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1、城市軌道交通信號系統(tǒng),,1、軌道交通信號的作用,信號是列車運行的憑證。 信號設施用于指揮和控制列車運行。 盡管投資額在整個工程中所占的比例低（通常在3以下），但對于提高列車通過能力、提高運能、保證行車安全有著至關重要的作用。,軌道交通信號的作用,確保列車運行的安全，防止追尾和沖突。 提高運行效率。 實現列車運行的自動化。,2、城市軌道交通信號的特點,與軌道交通其他設施、系統(tǒng)一樣，信號系統(tǒng)也沿用鐵路的概念、設施和手段。 城市軌道交通線路短、站間距小、運營密度大、運營線路條件差（隧道、彎道多），不能完全套用鐵路信號的概念、設施和手段。 信號系統(tǒng)要根據城市軌道交通的這些特點加以改進、更新和發(fā)展。,3
2、、城市軌道交通信號系統(tǒng)組成,軌道交通信號系統(tǒng)是“信號（顯示）”、閉塞、聯鎖“的總稱。 軌道交通信號系統(tǒng)是由各類信號顯示、軌道電路、道岔轉轍裝置等主題設備及其他有關附屬設施構成的一個完整的體系。,4、軌道交通信號的起源和發(fā)展類型,信號的起源 軌道交通信號起源于英國。 最早的列車指揮是由一位帶紳士禮帽、穿黑大衣和白褲子的鐵路員工騎馬在前引導運行的，他邊跑邊以各種手勢發(fā)出信號指揮列車的前進和停止。,4-1 臂板信號,為確保安全，人們開始研究使用固定的信號設備：用一塊長方形的板子，橫向線路是停車信號，順向線路是行車信號。 可是，順向線路的板子實際上很難觀察，故又在頂端加塊圓板。 當必須在晚間開
3、車時，就以紅色燈光表示停車信號，白色燈光表示行車信號。 1841年，英國人戈里高利提出用長方形臂板作為信號顯示，裝設在倫敦車站，這是鐵路上首次使用臂板式信號機。,4-2 色燈信號機,上海地鐵色燈信號機,4-3 機車信號,將地面信號傳遞給機車，在司機操作臺上顯示，這就是機車信號。 在線路條件不好、氣候條件不好的情況下，機車信號的作用是不可估量的。,機車信號,在軌道交通線路中，由于站間距小、運營線路條件差，僅僅靠機車信號顯示、由司機來控制機車是很難做到大密度運營的。 較為先進的軌道交通系統(tǒng)已摒棄了“用信號顯示指揮列車”的舊有概念，引進了ATC（Automatic Train Control）系統(tǒng)，
4、司機臺上顯示的是反映列車運營的狀態(tài)。,5、閉塞的概念,軌道交通運營中安全問題是最至關重要的。 列車在軌道交通線路上運行是一維空間的問題，確定列車在線路的確切位置是保證安全的關鍵，特別是早期沒有鑒別手段的情況下。,閉塞的概念,最簡單的確定位置的方法是劃分一定長度的“區(qū)段”，在某一時間段內，在此區(qū)間內只容許一列車占有（運行、停放），這就是“閉塞”的概念。 為保證行車安全，將列車正在運行、停放的線路區(qū)段予以”封閉“，不允許其他列車進入此區(qū)段，以防止對向列車、后續(xù)列車的正面沖突或追尾事故的發(fā)生。,5-1 閉塞區(qū)段的劃分,長久以來，均以車站作為閉塞區(qū)段 1）車站值班員”眼見為實“作為判斷
5、標準 ； 2）站間電報、電話多次確定作為允許列車通行的先決條件； 3）各種形式的信號指揮列車運行。 隨著軌道交通電路的發(fā)展、完善，逐漸改為以軌道電路作為閉塞區(qū)段。 城市軌道交通的閉塞現在已開始取消固定”閉塞區(qū)段 “的概念，從固定閉塞向移動閉塞方向發(fā)展。,5-2 人工閉塞,采用路簽或路牌作為列車占用區(qū)段的憑證，由接車站值班員檢查區(qū)間是否空閑。單路簽閉塞是早期使用的一種人工閉塞方式，后來發(fā)展為電話、電報人工閉塞。,5-3 軌道電路,鋼軌是導體，左右兩根鋼軌可以組成閉合電路，用來檢查列車占用鋼軌線路的狀態(tài)，這就是軌道電路。 軌道電路的出現，代表鐵路自動信號的
6、誕生。美國人魯賓遜1870年發(fā)明了軌道電路，但真正實際應用于軌道交通中是20世紀30年代。,沒有列車進入的軌道電路,列車進入后的軌道電路,5-4 半自動閉塞,人工開啟信號，列車經過時自動關閉信號的閉塞方式。 在進站和出站處各安裝一個軌道電路，就可實現半自動閉塞。,5-5 自動閉塞,如果全線分段鋪設軌道電路，每段軌道電路都設置信號，在列車占用該軌道電路線路時，信號自動顯示紅燈；前一段線路信號自動顯示黃燈；再前一段線路信號自動顯示綠燈。 閉塞區(qū)段突破了“站”的限制，若車站區(qū)間8Km，一段軌道電路1.3Km，理論上站間可以同時有三列車。,自動閉塞示意圖,5-6 軌道電路的連接接頭,有絕緣接頭軌道電路
7、的缺點,有絕緣移頻軌道電路的優(yōu)點是傳輸距離長、信息量大。 但隨著無縫線路的出現，有絕緣軌道電路在運營中的最薄弱環(huán)節(jié)是其軌端絕緣節(jié)，故障率比較高，逐步暴露出其在自動閉塞系統(tǒng)中的不適應性。 因此，需要將有絕緣軌道電路進行無絕緣改造。,無絕緣軌道電路示意（1）,無絕緣軌道電路示意（2）,無絕緣軌道電路示意（3）,無絕緣軌道電路示意（4）,軌道電路中再并聯一個同樣的電路則可以在這個電路中產生振蕩信號，這就是接收端。,無絕緣軌道電路,列車進入則產生短路（車軸短路），振蕩信號消失，發(fā)出另一種信號。 在相連的軌道電路中，使用不同的信號加以區(qū)分，可以不相互干擾。 可以區(qū)分不同的軌道交通線路區(qū)段，進而將控制信息
8、通過軌道電路送到機車上。,無絕緣軌道電路的應用,6、聯鎖的概念,聯鎖的概念是在線路中引進了道岔，線路平面由“一維”變?yōu)椤皟删S”后產生的。 為了確定車輛在線路平面中的位置，必須首先確定列車走的線路，既確定“進路”； 若要列車進入確定的線路，則必須扳動相關的道岔； 扳動道岔后，不能讓其他人員再扳動這組道岔，即必須“鎖定”道岔。 若要司機知道走的線路，則必須給出相應明確的信號。,6-1 聯鎖定義,聯鎖是指為保證行車安全，而將軌道交通線路中的所有信號機、軌道電路及道岔等相對獨立的信號設備構成一種相互制約、互為控制的連帶環(huán)扣關系，即“聯鎖”關系。,6-3 微機聯鎖,利用微型電子計算機對車站值班員操作命令
9、及現場設備表示信息進行邏輯計算，以實現對信號機、軌道電路及道岔轉轍機等設備進行集中控制的車站聯鎖設備。,7、城市軌道交通的信號系統(tǒng)列車自動控制（ATC）系統(tǒng)Automatic Train Control,列車自動防護（ATP）子系統(tǒng) Automatic Train Protection 列車自動監(jiān)控（ATS）子系統(tǒng) Automatic Train Supervision 列車自動運行（ATO）子系統(tǒng) Automatic Train Operation,ATC系統(tǒng),ATC系統(tǒng)：列車按地面?zhèn)魉偷乃俣龋ɑ蚓嚯x）信息，自動控制列車運行的信號設備。 后
10、續(xù)列車根據與先行列車之間的距離和進路條件，在車內連續(xù)地顯示出容許的速度信息，或按設定的運行條件達到容許速度的距離信息。 根據上述信息，列車自動地控制運行速度，進行超速防護，確保列車高效、安全的運行。,7-1 城市軌道交通ATC系統(tǒng)的特點,傳統(tǒng)信號系統(tǒng)是通過設置在地面的色燈信號機來傳遞不同的行車命令，這種制式基本上是依賴司機進行速度控制和調整，依靠司機保證行車安全。 ATC系統(tǒng)將機車信號作為主體信號，傳遞給列車的信號是具體的速度或距離信息，列車按調度人員設置的時刻表，實現自動運行、自動折返、自動調整停站時分，以及運用程序定位實現列車在車站的停車控制。,7-2 ATC
11、系統(tǒng)的組成,ATC 系統(tǒng)的設備組成 現場軌旁設備、車載信號設備、控制中心及車站信號設備 ATC系統(tǒng)的功能組成 ATO、ATS、ATP,ATO列車自動運行子系統(tǒng),ATO子系統(tǒng)主要用于實現“地對車控制”，即用地面信息實現對列車驅動、制動的控制。 使用ATO子系統(tǒng)后，可以使列車經常處于最佳運行狀態(tài)，避免了不必要的、過于劇烈的加速或減速，因此明顯提高了乘坐的舒適度，提高了列車準點率及減少輪軌磨損。 ATO子系統(tǒng)與列車的再生制動相配合，可以節(jié)省電能的消耗。,ATS列車自動監(jiān)控子系統(tǒng),ATS子系統(tǒng)主要實現對列車運行的監(jiān)督和控制，輔助行車調度人員對全線列車運行進行管理。 它給行車調
12、度人員顯示全線列車的運行狀態(tài)，監(jiān)督和記錄運行圖的執(zhí)行情況，在列車因故偏離運行圖時及時做出反應（提出調整建議或者自動修整運行圖）。 通過ATO的接口，向旅客提供運行信息通報（列車到達、出發(fā)時間、運行方向、中途?？空久?ATP列車自動防護子系統(tǒng),ATP子系統(tǒng)是ATC系統(tǒng)的核心和關鍵。 ATP子系統(tǒng)具有實現列車的間隔控制、超速防護、進路的安全監(jiān)控、車門和站臺屏蔽門的控制等功能。,7-3 中央控制室,車站控制室,車載ATC,列車自動防護（ATP）接收天線,列車自動防護（ATP）接收天線,7-4 向列車傳送控制信號,目前我國已建成的地鐵、輕軌，基本上都采用軌道電路向列車傳遞控制信息的方式。除采用鋼軌
13、或設置環(huán)線來連續(xù)地傳遞信息外，也可以通過設置于運行線路上的點式傳感器向車上傳遞點式信息（上海莘閔線）。,上海地鐵采用的ATC制式共有五種制式,1號線：采用美國GRS的ATC系統(tǒng)（模擬）； 2號線：采用美國USS(美國鋼鐵公司）的ATC系統(tǒng)； 3、4號線：采用法國ALSTOM（阿爾斯通）公司的ATC系統(tǒng)； 5號線：采用SIEMENS 公司的點式ATC系統(tǒng)； 8號線：采用ALCATEL公司的基于無線通信CBTC系統(tǒng)。,不同的ATC系統(tǒng)向列車傳送的控制信號,上海地鐵一號線建于80年代末，當時模擬技術占主導地位，選用了基于模擬音頻無絕緣軌道電路的ATC系統(tǒng)，其信息量小且是不連續(xù)的。 上海地鐵二號線建設
14、時，數字技術走向成熟應用階段，選擇了基于數字編碼軌道電路的ATC系統(tǒng)，控制中心向列車連續(xù)發(fā)送“目標速度”。 上海地鐵三號線的ATC系統(tǒng)，向列車傳送的信息內容是“進路地圖”的“目標距離”，由車載計算機自己決定運行速度。 由于其運量及其車輛性能等原因，上海地鐵五號線采用點式ATC系統(tǒng)。,廣州地鐵采用的ATC制式,1、2號線采用SIEMENS公司的ATC系統(tǒng)（數字軌道電路）； 3號線采用ALCATEL公司的ATC系統(tǒng) （移動閉塞）； 4、5號線采用SIEMENS公司的CBTC系統(tǒng)（無線通信）。,7-5 車地信息傳遞,列車在線信息、車次號信息以及道岔、信號狀態(tài)信息等，傳送至控制中心，通過顯示屏及調度員
15、工作站的CRT顯示。 列車上的車載設備接收并解譯地面送來的調度指令和ATP速度命令或距離信息，實現列車的自動運行；并將列車的運行狀態(tài)和設備狀態(tài)信息，經車站服務器傳送給控制中心。,車次多次交換信息保證停車位置準確,當列車進入站臺區(qū)域，站臺區(qū)段軌道電路的ATP接收器檢測到列車到達車站； 列車到達停車點，經列車ATO系統(tǒng)確認，保證列車的制動； 當檢測到列車的速度為零，列車向地面送出列車停站信號，列車收到開門信息，使相應的門控繼電器動作； 司機按壓與門控繼電器相對應的門控按鈕后，才可打開列車車門。,上海地鐵停車位,地鐵一號線停車標記和定位標記（1）,地鐵一號線停車標記和定位標記,地鐵一號線停車標記和定
16、位標記（3）,地鐵一號線停車標記和定位標記,北京地鐵沒有停車標記,8、移動閉塞的概念,列車運行間隔自動調整亦稱移動閉塞。 移動閉塞不需要將區(qū)間劃分成若干固定的閉塞分區(qū)，而是在兩個列車之間自動調整運行間隔，使之保持一定的安全距離。 移動閉塞使兩列車之間的間隔最小，從而提高了區(qū)間內的行車密度，大大提高區(qū)段的通過能力。,CBTC（Communication Based Train Control),CBTC使用的是無線移動閉塞技術，靠移動列車間的通信來實現控制，從而縮短了列車間的安全制動距離。CBTC技術所需要的沿線硬件設備少。,CBTC,這種特殊閉塞裝置具有安全可靠、維修量小、成本低、節(jié)省人力、辦理閉塞速度快、效率高，還可避免因線路中斷而引起閉塞失效等一系列突出優(yōu)點。 從1983年開始，迅速在日本、美國、加拿大、英國、原聯邦德國等發(fā)達國家的一些小運量的單線區(qū)段得到了推廣應用。上海地鐵8號線也準備采用這種閉塞形式。,
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