城市轨道交通信号基础-1-第一章 城市轨道交通信号系统概述

1.1城市轨道交通信号系统及其发展1.1.1城市轨道交通系统

以电能为动力，采用专用轨道导向运行的城市公共客运交通系统。城市轨道交通系统2009年《城市公共交通技术规范》地铁系统轻轨系统单轨系统有轨电车磁悬浮系统自动导向轨道系统市域快速轨道交通系统长春长春地铁2号线长春地铁1号线1.1城市轨道交通信号系统及其发展1.1.1城市轨道交通系统特点城市轨道交通系统运量大速度快污染少占地面积小安全性高舒适性佳可靠性好1.1城市轨道交通信号系统及其发展1.1.2城市轨道交通信号系统城市轨道交通信号是指应用于城市轨道交通系统中实现行车指挥和列车运行控制安全间隔控制技术的总称。城市轨道交通信号系统是实现行车指挥、列车运行监控和管理所需技术措施及配套装备的集合体。1.1城市轨道交通信号系统及其发展1.1.2城市轨道交通信号系统机车信号车载设备车站信号及地面轨旁设备控制中心设备1.1城市轨道交通信号系统及其发展1.1.2城市轨道交通信号系统控制中心调度员终端

维护终端培训终端大屏幕接口服务器车载ATP车载ATO牵引设备列车显示单元传感器车站区域车站联锁轨道电路轨旁设备车地通信轨旁设备信号车载设备车站信号设备地面轨旁设备控制中心设备“地面信号”逐渐由“车载信号”所替代车载信号直接接收列车运行的“目标速度”、“目标距离”或“进路电子地图”，并且由车载计算机直接控制列车的自动运行，实现列车在车站的自动定位停车和区间运行的自动超速防护1.1城市轨道交通信号系统及其发展1.1.2城市轨道交通信号系统2、

要求1、作用确保运行安全提高运行效率可靠性、可用性和安全性要求高行车控制信息网络化信号控制技术高度自动ATS系统可实现运行管理及调度指挥的自动化。ATO系统具备实现自动驾驶的功能，提高了运行效率。站台精确停车功能（误差一般控制在±0.25～±0.5m的范围内）。具有故障降级运行模式。1.1城市轨道交通信号系统及其发展1.1.3城市轨道交通信号系统发展及应用18681918192620世纪70年代英国伦敦（红绿两色臂板式信号灯）美国纽约（手动三色信号灯）英国沃尔佛汉普顿（机械式交通信号机）单时段定周期的红绿灯切换广泛使用数字化信号系统20世纪80年代引进了ATC系统司机操作台上显示的是反映列车运营状态的信息目前CBTC系统1、国外发展情况1.1城市轨道交通信号系统及其发展1.1.3城市轨道交通信号系统发展及应用2、国外应用情况控制模式供应商主要应用情况固定闭塞制式西屋公司（WESTINGHOUSE，英国）新加坡1号线美国通用铁路信号有限公司（GRS，美国）纽约地铁西门子公司（SIEMENS，德国）在德国广泛应用阿尔斯通公司（ALSTOM，法国）法国巴黎南北线美国联合道岔与信号国际公司（US-SI，美国，现属安萨尔多集团）美国洛杉矶绿线，韩国首尔地铁西屋公司（WESTINGHOUSE，英国）英国伦敦Jubilee新线、西班牙马德里地铁移动闭塞控制模式阿尔卡特公司（ALCATEL，法国，现属泰雷兹集团）温哥华1、2号线（环线）肯尼迪国际机场全自动轻轨系统（环线）拉斯维加斯单轨线路（无线）西门子公司（SIEMENS，德国）巴黎地铁14号线（环线）纽约卡纳西线（无线，建设中）阿尔斯通公司（ALSTOM，法国）新加坡东北线（波导管）庞巴迪公司（BOMBATDIER，美国）美国旧金山机场线（无线）1.1城市轨道交通信号系统及其发展1.1.3城市轨道交通信号系统发展及应用3、国内发展情况从20世纪90年代起，国内新建造或改造的北京、上海、广州和天津等地的地铁开始引进国外先进的地铁信号控制系统设备北京地铁1号线引进英国西屋公司设备上海地铁1号线引进美国GRS公司设备广州地铁、深圳地铁及南京地铁1号线引进德国西门子公司设备上海地铁2号线引进美国USSI公司设备上海地铁3号线引进法国阿尔斯通公司设备上海地铁5号线引进德国西门子公司设备信号系统国产化进展相对缓慢，一直在努力，相信能赶超国外！1.1城市轨道交通信号系统及其发展1.1.3城市轨道交通信号系统发展及应用4、国内应用情况控制模式供应商主要应用情况固定闭塞制式西屋公司（WESTINGHOUSE，英国）北京地铁1号线、八通线、13号线美国通用铁路信号有限公司（GRS，美国）上海地铁1号线西门子公司（SIEMENS，德国）上海地铁5号线（点式应答器）准移动闭塞制式西门子公司（SIEMENS，德国）广州地铁1、2号线深圳地铁1号线南京地铁1号线阿尔斯通公司（ALSTOM，法国）上海地铁3、4号线香港机场快速线美国联合道岔与信号国际公司（US-SI，美国，现属安萨尔多集团）上海地铁2号线天津滨海线西屋公司（WESTINGHOUSE，英国）北京地铁5号线天津地铁1号线控制模式供应商主要应用情况移动闭塞控制模式阿尔卡特公司（ALCATEL，法国，现属泰雷兹集团）武汉轻轨1号线（环线广州地铁3号线（环线）上海地铁6、7、8、9、11号线（环线）北京地铁4号线、大兴线（无线）港九铁路西线（环线）南京地铁4号线、机场线合肥地铁1号线西门子公司（SIEMENS，德国）广州地铁4、5号线深圳地铁4号线（无线）广佛线（无线）北京地铁10号线（无线）南京地铁2、3号线（无线）苏州地铁1号线（无线）阿尔斯通公司（ALSTOM，法国）北京地铁2号线（无线+波导管）北京机场线（波导管）广州地铁6号线（波导管）上海地铁10号线（无线）控制模式供应商主要应用情况移动闭塞控制模式庞巴迪公司（BOMBATDIER，美国）首都机场捷运系统（无线）美国联合道岔与信号国际公司（US-SI，美国，现属安萨尔多集团）沈阳地铁1、2号线深圳地铁2、3号线西安地铁2号线成都地铁1号线（无线）郑州地铁1号线（无线）北京交控科技有限公司北京地铁亦庄线、昌平线、7号线成都地铁3号线长沙地铁1号线深圳地铁7号线天津地铁6号线石家庄地铁3号线越南河内轻轨线1.1城市轨道交通信号系统及其发展1.1.3城市轨道交通信号系统发展及应用4、国内应用情况控制模式供应商主要应用情况移动闭塞控制模式阿尔卡特公司（ALCATEL，法国，现属泰雷兹集团）武汉轻轨1号线（环线广州地铁3号线（环线）上海地铁6、7、8、9、11号线（环线）北京地铁4号线、大兴线（无线）港九铁路西线（环线）南京地铁4号线、机场线合肥地铁1号线西门子公司（SIEMENS，德国）广州地铁4、5号线深圳地铁4号线（无线）广佛线（无线）北京地铁10号线（无线）南京地铁2、3号线（无线）苏州地铁1号线（无线）阿尔斯通公司（ALSTOM，法国）北京地铁2号线（无线+波导管）北京机场线（波导管）广州地铁6号线（波导管）上海地铁10号线（无线）1.1城市轨道交通信号系统及其发展1.1.4我国城市轨道交通信号技术发展趋势1、发展趋势基于模拟轨道电路的ATC系统基于数字轨道电路的ATC系统CBTC系统1.1城市轨道交通信号系统及其发展1.1.4我国城市轨道交通信号技术发展趋势起步阶段技术改造过度阶段发展阶段发展阶段1.ATP系统的发展在传统信号中，列车是依靠地面设置的信号机来确保其运行安全。在信号技术的发展过程中，微电子技术的发展起到了重要作用。与地面车上能够实现信息传输的查询应答器相结合，车上产生速度校核曲线，按此曲线来控制列车运行，即ATP装置，是目前的主流车载信号设备之一。1.1城市轨道交通信号系统及其发展1.1.4我国城市轨道交通信号技术发展趋势2.ATO系统的发展①基于环线通信的无人驾驶系统②基于无线通信的无人驾驶系统③基于无线漏缆通信的无人驾驶系统④基于数字轨道电路通信的无人驾驶系统1.1城市轨道交通信号系统及其发展1.1.4我国城市轨道交通信号技术发展趋势无人驾驶地铁2.ATO系统的发展1.1城市轨道交通信号系统及其发展1.1.4我国城市轨道交通信号技术发展趋势3.ATS系统的发展调度集中ATS系统以列车运行控制为核心的行车指挥系统ATS系统区域分散式车站分散式城市线路/项目国外厂商国内厂商技术特点运营时间北京13号线西屋ATP铁科研CBI/卡斯柯ATS模拟轨道电路2003年5号线西屋ATP卡斯柯ATS、CBI模拟轨道电路2007年重庆轻轨2号线日信ATP铁科研ATS、CBI环线ATP2010年轻轨3号线日产ATP铁科研ATS、交大微联CBICBTC在建表1-1采用国产ATS系统和计算机联锁子系统的部分线路1.1城市轨道交通信号系统及其发展1.1.4我国城市轨道交通信号技术发展趋势1.1城市轨道交通信号系统及其发展1.1.4我国城市轨道交通信号技术发展趋势1、发展趋势基于数字轨道电路的列车自动控制系统已成为城市轨道交通信号系统的主流（1）采用基于通信的列车控制系统(CBTC)是未来城市轨道交通信号系统的发展方向（2）1.1城市轨道交通信号系统及其发展1.1.4我国城市轨道交通信号技术发展趋势2、国产化进程（1）中国铁道科学研究院：完成了CBTC系统的所有子系统（ATS、联锁、ATP、ATO、DCS、应答器等），并进行了室内系统调试、现场试验和调试。（2）2004年，北京交通大学、北京地铁运营公司、北京和比利时公司申请北京市科委“基于通信的城轨CBTC系统研究”科研项目，在北京地铁试车线进行了ATP、ATO试验，并在大连设立了10km试验段，包括地面线路和地下线路，进行了两列列车的追踪试验。亦庄线于2011年底开通CBTC全系统全功能。（3）北京全路通信信号研究设计院也正在进行城市轨道交通CBTC的研发，它们利用自身研发的通过SⅡ，4级的安全控制平台进行ATP的研发。小结及作业城市轨道交通信号系统发展及应用城市轨道交通系统城市轨道交通信号系统我国城市轨道交通信号技术发展趋势作业2.查阅有关参考资料和手册，了解国外主要城市轨道交通信号系统的应用情况，完成表1-1-3。3.查阅有关参考资料和手册，了解国内主要城市轨道交通信号系统的应用情况，完成表1-1-4。1.在教材中找出14页思考与练习答案，并做标注。第一章城市轨道交通信号系统概述1.2城市轨道交通信号系统的组成及特点知识目标：1.掌握城市轨道交通信号系统按照设备区域分布划分的设备组成；2.掌握城市轨道交通信号系统按照设备安装位置划分的设备组成；3.

掌握城市轨道交通信号系统特点；4.

了解城市轨道交通信号系统设计的功能层次；5.了解实现城市轨道交通信号系统功能的方法。技能目标：1.能够认识信号系统车辆段信号设备；2.能够认识信号系统正线信号设备。

学习要点1.2城市轨道交通信号系统的组成及特点1.2.1城市轨道交通信号系统组成正线—列车自动控制系统列车自动防护系统ATP列车自动监控系统ATS列车自动驾驶系统ATO联锁车辆调度进路控制维修调度城市轨道交通信号系统速度监督、列车速度自动控制、列车定位、联锁控制等列车识别追踪、进路自动控制、列车运行图编制、列车运行监督调整等列车自动驾驶、站台精确定位停车、跳停、惰性、巡航等车辆段—信号控制系统1、按照设备区域分布划分ATC系统车辆段信号控制系统1.2城市轨道交通信号系统的组成及特点1.2.1城市轨道交通信号系统组成1、按照设备区域分布划分ATC系统ATPATOATS速度监督速度控制列车定位联锁控制轨旁设备车载设备1.2城市轨道交通信号系统的组成及特点1.2.1城市轨道交通信号系统组成1、按照设备区域分布划分ATC系统ATPATOATS列车识别追踪进路自动控制列车运行图编制列车运行监督调整控制中心设备车站及车辆段设备1.2城市轨道交通信号系统的组成及特点1.2.1城市轨道交通信号系统组成1、按照设备区域分布划分ATC系统ATPATOATS轨旁设备车载设备列车自动驾驶站台精确定位停车跳停、惰性、巡航自动折返自动控制车门开闭1.2城市轨道交通信号系统的组成及特点1.2.1城市轨道交通信号系统组成车辆段信号控制系统国内车辆段（停车场）设一套计算机联锁设备，用以实现车辆段的进路控制，并通过ATS车辆段分机与行车指挥中心交换信息。车辆段内试车线设与正线相同的ATP、数字轨道电路、ATO地面设备，用于对车载ATC设备进行静、动态试验1、按照设备区域分布划分1.2城市轨道交通信号系统的组成及特点1.2.1城市轨道交通信号系统组成2、按照设备的安装位置划分控制中心设备车辆段设备车载设备试车线设备车站及轨旁设备控制中心设备ATS中央计算机系统、主任/调度员工作站、运行图工作站、维护工作站、DCS数据通信设备、运行综合显示屏接口服务器、与其他系统接口的通信服务器、培训工作站、电源设备等、打印设备、运行综合显示屏各设备分设于中央控制室、信号ATC设备室、运行图编辑室、培训室以及控制中心信号电源室中。1.2城市轨道交通信号系统的组成及特点1.2.1城市轨道交通信号系统组成2、按照设备的安装位置划分控制中心设备车辆段设备车载设备试车线设备车站及轨旁设备

车站ATS分机、车站联锁设备、ATP/ATO系统地面设备、电源设备、维修终端、信号机、转辙机、列车检测设备、发车指示器、紧急停车（关闭）按钮、自动折返按钮等。各设备分设于车站控制室、车站信号设备室、车站站台层及轨旁线路层。非设备集中站设有发车指示器、紧急停车（关闭）按钮等。1.2城市轨道交通信号系统的组成及特点1.2.1城市轨道交通信号系统组成2、按照设备的安装位置划分控制中心设备车辆段设备车载设备试车线设备车站及轨旁设备车载ATP/ATO计算机单元、司机盘、人机界面、测速传感器、定位补偿设备、发送/接收天线、应答器（信标）天线等车—地通信设备车载设备车载设备1.2城市轨道交通信号系统的组成及特点1.2.1城市轨道交通信号系统组成2、按照设备的安装位置划分控制中心设备车辆段设备车载设备试车线设备车站及轨旁设备设车险室内及现场设备包括：测试工作站、试车工作站及控制台、与车辆段联锁系统接口、ATP/ATO室内设备、列车检测设备、车—地通信室内/外设备、电源设备、继电接口、精确停车现场设备等。试车线基本测试功能包括：ATP防护、ATO自动驾驶、ATO精确停车、车门监控、车—地通信及驾驶模式的转换等。1.2城市轨道交通信号系统的组成及特点1.2.2城市轨道交通信号系统特点（1）正线信号设置成自动信号（2）联锁关系较“简单”，但技术要求高（3）具有完善的列车速度监控功能（4）数据传输速率较低（5）车辆段独立采用联锁设备（6）自动化水平高1.2城市轨道交通信号系统的组成及特点1.2.3城市轨道交通信号系统功能层次及实现运量较小，行车密度低运量较大，行车密度较大运量大，行车密度高联锁设备、自动闭塞、机车信号和自动停车系统ATP系统、ATS系统ATP系统、ATS系统、ATO系统第一层第二层第三层《城市快速轨道交通工程项目建设标准——试行本》1.2城市轨道交通信号系统的组成及特点1.2.3城市轨道交通信号系统功能层次及实现区间闭塞方式实现移动闭塞固定闭塞准移动闭塞信息的传输方式划分实现点式连续式信息的传输介质划分无线电缆环线漏泄电缆应答器点式设备轨道电路系统性高安全性及高可靠性运行间隔小根据国内轨道交通运营的实际情况，可将轨道交通运行管理分为行车体系、运营服务体系、信息管理体系三大部分。1.2城市轨道交通信号系统的组成及特点2.三大优势系统集成高信息化水平高自动化程度高小结及作业城市轨道交通信号系统功能层次及实现城市轨道交通系统系统组成城市轨道交通信号系统特点作业1.在教材中找出24页思考与练习答案，并做标注。2.以小组形式探讨认知正线、车辆段信号设备。第一章城市轨道交通信号系统概述1.3城市轨道交通信号安全技术知识目标：1.掌握故障—安全原则的定义；2.掌握传统故障—安全技术的主要方法；3.了解现代信号系统安全技术的特点；4.了解信号系统的降级模式及其控制方法；5.了解信号系统的后备模式及应用情况。技能目标：1.能够判断应用传统故障—安全技术类型；2.能够列举城市轨道交通信号系统降级模式或后备模式实例。学习要点1.3城市轨道交通信号安全技术1.3.1故障-安全技术

信号系统的第一使命是保证行车安全，相关系统必须满足“故障—安全”的导向原则。故障—安全技术设备或系统发生故障时，不会错误地给出危险侧输出，能使设备或系统导向安全侧的手段。1、故障-安全原则1.3城市轨道交通信号安全技术1.3.1故障-安全技术安全性在规定的条件下，在规定的时间内，系统不陷入危险状态的性能。可靠性系统在给定的条件下，到给定的时刻t，不发生故障的概率。失效一是系统或系统的部件不能在规定的限制内执行所要求的功能。二是一个功能单元执行所要求的功能的能力的终结。三是程序操作偏离了程序的需求。失效是导致错误发生的主要原因。错误指系统陷入不正常状态或执行非正常操作。错误可能由硬件失效、软件失效、环境干扰等原因引起。故障由于错误造成系统的部件或软件或系统丧失必要的功能。即由于各种原因所造成的系统的不正常状态。1.3城市轨道交通信号安全技术1.3.1故障-安全技术不正确的设计不合格的生产过程元件老化恶略环境误操作软硬件缺陷失效永久性故障间歇故障瞬时故障系统故障1.3城市轨道交通信号安全技术1.3.1故障-安全技术2、传统的故障-安全技术的主要方法安全侧分配法联锁法闭环法排除法危险侧故障率最小化技术防错办技术故障弱化技术冗余技术多重化技术安全冗余技术故障检测与诊断技术故障恢复技术过程控制技术3、其他的信号安全技术1.3城市轨道交通信号安全技术1.3.2现代信号系统安全技术的特点现代信号系统的故障—安全特性，是建立在高可靠性基础上的设备或系统的故障不可避免，可以足够小，但不可能为零故障的后果可分为危险侧和安全侧，危险侧故障概率应足够小安全侧故障也应尽量小，不然可用性就差1.3城市轨道交通信号安全技术1.3.2现代信号系统安全技术的特点（1）沿用了传统的安全技术（2）采用各种可靠性技术和容错技术（3）完整和详细的标准（4）加强过程控制（5）加强故障检测和系统测试，对系统自身的检测和专门的检测都很重视现代信号系统依据新特点、新概念采取一系列有效的措施，来实现现代信号系统的故障—安全特性，主要包括：1.3城市轨道交通信号安全技术1.3.3降级模式ATC系统由ATP、ATO、ATS、CI组成ATP、CI子系统属于故障安全类设备ATO、ATS子系统非故障安全类设备降级模式是ATC系统在本级行车控制模式下不能工作时，自动或手动转换到下一级行车控制模式下，并维持运营的方式。1.3城市轨道交通信号安全技术1.3.3降级模式1、ATS子系统故障下的降级控制方式2134ATS中心自动控制ATS中心人工控制ATS中心人工控制ATS车站自动控制2、ATP/ATO子系统故障下的降级控制方式在基于移动闭塞的连续式列车控制等级下的降级控制在基于固定闭塞的点式列车控制等级下的降级控制在联锁级列车控制等级下的列车控制1.3城市轨道交通信号安全技术1.3.3降级模式3、CI子系统故障下的降级控制方式车站联锁设备故障如果多台设备同时故障，其控制范围内将丧失进路控制、联锁和ATP/ATO功能，此时列车的安全完全由人工保证。车辆段联锁设备故障当车辆段