1、城市轨道交通智能控制系统城市轨道交通智能控制系统兰州交通大学兰州交通大学 2010主讲主讲 杜丽霞杜丽霞2 城市轨道交通运行控制系统城市轨道交通运行控制系统v 本章主要内容本章主要内容1.概述概述2.城市轨道交通信号系统城市轨道交通信号系统 3.城市轨道交通通信系统城市轨道交通通信系统 4.城市轨道交通运行控制系统发展及前景城市轨道交通运行控制系统发展及前景 2.1 概述概述l 城市轨道交通运行控制系统城市轨道交通运行控制系统的概念的概念 城市轨道交通运行控制系统是指用于控制、城市轨道交通运行控制系统是指用于控制、监督、执行和保障城市轨道交通列车运行安全，监督、执行和保障城市轨道交通列车运行安
2、全，以轨道交通信号控制技术和通信技术为基础发展以轨道交通信号控制技术和通信技术为基础发展起来的集列车运行控制、行车指挥、设备监测和起来的集列车运行控制、行车指挥、设备监测和信息管理为一体的综合控制系统。城市轨道交通信息管理为一体的综合控制系统。城市轨道交通运行控制系统除了保证行车安全、提高运行效率、运行控制系统除了保证行车安全、提高运行效率、缩短行车间隔外，还起到促进管理现代化、提高缩短行车间隔外，还起到促进管理现代化、提高综合运力和服务质量的作用。综合运力和服务质量的作用。2.1 概述概述 传统的信号系统是通过设置在地面的传统的信号系统是通过设置在地面的色灯信号机传递不同的行车命令，司机根色
3、灯信号机传递不同的行车命令，司机根据地面信号的显示，按照行车规则，操纵据地面信号的显示，按照行车规则，操纵列车运行。这种基本上依赖于司机保证行列车运行。这种基本上依赖于司机保证行车安全的运行控制系统已不能适应城市轨车安全的运行控制系统已不能适应城市轨道交通高密度、高安全性的行车要求。道交通高密度、高安全性的行车要求。2.1 概述概述 以列车速度自动控制为中心的列车运行控制以列车速度自动控制为中心的列车运行控制应运而生，已成为城市轨道交通运行控制系统的应运而生，已成为城市轨道交通运行控制系统的共同选择。目前，在一些发达国家的城市轨道交共同选择。目前，在一些发达国家的城市轨道交通中，应用先进的轨道
4、交通运行控制技术，最小通中，应用先进的轨道交通运行控制技术，最小行车间隔已缩短至行车间隔已缩短至100 s以下。以下。提高综合运力和服提高综合运力和服务质量的作用。务质量的作用。2.1 概述概述 以列车速度自动控制为中心的列车运以列车速度自动控制为中心的列车运行控制应运而生，已成为城市轨道交通运行控制应运而生，已成为城市轨道交通运行控制系统的共同选择。目前，在一些发行控制系统的共同选择。目前，在一些发达国家的城市轨道交通中，应用先进的轨达国家的城市轨道交通中，应用先进的轨道交通运行控制技术，最小行车间隔已缩道交通运行控制技术，最小行车间隔已缩短至短至100 s以下。以下。提高综合运力和服务质量
5、的作提高综合运力和服务质量的作用。用。2.2 城市轨道交通信号系统城市轨道交通信号系统 城市轨道交通信号系统是实现行车指城市轨道交通信号系统是实现行车指挥、列车运行监控和管理所需技术措施及挥、列车运行监控和管理所需技术措施及配套装备的集合体。信号系统应确保行车配套装备的集合体。信号系统应确保行车安全、提高运输效率、改善工作环境、促安全、提高运输效率、改善工作环境、促进管理的现代化。信号系统应做到安全可进管理的现代化。信号系统应做到安全可靠、经济合理、适应技术的发展、逐步达靠、经济合理、适应技术的发展、逐步达到不同系统或子系统设备的互用与协同工到不同系统或子系统设备的互用与协同工作。作。2.2
6、城市轨道交通信号系统城市轨道交通信号系统 城市轨道交通中的信号系统是保证列城市轨道交通中的信号系统是保证列车安全、快捷、正点、高密度不间断运行车安全、快捷、正点、高密度不间断运行的重要技术装备。不同的行车密度应选择的重要技术装备。不同的行车密度应选择不同的信号系统，以保证工程设计既能够不同的信号系统，以保证工程设计既能够满足运营要求，又经济合理。满足运营要求，又经济合理。2.2 城市轨道交通信号系统城市轨道交通信号系统 城市轨道交通信号系统的技术制式虽然是沿城市轨道交通信号系统的技术制式虽然是沿袭干线铁路的制式，但还是有它固有的特点，主袭干线铁路的制式，但还是有它固有的特点，主要反映在以下几个
7、方面：要反映在以下几个方面：l城市轨道交通信号系统的特点城市轨道交通信号系统的特点 对列车速度监控提出了极高的要求，要求其能对列车速度监控提出了极高的要求，要求其能提供更高的安全保证提供更高的安全保证 在信号系统中可以采用较低速率的数据传输系在信号系统中可以采用较低速率的数据传输系统统 2.2 城市轨道交通信号系统城市轨道交通信号系统 联锁设备的监控对象远远少于一般干线铁路车联锁设备的监控对象远远少于一般干线铁路车站，通常站，通常1个控制中心即可实现全线的联锁功个控制中心即可实现全线的联锁功能能城市轨道交通车辆段的信号设备远多于其他车城市轨道交通车辆段的信号设备远多于其他车站，通常独立采用一套
8、联锁装置站，通常独立采用一套联锁装置在城市轨道交通的信号系统内，通常都包含有在城市轨道交通的信号系统内，通常都包含有进路自动排列功能，即按事先预定的程序自动进路自动排列功能，即按事先预定的程序自动排列进路，只有运行图变更时才有人工介入排列进路，只有运行图变更时才有人工介入2.2 城市轨道交通信号系统城市轨道交通信号系统 现代城市轨道交通的主要运行特点是行车密现代城市轨道交通的主要运行特点是行车密度高、站间距离短及行车间隔时间短。目前的发度高、站间距离短及行车间隔时间短。目前的发展水平，新建（或改建）的地下铁路与轻轨铁路，展水平，新建（或改建）的地下铁路与轻轨铁路，其载客高峰期的行车间隔最小可达
9、其载客高峰期的行车间隔最小可达90s，甚至更，甚至更小。如此短暂的行车间隔对城市轨道交通信号系小。如此短暂的行车间隔对城市轨道交通信号系统的自动化程度提出了较高的要求：统的自动化程度提出了较高的要求：l 城市轨道交通对信号系统的要求城市轨道交通对信号系统的要求 2.2 城市轨道交通信号系统城市轨道交通信号系统 严格的安全保障措施严格的安全保障措施 高效率的可用性高效率的可用性 用高度自动化手段确保安全准点运行用高度自动化手段确保安全准点运行 联锁设备相对简单联锁设备相对简单 向旅客提供向旅客提供“友好界面友好界面”城市轨道交通信号系统组成城市轨道交通信号系统组成 目前，先进的城市轨道交通信号系
10、统通常由目前，先进的城市轨道交通信号系统通常由自动列车运行控制自动列车运行控制ATC（Automatic Train Control）系统和联锁）系统和联锁IS（Interlocking System）设备两大部分组成，用于列车运行控制、行车调设备两大部分组成，用于列车运行控制、行车调度指挥、信息管理和设备维护等，是一个高效的度指挥、信息管理和设备维护等，是一个高效的综合自动化系统。综合自动化系统。城市轨道交通信号系统组成城市轨道交通信号系统组成 列车自动控制（列车自动控制（ATC）系统包括列车自动防）系统包括列车自动防护护ATP（Automatic Train Protection）、列车自
11、）、列车自动驾驶动驾驶ATO（Automatic Train Operation）及列）及列车自动监控车自动监控ATS（Automatic Train Supervision）3个子系统（简称为个子系统（简称为“3A”系统）。系统）。ATC系统与联系统与联锁系统共同构成城市轨道交通的信号系统。锁系统共同构成城市轨道交通的信号系统。城市轨道交通信号系统组成城市轨道交通信号系统组成 ATOATPATSIS安安全全相相关关系系统统非非安安全全相相关关系系统统城市轨道交通信号系统组成城市轨道交通信号系统组成 ATP子系统是子系统是ATC系统最重要的部分。城市系统最重要的部分。城市轨道交通列车运行速度高
12、，在高峰期列车密度大，轨道交通列车运行速度高，在高峰期列车密度大，发生行车事故后果严重。依靠运行人员防止运行发生行车事故后果严重。依靠运行人员防止运行事故发生远不能满足运行安全要求，因此必须使事故发生远不能满足运行安全要求，因此必须使用列车超速防护系统用列车超速防护系统ATP。使用。使用ATP子系统的优子系统的优点是保证了行车的安全可靠性，缩短了列车间隔，点是保证了行车的安全可靠性，缩短了列车间隔，提高了线路的利用率。提高了线路的利用率。ATP系统根据故障安全系统根据故障安全原则执行列车间安全间距的监控、列车的超速防原则执行列车间安全间距的监控、列车的超速防护、安全开关门的监督和进路的安全监控
13、等功能，护、安全开关门的监督和进路的安全监控等功能，确保列车和乘客的安全。确保列车和乘客的安全。城市轨道交通信号系统组成城市轨道交通信号系统组成 ATO子系统以列车自动防护系统为基础，配子系统以列车自动防护系统为基础，配置车载计算机系统和必要的辅助设备，主要用于置车载计算机系统和必要的辅助设备，主要用于实现实现“地对车控制地对车控制”，即用地面信息实现对列车驱，即用地面信息实现对列车驱动、惰行和制动的控制，传送车门和屏蔽门同步动、惰行和制动的控制，传送车门和屏蔽门同步开关信号，执行车站之间列车的自动运行、列车开关信号，执行车站之间列车的自动运行、列车在车站的定点停车、在终点的自动折返等功能。在
14、车站的定点停车、在终点的自动折返等功能。使用使用ATO子系统后，可以使列车运行规范化、子系统后，可以使列车运行规范化、减少人为影响，对于列车在高密度、高速度运行减少人为影响，对于列车在高密度、高速度运行条件下保证运行秩序有很大好处。条件下保证运行秩序有很大好处。城市轨道交通信号系统组成城市轨道交通信号系统组成 ATS子系统主要实现对列车运行的监督和控子系统主要实现对列车运行的监督和控制，辅助行车人员对全线列车运行进行管理，统制，辅助行车人员对全线列车运行进行管理，统一指挥调度，充分发挥其运输快捷、准时的特点。一指挥调度，充分发挥其运输快捷、准时的特点。它可以为行车指挥人员提供全线列车的运行状态
15、它可以为行车指挥人员提供全线列车的运行状态显示；监督和记录运行图的执行情况；在列车运显示；监督和记录运行图的执行情况；在列车运行偏离运行图时能够及时做出反应（提出调整建行偏离运行图时能够及时做出反应（提出调整建议或自动修整运行图），从而保证列车按时刻表议或自动修整运行图），从而保证列车按时刻表正点运行；还可通过正点运行；还可通过ATO子系统的接口，向旅客子系统的接口，向旅客提供运行信息通报（例如：列车到达、出发时间，提供运行信息通报（例如：列车到达、出发时间，运行方向，中途停靠站名等）。运行方向，中途停靠站名等）。城市轨道交通信号系统组成城市轨道交通信号系统组成 联锁是车站范围内进路、信号、道
16、岔之间互联锁是车站范围内进路、信号、道岔之间互相制约的关系，它们之间必须建立严密的联锁关相制约的关系，它们之间必须建立严密的联锁关系，才能确保行车安全。联锁由联锁设备完成，系，才能确保行车安全。联锁由联锁设备完成，建设较早的城市轨道交通，采用建设较早的城市轨道交通，采用6502电气集中联电气集中联锁，近年均采用计算机联锁。锁，近年均采用计算机联锁。正线上的集中控制站（包括本站及其所控制正线上的集中控制站（包括本站及其所控制的非集中站的道岔和信号机）由设于该站的联锁的非集中站的道岔和信号机）由设于该站的联锁设备控制。该设备除了实现联锁关系外，还将联设备控制。该设备除了实现联锁关系外，还将联锁的有
17、关信息传送至锁的有关信息传送至ATP/ATO系统，并接收系统，并接收ATS系统的命令。系统的命令。城市轨道交通信号设备城市轨道交通信号设备 城市轨道交通信号设备可以划分为城市轨道交通信号设备可以划分为5部分：控制部分：控制中心设备、车载中心设备、车载ATC设备、车站及轨旁设备、车设备、车站及轨旁设备、车辆段设备及试车线设备。辆段设备及试车线设备。控制中心设备属于控制中心设备属于ATS子系统，是子系统，是ATC的核心。的核心。车载设备包括车载设备包括ATP和和ATO两部分。两部分。2.3 城市轨道交通通信系统城市轨道交通通信系统 城市轨道交通通信系统是指挥列车运行、组城市轨道交通通信系统是指挥列
18、车运行、组织运输生产及进行公务联络的重要手段。城市轨织运输生产及进行公务联络的重要手段。城市轨道交通通信系统由多个子系统构成，主要包括传道交通通信系统由多个子系统构成，主要包括传输、无线、公务、专用、广播、时钟等子系统，输、无线、公务、专用、广播、时钟等子系统，为城市轨道交通提供可靠的语音、数字、图像等为城市轨道交通提供可靠的语音、数字、图像等传输通道，实现调度、监视、校时、广播、内部传输通道，实现调度、监视、校时、广播、内部通话等多项功能，是构成城市轨道交通各部门之通话等多项功能，是构成城市轨道交通各部门之间有机联系，实现运输集中统一指挥、行车调度间有机联系，实现运输集中统一指挥、行车调度自
19、动化、列车运行自动化、安全防护、提高效率自动化、列车运行自动化、安全防护、提高效率的重要设备。的重要设备。城市轨道交通通信系统的组成城市轨道交通通信系统的组成 在城市轨道交通系统中，为了使整个系统的在城市轨道交通系统中，为了使整个系统的运行始终处于有条不紊的状态，其专用通信系统运行始终处于有条不紊的状态，其专用通信系统首先应具有将各车站的客流量、沿线列车的运行首先应具有将各车站的客流量、沿线列车的运行状况等信息及时地传送到控制中心，并将控制中状况等信息及时地传送到控制中心，并将控制中心发布的各项调度命令以及各种控制信号传送至心发布的各项调度命令以及各种控制信号传送至各个车站的执行部门和机构等满
20、足列车运行控制各个车站的执行部门和机构等满足列车运行控制的功能。除此之外，还应包含一个既能传输语音的功能。除此之外，还应包含一个既能传输语音信号，又能传输文字、数据和图像等各种信息的信号，又能传输文字、数据和图像等各种信息的综合业务数字通信网。综合业务数字通信网。城市轨道交通通信系统的组成城市轨道交通通信系统的组成 城市轨道交通的通信系统必须适应和满足轨城市轨道交通的通信系统必须适应和满足轨道交通的运营管理。整个通信系统通常包括以下道交通的运营管理。整个通信系统通常包括以下5个组成部分：个组成部分：调度指挥通信系统调度指挥通信系统 公务通信网公务通信网 无线通信系统无线通信系统 有线广播系统有
21、线广播系统闭路电视系统闭路电视系统2.4 城市轨道交通运行控制系统发展及前景城市轨道交通运行控制系统发展及前景 通信技术与控制技术的结合重新规划了城市通信技术与控制技术的结合重新规划了城市轨道交通信号系统的结构与组成，为列车运行控轨道交通信号系统的结构与组成，为列车运行控制的未来发展开辟了新的空间。目前，基于通信制的未来发展开辟了新的空间。目前，基于通信的列车运行控制系统（的列车运行控制系统（CBTC）代表着未来城市）代表着未来城市轨道交通运行控制的发展趋势。轨道交通运行控制的发展趋势。世界城市轨道交通运行控制系统的发展世界城市轨道交通运行控制系统的发展 信号系统经历过几次革命性的变革：从最初
22、信号系统经历过几次革命性的变革：从最初的视线控制、人工臂板控制、信号灯，发展到轨的视线控制、人工臂板控制、信号灯，发展到轨道电路、数字轨道电路控制系统、基于环线的道电路、数字轨道电路控制系统、基于环线的CBTC，直到今天基于无线通信的，直到今天基于无线通信的CBTC。CBTC系统是利用高精度的列车定位（不依系统是利用高精度的列车定位（不依赖于轨道电路）、双向大容量车地数据通信和赖于轨道电路）、双向大容量车地数据通信和车载、地面的安全功能处理器，实现的一种连续车载、地面的安全功能处理器，实现的一种连续自动列车控制系统。自动列车控制系统。CBTC系统采用无线通信技系统采用无线通信技术，将缩短间隔时
23、间、实现互联互通、提高安全术，将缩短间隔时间、实现互联互通、提高安全指数。指数。世界城市轨道交通运行控制系统的发展世界城市轨道交通运行控制系统的发展 CBTC系统是具有发展潜力的列车运行控制系统是具有发展潜力的列车运行控制系统，正在日趋完善。目前，该技术已经在系统，正在日趋完善。目前，该技术已经在20多多个国家的城市轨道交通中使用。基于无线通信的个国家的城市轨道交通中使用。基于无线通信的CBTC系统，已在拉斯维加斯、旧金山、新加坡系统，已在拉斯维加斯、旧金山、新加坡等地投入商业运行。法国巴黎等地投入商业运行。法国巴黎6条线、西班牙巴塞条线、西班牙巴塞罗那地铁和马德里地铁、瑞士洛桑地铁、美国华罗
24、那地铁和马德里地铁、瑞士洛桑地铁、美国华盛顿、纽约和西雅图、韩国国铁、中国香港竹篙盛顿、纽约和西雅图、韩国国铁、中国香港竹篙线、上海线、上海8号线、广州号线、广州1号线和号线和5号线、北京号线、北京10号号线（含奥运支线）等也都选择了基于无线通信的线（含奥运支线）等也都选择了基于无线通信的CBTC系统。系统。我国城市轨道交通运行控制系统的发展和前景我国城市轨道交通运行控制系统的发展和前景 我国城市轨道交通信号控制系统的发展大致我国城市轨道交通信号控制系统的发展大致经历了三个阶段：初创阶段、过渡阶段和发展阶经历了三个阶段：初创阶段、过渡阶段和发展阶段。段。初创阶段初创阶段过渡阶段过渡阶段 发展阶
25、段 我国城市轨道交通运行控制系统的发展和前景我国城市轨道交通运行控制系统的发展和前景 目前我国对城市轨道交通的目前我国对城市轨道交通的ATC系统的研究系统的研究和应用存在的问题主要表现在对和应用存在的问题主要表现在对ATC系统中的数系统中的数字轨道电路、车地信息传输和列车自动驾驶等字轨道电路、车地信息传输和列车自动驾驶等关键技术尚不能全面掌握，国产化水平很低。在关键技术尚不能全面掌握，国产化水平很低。在速度自动防护系统速度自动防护系统ATP中，国内外设备的主要差中，国内外设备的主要差距在于列车的速度监督上，而速度监督的最主要距在于列车的速度监督上，而速度监督的最主要设备是数字轨道电路，包括其地
26、面发送设备和车设备是数字轨道电路，包括其地面发送设备和车上的接收设备。上的接收设备。Diagram TextTextTextAdd YourTitle TextText 1Text 2Text 3Text 4Text 5Add YourTitle TextText 1Text 2Text 3Text 4Text 5TextText Cycle DiagramAdd YourText hereAdd YourText hereAdd YourText hereDiagramConceptAdd Your TextTextTextTextTextTextTextDiagramAdd Your Te
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