淺談基于無線通信的地鐵信號列車自動控制（ATC）系統(tǒng)原理

李永昊 高征威

摘要：ATC以車輛為中心的列車控制；安全以及精確地列車定位；通過移動授權MAL控制的安全的列車間隔以及移動控制連續(xù)；高速的車地雙向通信。

關鍵詞：ATC，ATO，ATP，ATS

引言

地鐵是現(xiàn)代化都市的重要基礎設施，它安全、迅速、舒適、便利地在城市范圍內運送乘客，最大限度地滿足市民出行的需要。在各種公共交通工具中，地鐵具有運量大、速度快、安全可靠、污染低、受其他交通方式干擾小等特點，對改變城市交通擁擠、乘車困難、行車速度下降的問題是很有效的，因此，地鐵是現(xiàn)代化都市所必需的交通工具。由此基礎上出現(xiàn)了地鐵信號列車自動控制（ATC）系統(tǒng)，讓市民的出行更加便利、舒適。

1地鐵信號列車自動控制（ATC）系統(tǒng)

地鐵信號列車自動控制（ATC）系統(tǒng)主要包括列車自動防護ATP， 列車自動運行ATO， 列車自動監(jiān)督ATS， 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成

2列車自動防護（ATP）的工作原理

列車自動保護系統(tǒng)是確保列車運行速度不超過目標速度的安全控制系統(tǒng)。它是列車自動控制（ATC）系統(tǒng)的子系統(tǒng)，也是確保列車安全運行，實現(xiàn)超速防護的關鍵設備。該子系統(tǒng)通過設于軌旁的ATP地面設備，連續(xù)地向列車傳送“目標速度”或“目標距離”等信息，以保持后續(xù)列車與先行列車之間的安全間隔距離，并監(jiān)督列車車門和站臺屏蔽門的開啟和關閉的程序控制，確保它們的安全操作。ATP子系統(tǒng)地面發(fā)送設備平時通過計軸、軌道電路、信標發(fā)送列車檢測信息，以檢查軌道區(qū)段的空閑和占用，當檢測到列車占用該軌道區(qū)段時，將“目標速度”或“目標距離”等數據信息傳送給列車。車載ATP設備接收并解譯“速度命令”等數據信息，結合列車實際速度、制動率、車輪磨損補償等相關條件，實現(xiàn)超速防護控制，并與列車自動運行（ATO）子系統(tǒng)配合，實現(xiàn)列車速度的自動調整。當列車到達定位停車點，由ATP子系統(tǒng)通過軌旁設備向列車傳送列車車門開啟和關閉信息，進行列車車門開、閉控制。

3列車自動運行ATO的運行原理

列車自動運行系統(tǒng)是指實現(xiàn)列車速度自動調整控制和車站程序定位停車控制的列車自動控制子系統(tǒng)，ATO子系統(tǒng)的主要功能為：列車出發(fā)加速控制；定速運行控制；減速控制；運行模式控制；車站程序定位停車控制等。其可替代司機實現(xiàn)列車運行操作的自動化，從而減少司機的勞動強度，實現(xiàn)節(jié)能控制，提高運行效率，保證定位停車精度，改善乘車舒適度。 當列車停站結束，司機關閉車門，列車收到“速度信號”或“距離信號”信息，司機按壓“出發(fā)按鈕”，ATO子系統(tǒng)自動緩解，進人出發(fā)加速控制，其后根據不斷接收的“速度命令”信息，ATO子系統(tǒng)進行速度調整控制，當列車接近車站，進行車站程序定位停車控制，不斷修正定位停車精度；車停站臺后，檢測“零速”后，在列車自動保護系統(tǒng)的配合下，完成列車車門和站臺屏蔽門的開啟和關閉，根據列車運行時刻表，當停站結束時，確保列車按時啟動。在設有司機的情況下，只有當接收到“開門”信息之后，司機才能打開車門的操作。

ATO的駕駛模式如下：

ATO=自動駕駛模式，列車在ATP的防護下自動運行，實現(xiàn)ATP和ATO的所有功能司機只需操作的是按ATO發(fā)車按鈕。

ATPM=ATP，車人工駕駛模式，司機根據TOD上顯示的信息，在ATP防護下駕駛列車。

IATPM=點式列車駕駛模式（iATP），司機利用來自信號機處動態(tài)信標的信息以及TOD信息來駕駛列車。

RM=限制人工駕駛模式，列車司機按照地面信號顯示運行并不能超過25km/h。

NRM=非限制人工模式，所有車載控制器的輸出被旁路，列車駕駛完全由司機負責，列車轉到NRM模式時，必須停車，否則會施加EB。

ATB=自動折返，折返操作過程中， CC 負責安全和自動運行， 無需司機任何干涉，折返完成后CC自動換端。

4列車自動監(jiān)督ATS的工作原理

列車自動監(jiān)督ATS子系統(tǒng)作為ATC系統(tǒng)的一個重要子系統(tǒng)，是一套集現(xiàn)代化數據通信、計算機、網絡和信號技術為一體的、分布式的實時監(jiān)督、控制系統(tǒng)，ATS子系統(tǒng)通過與ATC系統(tǒng)中的其他子系統(tǒng)的協(xié)調配合，共同完成對地鐵運營列車和信號設備的管理和控制。其核心設備位于信號系統(tǒng)的中央層，用于實現(xiàn)對高密度、大流量的城市軌道交通運輸進行自動化管理和調度，是一個綜合的行車指揮調度控制系統(tǒng)。主要功能包含：編制運行圖，根據運行圖自動辦理列車進路，自動調整列車運行間隔，必要時可以人工介入調整列車間隔，記錄運行數據等。

ATS的監(jiān)督功能是指ATS系統(tǒng)將列車運營的狀態(tài)和信息，通過控制中心或車站的調度終端實時顯示出來，調度員可以通過這些終端屏幕，實時了解和掌握列車的實際運行情況，以便及時對行車作業(yè)進行分析和調整，保證全線運營安全高效有序進行。ATS的控制功能是ATS向ATP和ATO系統(tǒng)發(fā)出指令辦理進路，指揮列車按照列車運行圖來運行。ATS可以繪制列車實跡運行圖，并動態(tài)的對偏離運行圖的列車進行調整。

5計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的工作原理

聯(lián)鎖是指為了保證鐵路車站行車和調車作業(yè)的安全，在信號機、道岔和進路之間通過技術手段建立的相互制約關系。實現(xiàn)這種關系的設備稱聯(lián)鎖設備。聯(lián)鎖設備除了保證作業(yè)安全外，還有提高作業(yè)效率和降低勞動強度等作用。按聯(lián)鎖機具的設置不同分為非集中聯(lián)鎖和集中聯(lián)鎖兩大類。集中聯(lián)鎖按使用的器件不同又分為機械集中聯(lián)鎖、電氣集中聯(lián)鎖、計算機聯(lián)鎖等。信號機、道岔、進路之間的聯(lián)鎖關系主要有：道岔位置不正確、進路未排通、進路上有車占用，防護該進路的信號機不能開放允許信號；信號一旦開放允許信號，進路被鎖閉，不準許改變進路上的道岔位置，敵對進路（不允許同時建立的進路）的防護信號亦被鎖閉在關閉狀態(tài)。列車或車列駛人進路，信號機立即自動關閉，且不能自動重復開放。顯然，聯(lián)鎖是存在于兩個對象之間的，例如：道岔與信號機之間，敵對信號機之間，進路與信號機之間等。在設計聯(lián)鎖設備時要將車站所有進路、信號機、道岔之間的相互制約關系找出，并列于稱作聯(lián)鎖表的表中，以免疏漏某一項聯(lián)鎖內容。

地鐵計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)作為后備模式，為了確保行車安全，在地下鐵道的有岔站、車輛段和地鐵沿線各個車站，必須設置聯(lián)鎖設備。計算機聯(lián)鎖是地鐵信號系統(tǒng)的安全核心，對提高地鐵運營效率、自動化程度、管理水平以及減少行車指揮調度人員的工作強度具有最直接的影響。

結語：

總之，城市的飛速發(fā)展為新的科學技術展示提供了平臺，無人駕駛在現(xiàn)代軌道交通初步形成，駕駛司機只起到安全監(jiān)控的作用，現(xiàn)代技術的不斷成熟完善，地鐵列車運行安全系數不斷提高，無人駕駛終會取代現(xiàn)代的模式。

參考文獻：

[1]儲海平.不同ATO模式實現(xiàn)方法在地鐵信號系統(tǒng)中的應用[J].鐵道通信信號，2017，53（08）：66-68+71.

[2]朱洪波.信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)的接口原理及故障處理[J].技術與市場，2017，24（06）：107-108.

[3]柴慧君，王曉燕.城市軌道交通信號系統(tǒng)目標-距離型后備模式的設計原理比較分析[J].城市軌道交通研究，2017，20（04）：53-55+62.