城市軌道交通行車(chē)組織基本原理-行車(chē)閉塞法

閉塞區(qū)間的概念1．行車(chē)閉塞法的概念兩站之車(chē)的頭部和間的線路稱(chēng)為區(qū)間。列車(chē)在區(qū)間運(yùn)行，必須區(qū)間空閑，而且必須杜絕其對(duì)向和同向同時(shí)有列車(chē)運(yùn)行的可能，即必須從列尾部進(jìn)行防護(hù)。因此，為了安全、準(zhǔn)確、迅速、協(xié)調(diào)地完成運(yùn)輸生產(chǎn)任務(wù)，軌道交通部門(mén)在行車(chē)管理上設(shè)置了一套行車(chē)設(shè)備和相應(yīng)的行車(chē)組織制度，用來(lái)控制列車(chē)的運(yùn)行，這種為確保列車(chē)在區(qū)間運(yùn)行安全而采取一定措施的方法稱(chēng)為行車(chē)閉塞法，簡(jiǎn)稱(chēng)閉塞。2．行車(chē)閉塞法的作用 通過(guò)時(shí)間間隔和空間間隔的方式，確保列車(chē)之間保持一定安全距離，以保證列車(chē)安全運(yùn)行，防止出現(xiàn)列車(chē)碰撞事故。一．行車(chē)閉塞法概述（1）空間間隔法：在軌道交通正線上，每隔相當(dāng)距離設(shè)立一個(gè)車(chē)站、自動(dòng)閉塞通過(guò)信號(hào)機(jī)，這樣將正線劃分為若干個(gè)區(qū)間，在同一時(shí)間里、同一空間內(nèi)只準(zhǔn)許一輛列車(chē)運(yùn)行的辦法（2）時(shí)間間隔法：實(shí)際上是一種不確切的空間間隔法。即在一個(gè)區(qū)間內(nèi)，用規(guī)定的時(shí)間將同方向運(yùn)行的軌道車(chē)輛彼此間隔開(kāi)運(yùn)行，以達(dá)到軌道車(chē)輛之間的空間間隔。由于時(shí)間間隔法沒(méi)有設(shè)備上的控制，容易發(fā)生人為的行車(chē)事故，安全性較差。所以，時(shí)間間隔法不能確保行車(chē)安全，原則上不采用該方法，只有在特殊情況下（如臨時(shí)性的緩解列車(chē)堵塞、事故起復(fù)后的車(chē)流疏散、一切電話(huà)中斷時(shí)的行車(chē)等）才采用。為了保證列車(chē)的安全運(yùn)行，普遍采用的方法是隔離法。隔離法有兩種形式：一種是空間間隔法；另一種是時(shí)間間隔法。在正常情況下，一般采用空間間隔法。3.區(qū)間行車(chē)組織的基本方法4．閉塞區(qū)間的劃分區(qū)間與站內(nèi)的劃分，是行車(chē)組織工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是劃定責(zé)任范圍的依據(jù)。列車(chē)進(jìn)入不同地段時(shí)必須取得相應(yīng)的憑證或準(zhǔn)許，在我國(guó)，列車(chē)占用區(qū)間的憑證通常為車(chē)站出站信號(hào)機(jī)的準(zhǔn)許顯示或目標(biāo)點(diǎn)和速度碼。在城市軌道交通線路上，采用的閉塞方式不同，閉塞區(qū)間的劃分也不相同。閉塞區(qū)間的劃分如圖1-24∽圖1-27所示。（1）站間閉塞。站間閉塞就是兩站間只能運(yùn)行一列車(chē)，其列車(chē)的空間間隔為一個(gè)站間。按技術(shù)手段和閉塞實(shí)現(xiàn)方法又可分為：電話(huà)閉塞、路簽閉塞、路牌閉塞、半自動(dòng)閉塞、自動(dòng)站間閉塞。路簽和路牌閉塞在我國(guó)已經(jīng)淘汰①電話(huà)閉塞是一種最終的備用閉塞。②半自動(dòng)閉塞是人工辦理閉塞手續(xù)，列車(chē)憑信號(hào)顯示發(fā)車(chē)后，出站信號(hào)機(jī)自動(dòng)關(guān)閉的閉塞方法。其特征為：站間只準(zhǔn)走行一列車(chē)；人工辦理閉塞手續(xù)；人工確認(rèn)列車(chē)完整到達(dá)和人工恢復(fù)閉塞。③自動(dòng)站間閉塞就是在有區(qū)間占用檢查的條件下，自動(dòng)辦理閉塞手續(xù)，列車(chē)憑信號(hào)顯示發(fā)車(chē)后，出站信號(hào)機(jī)自動(dòng)關(guān)閉的閉塞方法。其特征為：有區(qū)間占用檢查設(shè)備；站間區(qū)間只準(zhǔn)走行一列車(chē)；辦理發(fā)車(chē)進(jìn)路時(shí)自動(dòng)辦理閉塞手續(xù)；自動(dòng)確認(rèn)列車(chē)到達(dá)和自動(dòng)恢復(fù)閉塞。自動(dòng)閉塞就是根據(jù)列車(chē)運(yùn)行及有關(guān)閉塞分區(qū)狀態(tài)自動(dòng)變換信號(hào)顯示，而司機(jī)憑信號(hào)行車(chē)的閉塞方法。其特征為：把站間劃分為若干閉塞分區(qū)，有分區(qū)占用檢查設(shè)備，可以憑通過(guò)信號(hào)機(jī)的顯示行車(chē)，也可憑機(jī)車(chē)信號(hào)或列車(chē)運(yùn)行控制的車(chē)載信號(hào)行車(chē)；站間能實(shí)現(xiàn)列車(chē)追蹤；辦理發(fā)車(chē)進(jìn)路時(shí)白動(dòng)辦理閉塞手續(xù)，自動(dòng)變換信號(hào)顯示。從保證列車(chē)運(yùn)行而采取的技術(shù)手段角度來(lái)看，自動(dòng)閉塞可分兩大類(lèi)：傳統(tǒng)的自動(dòng)閉塞和裝備列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)的自動(dòng)閉塞。①傳統(tǒng)的自動(dòng)閉塞。②裝備列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)的自動(dòng)閉塞。（2）自動(dòng)閉塞傳統(tǒng)自動(dòng)閉塞的工作原理一．傳統(tǒng)自動(dòng)閉塞的原理1．傳統(tǒng)自動(dòng)閉塞設(shè)備概況

自動(dòng)閉塞是依靠運(yùn)行中的列車(chē)自動(dòng)完成閉塞作用的一種設(shè)備，將兩端車(chē)站的區(qū)間正線劃分為若干個(gè)閉塞分區(qū)，每個(gè)閉塞分區(qū)的起點(diǎn)設(shè)置一個(gè)通過(guò)色燈信號(hào)機(jī)進(jìn)行防護(hù)。由于每個(gè)閉塞分區(qū)都裝設(shè)軌道電路，因而能夠準(zhǔn)確反映列車(chē)的運(yùn)行情況和鋼軌的完整與否，并及時(shí)通過(guò)色燈信號(hào)機(jī)顯示，向接近它的列車(chē)指示運(yùn)行條件。因?yàn)槌稣拘盘?hào)機(jī)的關(guān)閉與通過(guò)色燈信號(hào)機(jī)的顯示變化是隨著列車(chē)的運(yùn)行通過(guò)列車(chē)自動(dòng)控制的，不需要人工操縱（但出站信號(hào)機(jī)的開(kāi)放一般仍由車(chē)站值班員在排列進(jìn)路時(shí)完成，只有當(dāng)連續(xù)放行通過(guò)列車(chē)時(shí)，才改由列車(chē)運(yùn)行控制），所以叫自動(dòng)閉塞。可見(jiàn)，處在自動(dòng)閉塞區(qū)段的車(chē)站，其控制臺(tái)上除有站內(nèi)線路、信號(hào)機(jī)的有關(guān)表示外，還有鄰近車(chē)站的兩個(gè)閉塞分區(qū)的占用情況表示，即第一、第二接近及第一、第二離去，以使車(chē)站值班員了解列車(chē)在鄰近車(chē)站閉塞分區(qū)的運(yùn)行情況。出站信號(hào)機(jī)的開(kāi)放受第一、第二離去占用的限制。車(chē)站值班員在開(kāi)放出站信號(hào)機(jī)發(fā)車(chē)前，須確認(rèn)第一、第二遠(yuǎn)離分區(qū)的空閑情況。根據(jù)列車(chē)性質(zhì)和閉塞分區(qū)占用情況，才能開(kāi)放出站信號(hào)機(jī)。圖1-28傳統(tǒng)自動(dòng)閉塞設(shè)備概況下面以三顯示自動(dòng)閉塞區(qū)段為例，介紹自動(dòng)閉塞設(shè)備概況。車(chē)站值班室設(shè)有操縱臺(tái)，操縱臺(tái)上裝有各種表示燈、信號(hào)機(jī)復(fù)示器及操作按鈕等設(shè)備，如圖1-28所示。2．傳統(tǒng)自動(dòng)閉塞法的類(lèi)型三顯示自動(dòng)閉塞紅色燈光：黃色燈光：綠色燈光：前方閉塞分區(qū)有車(chē)占用，停車(chē)，不準(zhǔn)越過(guò)信號(hào)機(jī)。前方僅有一個(gè)閉塞分區(qū)空閑，減速通過(guò)。前方至少有兩個(gè)閉塞分區(qū)空閑，按規(guī)定速度通過(guò)。（1）三顯示自動(dòng)閉塞。三顯示自動(dòng)閉塞在綠色燈光條件下，至少有兩個(gè)閉塞分區(qū)空閑可供列車(chē)占用。因此，列車(chē)基本上是在綠色燈光或黃色燈光下運(yùn)行?？梢员３州^高速度運(yùn)行，或只需要短暫減速運(yùn)行。適合于客貨列車(chē)混行的鐵路系統(tǒng)。（2）四顯示自動(dòng)閉塞四顯示自動(dòng)閉塞保證列車(chē)在綠色燈光條件下運(yùn)行，可以充分發(fā)揮列車(chē)運(yùn)行速度，比較適合于較高速度的鐵路區(qū)段或城市軌道交通系統(tǒng)。紅色燈光黃色燈光綠黃色燈光綠色燈光前方閉塞分區(qū)有車(chē)占用，停車(chē)，不準(zhǔn)越過(guò)信號(hào)機(jī)。前方僅有1個(gè)閉塞分區(qū)空閑，低速列車(chē)減速通過(guò)。前方有2個(gè)閉塞分區(qū)空閑，高速列車(chē)減速通過(guò)。前方至少有3個(gè)閉塞分區(qū)空閑，按規(guī)定速度通過(guò)。（3）多信息自動(dòng)閉塞多信息自動(dòng)閉塞也稱(chēng)多顯示自動(dòng)閉塞，是對(duì)四顯示及以上自動(dòng)閉塞的統(tǒng)稱(chēng)。多于四顯示時(shí)，往往地面通過(guò)信號(hào)機(jī)不具備多顯示的條件，而以機(jī)車(chē)信號(hào)顯示為主。各種顯示類(lèi)型如圖1-29所示圖1-29各種顯示類(lèi)型示意圖前后列車(chē)在區(qū)間內(nèi)運(yùn)行間距越大，通過(guò)能力越差，但運(yùn)行安全程度越高，列車(chē)的運(yùn)行速度也可發(fā)揮到最佳點(diǎn)。同樣，在自動(dòng)閉塞區(qū)段，車(chē)站向區(qū)間按一定的間隔時(shí)間連續(xù)發(fā)車(chē)，發(fā)車(chē)間隔時(shí)間越長(zhǎng)，線路通過(guò)能力就越低，但安全可靠性提高；發(fā)車(chē)間隔時(shí)間越短，則線路通過(guò)能力就越大，但必須保證續(xù)行列車(chē)與前行列車(chē)有安全的間隔距離，這個(gè)安全距離可以由自動(dòng)閉塞的制式來(lái)決定。由于自動(dòng)閉塞每個(gè)閉塞分區(qū)均裝有軌道電路，因此，可以比較準(zhǔn)確地表示前方列車(chē)的位置，繼而向續(xù)行列車(chē)傳輸比較明確的速度指令，從而保證兩個(gè)列車(chē)之間既有可靠的安全制動(dòng)距離，又能保持最短的空間間距，以達(dá)到最大的通過(guò)能力。自動(dòng)閉塞區(qū)間列車(chē)運(yùn)行間距與發(fā)車(chē)間隔時(shí)間電話(huà)閉塞1．電話(huà)閉塞的特點(diǎn)電話(huà)對(duì)軌道交通的安全生產(chǎn)和提高運(yùn)行效率起了很大的作用。站問(wèn)電話(huà)閉塞法是在信號(hào)系統(tǒng)故障，不能使用ATP組織正常行車(chē)時(shí)，由兩車(chē)站值班員利用站間行車(chē)電話(huà)，以電話(huà)記錄的方式辦理閉塞的方法，是代用閉塞法①自動(dòng)閉塞設(shè)備發(fā)生故障或停電，包括區(qū)間內(nèi)兩架及其以上信號(hào)機(jī)故障或燈光熄滅。2．電話(huà)閉塞法的使用時(shí)機(jī)當(dāng)遇有下列情況時(shí)，須改用電話(huà)閉塞法行車(chē)：（1）基本閉塞設(shè)備發(fā)生故障時(shí)。②移動(dòng)閉塞采用全人工后退模式。（2）無(wú)雙向閉塞設(shè)備的雙線區(qū)間反方向發(fā)車(chē)或改按單線行車(chē)時(shí)。（3）列車(chē)由區(qū)間折回。（4）施工列車(chē)或軌道車(chē)運(yùn)行。3．電話(huà)閉塞法的行車(chē)憑證使用電話(huà)閉塞法行車(chē)時(shí)，列車(chē)占用區(qū)間的行車(chē)憑證，不論單線或雙線均為路票。路票的樣式如圖1-35所示。圖1-35路票的格式固定閉塞、準(zhǔn)移動(dòng)閉塞和移動(dòng)閉塞裝備列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)的自動(dòng)閉塞工作原理固定閉塞移動(dòng)閉塞準(zhǔn)移動(dòng)閉塞1．固定閉塞固定閉塞將軌道劃分為固定的閉塞分區(qū)，不論前車(chē)還是后車(chē)都是用軌道電路來(lái)監(jiān)測(cè)的，所以系統(tǒng)只知道列車(chē)在哪個(gè)區(qū)段并不知其具體位置，所以列車(chē)的控制必然是分級(jí)的、階梯式的。在這種制式中，需要向被控制列車(chē)“安全”傳送的只是代表少數(shù)幾個(gè)速度級(jí)的速度碼。2．準(zhǔn)移動(dòng)閉塞準(zhǔn)移動(dòng)閉塞（也可稱(chēng)為半固定閉塞）是介于固定閉塞和移動(dòng)閉塞之間的一種閉塞方式。它對(duì)前、后列車(chē)的定位方式是不同的。前行列車(chē)的定位仍沿用固定閉塞的方式，而后續(xù)列車(chē)的定位則采用連續(xù)的或稱(chēng)為移動(dòng)的方式。準(zhǔn)移動(dòng)閉塞可解釋為“預(yù)先設(shè)定列車(chē)的安全追蹤間隔距離，根據(jù)前方目標(biāo)狀態(tài)設(shè)定列車(chē)的可行車(chē)距離和運(yùn)行速度、介于固定閉塞和移動(dòng)閉塞之間的一種閉塞方式”。由于準(zhǔn)移動(dòng)閉塞同時(shí)采用移動(dòng)和固定兩種定位方式，所以它的速度控制模式，必然既具有無(wú)級(jí)（連續(xù)）的特點(diǎn)，又具有分級(jí)（臺(tái)階）的性質(zhì)。若前行列車(chē)不動(dòng)而后續(xù)列車(chē)前進(jìn)時(shí)，其最大允許速度是連續(xù)變化的；而當(dāng)前行列車(chē)前進(jìn)，其尾部駛過(guò)固定區(qū)段的分界點(diǎn)時(shí)，后續(xù)列車(chē)的最大速度將按“臺(tái)階”跳躍上升。準(zhǔn)移動(dòng)閉塞在控制列車(chē)的安全間隔上比固定閉塞進(jìn)了一步。它通過(guò)采用報(bào)文式軌道電路輔之環(huán)線或應(yīng)答器來(lái)判斷分區(qū)占用并傳輸信息，信息量大；可以告知后續(xù)列車(chē)?yán)^續(xù)前行的距離，后續(xù)列車(chē)可根據(jù)這一距離合理地采取減速或制動(dòng)，列車(chē)制動(dòng)的起點(diǎn)可延伸至保證其安全制動(dòng)的地點(diǎn)，從而可改善列車(chē)速度控制，縮小列車(chē)安全間隔，提高線路利用效率。但準(zhǔn)移動(dòng)閉塞中后續(xù)列車(chē)的最大目標(biāo)制動(dòng)點(diǎn)仍必須在先行列車(chē)占用分區(qū)的外方，因此，它并沒(méi)有完全突破軌道電路的限制。移動(dòng)閉塞可借助感應(yīng)環(huán)線或無(wú)線通信的方式實(shí)現(xiàn)。早期的移動(dòng)閉塞系統(tǒng)大部分采用基于感應(yīng)環(huán)線的技術(shù)，即通過(guò)在軌間布置感應(yīng)環(huán)線來(lái)定位列車(chē)和實(shí)現(xiàn)車(chē)載計(jì)算機(jī)與控制中心之間的連續(xù)通信。武漢輕軌一期和廣州地鐵3號(hào)線相繼采用基于環(huán)線的移動(dòng)閉塞技術(shù)。現(xiàn)今大多數(shù)先進(jìn)的移動(dòng)閉塞系統(tǒng)已采用無(wú)線通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)間的通信，構(gòu)成基于無(wú)線通信技術(shù)的移動(dòng)閉塞。3．移動(dòng)閉塞移動(dòng)閉塞是一種新型的閉塞制式。它不設(shè)固定閉塞區(qū)段，前、后兩列車(chē)都采用移動(dòng)式的定位方式。移動(dòng)閉塞可解釋為“列車(chē)安全追蹤間隔距離不預(yù)先設(shè)定，而隨列車(chē)的移動(dòng)不斷移動(dòng)并變化的閉塞方式”。在城市軌道交通中，移動(dòng)閉塞是一種采用先進(jìn)的通信、計(jì)算機(jī)、控制技術(shù)相結(jié)合的列車(chē)控制技術(shù)，所以國(guó)際上有習(xí)慣稱(chēng)為基于通信的列車(chē)控制系統(tǒng)（CommunicationBasedTrainContrl，簡(jiǎn)稱(chēng)CBTC）。四.移動(dòng)閉塞系統(tǒng)的核心思想列車(chē)定位安全距離目標(biāo)點(diǎn)在移動(dòng)閉塞技術(shù)中，閉塞分區(qū)僅僅是保證列車(chē)安全運(yùn)行的邏輯間隔，與實(shí)際線路并無(wú)物理上的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此，移動(dòng)閉塞在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)上與固定閉塞有比較大的區(qū)別。其中列車(chē)定位（TrainPosition）、安全距離（SafetyDistance）和目標(biāo)點(diǎn)（TargetPoint）是移動(dòng)閉塞技術(shù)中最重要的三個(gè)概念，可以稱(chēng)為移動(dòng)閉塞的三個(gè)基本要素。1．移動(dòng)閉塞的基本要素（1）列車(chē)定位目前，在列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用的列車(chē)定位技術(shù)主要有：測(cè)速定位法、查詢(xún)－應(yīng)答器法、交叉感應(yīng)線圈法和衛(wèi)星定位法。在固定閉塞和準(zhǔn)移動(dòng)閉塞中有軌道電路或計(jì)軸等設(shè)備作為閉塞分區(qū)列車(chē)占用的檢查，就能粗略地進(jìn)行列車(chē)定位，再配以測(cè)速測(cè)距就能較詳細(xì)地進(jìn)行列車(chē)定位，最多再加應(yīng)答器校準(zhǔn)坐標(biāo)。在移動(dòng)閉塞中沒(méi)有軌道電路等設(shè)備作為閉塞分區(qū)列車(chē)占用的檢查，被控對(duì)象基本處于動(dòng)態(tài)過(guò)程中，只有了解所有列車(chē)的具體位置，以何種速度運(yùn)行等信息，才能實(shí)施對(duì)列車(chē)的有效控制，所以列車(chē)定位技術(shù)在移動(dòng)閉塞系統(tǒng)中就顯得更為重要列車(chē)定位由地面設(shè)備和車(chē)載設(shè)備共同完成。列車(chē)定位信息的主要作用是：為保證安全列車(chē)間隔提供依據(jù)，CBTC系統(tǒng)對(duì)在線的每一列車(chē)，能計(jì)算出距前行列車(chē)尾部距離，或距進(jìn)站信號(hào)點(diǎn)的距離，從而對(duì)它實(shí)施有效的速度控制；作為列車(chē)在車(chē)站停車(chē)后打開(kāi)車(chē)門(mén)以及屏蔽門(mén)的依據(jù)。另外還有多普勒雷達(dá)法、無(wú)線擴(kuò)頻列車(chē)定位法、慣性列車(chē)定位法、航位推算系統(tǒng)定位法、漏泄波導(dǎo)法、漏泄電纜法等。（2）安全距離安全距離是后續(xù)追蹤列車(chē)的命令停車(chē)點(diǎn)與其前方障礙物之間的一個(gè)固定距離。障礙物可以是確認(rèn)了的前行列車(chē)尾部的位置或者無(wú)道岔表示（道岔故障）的道岔位置。該距離是基于列車(chē)安全制動(dòng)模型計(jì)算得到的一個(gè)附加距離，它保證追蹤列車(chē)在最不利條件下能夠安全地停止在前行列車(chē)的后方而不發(fā)生沖撞。所以，安全距離是移動(dòng)閉塞系統(tǒng)中的關(guān)鍵，是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)和安全依據(jù)。目標(biāo)點(diǎn)是列車(chē)運(yùn)行的行車(chē)憑證，如同固定閉塞系統(tǒng)中的允許信號(hào)，列車(chē)只有獲得了目標(biāo)點(diǎn)，才能夠向前移動(dòng)。目標(biāo)點(diǎn)通常是設(shè)在列車(chē)前方一定距離的某個(gè)位置點(diǎn)，一旦設(shè)定，即表明列車(chē)可以安全運(yùn)行至該點(diǎn)，但不能超過(guò)該點(diǎn)。移動(dòng)閉塞系統(tǒng)就是通過(guò)不斷前移列車(chē)的目標(biāo)點(diǎn)，引導(dǎo)列車(chē)在線路上安全運(yùn)行。（3）目標(biāo)點(diǎn)2．移動(dòng)閉塞系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)（1）移動(dòng)閉塞系統(tǒng)的組成移動(dòng)閉塞系統(tǒng)主要包括無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、車(chē)載設(shè)備、區(qū)域控制器和控制中心等。圖1-31所示是基于通信的CBTC系統(tǒng)框圖。地面和車(chē)載設(shè)備通過(guò)“數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)”連接起來(lái)，構(gòu)成系統(tǒng)的核心。圖1