（南京地下铁道有限责任公司运营分公司，江苏  南京  210012）王歆珏

    （河北远东通信系统工程有限公司，河北  石家庄  050200）崔建乐


王歆珏

女，南京工业大学电子信息工程系毕业，工学学士，助理工程师。现任南京地铁运营分公司信号工程师，从事地铁信号系统维护工作。





摘要：本文简要介绍了地铁信号系统的组成，着重对地铁信号各子系统的安全性方面进行了分析，并对基于通信的列车控制技术在信号系统中的应用进行了探讨。

关键词：信号系统；列车自动控制；基于通信的列车控制

Abstract: This paper introduces the configuration and components about 
Metro signal system with stressing on security control on its subsystem. It also 
discusses the application of CBTC in Metro field.

Key words: Signal system; Automatic Train Control; Communication-Based Train Control

1  信号系统简述

    从采用交流50Hz二元二位式相敏轨道电路开始，我国铁路信号经历了几代的发展。随着客流量的不断增多，列车运行速度的不断提高，传统信号系统已远远不能满足运营的需要，为此需要采用先进的信号技术，如符合电磁兼容要求的数字化轨道电路DTC（Digital Track Circuit）技术，基于通信技术(ODBC)的列车自动控制 (ATC) 系统等。同时信号系统作为列车运行的神经中枢，直接关系到乘客的生命安全，因此各系统必须具备相应的安全措施。

2  ATC（Automatic Train Control）系统

    列车自动控制(ATC)系统包括列车自动保护子系统(ATP)、列车自动监控子系统(ATS)、列车自动驾驶子系统(ATO)，下面逐一分析。

2.1  ATP（Automatic Train Protection）子系统

    ATP (列车自动保护)子系统负责列车间的安全间隔、超速防护及车门控制，主要包括轨旁设备，联锁设备、车载设备
等， ATP地面设备以一定间隔或连续地向列车传递信息，车载ATP根据地面传递的信息进行计算, 提供控制信息，使列车在
限制速度下运行，列车开门前必须经过ATP检测，条件满足后，方可操作。

    ATP按“车-地”信息传输方式分为连续发码方式和点式发码方式。

    连续发码方式的ATP系统设备利用数字轨道电路或连续敷设电缆向车载接收设备持续地传递地面信息，其特点是信息实
时性、安全性很高，行车间隔小，但技术复杂、造价昂贵。

    点式发码方式ATP 系统设备利用地面应答器或点式环线将地面信息传至列车。这种方式实时性较差, 行车间隔大，但技术简单、造价低廉。

    考虑到我国现有的地铁交通中,存在运客数量大、行车密度高、隧道内驾驶条件差等特点,均采用连续发码方式。

ATP安全措施

    根据实际工程中的经验，ATP通常采取下列安全措施：

    (1) 系统采用双层网络、全冗余工作方式，网络各设备均配置冗余接口，热备份，保证任一网络通道或网络节点出现故障时，系统仍然可以正常工作。

    (2) 采用编码冗余技术，编码软件禁止使用条件循环语句，以免出现死循环现象，并且规定无论控制编码是否变化，编码控制程序每周期连续输出；如果出现中断输出则低频码源倒向安全侧。

    (3) 对DTC（Digital Track Circuit）系统中故障率较高的设备双备份，如发送/接收板、功放板、通信板等采用并行热备方式，只要有一路工作正常，即可完成监控中心与DTC的信息交换任务。

    (4) 为弱化、消除牵引电流等强信号对DTC工作稳定性的严重影响，在电路设计中根据部件的承受能力分级设计防冲击电路，同时增加DTC信号能量以提高信噪比外，采用数字信号处理方式提高系统的抗干扰能力。

2.2  ATS(Automatic Train Supervision )子系统

    ATS (列车自动监控) 子系统实现对列车运行的监督，负责运行列车的道岔自动转换，排列进路，根据列车运行计划与实际客流等情况合理地调度列车，选定并维护运行图，自动或人工调整停站或区间运行时间，并向列车提供由控制中心传来的监督命令。

    ATS 子系统主要由位于OCC(控制中心) 的中央计算机及相关显示设备，控制与记录设备，现场设备(包括车站、车辆段、停车场)以及传输通道组成。

ATS的安全性措施

ATS 系统的安全、可靠地运行，对于整个交通系统的运营效率至关重要。ATS 系统的安全性主要通过这样一些措施加以保证：

    (1) 在控制中心（OCC），设立两套ATS系统，互为热备份，即其中的一个系统在线时，另一个系统也在不断更新其数据信息，当出现故障需要切换时，热备份系统在很短时间内完成对轨旁信息的扫描，从而保证系统获取最新的数据。

    (2) 控制中心ATS主机与车站ATS设备间采用双通道(主、备)或环路方式构成系统(由通信专业提供)，以保证某点或某段通信信道发生故障时，系统仍能正常工作。

    (3) 当系统中某些单元出现故障或运营过程中出现异常情况时，系统具备降级运行的功能，由调度员人工介入设置进路，对列车运行进行调整，如在车站可以完成自动进路调整或根据列车识别号进行自动信号控制。

    (4) 当列车运行偏离运行图时，系统自动生成调整计划或自动调整列车的停站时间、区间运行时间。当偏离误差较大时，可由调度员人工介入，指定列车的停站时间和区间运行时间, 或对系统实施运行图进行调整。

    (5) 通过列车识别装置(PTI)能自动完成全线监控区域内的列车跟踪（服务号、目的地号、车体号、车次号）。随着列车的运行，跟踪显示从一个轨道区段向下一个轨道区段移位、显示。

    (6) ATS连接有与BAS数据接口，当列车阻塞在区间隧道时，除了ATS采取相应的停车措施并修改运行图及显示外，同时ATS向BAS发送区间堵车信息，启动隧道风机及联动风阀等环控设备进行机械通风，为列车空调系统提供所需的空气冷却能力和新风量，维持列车内部的温度；向疏散的乘客提供足够的新鲜空气。

2.3  ATO（Automatic Train Operation）子系统

    ATO(自动驾驶)系统负责自动调整列车车速，形成平滑控制牵引力和制动力的指令、引导列车运行、在一定精度范围内对位停车等。ATO设备主要包括控制器，接收/发送天线，标志线圈等。ATO有利于列车节能并提高旅客乘坐的舒适度和减轻司机的劳动强度。包括自动驾驶、自动调速、自动停车、定点停车、车门控制等几大部分。

ATO安全措施

    (1) 当列车运行超过限制速度时显示并告警，ATO通过ATP车载设备对列车实施制动。

    (2) ATO控制列车按照运行图运行，一旦ATO出现故障，立即转入人工驾驶。

    (3) 为保证数据可靠性，实时速度和控制器数据、车门控制等信息，采用循环方式传送。

    (4) 出站启动前具有安全检查措施，与车辆接口可靠，确保系统安全地工作。

2.4  ATP、ATS、ATO三者之间的关系

    ATP 为整个ATC系统的安全核心，是列车运行时必不可少的安全保障。ATS为ATC系统的上层管理部分，是ATC的指挥中枢。ATO是采用ATC的最优体现。一个完整的ATC系统依靠各子系统协调工作共同完成，三者之间互有联系、密不可分，其关系如图1所示。

    ATO需在已装备ATP子系统的条件下才能使用,并不断接受ATP的监视，ATO通过ATP从ATS处得到列车运行命令；ATO获得信息后，结合线路情况计算合适的运行速度，得出控制量，执行控制命令，同时显示有关信息。到站后，经ATP 检查开门条件满足后，ATO给出开门信息，同时，列车ATO通过列车位置识别系统(PTI) 天线，将列车信息传送给地面通信器，然后传送到ATS，ATS 根据此列车信息确定列车的新任务后再次通过轨道电路传送给ATO，在区间运行时，每进入新的轨道区段，ATO便接收新的地面信息，以便进行速度调整，在运行过程符合条件时，可以灵活地进入ATO模式。　

                                                  图1   ATP、ATS、ATO之间的关系

3  CBTC（Communication-Based Train Control）

    基于通信的列车控制(CBTC)系统引进“信号通过通信”的新理念，实现对列车连续控制，它摆脱了轨道电路对列车占用的判别方式，突破了固定闭塞的局限性，可以实现移动闭塞，一般CBTC系统包括地面无线闭塞控制中心、列车车载设备、地一车双向信息传输系统和列车定位系统。

    无线CBTC 采用无线通信系统，强调系统应用层和开发层的独立性，通过模块化的结构、强有力的接口设计和事件描述，制定对子系统透明的接口标准。CBTC通过采用基于IP 标准的列车控制结构，可以在实现列车控制的同时附加其它功能(如安全报警、员工管理及乘客信息发布等) 。

    无线CBTC系统工作方式完全不同于传统的信号系统，当分配某线路为使用状态后，立即通知线路管理中心，编制程序并输入该线路有关数据，线路管理中心计算列车的速度分布，数字化无线设备向列车发出控制命令，当列车进入测试区段时，列车向中心发出“进入区段”信息。如果列车超过预定速度，则驾驶室显示屏上显示“警告”，必要时可自动刹车。

    无线CBTC具有卓越的技术经济优势, 在对既有的点式ATP系统的改造中，采用无线CBTC对其车载设备和轨旁设备进行一定的改造后(主要是增加网络接口和无线控制子系统)，可实现既有信号系统与无CBTC的叠加，从而达到既有线路与新的无线CBTC 线路的互联互通(Interoperability，包括列车接口间的控制安全标准、导轨的模型化以及列车控制信息传递协议等)，从而大大的节省了改造费用。

    由于采取开放式的国际标准，国内厂商可从部分产品的国产化着手，逐步实现整个系统的国产化, 因此采用无线CBTC 系统是信号国产化的一个突破口，应用前景十分广阔。

CBTC的安全措施

    (1) 由于无线CBTC通过采用序列号、循环冗余校验等方法进行对安全关联数据的保护和接入防护,可有效保证开放数据通信系统的数据安全。

    (2) CBTC系统一般考虑100%的无线信号冗余率进行基站布置，以消除在某个基站故障时可能出现的信号盲区，保证列车连续收到实时信息。

    (3) CBTC系统中列车的车载计算机与转速计/速度传感器/加速度计及轨旁定位应答器联系无误，实现列车的准确定位。

4  小结

    CBTC系统能迅速、准确获得列车实时信息，在保证地铁安全、高效运营的同时，可大大提高旅客服务水平，因此基于通信的列车运行控制系统(CBTC)是轨道交通信号及列车控制的发展方向。目前，国际上不少城市开始采用CBTC系统，对现有列车控制系统进行更新。

    其他作者：崔建乐，男，工程师，毕业于河北大学，现就职于河北远东通信系统工程有限公司。

参考文献

[1] 吴汶麒. 城市轨道交通信号与通信系统[M].北京:中国铁道出版社,1998.

[2] 林瑜筠. 铁路信号新技术概论-(修订版) [M].北京:中国铁道出版社,2007.

[3] 赵志熙. 车站信号控制系统[M].北京:中国铁道出版社[M],2005.

[4] 刘晓娟,张雁鹏,汤自安. 城市轨道交通智能控制系统[M],北京:中国铁道出版社,2005.

[5] 林瑜筠. 区间信号自动控制[M].北京:中国铁道出版社,2003.