城市轨道交通信号与通信系统（第4版）课件：城市轨道交通列车自动控制系统应用

城市轨道交通信号与通信系统

（第4版）城市轨道交通列车自动控制系统应用01020304列车自动控制系统列车自动防护系统应用列车自动运行系统应用列车自动监控系统应用CONTENTS目录05全自动运行系统应用列车自动控制系统

01一、不同闭塞制式的列车自动控制系统为了确保列车运行安全，在组织列车运行时，通过设备或人工控制方式，使一个区间或规定的空间范围内在同一时间只有一列列车占用，并列车与列车间保持一定的安全距离的技术方法称为行车闭塞法，简称闭塞（Block）。闭塞是用技术装备，保证列车在区间内运行中，与前行列车和追踪列车之间保持一定安全距离间隔的技术方法，也是为确保列车行车安全，避免正面冲突和追尾事故的发生，同时为不断提高运输效率而采取的行车组织方法。一、不同闭塞制式的列车自动控制系统人工闭塞包括电报闭塞和电话闭塞、电气路签和电气路牌闭塞。01

半自动闭塞是我国铁路早期广泛采用的一种闭塞方式。02自动闭塞是由运行中的列车自动完成闭塞任务。通过色灯信号机是随着列车的运行通过列车自动控制的,不需要人工操纵,所以叫自动闭塞。03城市轨道交通系统的闭塞固定闭塞准移动闭塞移动闭塞自动闭塞二、不同结构的列车自动控制系统点式列车控制系统点式ATC系统因其主要功能是实现列车超速防护,所以又称为点式ATP系统。点式ATC所使用的地面应答器有着高信息容量、结构简单等优点,但是难以胜任高密度情况。后续列车通过地面应答器前方有车,算出一条制动曲线,后续列车驶过,前车已驶离,后续列车已经通过地面应答器,后车不能得到新的信息,只能减速到下一个地面应答器。二、不同结构的列车自动控制系统基于轨道电路的列车自动控制系统采用轨道电路向车载设备传送信息，运行中的列车根据这些由轨道电路采集到的信息，通过车载设备实时计算与前方列车的间距，从而计算列车的允许运行速度。二、不同结构的列车自动控制系统利用地面提供的线路信息、前车速度、(目标)距离和进路状态，列控车载设备自动生成列车允许速度控制模式曲线，并实时与列车运行速度进行比较，超速后及时进行控制使列车减速或停车。二、不同结构的列车自动控制系统轨道电路以码序形式提供空闲闭塞分区数量。应答器提供闭塞分区长度和线路允许速度。车载设备综合计算出目标距离，生成速度曲线。写一写：请根据上图，为以上区段填写相应的码序以及空闲分区数量？

空闲数量：目标距离：当前码序：----m--------9250m7L5=1250+1300+1350+1300+1350+1300+1350=9250m速度曲线码序空闲分区数量二、不同结构的列车自动控制系统空闲闭塞分区数量空闲闭塞分区数量如何获取？区段允许速度以及区段长度如何获取？速度曲线如何获取？想一想：1250+1300+1350+1300+1350+1300+13509200空闲区段：77950空闲区段：66650空闲区段：55300空闲区段：44000空闲区段：32650空闲区段：21350空闲区段：1速度曲线0空闲区段：0目标距离:二、不同结构的列车自动控制系统基于轨道电路的列车控制系统二、不同结构的列车自动控制系统基于通信的列车运行控制系统（CBTC，CommunicationsBasedTrainControl），CBTC采用独立于轨道电路的列车控制方法，通过高精度的列车定位和连续、高速、双向的数据通信，建立车载和地面安全设备的实时通信，实现对列车的控制。是一种采用先进的通信和计算机技术，连续控制、监测列车运行的移动闭塞方式。二、不同结构的列车自动控制系统CBTC系统的出现成功解决了基于轨道电路列车运行控制系统的以下弊端：2传输信息量有限。轨道电路限制了列车位置检测的精度。13轨道电路易受到天气、地理环境及电磁环境的影响。二、不同结构的列车自动控制系统基于通信的列车控制系统二、不同结构的列车自动控制系统自由波天线裂缝波导管泄漏同轴电缆无线电台传输方式：三、列车控制模式030201当前多采用CBTC,其列车控制运行级别由高到低可分为连续通信控制下ATP/ATO的运行(简称CTC级别);CTC级别下系统通过连续通信设备，例如感应环线、漏泄电缆和无线等获得移动授权，控制列车在CM/AM-C下运行；点式通信控制下ATP/ATO的运行(简称ITC级别);ITC级别下，通过地面应答器获得点式的通信信息，控制列车在CM/AM-I下运行；联锁级下的运行(简称ILC级别)，ILC级别下，列车不生成移动授权，只能在RM模式下运行。三、列车驾驶模式自动折返模式05非限制人工驾驶模式04限制人工驾驶模式03ATP监督下的人工驾驶模式02列车自动运行模式01列车自动防护系统的应用

02列车自动防护系统速度曲线轨道电路为ATC提供连续的行车许可列车自动防护(ATP)系统是保证行车安全、防止列车进入前方列车占用区段和防止超速运行的设备。ATP系统负责列车运行的保护,是列车安全运行的保障。

将信号不断从轨道传至列车上，车载ATP计算得到列车当前容许的最大安全速度，依次对列车实现监督及管理。一、列车自动防护系统的构成ATP车载设备主要是对所接收信息的处理,它包括车载主机、车载外设和人机界面单元ATP轨旁设备主要是区域控制器（ZoneController，简称ZC）ATP系统的设备主要是轨旁设备和车载设备两部分。一、列车自动防护系统的构成ZC子系统主要负责根据通信列车所汇报的位置信息以及联锁所排列的进路和轨旁设备提供的轨道占用/空闲信息，为其控制范围内的通信列车计算生成移动授权，保证其控制区域内通信列车的安全运行。每个控制区域由一个ZC负责，该ZC主要负责为其控制范围内的通信列车计算生成移动授权(MA)。ZC是CBTC系统中的地面核心控制设备，是车-地信息处理的枢纽。ZC需要实时地与车载ATP、DSU、CI及ATS子系统进行信息交互，为MA的生成提供数据支持。当列车在ZC管辖范围内按运行时刻表正常运行时，ZC接收列车发出的当前位置和运行方向等信息，并使用以上列车信息结合来自CI的周围障碍物状态信息确定列车的MA，ZC将由CI获取的列车移动授权范围内的障碍物状态告诉给车载ATP。ZC一、列车自动防护系统的构成车载ATP设备ATP主机车载外设人机界面一、列车自动防护系统的构成二、列车自动防护系统的功能ATP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、车门允许、记录司机操作。轨旁功能传输功能车载功能二、列车自动防护系统的功能轨道电路功能实现列车占用检查提供行车许可及闭塞分区数量应答器功能提供临时限速和进路信息线路允许速度和闭塞分区长度等车载设备功能综合轨道电路、应答器信息和动车组参数，自动生成连续速度控制模式曲线，实时监控列车安全运行（具体监督功能见下页）速度曲线轨道电路为列车提供连续的行车许可二、列车自动防护系统的功能报文生成功能02完成整理数据、准备和格式化要传送到ATP车载设备的报文，并决定传输方向。.负责列车安全间隔和生成报文，完成对列车安全运行授权许可的发布和报文的准备ATP轨旁功能（ZC）列车安全间隔功能01保持列车之间的最小安全距离，发出运行授权。在进路已经排列，联锁功能中才发出列车运行授权.二、列车自动防护系统的功能监督功能速度监督功能方向监督功能车门监督功能紧急制动监督功能后退监督报文监督功能设备监督功能ATP车载功能二、列车自动防护系统的功能测速与测距1防护曲线的生成和应用（速度监督，间隔防护）2常用制动和紧急制动3车门允许4确定车辆速度和位置是车载设备关键功能。车载ATP设备具备速度测量功能，并根据测速脉冲的相位，对车头走行方向进行判定。车载ATP应能检测出车轮的空转打滑，并使用通过相应设备自动补偿由于车轮空转、打滑所引起的测速测距误差。测速1列车运行速度的测量非常重要，列车实际运行速度是速度控制的依据。该速度值的准确和精度直接影响调速效果。测距2在目标距离模式中，列车位置对于安全性至关重要。如果列车无法掌握它在线路中的准确位置，那么它就无法保证在抵达障碍物或限制区之前停下或减速。测距通过测速与轮径计算得出，系统通过记录车轮旋转的次数N，结合列车运行方向和车轮直径D，计算得出列车走行距离S。（写出公式）二、列车自动防护系统的功能测速与测距1防护曲线的生成和应用（速度监督，间隔防护）2常用制动和紧急制动3车门允许4车载ATP子系统考虑设备及线路特性，根据最严格的限速和防护点，按照安全制动模型，并考虑司机的可操作性、系统的可用性和列车运行效率，生成ATP防护曲线。二、列车自动防护系统的功能车载ATP设备具有常用制动和紧急制动两级防护控制的能力。在常用制动失效后，可施行紧急制动。测速与测距1防护曲线的生成和应用（速度监督，间隔防护）2常用制动和紧急制动3车门允许4ATP牵引控制台驾驶室常规制动紧急制动ATOATPATOATS地面部分车载部分速度反馈二、列车自动防护系统的功能打开屏蔽门授权打开屏蔽门请求打开车门确认列车在车窗列车禁止移动禁止移动打开车门开门准备屏蔽门联锁车载ATP/ATO列车测速与测距1防护曲线的生成和应用（速度监督，间隔防护）2常用制动和紧急制动3车门允许4在通常的情况下，在站台停车窗口区以外停车时，车载ATP不允许车门开启。即使通过ATO自动驾驶列车时，未获得车载ATP的门允许时，车载ATO也不能打开或关闭车门。左右车门选择由车门开启命令来执行，此命令通过地面ZC子系统获得。列车自动运行系统的应用

03列车自动运行系统什么是ATO？列车自动运行系统(ATO)WHATISATO?列车自动运行系统主要用于实现“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,根据运营控制中心指令自动完成对列车的起动、牵引、惰行和制动,送出车门和站台滑动门同步开关信号，使列车按最佳工况正点、安全、平稳地运行。ATO为非故障-安全系统,其控制列车自动运行,主要目的是模拟最佳的司机驾驶,实现正常情况下高质量的自动驾驶。ATP系统是城市轨道交通列车运行时必不可少的安全保障,ATO系统则是提高城市轨道交通列车运行水平(准点、平稳、节能)的技术措施。一、列车自动运行系统的构成ATO系统主要由轨旁设备和车载设备两部分组成。轨旁设备，ATO子系统轨旁设备通常也用作ATP子系统轨旁设备，接收与列车自动运行有关的信息。ATO为了实现精确的停站,安装能够测定车门是否与站台门对准的设备——信标。信标一般采用应答器,将轨旁的准确位置信息传送至车载设备内,列车ATO会应用此信息来计算站台内到停车位置的行驶距离。接近停车位置的应答器数量决定站停位置的准确度。整个系统的位置信息所采用的信标为同一种,它们位于特定位置并安装在两条钢轨中间。1车载设备，ATO子系统与ATP子系统共用车载硬件设备,并且没有独立的设备。ATO子系统的软件安装在与车载ATP子系统共用的车载计算机中,但使用独立的CPU。ATO车载设备由设在列车司机室的ATO控制器、及安装在列车前后端的（与ATP兼用）组成。ATO周边附属设备例如用于列车定位的应答器接收天线、用于速度距离测量速度传感器和雷达、及用于车地通信的自由波天线等。2二、列车自动运行系统的功能ATOATOATOATOATOATO的主要功能1.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，可配置)运行，并尽可能减少牵引、惰行和制动之间的转换，竟可能控制列车节能平稳运行。无人自动折返车门屏蔽门控制自动驾驶功能自动驾驶功能二、列车自动运行系统的功能ATOATOATOATOATOATO的主要功能无人自动折返车门屏蔽门控制自动驾驶功能自动驾驶功能2.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子系统控制。当停车特征被启动后，ATO子系统基于列车速度、预先决定的制动率和距停止点的距离计算出一个制动曲线，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。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视觉报警。3.车站自动发车当ATP子系统认为列车发车安全条件符合时，ATO子系统给出启动显示，司机即可按下启动按钮，ATO子系统使列车从制动停车状态转为驱动状态。停车制动将被缓解，列车得以启动并加速运行。ATO通过预设的数据提供牵引控制，该牵引控制可使列车平稳加速。ATOATOATOATOATO二、列车自动运行系统的功能ATO的主要功能无人自动折返车门屏蔽门控制自动驾驶功能自动驾驶功能4.区间临时停车由ATP子系统给出目标点位置（例如前方有车或站台）及制动曲线，并将数据传送给ATO子系统车载单元，ATO子系统得到目标速度信息后自动启动列车运行，使列车停稳在目标点前方10m左右（可配置）。区间临时停车是车门由ATP子系统锁定。区间停车后，当前方停车信息消除，车载ATO自动启动列车运行。5.区间限速响应临时性限速区间的数据由地面设备传输给ATP车载设备，再由ATP车载设备将减速命令传达至车载ATO子系统，由车载ATO控制列车牵引、制动控制设备。对于长期的限速区间，限速数据可事先存入ATO子系统，在执行自动驾驶计算运行曲线时，ATO子系统自动考虑该区间限速.ATOATOATOATOATO二、列车自动运行系统的功能ATO的主要功能无人自动折返车门屏蔽门控制自动驾驶功能无人自动折返ATOATOATOATOATO只有按下站台的AR按钮以后，车载ATO才开始实施无人驾驶列车折返运行。通过轨旁设备提供的线路数据来驾驶列车进人折返轨，在折返轨停车后调换驾驶室，原车尾转换为车头，换端后自动驾驶列车回到出发站台。列车回到出发站台标识着自动折返程序完成，车载设备就会退出AR模式。二、列车自动运行系统的功能ATO的主要功能当列车站台停车后，当ATP子系统给出开门命令，在ATP子系统的监督下由ATO子系统自动打开车门，也可由司机手动打开正确一侧的车门。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。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。无人自动折返车门屏蔽门控制自动驾驶功能车门屏蔽门控制ATOATOATOATOATO列车车载ATP/ATO联锁屏蔽门开门准备禁止移动打开车门确认列车在车窗列车禁止移动请求打开车门授权打开屏蔽门打开屏蔽门三、列车自动运行系统和列车自动防护系统对列车速度的控制ATP是安全设备,保证列车的安全运行,ATO是最大限度地提高效率、增加车辆运行的舒适性。ATP主要是通过运用起动常用制动和紧急制动的手段,当列车超过其允许的最大速度时降低列车速度,以保证列车安全行驶,ATO主要是通过合理运用牵引和制动,保持列车准确、高效、平稳。ATP是ATO的基础,ATO不能脱离ATP,ATO系统必须从ATP系统获得基础信息,只有在ATP的基础上才能实现ATO,列车安全才有保证。所以: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系统控制台ATPATOATPATOATS牵引常规制动紧急制动驾驶室车载部分地面部分速度反馈列车自动监控系统的应用

04列车自动监控系统列车自动监控系统(ATS)WHATISATO?列车自动监控(ATS)系统主要是实现对列车运行及所控制的道岔、信号等设备运行状态的监督和控制,给行车调度人员显示出全线列车的运行状态,监督和记录运行图的执行情况,在列车因故偏离运行图时及时作出调整,辅助行车调度人员完成对全线列车运行的管理。ATS系统是整个城市轨道交通运营的核心,它需要ATP和ATO系统的支持,根据运行时刻表完成对全线列车运行的自动监控,可自动或由人工监督和控制正线(车辆段、停车场、试车线除外)列车进路,并向行车调度人员和外部系统提供信息。ATS的功能由位于运营控制中心内的设备实现。一、列车自动监控系统的构成二、列车自动监控系统的功能控制功能ATS子系统的功能ATS子系统将列车运营及轨旁设备的状态和信息，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及轨旁信号设备的显示情况，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。

监督功能ATS向轨旁联锁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可以绘制列车实迹运行图，并动态的对偏离运行图的列车进行调整。二、列车自动监控系统的功能01列车进路控制功能ATS子系统对列车进路的控制方式包括：自动控制及人工控制。正常情况下，系统根据联锁表、计划运行图及列车位置，自动生成、判断、输出进路控制命令，传送到联锁设备，设置列车进路，自动控制车站的进路排列。ATS子系统的功能二、列车自动监控系统的功能02行车信息显示功能ATS子系统通过一级设备集中站和车辆基地从联锁子系统、ATP/ATO子系统及其他相关系统获取信息，进行行车信息显示。二、列车自动监控系统的功能03列车运行描述功能ATS子系统采用列车识别号、列车图标和位置信息的变化来自动显示正线列车的实迹运行，自动完成正线区段内列车识别号的跟踪，如图所示。列车自车辆基地出发进入“转换轨”时开始，至列车回到车辆基地后结束，并与车辆基地联锁系统共同实现列车在车辆基地内车组号的追踪。二、列车自动监控系统的功能04信息采集和获取ATS子系统从车站和车辆基地获取ATP/ATO子系统和联锁设备提供的列车运行状态信息、信号设备的状态信息和列车位置信息。05列车运行图/时刻表管理ATS子系统中使用的运行图分为基本运行图时刻表、计划运行图时刻表和实迹运行图时刻表，如图所示。所有显示的运行图都能进行放大、缩小及平移等操作，以方便查看。三、列车自动监控系统的控制中心控制正常运营时，ATS子系统主要采用中心控制。在中心控制状态下，ATS子系统根据列车运行时刻表对全线列车进行集中监控，中心调度员发布命令，对运营实施控制。Step1Step2Step3车站控制如果中心ATS故障，本地ATS自动激活，即执行车站控制。本地ATS功能将确保可以像中心ATS一样的基本自动运行，在后备模式下协助调度员实现列车按计划运行。在车站控制状态下，车站操作员通过现地控制工作站人工设置控制命令，对运营实施控制。控制级别的转换在设备集中站和ATS控制中心通讯正常的情况下，车站操作员和中心调度员通过电话、无线等方式沟通协调后，由车站操作员在现地控制工作站上进行控制权限转换（转为中心控制或车站控制）。全自动运行系统的应用

05全自动运行系统FAO概念的定义：全自动运行系统(FullyAutomaticOperation）最初译为全自动驾驶，随着研究深入对FAO的内涵理解更加深入，FAO译为全自动运行更加准确。最初译为全自动驾驶的缘由参考ATO

定义，

国内习惯将ATO

（

AutomaticTrain

Operation）译为自动驾驶。从功能上看，ATO主要是在自动防护（ATP）提供的速度防护曲线基础上，替代司机驾驶列车，保证列车平稳、准点运行，并精确停车全自动运行系统的定义：全自动运行系统是基于现代计算机、通信、控制和系统集成等技术，由信号、车辆、综合监控、通信、站台门等与列车运行相关的设备组成，实现列车运行全过程自动化的系统。一、全自动运行系统的优势与特点停车列检库洗车库检修库联合车间

试车线 全自动区域

非全自动区域 工程车库 牵出线正线转换轨运营效率显著提升正线自动化水平的提高，减少人员驾驶操作应时间每站停站时间节约5-7秒，能力提升5%。车辆段自动化水平提高，减少人员整备列车时间出入库31项自检全自动完成，耗时比传统段场节约30分钟左右；故障定位至板级，中心报警。客流量要求乘降时间长消除司机反应时间列车自动整备二、全自动运行系统的架构总调 环调 电调 行调乘客调