上海交大《城市轨道交通信号与通信系统》课程讲义附动画一四

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任务一：ATC系统认知

培训目标掌握ATC系统的作用、组成、功能掌握应答器的组成、原理、应用

2023/3/18Page2一、ATC系统的作用

1、保障行车安全列车行车安全是由ATP系统来完成。ATP系统与列车的牵引制动系统一道控制列车运行速度，以防止列车超速驾驶。设备故障下，遵循故障-安全原则，确保运营安全。2023/3/18Page3一、ATC系统的作用

2、提高运营效率列车自动控制系统能实现列车自动驾驶，列车根据运营计划完成运营作业，可有效减少列车驾驶员、调度、和车站人员的工作强度，确保列车正点运营，有效提高运营作业效率。2023/3/18Page4

二、城市轨道交通信号控制系统的组成

城市轨道交通信号控制系统包括：1.车辆段/停车场信号自动控制系统2.正线ATC系统2023/3/18Page51.车辆段/停车场信号自动控制系统车辆段/停车场是列车存放及维修保养的场所

车辆段/停车场内设有停车列检库线、检修库线、洗车线、试车线等。

停车场与车辆段的区别在于其没有车辆架修与大修的功能。车辆段/停车场内允许列车运行的最高速度为25km/h。因此，车场线路的等级低于正线线路。

城市轨道交通信号控制系统的组成

沈阳地铁一号线十三号街车辆段2023/3/18Page7车辆段/停车场采用独立的联锁系统

联锁系统是保证列车运行安全，实现进路、道岔、信号之间相对制约关系的系统，具有高可靠性、高安全性和可维护性。

城市轨道交通信号控制系统的组成

2023/3/18Page8列车在车辆段/停车场的作业主要有：

出入段/场的列车作业、段/场内的调车作业、试车线的试车作业。车辆段/停车场的所有作业均由联锁系统控制。车辆段/停车场试车作业须在信号楼控制室与试车线控制室完成控制权的交接后方可进行。

城市轨道交通信号控制系统的组成

2023/3/18Page92.正线ATC系统列车自动控制(ATC-AutomaticTrainControl)系统包括三个子系统：列车自动防护(ATP-AutomaticTrainProtection)列车自动运行(ATO-AutomaticTrainOperation)列车自动监控(ATS-AutomaticTrainSupervision)

城市轨道交通信号控制系统的组成

ATP子系统必须满足“故障-安全”原则，以防止列车碰撞、超速和其他危害。ATO是在ATP的安全防护下实施列车的自动驾驶功能，并可根据ATS的指令，实现列车运行的自动调整。ATS提供系统的状态信息，监督系统的运行以及实现系统各种功能的自动控制。ATP子系统功能的优先级高于ATO子系统和ATS子系统的功能。2023/3/15Page11ATC系统统的组成2023/3/15Page12(一)列车自动动防护ATP子子系统由轨旁ATP和车载ATP设备组成ATP根据“故故障-安全”原原则实现列车间间安全间隔的控制制、列车的超速防护控制、车门和屏蔽门门/安全门的联动和监督等功能。城市轨道交通信信号控制系统的的组成2023/3/15Page13ATP不不断从地地面获得得列车安安全运行行控制所所需的信信息，例如，前前行列车车位置信信息、线线路信息息、目标标距离、、目标速速度等，，与列城市轨道道交通信信号控制制系统的的组成2023/3/15Page14(二)列车自动驾驾驶ATO子系统统ATO子系统负责非安全相关类类功能，属于可选子系统。一般在线路高峰运运营间隔时间大于于150s或车站未安装屏蔽门/安全门时时，不必采用完整整的ATC系统，，即没有ATO子子系统。城市轨道交通信号号控制系统的组成成2023/3/15Page15(二)列车车自动驾驶驶ATO子子系统ATO子系系统以ATP子系统为基础，主要用于于“地对车”的控制，，即用地面面信息实现对列车驱动、惰行行、制动的的控制，传送车门和屏蔽蔽门同步开关信信号，执行车站站之间的列车运行、列车在车车站的定点停车及列车自动折返等功能。城市轨道交交通信号控控制系统的的组成2023/3/15Page16(二)列列车自动动驾驶ATO子子系统ATO子子系统的的优点是自动运运行下的的列车经常处于最佳佳运行状状态，避免了了不必要要的、过过于剧烈烈的加速速和减速速，因此此明显提提高了乘乘客的舒舒适度，，提高了了列车正正点率及及减轻了了轮轨磨磨损。城市轨道道交通信信号控制制系统的的组成2023/3/15Page17(三)列列车自动动监控ATS子子系统ATS子子系统主要实现现对列车车运行的的监督和和控制，辅助行行车人员员对全线线列车运运行进行行管理，，统一调调度指挥挥。为行车指指挥人员员提供全线列车车的运行状态态显示，监督和记记录运行行图的执执行情况况，在列城市轨道道交通信信号控制制系统的的组成2023/3/15Page18ATS子子系统通通过系统统接口向向广播系系统PA和乘客信息息系统PIS发发送实时时运营信信息，从而向向乘客实实时提供供诸如：：列车到到站时间间、出发发时间、、运行方方向、停停靠站名名、各各条线路路乘客流流量状况况等运行行信息。。城市轨道道交通信信号控制制系统的的组成ATC系系统的水水平等级级通过能力力<30对／h,采用用ATS和ATP系统统通过能力力>30对／h,采用用完整的的ATC系统不同的信信号系统统是否设设ATO会使运运营费用用差异较较大。通过能力力要求较较高（40对／／h）时时，折返返能力需需与之相相适应。。行车间间隔受制制于折返返能力，，而折返返能力与与线路条条件、车车辆状态态、信号号系统水水平等因因素有关关。2023/3/15Page20装备ATC的自自动闭塞塞分为：：固定闭塞塞式ATC系统统准移动闭闭塞式ATC系系统移动闭塞塞式ATC系统统根据实际情况况，因地制宜宜选择三种不不同制式的ATC系统ATC系统选选用原则三、列车运行行控制系统与与车辆段信号号控制系统的的关系（一）车辆段段/场与ATS中央ATS系系统通过通信信传输网，与与车辆段/场场调度员室和信号楼控制室室的服务工作站连接，向车辆辆段/场行车调度人员员提供必要信息息，车辆段/场调度员根据当天采用用的列车计划运行行图编制车辆运营计划划和行车计划，并传送至中央ATS系统。车辆段/场信号值班员根据车辆运营计划划及采用的列车计划运行行图设置相应进路，以满足列车车出入车辆段段/场及库内内停车要求。。ATS子系统实现车车辆段/场车组号的跟踪踪、显示功能，并在车车辆段/场控控制室及]调调度工作站显示相关信息息，以便车辆段段/场行车及调度人员掌握握车辆段库内停停车线的停车状况，方便对列车车的管理和运运用。（二）列车在在车辆段信号号控制与列车车运行控制在车辆段/场场与正线线路路联络处设置置一段“转换轨”，作为ATC控制区区域与非控制区域的分界。转换轨安装正正线信号设备备，其长度一一般不小于一列车车的长度。列车从车辆段/场驶往正线必须在“转换轨”上实现对其控制区域和驾驶模式的转换。（1）列车由由车辆段/场场进入正线列车由车辆段段/场驶入正正线前，先驶驶入“转换轨轨”，系统利用转换换轨处的设备备自动办理进进入正线的““登录”手续，并经经中央ATS系系统确认和赋予相应的车次号号后，一般通过过人工方式将列车驾驶模模式转换为ATP模式或ATO模式；当正线防护信信号机开放，，车载设备收收到有效的电电码后，列车车才被允许进进入正线运行行。列车根据中央央ATS分配配的列车车次次号，按照预先存储的的时刻表在正线上运行行。ATS对其运行进行行追踪，在控制中心的的显示屏上以以移动的红色光光带和车次号标识列车。（2）列车由由正线进入车车辆段/场列车驶入车辆辆段/场前，，ATC系统统向司机和车车辆段/场值值班员发出列列车回库信息息。当转换轨空闲时，正线车站站相应列车信信号机及进段信号机开开放，列车按ATO模式或ATP防护人人工驾驶模式式运行，至进段信号机内内方“转换轨轨”后，车载设备备自动“掉码码”，人工转换为限限制人工驾驶驶模式，列车车进入车辆段段/场。ATS仍能与与车辆段/场场联锁系统共共同实现车辆辆段/场内车组号的跟踪、显示功功能，并在车辆段段/场信号楼楼控制室及调调度员的相应工作站上上显示相关信信息。四、应答器四、应答器应答器是高速速率、大信息息量的点式数数据传输设备备，主要用途途是在特定的地点点实现车地间间的数据交换换，向列车提供供可靠的轨旁旁固定信息与可变信息。既可以是单向也可以是双向信息传输。城市轨道交通通中主要存在在Amtech公司的美国标准TAG产品和和欧洲标准的Eurobalise产品两种应应答器，其技技术特性不尽尽相同。应答器是欧洲洲标准的称谓谓，信标是北北美标准的称称谓。两种应答器在在成熟的信号号系统中是不可以互换的的。1、应答器的分类类(一)按供电电电源分：无无源应答器和和有源应答器器。1）、无源应应答器安装在钢轨中中心的地面应应答器无外加电源，，平时处于休休眠状态，仅仅靠瞬间接收收车载天线的的电磁能量而而工作，将预预置的报文数数据发送给车车载设备，直直至电能消失失（车载天线线已离去）。。其预置报文数数据由应答器器无线读写器器写入后，固固化在其存储储单元中，因因此，向车载设备发发送的数据是是固定不变的的。一般预存线线路的公里标标、限速、坡坡度等信息。。2）、有源应应答器本身具备电源源，存储的信信息是可变的的，通过外接接电缆获得电电源。有源应答器的的信息是由其其通过外接电电缆的地面设设备的实时状状态控制的，一般设置在在信号机或道道岔旁，用于于向列车传送送实时可变信信息，如信号号机显示、临临时限速、道道岔位置等。。一般情况下，，无源应答器器用于定位，有源应应答器用于将地面变化的的列车控制信信息传送给列列车。有源应答器又又分为信号机机应答器和进进路应答器。。信号机应答器器安装于信号号机旁与信号号机相联锁；；进路应答器安安装于道岔前前，指示是否否需要侧向速速度通过道岔岔。美式信标一般分为静态信标和动态信标。（二）按数据据类型分类1）固定数据据应答器(FB)FB是无源应答器，当列车通过过时，通过能能量通道激活活FB，FB把里面存储储的数据发送送给应答器天天线。2）可变数据据应答器(VB)VB与轨旁电电子单元(LEU)相连连，显示信号机的的显示状态。3）填充数据据应答器(IB)IB与轨旁电电子单元(LEU)相连连，复示VB4）错误侧数数据应答器(WB)WB是无源应应答器，在某些特定位位置用于列车车应答器天线线的转换。2、应答器的的组成与工作作原理(一)应答器组成成包括地面设备和车载设备地面设备主要是地面应答器和轨旁电子单元（（LEU）。车载设备主要包括括车载查询器天线和车载查询器主机。1）.地面设备(1)地面应答器器布置在两根钢轨中中间，其内部寄存存器按协议以代码码形式存放实现列列车速度监控及其其他行车功能所必必需的数据。当列车经过地面应答答器时，车载天线通过无线射频激活应答器，使其发射预置数据据，从而使列车获得得诸如公里标、限速速、坡度等信息，保障列车运行安全全。(2)轨旁电子单单元（LEU）LEU是地面有源源应答器与信号机机之间的电子接口口部件，是一种数据采集集与处理单元。当地面信号数据变化化时，LEU根据变化化后的数据形成报报文并送给地面有有源应答器进行发发送。LEU实时监测与地面有源应答器器之间信息通道的状态，并及时向控制中中心回送。当LEU与地面有有源应答器通信中断时，LEU向有源源应答器发送默认报文。2）.车载设备（1）车载查询器器天线置于列车底部，是是一个双工收发天线。一方面连续向地面面发送高频电磁能能量，以激活地面应答器；另一方面接收地面应答器发送的的报文数据。（2）车载查询器器主机车载查询器检查、、校验、解码和传传送收到的报文，，选择激活位于列车两端端的任意天线，与列车运行控制系系统进行单向（或双向向）数据传输，并具有自检和诊诊断功能。完成功能如下：提供电子里程标校准列车位置；提供列车前方一定距离内的线路参数；提供地面信号状态；向地面有源应答器器发送车次号信息息。（二）工作原理当列车驶过地面应应答器上方时，只只有当车载查询器位于其耦合谐振位位置时，其发射高频信号经车载天线将能量传递给地面应答器，当地面应答器接接收到能量被激活后后，将所存储的数据以频移键控的调制制方式通过电磁感感应传送至车上。三、应答器的功能能与设置城市轨道交通中，，应答器有4个基基本功能：系统初始化列车定位和轮径校校核精确停车CBTC的后备模模式（1）、系统初始始化从车辆段（场）驶驶入正线的列车要要在出段线路转换轨“登记”进入ATC监控区区域。列车出发驶入“转转换轨”，经转换换轨的应答器进行行车地通信初始化化，自动将车组号和司机号传送到中央ATS系统。。中央ATS系统统自动赋予列车相应的识别号号，此列车便正式登登录ATC控制区区。每列车的识别号为唯一确定定的，ATS系统以此此作为识别每列列列车的身份标识，监督各列车在线线路上的运行状态态。（2）、列车定位位和轮径校准列车在启动、制动动、上坡和下坡等等情形下车轮的空转和打滑会造成列车的定位误差，因此必须采用应答器（或轨道电路分界界点、电缆环线等等方法）传送给列列车绝对位置数据，辅助进行列车绝对位置的的的定位。车载设备接收到这这些数据后，对车载里程计的测距距误差进行修正，使车载设备的控控制精度总是保持持在合理的范围之之内。定位应答器为无源应答器，由列车上的查询询器天线的无线电电信号激活。当列列车通过一个应答应答器提供的位置精度很高，达厘米量级，应答器的设置根据信号系统设计的需要布置，一般情况下，列车定位精度与应答器的数量成正比。列车位置和速度的的测定是以车轮的的转动为依据，车轮半径是定位及及测速的基础数据据。为了减小列车定位位及测速的误差，，在每次运营前车载载控制器需要完成成轮径校准工作。。校准的过程是用车载里程计测量两个应答器之之间的车轮转数，并与车载数据库中预置的这两个应答器之之间的实际距离比较，由车载控制器计算出实际轮径，实现自动轮径校校准。校准的精度与校准准区段有关。校准准区段一般在车辆辆段/停车场内提提供。（3）、精确停车车列车在车站停车时时，要求车门与屏蔽门门的之间的允许误误差在±0.25m-0.5m内内。列车精确停车信信息由地面应答器器提供。应答器将轨旁的准准确位置信息传送送至车载设备内。。位置的输入被用于于确定何时启动停停车曲线。接近停车位置的应应答器数量决定站站停位置的精确度度，一般为3到4个。当列车运行至始端应答器位置时，列车接收收到停车标志位置置信息，启动定点点停车程序，列车车按照定点停车曲曲线运行，其制动动率控制在一个恒恒定值，此时，列列车离定位停车点点较远；当列车到达中间应答器位置时，应答器将将根据定点停车曲曲线对实际车速进进行校正；当列车接收到终端应答器位置信息时，列车车转入定位模式，，制动率进一步降降低。最后，列车接收到到站台接近传感器（（金属对位板）的信息时，立即实实施全常用制动，，将车停住。列车停准后，车载载设备将会向轨旁旁发送列车停稳信信号，然后才能进行开开关车门和屏蔽门门的操作。如果列车停止，但但未读取到接近传传感器的信息，将将无法进行开关门门和屏蔽门的操作作。（4）CBTC下下的后备模式在CBTC系统中中，正常情况下，，正线区段列车以车载设备显示作为行车凭证。非CBTC列车、、通信故障的CBTC列车、地面面ATP故障情况况下降级运行的列车按地面信号机的指指示人工驾驶列车车。后备模式下，利用用CBTC车载控制器和地面应答器实现后备ATP控控制功能，确保列列车安全地停在信信号机前并防止列列车冒进信号。1）人工驾驶，系系统提供速度监控控，站间