城市轨道交通信号设备（第2版）-课件 ch00 城市轨道交通及其发展

城市轨道交通及其发展“城市轨道交通信号设备（第2版）序章01城市轨道交通信号系统的发展历程城市轨道交通信号系统的发展历程轨道电路将区间线路划分为若干固定的区段，是进行列车占用检查和向车载设备传送信息的载体。列车定位以固定的区段为单位，采用模拟轨道电路方式由地面向车载设备传送10～20种信息，列车采用阶梯式速度控制方式，这种一个固定区段只有一列车占用的行车模式被称为固定闭塞。模拟轨道电路在我国应用的典型代表有：从英国西屋信号有限公司引进的FS-2500无绝缘轨道电路，应用于北京地铁1号线、13号线；从美国通用铁路信号公司引进的无绝缘数字调幅轨道电路，应用于上海地铁1号线；国产的WG-21A轨道电路，应用于大连地铁。从系统整体角度来看，在基于模拟轨道电路的ATC系统中，各子系统处于分立状态，技术水平明显落后，维修工作量大，制约了列车运行速度和密度的进一步提高，基于模拟轨道电路的ATC系统将逐步退出历史舞台。（一）基于模拟轨道电路的ATC系统城市轨道交通信号系统的发展历程数字轨道电路采用数字编码方式，由地面向车载设备传送数十位数字编码的信息。因为采用基于数字轨道电路的ATC系统，列车可实现一次模式曲线式安全防护，所以这种列车安全防护措施被称为准移动闭塞。数字轨道电路在我国应用的典型代表有：美国联合道岔与信号国际公司（USSI）的AF-904无绝缘数字轨道电路，应用于上海地铁2号线、津滨轻轨等；德国西门子公司的遥供无绝缘音频轨道电路，应用于广州地铁l号线、2号线和南京地铁l号线等。基于数字轨道电路的ATC系统采用了微电子技术、计算机技术和数字通信技术，延续了轨道电路的故障-安全性能，目前在世界范围内使用得较多，可靠性和稳定性得到了充分验证。但数字轨道电路存在以下缺点。（二）基于数字轨道电路的ATC系统城市轨道交通信号系统的发展历程（二）基于数字轨道电路的ATC系统12数字轨道电路必须具备很强的抗干扰能力。数字轨道电路中的ATC信息电流一般为几十毫安至几百毫安，而列车牵引回流最大可达4000A，因此数字轨道电路必须具备很强的抗干扰能力，才能免受列车牵引回流的影响。受轨道电路的特性限制，只能实现从地面到列车的单向信息传输，信息量也只能达到数十比特，限制了ATC系统的性能。3信号设备和牵引供电设备的安装相互影响。信号设备和牵引供电设备都需要安装在轨道上，两种设备的安装必须相互协调，否则会影响对方系统的性能。4数字轨道电路无法进行列车的精确定位。数字轨道电路只能通过区段对列车进行定位，而一般区段长度为30～300m，对缩短行车间隔有一定的限制。城市轨道交通信号系统的发展历程（三）基于无线通信的列车运行控制（CBTC）系统CBTC系统的特点是先行列车、后续列车都采用移动定位方式，通过安全数据传输，将先行列车的位置信息安全地传递给后续列车，可实现一次模式曲线式安全防护，并且其防护点能够随前车的移动而实时更新，有利于进一步缩短行车间隔，提高运输效率，这种列车安全防护措施被称为移动闭塞。城市轨道交通信号系统的发展历程（三）基于无线通信的列车运行控制（CBTC）系统12无线传输方式：沿轨道方向安装无线定向天线点，每个点的覆盖距离可以达到200m甚至400m。这种传输方式的优点是安装简单、施工方便、成本低；缺点是传输损耗大，无线场强分布不均匀，以及受周围电磁环境的影响大。漏泄同轴电缆传输方式：漏泄同轴电缆就是沿着同轴电缆的外部导体周期性或非周期性地配置开槽口的电缆，电信号在该电缆中传输的同时，能把电磁能量的一部分按要求从特殊开槽口以电磁波的形式放射到周围的外部空间。它既具有传输线的性质，又具有无线电发射天线的性质。漏泄同轴电缆传输方式的优点是场强均匀、适应性强、电磁污染小等，缺点是成本较高。3波导管传输方式：波导管是一种双向数据传输的无线信号传输媒介。波导管传输方式的优点是传输频带宽、传输损耗小、可靠性高、抗干扰能力强等；缺点是维修工作量大，且对安装精度要求高。4感应环线方式：通过沿轨道铺设交叉感应环线，实现车地无线通信。无线通信的传输方式有很多，但是目前国内主要采用的有以下4种。02城市轨道交通对其信号系统的要求城市轨道交通对其信号系统的要求因为城市轨道交通（尤其是地下部分隧道）的空间小、行车密度大、故障处置难度大，若发生事故，难以施援，损失将非常严重，所以对行车安全的保证，即对城市轨道交通信号系统的安全性提出了更高的要求。城市轨道交通不设站线，进站列车停在正线上，先行列车的停站时间直接影响后续列车接近车站，所以要求城市轨道交通信号系统中的信号设备必须满足通过能力大的要求。（一）安全性高（二）通过能力大城市轨道交通对其信号系统的要求城市轨道交通的地面信号机少，地下部分背景暗，不受天气影响，直线地段的瞭望条件好，但曲线地段受到隧道壁的遮挡，信号显示距离受到限制，所以城市轨道交通信号系统需要保证地下弯道处显示清晰。目前，城市轨道交通车地无线通信基本无专用频段，一般采用公用2.4GHz、5.8GHz频段。轨道交通沿线电磁环境及车上乘客随身携带的无线设备，均在一定程度上对车地无线通信形成干扰。这就要求城市轨道交通信号系统具备较强的抗干扰能力。（三）地下弯道处显示清晰（四）抗干扰能力强城市轨道交通对其信号系统的要求城市轨道交通信号系统是保证行车安全和运营效率的关键设施，其作用如同大脑在人体中的作用，城市轨道交通信号系统中信号设备的可靠性直接影响运营服务水平，关乎公众出行的安全、快捷与舒适程度，因此城市轨道交通信号系统中的信号设备必须具备高可靠性。城市轨道交通的站间距短，列车密度大，行车间隔短，行车调度工作的容错率低，而且地下部分环境潮湿、空气不佳、没有阳光、工作条件差，所以要求城市轨道交通信号系统尽量采用自动化程度高的先进技术设备，以减少工作人员，并降低工作人员的劳动强度。（五）可靠性高（六）自动化程度高城市轨道交通对其信号系统的要求城市轨道交通信号系统的室外设备及车载设备受到土建限界的制约，因此要求设备体积小，同时必须兼顾施工和维护作业空间。（七）限界条件苛刻03城市轨道交通信号系统的特点城市轨道交通信号系统的特点（一）具有完善的列车运行速度监控功能城市轨道交通所承担的客运量巨大，对行车间隔的要求远高于铁路，行车间隔可短到90s甚至更短，因此对列车运行速度监控的要求极高。城市轨道交通的列车运行速度远低于铁路干线的列车运行速度，城市轨道交通的列车最大运行速度通常为80km/h，所以城市轨道交通信号系统可以采用速率较低的数据传输系统。（二）数据传输速率较小城市轨道交通大多数车站没有配线，不设道岔，甚至也不设地面信号机，仅在少数有岔联锁站及车辆段设置道岔和地面信号机，故联锁设备的监控对象远少于铁路车站的监控对象，联锁关系远没有铁路复杂。（三）联锁关系较简单，但技术要求高城市轨道交通信号系统的特点（四）车辆段独立采用联锁设备城市轨道交通的车辆段具有类似于铁路区段站的功能，包括列车编解、接发列车和频繁的调车作业，线路、道岔、信号设备都较多，一般独立采用一套联锁设备。由于城市轨道交通的线路长度短、站间距离短、行车规律性强、行车间隔短，因此城市轨道交通信号系统通常具有自动排列进路和运行自动调整的功能，要求其自动化水平高，人工介入少。（五）自动化水平高04ATC系统在国内外的应用情况ATC系统在国内外的应用情况我国城市轨道交通的信号技术与国际先进的信号公司还有一定的差距，尤其在ATO控制方面，目前处在消化引进技术和研制测试阶段，尚不具备提供较为完整的ATC系统的能力。现阶段，国内大多数城市一般引进国外成熟的ATC系统。05国内城市轨道交通信号系统的主要开发进展情况国内城市轨道交通信号系统的主要开发进展情况中国铁道科学研究院集团有限公司（以下简称铁科院）的科学工作者充分利用铁科院专业齐全的优势，通过多年的研发，完成了CBTC系统中所有子系统（ATS子系统、ATP子系统、ATO子系统等）的国产化，并进行了室内系统调试、现场试验和调试。铁科院的ATS子系统、计算机联锁子系统是国内成熟的技术成果，已经具备工程实施的条件。铁科院的科学工作者还对CBTC系统在无故障情况下的后备转换进行了深入研究，能够在保证行车安全的前提下，尽量减少对正常运营的干扰，达到了先进的水平。在安全性方面，铁科院已签署了安全认证合同并开展了安全认证工作。（一）中国铁道科学研究院集团有限公司的开发进展情况国内城市轨道交通信号系统的主要开发进展情况2004年，北京交通大学、北京市地铁运营有限公司、北京和利时系统工程股份公司申请了北京市科学技术委员会的“基于通信的城轨CBTC系统研究与开发”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2列列车的追踪试验。（二）北京交通大学、北京市地铁运营有限公司、北京和利时系统工程股份公司的开发进展情况国内城市轨道交通信号系统的主要开发进展情况该