淺談信號(hào)系統(tǒng)在城軌系統(tǒng)中的應(yīng)用

TOC\o"1-5"\h\z一、 弓I言 1\o"CurrentDocument"二、 信號(hào)系統(tǒng)的基本理論 12.1信號(hào)的組成 12.2信號(hào)的分類 12.3信號(hào)系統(tǒng)在城市軌道交通中的作用 1\o"CurrentDocument"三、 信號(hào)系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)備 23.1信號(hào)機(jī) 23.2轉(zhuǎn)轍機(jī) 33.3軌道電路 43.4聯(lián)鎖 53.5閉塞 5\o"CurrentDocument"四、 信號(hào)系統(tǒng)的應(yīng)用 84.1西門(mén)子信號(hào)系統(tǒng) 84.2副都心線信號(hào)系統(tǒng) 10\o"CurrentDocument"五、 城軌信號(hào)系統(tǒng)的應(yīng)用案例與發(fā)展趨勢(shì) 135.1實(shí)際案例 135.2城軌信號(hào)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì) 13\o"CurrentDocument"六、 總結(jié) 17參考文獻(xiàn) 18致謝 19摘要：城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)是保證列車運(yùn)行安全，實(shí)現(xiàn)行車指揮和列車運(yùn)行現(xiàn)代化，提高運(yùn)輸效率的關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備。城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)是城市軌道，交通自動(dòng)化系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，是保證列車和乘客安全，實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行高效、指揮管理有序的自動(dòng)控制系統(tǒng)。其核心是列車自動(dòng)控制系統(tǒng)，它由列車自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)、列車自動(dòng)防護(hù)子系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)和列車自動(dòng)駕駛子系統(tǒng)組成。ATC系統(tǒng)自上世紀(jì)7O年代投入運(yùn)用至今，經(jīng)歷了三十年的發(fā)展，技術(shù)日趨成熟，為使列車控制技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)更加合理，世界各國(guó)紛紛開(kāi)發(fā)了先進(jìn)的ATC系統(tǒng)，ATC系統(tǒng)按閉塞方式分類有三種類型：固定閉塞方式的ATC系統(tǒng)、準(zhǔn)移動(dòng)閉塞式的ATC系統(tǒng)、移動(dòng)閉塞式的ATC系統(tǒng)關(guān)鍵詞：信號(hào)系統(tǒng)信號(hào)設(shè)備信號(hào)機(jī)ATC系統(tǒng)一引言城軌交通的信號(hào)系統(tǒng)擔(dān)當(dāng)著控制和指揮列車運(yùn)行的任務(wù)，是影響整個(gè)城軌交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)安全控制和效益的關(guān)鍵點(diǎn)。信號(hào)系統(tǒng)的水平也成為城市快速軌道交通現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。設(shè)計(jì)出一個(gè)優(yōu)秀的系統(tǒng)方案不僅有利于保證行車安全,提高運(yùn)輸能力，實(shí)現(xiàn)迅速、及時(shí)、準(zhǔn)確的行車調(diào)度指揮和運(yùn)輸管理現(xiàn)代化，提高服務(wù)質(zhì)量，而且還有利于合理使用工程投資，降低工程造價(jià)。為了保障運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的安全、高效，配置一套科學(xué)、合理的信號(hào)系統(tǒng)成為大家關(guān)注的核心。本文主要闡述信號(hào)系統(tǒng)在城軌中的應(yīng)用。隨著我過(guò)城市軌道交通的迅猛發(fā)展，信號(hào)系統(tǒng)作為控制列車安全運(yùn)行的核心設(shè)備，對(duì)其安全、可靠性的分析評(píng)價(jià)顯得尤為重要。二、信號(hào)系統(tǒng)的基本理論2.1信號(hào)的組成城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)一般由正線和車輛段兩大部分組成，其中正線信號(hào)系統(tǒng)是指列車自動(dòng)控制系統(tǒng)（ATC），主要由列車自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)（ATP）、列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（ATO）、列車自動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)（ATS）及計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)四個(gè)子系統(tǒng)組成。車輛段信號(hào)系統(tǒng)一般采用計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖，由信號(hào)樓值班人員操作控制。2.2信號(hào)的分類（1） 視覺(jué)信號(hào)：以顏色、形狀、位置、顯示數(shù)目和燈光狀態(tài)等表達(dá)的信號(hào)。如信號(hào)機(jī)、信號(hào)燈、信號(hào)旗、信號(hào)牌、信號(hào)表示器、信號(hào)標(biāo)志等。（2） 聽(tīng)覺(jué)信號(hào)（音響信號(hào)）：以不同器具發(fā)出的音響的強(qiáng)度、頻率和音響長(zhǎng)短時(shí)間等表達(dá)的信號(hào)。如停車信號(hào)顯示不明或燈光熄滅時(shí)，列車停在信號(hào)機(jī)前用無(wú)線調(diào)度電話通知運(yùn)轉(zhuǎn)車長(zhǎng)，通知不到時(shí)鳴笛一長(zhǎng)聲，停車等候2分鐘，未顯示信號(hào)時(shí)以遇到阻礙能隨時(shí)停車的速度繼續(xù)運(yùn)行不超過(guò)20KM/H。2.3信號(hào)系統(tǒng)在城軌交通中的作用（1）確保列車運(yùn)行的安全，防止追尾和沖突。先進(jìn)的軌道交通信號(hào)系統(tǒng)能有效地對(duì)列車運(yùn)行方向、運(yùn)行間隔、運(yùn)行進(jìn)路及運(yùn)行速度進(jìn)行控制，防止列車出現(xiàn)追尾，沖突等事件。（2） 提高運(yùn)行效率。信號(hào)系統(tǒng)通過(guò)高速的數(shù)據(jù)傳輸方式，先進(jìn)的移動(dòng)閉塞系統(tǒng)及各種清晰、明了的信號(hào)顯示，有效的壓縮列車運(yùn)行間隔以提高列車運(yùn)行效率。（3） 實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行的自動(dòng)化。信號(hào)系統(tǒng)對(duì)列車運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析，根據(jù)不同的情況自動(dòng)完成對(duì)列車的啟動(dòng)、牽引、惰行和制動(dòng)，送出車門(mén)和屏蔽門(mén)同步開(kāi)關(guān)信號(hào)等指令，實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行自動(dòng)化。三、信號(hào)系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)備3.1信號(hào)機(jī)3.1.1色燈信號(hào)機(jī)色燈信號(hào)機(jī)以其燈光的顏色，數(shù)目和亮燈狀態(tài)來(lái)表示信號(hào)?，F(xiàn)采用透鏡式色燈信號(hào)機(jī)，組合式色燈信號(hào)機(jī)則是為提高在曲線上的顯示距離二研制的新型信號(hào)機(jī)3.1.2透鏡式色燈信號(hào)機(jī)透鏡式色燈信號(hào)機(jī)有高柱和矮型兩種種類型，它們的區(qū)別主要在于高柱信號(hào)機(jī)的機(jī)構(gòu)在信號(hào)機(jī)柱，而矮型信號(hào)機(jī)的機(jī)構(gòu)安裝在水泥基礎(chǔ)上。城軌信號(hào)系統(tǒng)主要使用矮柱透鏡式色燈信號(hào)機(jī)如圖3-1所示。它由信號(hào)機(jī)構(gòu)、電纜盒、信號(hào)機(jī)基礎(chǔ)等部分組成。圖3-1矮柱透鏡式色燈信號(hào)機(jī)3.1.3信號(hào)標(biāo)志定義：表示地鐵線路所在地點(diǎn)的情況和狀態(tài)，指示行車人員依據(jù)標(biāo)志的要求及時(shí)正確地進(jìn)行相關(guān)作業(yè)與操作的標(biāo)志。與地鐵行車相關(guān)的信號(hào)標(biāo)志主要有以下幾種：（1）停車牌：指示列車停車位置的標(biāo)志。通常用于車站站臺(tái)規(guī)定的乘客上下車的停車地點(diǎn)及列車折返時(shí)指示司機(jī)停車的地點(diǎn)，它固定設(shè)置在規(guī)定位置。（2）一度停車標(biāo)志：指一切機(jī)車車輛運(yùn)行至此時(shí)，需要停車，確認(rèn)道岔和進(jìn)路后，方可繼續(xù)運(yùn)行。（3） 站界標(biāo)：在單線區(qū)段，車站以兩頭進(jìn)站信號(hào)機(jī)中心線為界；在雙線區(qū)段，出站方向沒(méi)有進(jìn)站信號(hào)機(jī)，車站與區(qū)間的界限以專設(shè)的標(biāo)志來(lái)劃分，稱為站界標(biāo)。（4） 鳴笛標(biāo)：設(shè)在道口、大橋、隧道及視線不良地點(diǎn)的前方500~1000m處。列車駕駛員見(jiàn)此標(biāo)志，須長(zhǎng)聲?shū)Q笛提醒人們列車即將到達(dá)。（5） 接觸網(wǎng)終止標(biāo)：表示接觸網(wǎng)已經(jīng)終止的標(biāo)志，設(shè)在接觸網(wǎng)終端，警告司機(jī)不準(zhǔn)越過(guò)該標(biāo)，防止脫弓。3.2轉(zhuǎn)轍機(jī)（1） 概述：轉(zhuǎn)轍機(jī)是道岔控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于道岔的轉(zhuǎn)換與鎖閉，以及對(duì)道岔所處位置和狀態(tài)的監(jiān)督。轉(zhuǎn)轍機(jī)是轉(zhuǎn)轍裝置的核心和主體，除轉(zhuǎn)轍機(jī)本身外，還包括外鎖閉裝置（內(nèi)鎖閉方式?jīng)]有）和各類桿件、安裝裝置，它們共同完成道岔的轉(zhuǎn)換和鎖閉。（2） 作用：轉(zhuǎn)換道岔的位置，根據(jù)需要轉(zhuǎn)換至定位或反位；道岔轉(zhuǎn)至所需位置而且密貼后，實(shí)現(xiàn)鎖閉，防止外力轉(zhuǎn)換道岔；正確地反映道岔的實(shí)際位置，道岔的尖軌密貼于基本軌后，給出相應(yīng)的表示；道岔被擠或因故處于“四開(kāi)”（兩側(cè)尖軌均不密貼）位置時(shí)，及時(shí)給出報(bào)警及表示。（3） ZD6系列電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)ZD4型電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)，減速器、摩擦連接器、主軸、動(dòng)作桿、表示桿、移動(dòng)接觸器、外殼等組成，如圖3-2所示圖3—2ZD6-A型電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)結(jié)構(gòu)3.3軌道電路（1） 軌道電路：以兩條鋼軌作為單線，在一定長(zhǎng)度的鋼軌兩端裝設(shè)絕緣節(jié)，在送電端接上電源和在受電端接上繼電器，而構(gòu)成的電路，成為軌道電路。用于軌道區(qū)段空閑及占用檢測(cè)，通過(guò)軌道區(qū)段可判斷出列車的位置及運(yùn)行情況。（2） 原理當(dāng)閉塞區(qū)間內(nèi)無(wú)列車行駛時(shí)，電流會(huì)從電源經(jīng)由軌道流經(jīng)繼電器，并使其激磁帶動(dòng)接點(diǎn)，接通綠燈之電路（號(hào)志機(jī)立即顯示平安通行）。當(dāng)有列車駛?cè)腴]塞區(qū)間時(shí)，電流改行經(jīng)列車車軸，并不會(huì)流經(jīng)繼電器，繼電器因失去電流而失磁，接點(diǎn)接通紅燈之電路（號(hào)志機(jī)立即顯示險(xiǎn)阻禁行）。假若軌道斷裂，軌道電路因此阻斷，造成繼電器失磁，同樣的號(hào)志機(jī)亦會(huì)顯示險(xiǎn)阻禁行的訊息，仍可保障列車行駛安全。當(dāng)列車駛離整個(gè)區(qū)間，繼電器便會(huì)重新激磁，綠燈便會(huì)再次亮起，其他列車便可進(jìn)。當(dāng)設(shè)有軌道電路的某段線路上空閑時(shí)；軌道電路上的繼電器有足夠的電流通過(guò)，吸起被磁化的銜鐵，閉合前接點(diǎn)，從而接通色燈信號(hào)機(jī)的綠燈電路，顯示綠色燈光，表示前方線路空閑，允許機(jī)車車輛占用。當(dāng)機(jī)車車輛進(jìn)入該線路區(qū)段時(shí)，由于輪對(duì)電阻很小，使軌道電路短路，繼電器吸力減弱，釋放銜鐵，使之搭在后接點(diǎn)上，接通信號(hào)機(jī)的紅燈電路，顯示禁行信號(hào)。軌道電路的這一工作性能，能夠防止列車追尾和沖突事故，確保行車安全。軌道電路的另一個(gè)重要作用是能發(fā)現(xiàn)鋼軌發(fā)生斷裂。在充當(dāng)導(dǎo)線的鋼軌安全無(wú)事時(shí)，軌道電流暢道無(wú)阻，繼電器工作也正常。一旦前方鋼軌折斷或出現(xiàn)阻礙，切斷了軌道電流，就會(huì)使繼電器因供電不足而釋放銜鐵接通紅色信號(hào)電路。此時(shí)，線路雖然空閑，信號(hào)機(jī)仍然顯示紅燈，從而防止列車顛覆事故。3.4聯(lián)鎖（1） 定義：聯(lián)鎖是指通過(guò)技術(shù)方法，使信號(hào)、道岔和進(jìn)路必須按照一定程序并滿足一定條件，才能動(dòng)作或建立起來(lái)的相互關(guān)系。也就是指在信號(hào)機(jī)、道岔及進(jìn)路之間建立的相互制約的關(guān)系。目的就是當(dāng)一條進(jìn)路建立后，防止其他進(jìn)路進(jìn)入該進(jìn)路，保證該進(jìn)路的行車安全。（2） 聯(lián)鎖設(shè)備控制道岔、進(jìn)路和信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)三者之間聯(lián)鎖關(guān)系的技術(shù)設(shè)備稱為聯(lián)鎖設(shè)備。按照對(duì)道岔和信號(hào)機(jī)的操縱方式不同，聯(lián)鎖設(shè)備可分為非集中聯(lián)鎖和集中聯(lián)鎖兩大類。非集中聯(lián)鎖包括臂板電鎖器聯(lián)鎖和色燈電鎖器聯(lián)鎖，采用非集中聯(lián)鎖時(shí)，道岔由扳道員就地操縱。信號(hào)機(jī)如采用色燈時(shí)，則由值班員集中操縱：如采用臂板時(shí)，則由扳道員就地操縱。但扳道員可否操縱道岔或信號(hào)機(jī)又受到車站值班員控制。非集中聯(lián)鎖系統(tǒng)已基本淘汰。集中聯(lián)鎖包括電氣集中聯(lián)鎖和計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖，采用集中聯(lián)鎖時(shí)，所有道岔和信號(hào)機(jī)都由值班員集中操縱。電氣集中聯(lián)鎖是由繼電器組成的邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)各種聯(lián)鎖關(guān)系3.5閉塞閉塞是按照一定的規(guī)律組織列車在區(qū)間內(nèi)運(yùn)行的方法。誠(chéng)實(shí)軌道交通系統(tǒng)的信號(hào)自動(dòng)閉塞方式有固定閉塞、準(zhǔn)移動(dòng)閉塞、移動(dòng)閉塞3種。3.5.1固定閉塞固定閉塞一般基于傳統(tǒng)的音頻軌道電路傳輸信息。（1）固定閉塞的定義。固定閉塞系統(tǒng)是將軌道分成若干個(gè)閉塞分區(qū)，每個(gè)閉塞分區(qū)只能被一列車占用：而且閉塞分區(qū)的長(zhǎng)度必須滿足司機(jī)確認(rèn)信號(hào)和列車停車制動(dòng)距離的要求。在所有的固定閉塞系統(tǒng)中，列車位置是通過(guò)它說(shuō)占用的閉塞分區(qū)來(lái)確定的。因此閉塞分區(qū)的長(zhǎng)度和數(shù)量就決定了線路的通過(guò)能力。（2）固定閉塞的特點(diǎn)。固定閉塞模式傳輸信息量少，對(duì)應(yīng)每個(gè)閉塞分區(qū)只能傳送一個(gè)信息代碼。從控制方式來(lái)分，可分成入口控制和出口控制兩種。以出口控制方式為例，軌道電路傳輸?shù)男畔⒓丛搮^(qū)段所規(guī)定的出口速度命令碼，當(dāng)列車運(yùn)行的出口速度大于本區(qū)段的出口命令碼所規(guī)定的速度時(shí)，車載設(shè)備便對(duì)列車實(shí)施懲罰性制動(dòng)，以保證列車運(yùn)行的安全。由于列車監(jiān)控采用出口檢查方式，為保證列車安全追蹤運(yùn)行，需要一個(gè)完整的閉塞分區(qū)作為列車的安全保護(hù)距離，限制了線路通過(guò)能力的進(jìn)一步提高和發(fā)揮。（3）固定閉塞系統(tǒng)中列車的速度通知。采用固定閉塞方式的信號(hào)系統(tǒng)，列車得到的信息僅為將要進(jìn)入的閉塞分區(qū)的速度等級(jí)命令，由于列車定位是以固定區(qū)段為單位的，所以固定閉塞的速度控制模式必然是分級(jí)的，即階梯式的。根據(jù)ATP速度碼序的規(guī)定和列車前鋒軌道電路的空閑狀態(tài)，生成相應(yīng)的速度碼信號(hào)向軌道電路發(fā)送。ATP車載設(shè)備檢測(cè)接收每個(gè)軌道電路區(qū)段的速度碼，經(jīng)譯碼后將限制速度顯示在司機(jī)臺(tái)速度表上。司機(jī)根據(jù)速度表顯示速度駕駛列車。當(dāng)列車運(yùn)行速度超過(guò)限制速度時(shí)，ATP車載設(shè)備接通列車常用制動(dòng)系統(tǒng)，將列車司機(jī)速度降低到限制速度下。圖為3-3基于固定閉塞速度控制方式示意圖。3-3基于固定閉塞速度控制方式示意圖3.5.2準(zhǔn)移動(dòng)閉塞準(zhǔn)移動(dòng)閉塞基于報(bào)文式軌道電路傳輸信息。（1） 準(zhǔn)移動(dòng)閉塞的定義。準(zhǔn)移動(dòng)閉塞對(duì)前、后列車的定位方式是不同的。前行列車的定位扔沿用固定閉塞的方式，而后續(xù)列車的定位則采用連續(xù)的或移動(dòng)的方式。（2） 準(zhǔn)移動(dòng)閉塞的特點(diǎn)。準(zhǔn)移動(dòng)閉塞具有如下特點(diǎn)；線路劃分為若干固定的閉塞分區(qū)，一個(gè)閉塞分區(qū)只能由一列車占用，閉塞分區(qū)長(zhǎng)度按最長(zhǎng)列車、滿載、最高允許速度、最不利制動(dòng)率及運(yùn)行間隔時(shí)間等最嚴(yán)格條件來(lái)設(shè)計(jì)。列車間隔為若干閉塞分區(qū)。一般采用數(shù)字式音頻無(wú)絕緣軌道電路、音頻無(wú)絕緣軌道電路+感應(yīng)電纜環(huán)線或計(jì)軸+感應(yīng)電纜環(huán)線方式作為列車占用監(jiān)測(cè)和ATP信息傳輸媒介，具有較大的信息傳輸量和較強(qiáng)的抗干擾能力。目前廣州地鐵一號(hào)線、二號(hào)線、八號(hào)線、便是采用這種閉塞系統(tǒng)。（3）準(zhǔn)移動(dòng)閉塞系統(tǒng)中列車的速度控制。列車制動(dòng)起點(diǎn)根據(jù)列車實(shí)時(shí)速度計(jì)算距離，生成速度-距離制動(dòng)保護(hù)線，終點(diǎn)是前方列車占用閉塞分區(qū)的邊界。采用連續(xù)曲線速度控制方式只需要一定的保護(hù)距離。采用準(zhǔn)移動(dòng)閉塞時(shí)，列車控制精度較高，運(yùn)行舒適度較好，降低了司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度，站間閉塞比較容易實(shí)現(xiàn)。列車間隔要求越短，閉塞分區(qū)數(shù)量越多，軌旁設(shè)備數(shù)量也就越多。圖3-4示為基于準(zhǔn)移動(dòng)閉塞連續(xù)曲線速度控制方式示意圖。3-4示為基于準(zhǔn)移動(dòng)閉塞連續(xù)曲線速度控制方式示意圖3.5.3移動(dòng)閉塞移動(dòng)閉塞主要采用交叉感應(yīng)環(huán)線或無(wú)線擴(kuò)頻等通信方式實(shí)現(xiàn)列車定位和車-地之間雙向大信息量數(shù)據(jù)傳輸。（1） 移動(dòng)閉塞的定義。能按照列車性能自動(dòng)調(diào)整列車運(yùn)行間隔，追蹤間隔距離由前、后列車的關(guān)系和線路情況等動(dòng)態(tài)確定，故稱為移動(dòng)閉塞系統(tǒng)。（2） 移動(dòng)閉塞的特點(diǎn)。與基于軌道電路的閉塞方式相比，移動(dòng)閉塞方式具有以下主要特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)車地雙向，實(shí)時(shí)，高速度，大容量的信息傳輸。列車定位精度高列車運(yùn)行權(quán)限更新快受牽引回流的干擾旁設(shè)備簡(jiǎn)單、可靠性高縮短列車追蹤間隔，提高通過(guò)能力能適應(yīng)不同性能列車的運(yùn)行目前廣州地鐵四號(hào)線、五號(hào)線及廣佛線便是采用這種閉塞系統(tǒng)。（3）移動(dòng)閉塞系統(tǒng)中列車的速度控制。在移動(dòng)閉塞信號(hào)系統(tǒng)中，列車之間的安全間隔是根據(jù)列車當(dāng)前的運(yùn)行速度、制動(dòng)曲線以及列車在線路上的位置動(dòng)態(tài)計(jì)算得出的。由于列車位置定位精度高，后續(xù)列車可以按該線路區(qū)段最大允許速度安全的接近最后一次確認(rèn)的前行列車尾部位置，并與之保持安全距離。同時(shí)，列車不需要在被占用的軌道電路前方停車，運(yùn)行間隔顯著縮短。四、信號(hào)系統(tǒng)的應(yīng)用4.1西門(mén)子信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)用“TrainguardMT”系統(tǒng)主要由列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)（IXL）、軌道空閑檢測(cè)系統(tǒng)（TVD）、列車控制系統(tǒng)（列車自動(dòng)防護(hù)ATP及列車自動(dòng)運(yùn)行ATO）、和雙向通信系統(tǒng)（WLAN）等5個(gè)子系統(tǒng)組成。這5個(gè)子系統(tǒng)被劃分到4個(gè)層級(jí)，以便分級(jí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)指定的功能。第1層：ATS系統(tǒng)的集中控制層。包括中心控制和車站2級(jí)。VICOSOC501實(shí)現(xiàn)集中控制功能及其備用功能；VICOSOC101則為車站控制和后備模式的功能提供操作員工作站和列車進(jìn)路計(jì)算機(jī)（TRC）。第2層：沿著線路分布的軌道層。包括聯(lián)鎖系統(tǒng)（IXL）、ATP軌旁系統(tǒng)、軌道空閑檢測(cè)系統(tǒng)（TVD）及信號(hào)機(jī)、應(yīng)答器部件等，執(zhí)行聯(lián)鎖和ATP軌旁功能。聯(lián)鎖系統(tǒng)（IXL）采用西門(mén)子計(jì)算機(jī)輔助信號(hào)（Sicas）。Sicas基于聯(lián)鎖表原理，能夠靈活調(diào)整，適應(yīng)相關(guān)鐵路運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)行規(guī)則和不同的用戶需求。第3層：通信層。包括局域網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線WLAN通信系統(tǒng)，以及應(yīng)答器等車-地通信設(shè)備。第4層：連續(xù)式或點(diǎn)式通信級(jí)別時(shí)，Train-guardMT的車載ATP和ATO控制功能。“TrainguardMT”系統(tǒng)特點(diǎn)與以往的固定閉塞和準(zhǔn)移動(dòng)閉塞相比，西門(mén)子“TrainguardMT”系統(tǒng)屬于移動(dòng)閉塞控制系統(tǒng)，通過(guò)配備在列車上以及軌道旁的無(wú)線設(shè)備，實(shí)現(xiàn)車地間不中斷的雙向通信?？刂葡到y(tǒng)可以根據(jù)列車實(shí)時(shí)的速度和位置動(dòng)態(tài)計(jì)算和調(diào)整列車的最大制動(dòng)距離，兩個(gè)相鄰列車能以很小的間隔同時(shí)前進(jìn)，從而極大地提高運(yùn)營(yíng)效率。“TrainguardMT”系統(tǒng)在保證安全的前提下提供了大量的自動(dòng)化功能，例如ATO和無(wú)人折返功能，不僅使司機(jī)從繁重的例行工作中解放了出來(lái)，還保證了列車在站臺(tái)屏蔽門(mén)前的精確制動(dòng)，極大地縮短了運(yùn)行時(shí)間和行車間隔，從而確保了安全、可靠、穩(wěn)定舒適的載客環(huán)境。除此之外，“TrainguardMT”還具有以下顯著特點(diǎn)支持混合運(yùn)營(yíng)模式“TrainguardMT”系統(tǒng)是西門(mén)子在以往系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新、完善的成果。一方面，各個(gè)子系統(tǒng)都相對(duì)獨(dú)立、完整的保留在系統(tǒng)中；另一方面，各個(gè)子系統(tǒng)相互接口逐層逐級(jí)擴(kuò)充系統(tǒng)功能。這種設(shè)計(jì)理念使得“TrainguardMT”系統(tǒng)能夠區(qū)分對(duì)待其管轄范圍內(nèi)的非裝備列車、點(diǎn)式控制列車和連續(xù)式控制列車，為列車提供不同的安全防護(hù)策略，從而允許不同控制級(jí)別的列車在同一信號(hào)系統(tǒng)的控制下安全運(yùn)行。對(duì)于非裝備列車，聯(lián)鎖系統(tǒng)提供進(jìn)路保護(hù)；對(duì)于點(diǎn)式控制列車，聯(lián)鎖系統(tǒng)通過(guò)應(yīng)答器為車載ATP提供安全移動(dòng)授權(quán)；對(duì)于連續(xù)式控制列車，則由軌旁ATP設(shè)備通過(guò)無(wú)線系統(tǒng)向車載ATP提供安全授權(quán)。采用“TrainguardMT”方案，將點(diǎn)式列車控制和連續(xù)式列車控制融合在一個(gè)系統(tǒng)中，讓客戶在特定情況下?lián)碛卸喾N運(yùn)營(yíng)策略和建設(shè)策略的選擇。列車控制級(jí)別和信號(hào)機(jī)的自動(dòng)切換“TrainguardMT”系統(tǒng)中，列車在進(jìn)入線路、具備升級(jí)條件后，可以自動(dòng)從聯(lián)鎖級(jí)升級(jí)到點(diǎn)式控制級(jí)，最后到連續(xù)式控制級(jí)，無(wú)需人工介入對(duì)于連續(xù)級(jí)控制列車，信號(hào)燈處于滅燈狀態(tài)，司機(jī)依據(jù)車載提供駕駛；對(duì)于點(diǎn)式控制列車或非裝備列車，信號(hào)燈點(diǎn)燈，司機(jī)必須遵守實(shí)際信號(hào)。信號(hào)燈的點(diǎn)燈或滅燈控制，完全由信號(hào)系統(tǒng)依據(jù)信號(hào)燈前的列車控制級(jí)別來(lái)自動(dòng)選擇。列車控制級(jí)別和信號(hào)機(jī)的自動(dòng)切換設(shè)計(jì)，極大地簡(jiǎn)化了復(fù)雜情況下運(yùn)營(yíng)人員的操作強(qiáng)度。車載設(shè)備的前后冗余功能“TrainguardMT”系統(tǒng)大量采用冗余設(shè)計(jì)提高系統(tǒng)的可靠性。其中，車載設(shè)備的前后冗余功能是難點(diǎn)。當(dāng)一端車載無(wú)線設(shè)備、ATO設(shè)備、ATP設(shè)備、ITF設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，另一端的車載設(shè)備會(huì)接管列車，在乘客毫無(wú)察覺(jué)的情況下繼續(xù)保持列車的平穩(wěn)運(yùn)行。WLAN和無(wú)線加密技術(shù)出于在成本、可維護(hù)性、可用性和通信穩(wěn)定性等方面的考慮，“TrainguardMT”采用基于無(wú)線AP的WLAN作為車-地通信通道。WLAN無(wú)線通道提供了一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸通道，其功能可以在整體系統(tǒng)中進(jìn)行擴(kuò)展。WLAN數(shù)據(jù)通信基于IPSec標(biāo)準(zhǔn)，專用加密模塊在應(yīng)用層為數(shù)據(jù)提供256位加密、專用數(shù)據(jù)通道格式和密匙協(xié)商，防止對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)和篡改；在AP數(shù)據(jù)鏈路層采用防火墻機(jī)制，攔截非法的數(shù)據(jù)報(bào)文。從而，使無(wú)線系統(tǒng)滿足CTC系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)通信高實(shí)時(shí)性的要求之同時(shí)，最大限度的減少了黑客侵入的風(fēng)險(xiǎn)。4.2副都心線信號(hào)系統(tǒng)1985年7月日本運(yùn)輸政策審議會(huì)答申第7號(hào)計(jì)劃中提出了池袋向南至涉谷的地鐵副都心線，2000年1月運(yùn)輸政策審議會(huì)答申第18號(hào)計(jì)劃提出在涉谷實(shí)現(xiàn)其與東急東橫線相互直通運(yùn)輸?shù)囊?guī)劃。1987年8月25日有樂(lè)町線的和光市一小竹向原區(qū)段開(kāi)通，1994年12月6日小竹向原一池袋復(fù)線區(qū)段有樂(lè)町線(新線)開(kāi)通，2008年6月14日副都心線的池袋一涉谷區(qū)段開(kāi)通，并實(shí)現(xiàn)了有樂(lè)町線與副都心線和光市一涉谷的貫通。該線路在和光市一涉谷間長(zhǎng)20.2km，有16個(gè)車站，具有“連接?xùn)|京都西部埼玉縣、神奈川縣和市中心的池袋、新宿、涉谷三大副都心”的特色，故命名為副都心線如圖4-1。圖4-1線路圖1地面信號(hào)裝置副都心線列車自動(dòng)控制裝置采用和有樂(lè)町線相同的車載信號(hào)S-ATC（CabSignal-AutomaticTrainControl），其子系統(tǒng)有ATC/TD（TrainDetection，列車監(jiān)測(cè)）地面裝置、臨時(shí)限速設(shè)定裝置、電子聯(lián)鎖裝置、聯(lián)鎖用不停電電源裝置以及輔助維修用的信號(hào)維修信息處理裝置。在集中設(shè)備室內(nèi)設(shè)有ATC/TD地面裝置、臨時(shí)限速設(shè)定裝置、電子聯(lián)鎖裝置和信號(hào)信息處理裝置。當(dāng)聯(lián)鎖站內(nèi)無(wú)集中設(shè)備室時(shí)，在衛(wèi)星設(shè)備室內(nèi)設(shè)置有電子終端。為保證安全性和可靠性并便于組成系統(tǒng)，信號(hào)系統(tǒng)使用具有故障導(dǎo)向的光纖局域網(wǎng)的“信號(hào)-LAN”及“ET-LAN”。信號(hào)-LAN在集中設(shè)備室內(nèi)使用子系統(tǒng)間和鄰接設(shè)備室間的接口。ET-LAN使用組成電子聯(lián)鎖裝置的聯(lián)鎖邏輯模塊和電子終端間的接口。2列車自動(dòng)運(yùn)行裝置（ATO）和站臺(tái)安全門(mén)系統(tǒng)、活動(dòng)踏板在該線路的小竹向原一涉谷間，為了防止乘客從站臺(tái)上跌落到線路內(nèi)而設(shè)置有站臺(tái)安全門(mén)系統(tǒng)。采用在車一地間接收有關(guān)信息以判斷車輛停止范圍和控制安全門(mén)開(kāi)閉的ATO裝置，不僅適用于東京市8輛和10輛不同編組長(zhǎng)度的列車，也可用于東武鐵道、西武鐵道和將來(lái)東急電鐵列車的運(yùn)行。為此，ATO裝置可高精度判斷位置，并能判別車輛。站臺(tái)安全門(mén)為左右非對(duì)稱活動(dòng)門(mén)的組合。該系統(tǒng)的子系統(tǒng)包括有地面裝置的車輛信息傳送裝置、無(wú)電源地面單元、站臺(tái)安全門(mén)和活動(dòng)踏板，還有車載裝置的ATO收發(fā)器。ATC/TD地面裝置為便于和有樂(lè)町線的相互通行，副都心線和有樂(lè)町線同樣采用SINPL(Simple,Integrated&ParalleL)系列的設(shè)備。處理系統(tǒng)的集約化:ATC/TD地面裝置采用高性能的故障導(dǎo)向CPU,其控制部為雙系統(tǒng)并列動(dòng)作冗余方式，可用一個(gè)控制部實(shí)現(xiàn)多條線路列車的檢測(cè)處理和多條線路的ATC處理。并利用信號(hào)-LAN接口實(shí)現(xiàn)與控制部分之間的信息共享。ATC信息發(fā)送柜：由最大達(dá)36條軌道電路的邏輯顯示、信號(hào)發(fā)生、變調(diào)、故障檢測(cè)等綜合處理的ATC控制部和以軌道為單位放大信號(hào)的信息發(fā)送部分組成。TD信息收發(fā)柜：由最大達(dá)60條軌道電路的信號(hào)發(fā)生、變調(diào)、信息接收檢定、故障檢測(cè)等綜合處理的TD控制部分和以軌道為單位放大信號(hào)的信息發(fā)送部分組成，并包括消除輸入雜音的信息接收部分。每1臺(tái)信息發(fā)送部分最多可以同時(shí)向10條軌道區(qū)段發(fā)送信息。地震對(duì)策：在發(fā)生地震時(shí)，為使列車安全停車，設(shè)有地震儀，具有接收緊急停車信號(hào)并切斷ATC信號(hào)的功能。為切斷ATC信號(hào)，新設(shè)緊急停車信號(hào)柜，在發(fā)生地震時(shí)，該柜動(dòng)作，切斷ATC信號(hào)如圖4-2。圖4-2地震對(duì)策系統(tǒng)構(gòu)成圖五、城軌信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)用案例與發(fā)展趨勢(shì)5.1實(shí)際案例2011年9月27日14:10，上海地鐵10號(hào)線交通大學(xué)——南京東路出現(xiàn)信號(hào)故障，信號(hào)系統(tǒng)時(shí)好時(shí)壞，14:45左右，行調(diào)決定采用電話閉塞法行車，14:50，在豫園站發(fā)出的列車與停在豫園一老西門(mén)區(qū)間的列出追尾相撞。當(dāng)日14:10左右，交通大學(xué)一南京東路聯(lián)鎖區(qū)出現(xiàn)信號(hào)故障，信號(hào)系統(tǒng)時(shí)好時(shí)壞，區(qū)段列車運(yùn)作緩慢，影響運(yùn)營(yíng)效率，14:45左右，行調(diào)通知全線司機(jī)，故障區(qū)段采用站間閉塞法組織行車（憑證為路票，最高速度60km/h）。行調(diào)在發(fā)布命令后，沒(méi)有確認(rèn)區(qū)間列車情況，老西門(mén)站確認(rèn)站臺(tái)空閑后，通知豫園站發(fā)車。而當(dāng)時(shí)，在豫園一老西門(mén)區(qū)間有一列車因信號(hào)問(wèn)題停車，司機(jī)未接到行調(diào)的動(dòng)車命令，一直在原地待令。豫園站列車司機(jī)接到車站給出的路票后，以45km/h的速度駕駛列車出站，經(jīng)過(guò)彎道后發(fā)現(xiàn)前方停有列車，馬上采取措施，但為時(shí)已晚，列車以17km/h的速度撞向前方列車。?環(huán)境因素豫園站一一老西門(mén)站區(qū)間存在彎道，影響司機(jī)瞭望。信號(hào)故障不斷反復(fù)出現(xiàn)，導(dǎo)致正線運(yùn)作混亂，行調(diào)未能判斷故障區(qū)段內(nèi)列車位置。信號(hào)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，行調(diào)不能對(duì)故障區(qū)段內(nèi)的行車情況進(jìn)行監(jiān)控?人為因素行調(diào)在發(fā)布采用電話閉塞法的命令前，沒(méi)有確認(rèn)故障聯(lián)鎖區(qū)的列車位置。正線行車經(jīng)常出現(xiàn)的信號(hào)故障情況：正線聯(lián)鎖區(qū)SICAS故障。信號(hào)機(jī)故障不能開(kāi)放，行調(diào)授權(quán)越過(guò)關(guān)閉信號(hào)機(jī)。車載信號(hào)故障，列車以URM模式駕駛。正線聯(lián)鎖區(qū)出現(xiàn)SICAS故障的危險(xiǎn)性，以及URM駕駛的風(fēng)險(xiǎn)，在本次上海地鐵追尾事故中已體現(xiàn)。而司機(jī)在正線經(jīng)常遇到需越過(guò)關(guān)閉信號(hào)機(jī)的情況，其中的操作風(fēng)險(xiǎn)，在國(guó)內(nèi)鐵路及廣州地鐵均不乏類似的案例信號(hào)系統(tǒng)作為行車指揮和列車運(yùn)行的控制設(shè)備，在保證行車安全，提高通過(guò)能力，節(jié)能及改善運(yùn)輸人員的勞動(dòng)條件等方面起著至關(guān)重要的作用保證列車運(yùn)行的安全性。作為列車安全運(yùn)行的核心設(shè)備，信號(hào)系統(tǒng)在城軌中的應(yīng)用不容馬虎。5.2城軌信號(hào)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)地鐵信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面:一是通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在地鐵信號(hào)中的應(yīng)用，形成了以通信為基礎(chǔ)的AATC系統(tǒng);二是隨著通信安全性、可靠性的提高和通信手段的多樣化，目前普遍采用的站間AT。方式將向全程無(wú)人AT。方式發(fā)展;三是利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù),單一的ATS系統(tǒng)將向集成化的綜合地鐵控制系統(tǒng)方向發(fā)展。1AATC系統(tǒng)科技的進(jìn)步、用戶的需求，促進(jìn)了地鐵信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展。1995年在美國(guó)華盛頓召開(kāi)的第一屆“基于通信的列車控制系統(tǒng)”國(guó)際研討會(huì)上，與會(huì)代表的關(guān)于“作為信號(hào)基礎(chǔ)設(shè)施的軌道電路將被日新月異的現(xiàn)代通信技術(shù)所代替”的預(yù)言即將變成現(xiàn)實(shí),ALCATEL公司、ALSTOM公司、HARMON公司都開(kāi)發(fā)出了基于通信的實(shí)現(xiàn)移動(dòng)閉塞的地鐵信號(hào)系統(tǒng)。通信手段有很多種,ALSTOM公司就采用了在軌道間鋪設(shè)電纜環(huán)、利用鋼軌本身沿地鐵線鋪設(shè)泄漏波導(dǎo)或同軸電纜等多種方法。ALCATEL公司則把在高速鐵路上取得的經(jīng)驗(yàn)和采取的技術(shù)應(yīng)用到了地鐵信號(hào)系統(tǒng)中,利用其公司在通信領(lǐng)域方面的豐富經(jīng)驗(yàn),使用在軌道沿線鋪設(shè)電纜環(huán)的方式進(jìn)行列車與軌旁間的雙向通信，從而實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)閉塞。HARMON公司1997年就在密西根美國(guó)鐵路客運(yùn)公司的集成列車控制系統(tǒng)(ITCS)中成功地應(yīng)用了基于射頻通信的列車控制系統(tǒng)。HARMON公司采用以無(wú)線擴(kuò)展頻譜通信為基礎(chǔ)的信號(hào)系統(tǒng)，正在對(duì)紐約的一條舊地鐵線進(jìn)行改造，預(yù)計(jì)最近新的系統(tǒng)可以投入運(yùn)行。HARMON公司的基于無(wú)線擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)的ATC系統(tǒng)的原理，與ALCATEL和ALSTOM公司基于電纜環(huán)或泄漏電纜等通信手段的ATC系統(tǒng)的原理不一樣?；陔娎|環(huán)或泄漏同軸電纜等通信手段的ATC系統(tǒng)是通過(guò)車站設(shè)備交換列車位置信息的，如圖6-1所示。列車1在線路中的位置需要列車通過(guò)車載里程儀(借助電纜環(huán)的交叉點(diǎn)同步)測(cè)量后經(jīng)車載通信天線發(fā)送給軌道上的電纜環(huán),通過(guò)軌旁設(shè)備處理后送到設(shè)備集中站，車站的控制設(shè)備再把這一信息以相反的通信路徑轉(zhuǎn)發(fā)給后續(xù)列車2,后續(xù)列車知道了前行列車的位置，可以根據(jù)事先定義的安全行車原則，保持最小的行車間距,實(shí)現(xiàn)移動(dòng)閉塞

HARMON公司的基于無(wú)線擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)的ATC系統(tǒng)則采用了軍用定位系統(tǒng)的技術(shù)。利用車站、軌旁和列車上的擴(kuò)頻電臺(tái)，一方面通過(guò)這些電臺(tái)在列車與控制中心間傳遞安全信息，另一方面也利用它們對(duì)列車進(jìn)行定位。列車的位置是通過(guò)接收軌旁電臺(tái)的信號(hào)計(jì)算出來(lái)的，而不是用里程儀測(cè)量出來(lái)的。其原理可用圖5-2來(lái)說(shuō)明圖5-2AATC系統(tǒng)框圖圖5-2為基于無(wú)線擴(kuò)頻通信的AATC的系統(tǒng)組成原理圖。AATC系統(tǒng)將軌道分割成不同的控制區(qū)，每個(gè)控制區(qū)由車站設(shè)備房?jī)?nèi)的車站計(jì)算機(jī)控制，在AATC控制區(qū)由分布的電臺(tái)構(gòu)成無(wú)線通信網(wǎng),各控制區(qū)彼此交替，以免出現(xiàn)盲區(qū)。利用時(shí)分多址(TDMA)方法將0.5s分割成256幀，最多可同時(shí)控制20輛列車。多數(shù)情況下，站間可以被無(wú)線電可靠地覆蓋，而且有冗余，不需要在站間安裝電臺(tái)。這種冗余是一種自愈式的結(jié)構(gòu)，當(dāng)其中一個(gè)電臺(tái)故障時(shí)，系統(tǒng)可以重新組織，并自動(dòng)報(bào)告故障電臺(tái)位置或編號(hào)，不會(huì)影響通信和對(duì)列車的控制。通常一個(gè)電臺(tái)的信息會(huì)有兩個(gè)甚至三個(gè)電臺(tái)接收,擴(kuò)展頻譜技術(shù)最初是為軍事應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，具備在惡劣電磁環(huán)境下可靠傳輸?shù)哪芰Α?/p>