区后续列车对自身前行列车速度限制为连续式变化当其静止一般是以数字信号技术为基础，利用钢轨或环线等作为车地信息的传送载体。由于信号传输、处理过程的数字化，使系统具有信息量大，抗干扰能力强的特点。轨道电路可以向列车传递足够用于列车连续曲线速度控制的信息（包括目标速度、目标距离、线路状态、线路允许速度、轨道电路标号及长度等），车载设备可以实现对列车的连续曲线速度控制。不同闭塞制式的ATC系统2.准移动闭塞该系统减少了阶梯式控制的安全保护距离对列车运行间隔的影响，提高了列车控制的精度和行车效率，使得司机在驾驶中比较轻松，不需要进行频繁的制动、牵引，可以达到较好的节能效果，提高乘客的乘坐舒适度。不同闭塞制式的ATC系统2.准移动闭塞移动闭塞的追踪目标点是前行列车的尾部，当然会留有一定的安全距离，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，而制动的起始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，所以称为移动闭塞。其追踪运行间隔要比准移动闭塞更小一些。不同闭塞制式的ATC系统3.移动闭塞不同闭塞制式的ATC系统（2）移动闭塞的特点制动的起点和终点是动态的，与轨旁设备数量及行车间隔关系不大没有固定分区，行车间隔是动态的，并随前一列车的移动而移动，速度限制连续变化。列车间隔按照后续列车在当前速度下所需的制动距离加上安全余量计算而得。可实现车地双向通信，易于实现无人驾驶。舒适先进可实现较小的行车间隔高效灵活安全四、不同闭塞制式的ATC系统（3）移动闭塞的技术优势安全关联计算机采用3取2或2取2冗余配置，可保证故障安全。数据通信对所有的子系统透明可以与无人驾驶结合，避免司机误操作或延误，从而提高效率车地双向通信，实时提供列车的位置及速度等信息。模块化设计，核心部分采用软件实现，硬件数量大大减少CBTC（communicationsbasedtraincontrol）不同闭塞制式的ATC系统不同闭塞制式的ATC系统（5）移动闭塞系统的ATC分类不同闭塞制式的ATC系统基于电缆环线基于无线通信直接序列扩频跳频扩频方式自由空间波裂缝波导管漏泄电缆等按无线扩频通信方式按传输媒介按传输速率分类三种制式速度曲线比较小结闭塞概念、分类不同闭塞制式ATC系统不同结构的ATC1.点式ATC系统无源，高信息容量，安装灵活，结构简单。价格明显低于连续式ATC在北京5号线有应用难以适应行车密度大的情况点式ATC系统无源应答器：应答器本身不具有电源，只有当查询其位于其耦合谐振位置时，从查询器送出的高频信号作为电源给应答器，使应答器中事先存储的信息被发送出来。用途：无源应答器（组），用于发送固定不变的数据，用于提供线路固定参数，如线路坡度、线路允许速度、轨道电路参数等。

原理：存储固定信息，当列车经过无源应答器上方，无源应答器接收到车载天线发射的电磁能量后，将其转换成电能，使地面应答器中的电子电路工作，把存储在地面应答器中的数据循环发送出去，直至电能消失（即车载天线已经离去）。平常处于休眠状态。

不同结构的ATC有源应答器：有源应答器通过电缆与地面电子单元（LEU）连接，可实时发送LEU传送的数据报文。用途：传输可变信息。必须通过专用的应答器电缆与LEU设备连接，可以根据LEU设备所发送的报文，变化的向列车传送应答器报文信息。与LEU（地面电子单元）连接，用于发送来自于LEU的报文，在既有线提速区段，有源应答器设置在车站进站端和出站段，主要发送进路信息和临时限速信息。原理：当列车经过有源应答器上方时，有源应答器接收到车载天线发射的电磁能量后，将其转换成电能，使地面应答器中发射电路工作，将LEU传输给有源应答器的数据循环实时发送出去。直至电能消失（即车载天线已经离去）。平常处于休眠状态。

不同结构的ATC不同结构的ATC(1)式ATC的基本结构不同结构的ATC①地面应答器不同结构的ATC应答查询器（负责与轨旁信标通信并确定列车的轨道位置，处理信标发出的消息并传送给车载控制器）不同结构的ATC.A型应答器（无源设备）(1)用于确定列车位置(2)当一辆列车驶过应答器，它会收到一条标识应答器的消息.B型应答器（有源设备）(1)信号机B信标（安装于信号机旁与信号机相联锁）(2)进路B信标（安装于道岔前，指示是否需要侧向速度通过道岔）五、不同结构的ATC②轨旁电子单元LEU将不同的信号显示转化为电码并发送至列车。③车载设备a、车载应答器b、测速传感器c、中央处理单元d、驾驶台上的显示不同结构的ATC（2）点式ATC系统的基本原理点式ATC系统的车载设备接收信号点或标志点的应答器信息，还接收列车速度和制动压力信息，输出控制命令并向司机显示。地面应答器向列车传送每一个信号点的允许速度、目标速度、目标距离、线路坡度、信号机号码等信息，车载中央控制单元根据地面应答器传至车上的信息及列车自身的制动率，计算得出两个信号机之间的速度监控曲线。不同结构的ATC2.连续式ATC系统采用轨道电路的连续式ATC系统采用轨间电缆的ATC系统无线ATC系统速度码模式距离码模式度码系统通常使用频分制方法，采用的是移频轨道电路，即用不同的低频频率来代表不同的允许速度。不同结构的ATC不同结构的ATC速度码模式距离码系统从地面传至车上的是前方目标点的距离等一系列基本数据，车载计算机根据地面传至车上的各种信息(区间的最大限速、目标点的允许速度、区间线路坡度)及存储在车载单元内的列车自身的固有数据(列车长度、常用制动及紧急制动率、测速及测距信息)，实时计算出允许速度曲线，并按此曲线对列车的实际运行速度进行监控。不同结构的ATC不同结构的ATC用数字编码轨道电路实现列车速度监控的系统（距离码模式）距离码模式不同结构的ATC采用轨间电缆ATC系统的原理图不同结构的ATC无线ATC系统小结点式ATC系统连续式ATC系统ATC系统控制模式控制中心自动控制模式；控制中心自动控制时的人工介入控制或利用CTC系统的人工控制模式；车站自动控制模式；车站人工控制模式。ATC系统的控制等级ATC系统同一时间只能处于一种模式。车站人工控制﹥控制中心人工控制控制中心人工控制﹥控制中心的自动控制或车站自动控制ATC系统的控制等级应遵循的原则ATC系统控制模式ATC系统控制模式列车进路命令由ATS进路自动设定系统发出，其信息来源是时刻表及列车运行自动调整系统。控制中心调度员可以对列车运行自动调整系统进行人工干预，使列车运行按调度员意图进行。1.控制中心自动控制模式(CA)ATC系统控制模式在控制中心自动控制时，控制中心调度员也可关闭某个联锁区或某个联锁区内部分信号机或某一指定列车的自动进路设定，直接在控制中心的工作站上对列车进路进行控制。在关闭联锁区自动进路设定时，控制中心调度员可发出命令，利用联锁设备自动进路控制功能，随着前行列车的运行，自动排列一条后续列车的固定进路。在自动进路功能出现故障的情况下，调度员可以人工设置进路。2.控制中心自动控制时的人工介入控制或利用CTC系统的人工控制模式(CM)

ATC系统控制模式在控制中心设备故障或通信线路故障时，联锁车站的远程控制终端(RTU)从轨旁PTI环线接收目的地码(驾驶员人工输入目的地码)，向正线联锁设备发布排列进路命令，自动排列进路。3.车站自动控制模式ATC系统控制模式当ATS因故不能设置进路(不论人工方式还是自动进路方式)，或由于某种运营上的需要而不能由中心控制时，可改为现地操纵模式。在LOW上人工排列进路。车站自动控制和车站人工控制也可合称车站控制(LC)。当车站工作于LC模式时，不能由ATS系统启动控制。4.车站人工控制模式ATC控制模式间的转换只有当控制中心ATS已经发出相应的命令，才能转换到车站操作模式。因此，所有转换操作只能由车站操作员才能有效实施。当转换模式时，不用考虑特别检查联锁条件，自动运行功能不受影响。即使转换至车站操作，联锁显示还应该传输至控制中心ATS，仅由车站操作站的打印机执行对显示和命令的记录。1.转换至车站操作ATC控制模式间的转换在没有收到控制中心ATS发出的命令时，也可以转换本至车站操作。通过一个已经登记的转换操作可以转换至车站操作，并且联锁系统的所有转换操作仅能由车站操作员来执行。2.强制转换至车站操作ATC控制模式间的转换只有当车站操作已经发出释放的命令，才能转换到控制中心ATS操作，然后控制中心ATS确认它。因此，所有转换操作只有由控制中心操作员才能有效实施。当车站操作故障，在没有车站操作的释放命令的情况下，也可以转换至控制中心ATS操作。3.转换至控制中心ATS操作列车驾驶模式列车自动运行驾驶模式(ATO模式或AM模式)；列车自动防护驾驶模式(SM模式或CM模式)；限制人工驾驶模式(RM模式)；非限制人工驾驶模式(关断模式、URM模式)；自动折返驾驶模式(AR模式)。列车驾驶模式ATO模式即ATO自动运行模式，此模式是正线上列车运行的正常模式，即用于正线上列车的正常运行。在这种模式下，列车在车站之间的运行是自动的，不需司机驾驶，司机只负责监视ATO显示，监督车站发车和车门关闭，以及列车运行所要通过的轨道、道岔和信号的状态，并在必要时人工介入。1.列车自动运行驾驶模式(ATO模式或AM模式)列车驾驶模式启动条件：司机给出列车关门指令关闭车门后，通过按压启动按钮给出出发指令。车载ATP确认车门已关闭后，列车便可启动。如果车门还开着，ATP会不允许列车出发。列车出发后站间运行的速度调整、至下站的目标制动以及开车门都由ATO自动操作。ATP确保列车各阶段自动运行的安全，在车站之间的运行将根据控制中心ATS的优化时刻表指令执行，确定其走行时间。1.列车自动运行驾驶模式(ATO模式或AM模式)列车驾驶模式在ATO模式下,ATO根据ATP编码和列车位置生成运行列车的行驶曲线，完全自动驾驶列车；ATO还能根据到停车点的距离计算出列车的到站停车曲线；ATO速度曲线可以由ATS的调整命令修改；ATP系统控制列车的紧急制动。1.列车自动运行驾驶模式(ATO模式或AM模式)列车驾驶模式SM模式即ATP监督人工驾驶模式，是一种受保护的人工驾驶模式。在这种模式下，司机根据驾驶室中的指示手动驾驶列车，并监督ATP显示，以及列车运行所要通过的轨道、道岔和信号的状态，可以在任何时候操作紧急制动。ATP连续监督人工驾驶的列车运行，如果列车超过允许速度将产生紧急制动。ATO故障时列车可用SM模式在ATP的保护下降级运行。2.列车自动防护驾驶模式(SM模式或CM模式)列车驾驶模式列车由司机人工驾驶,列车的运行速度受ATP监控；ATO此时对列车不进行控制，但会根据地图数据随时监督列车的位置；如果ATO能与PAC(车站站台ATO通信器)通信，它可控制车门开启；ATP向司机提示安全速度和距离信息；在列车实际行驶速度到达最大安全速度之前，ATP可实施常用制动，防止列车超速；由ATP系统来控制列车的紧急制动。2.列车自动防护驾驶模式(SM模式或CM模式)列车驾驶模式RM模式即ATP限制允许速度的人工驾驶模式，这是一种受约束的人工操作，必须“谨慎运行”。在这种模式下，列车由司机根据轨旁信号驾驶，ATP仅监督允许的最大限速值。3.限制人工驾驶模式(RM模式)列车驾驶模式该运行模式在下列情况下使用：①列车在车辆段范围内(非ATC控制区域)运行时；②正线运行中联锁设备或轨道电路或ATP轨旁设备或ATP列车天线或地对车通信发生故障时；③列车紧急制动以后。④启动ATP/ATO以后。此时，车载ATP将给出一个最高25km／h的限制速度。3.限制人工驾驶模式(RM模式)列车驾驶模式关断模式是不受限制的人工驾驶(无ATP监督)模式，用于车载ATP设备故障以及车载设备测试情况下完全关断时的列车驾驶，列车是由司机根据轨旁信号和调度员的口头指令驾驶的，没有速度监督。ATP的紧急制动输出被车辆控制系统切断，司机必须保证列车运行不超过限制速度(最高25km／h)，并监督列车所要通过的轨道、道岔和信号的状态，必要时采取措施，对列车进行制动。关断模式下，列车由司机人工驾驶，没有ATP保护措施；使用这种模式必须进行登记，此时列车运行安全完全由司机负责；ATO退出控制。4.非限制人工驾驶模式(关断模式、URM模式)列车驾驶模式列车在站端(没有折返轨道的终端)调转行车方向或使用折返轨道进行折返操作，就要求能进入自动折返驾驶模式。自动折返模式：ATO自动运行折返模式；ATO无人自动折返模式；ATP监督人工驾驶折返模式。5.自动折返驾驶模式(AR模式)

列车驾驶模式折返命令是由ATS中心根据需要生成并传输至列车，或由设计固定的ATP区域(如终端站)的轨旁单元发出。ATP车载设备通过接收轨旁报文而自动启动AR模式，并通过驾驶室显示设备指示给司机，司机必须按压“AR”按钮确认折返作业。是否折返，使用折返轨道折返，由无人驾驶执行，还是由司机执行，这些完全由司机决定。5.自动折返驾驶模式(AR模式)

列车驾驶模式若采用ATO自动运行折返模式，在司机按压ATO启动按钮后，列车自动驶入折返轨，并改变车头和轨道电路发送方向；在折返轨至发车站台的进路排列完成后，再次按压ATO启动按钮，列车自动驶入发车站台，并精确地停在发车站台。若采用ATO无人自动折返模式，在司机下车后按压站台上的无人折返按钮，列车在无司机的情况下，自动完成启动列车驶入折返轨，改变车头和轨道电路发送方向，并在折返轨至发车站台的进路排列完成后，再自动启动列车驶入发车站台，并精确地停在发车站台。5.自动折返驾驶模式(AR模式)

ATC驾驶模式若采用ATP监督人工驾驶折返模式，在人工驾驶过程中ATP将对列车速度、停车位置进行监督，并在列车驶入折返轨后自动改变车头和轨道电路发送方向。除URM模式外，其他所有的模式都有一个5m的退车限制，如果超过这个限制，ATP将实施紧急制动。5.自动折返驾驶模式(AR模式)

列车驾驶模式转换①ATC系统控制区域与非ATC系统控制区域的分界处，应设驾驶模式转换区(或称转换轨)，转换区的信号设备应与正线信号设备一致。②驾驶模式转换可采用人工方式或自动方式，并应予以记录。③ATC系统宜具有防止列车在驾驶模式转换区域未将驾驶模式转换至列车自动运行驾驶模式或列车自动防护驾驶模式，而错误进入ATC系统控制区域的能力。④为保证行车安全，在ATC控制区域内使用限制模式或非限制模式时应有破铅、记录或特殊控制指令授权等技术措施。列车驾驶模式转换列车从非ATC系统控制区域进入ATC系统控制区域，就从RM改变为SM模式。只要满足如下条件：列车经过了至少两个轨道电路的分界；报文传输无误；ATP轨旁设备没有发出紧急制动信号；ATP车载设备的限速监控不会在SM模式启动紧急制动①RM模式切换到SM模式列车驾驶模式转换满足以下条件，ATO开始指示灯就会亮，说明此时可以从SM切换到ATO模式：当前轨道区段上没有停车点(安全／非安全)；所有车门都已关闭；驾驶／制动拉杆处于零位置；主钥匙开关处于向前位置(方向手柄偏离“向前”位置)。