1、城市轨道交通信号系统摘 要： 城市轨道交通是现如今发展迅速、人们普遍会选择的交通出行方式。它具有运量大，速度快，环境污染小等诸多优点，所以目前许多国家都在大力发展城市轨道交通。信号系统是城市轨道交通的控制系统，作用是完成行车指挥，自动驾驶和超速防护以及运行的控制和调整的使命，实现列车运行的自动化、科技化，保证了列车的运行安全，提高了运行效率。主要介绍信号系统的构成、功能、控制模式、在我国的应用情况以及存在的不足和发展对策。关键词：城市，轨道交通，信号系统，控制，闭塞Abstract: Urban rail transit is now developing rapidly, it is gen
2、erally choose mode of transportation. It has big capacity, fast speed, small environment pollution, and many other advantages, so many countries in developing urban rail transit. Signal system of urban rail transit is the control system, the role is to complete the command of driving and automatic d
3、riving and overspeed protection and the mission of the running control and adjustment, realize the automation of the train operation, science and technology, guarantee the running safety of train, improve the operation efficiency. Mainly introduces the composition of the signal system, function, con
4、trol mode, the application in our country, and the deficiencies and the development countermeasures.Keywords: Cities, rail transit, signal system, control, and occlusion一 信号系统的构成和基本功能城市轨道交通信号系统主要由联锁系统和列车自动控制系统（简称 ATC）构成，列车自动控制系统又分为三个子系统：即列车自动监控子系统、列车自动运行子系统、列车自动防护子系统。1.1 列车自动监控系统（）列车自动监控系统是一个能够交换显示信
5、息的智能化系统。主要用于对列车运行状态的自动监督，控制列车在线路上的运行，帮助行车调度人员对整条线路上的列车实行管理。在控制中心部分得主要作用包含：列车在运行中的控制以及调整运行控制，在列车未按照运行图运行时及时作出调整或自动修正；管理和监督列车运行图的工作情况；线路的监督和紧急情况报警控制，记录发生的故障行为；列车运行所在位置的随时监控和对列车行驶轨迹的记录，为列车的调度员提供全线列车的行驶情况；自动设定列车行驶的进路，监督车站的联锁情况；列车时刻表的整理、记录、修正以及调整控制。在联锁集中站的主要功能是：控制和表示列车的进路；折返站折返模式的控制；车辆和地点的交换信息以及信息的翻译；向导信
6、息、目的地的显示；设定运行等级等。在车载 ATC 的主要功能包括：通过与的互通，为乘客反映向导消息。例如：列车出发时间，到站的时间，行驶方向，停靠站名等。 1.2 列车自动防护系统（）列车自动防护系统，顾名思义是对列车行驶过程实行的防护和对相关设备进行监督和控制，以达到对列车之间的距离的保护，实现超速防护的目的。的主要功能包括：（）自动检测列车位置，控制行车间隔和进路的正确排列，在停车点前方通常设置有防护段，能够计算停车的位置进行停车点防护。 （）双向交换地面和车辆的状态信息。例如：联锁设备的状态，地形，距离，速度等。得出安全范围内的安全速度，以此进行车辆的管理和监督，保证运行的安全。 （）实
7、行连续的速度监督，车载设备能够监测列车的运行速度，在列车运行速度接近保护速度时，采取制动是列车减速。在未按要求减速时，能够采取紧急制动，实现超速防护。 （）对列车进路时的联锁安全进行控制。联锁设备能够确保道岔，信号机，轨道电路之间的安全联锁关系。 （）车载设备能够监控车门的开关状态，当列车停稳并满足要求时，才能允许打开车门，同样的，在车门安全关闭时，列车才能正常运行。 （）向自动运行系统传递控制数据，与 ATS 交换信号设备状态和列车运行信息。 （7）能够监测报警功能。减小列车行驶之间的距离，提高了对轨道路线的利用率以及行驶的安全性、可靠性。1.3 列车自动运行系统（ATO）列车自动运行系统主
8、要是用地面信息控制列车的启动，制动。ATO 能够使列车经常处于最佳运行状态，增加了乘客的舒适度，很大程度的保证了列车的准时到站并且减少了车轮和钢轨之间的磨耗，节约了电能的消耗。列车自动运行系统的主要作用有以下几点：在的保护曲线下，能够对列车的自动，合理驾驶进行控制。位地面传输列车型号，班次和行驶速度并获得地面的相关数据等。控制列车的启动和车门的自动开关。在满足列车行驶间隔距离的前提下，合理定制站内的曲线，控制列车的牵引制动，同时保证列车到站车门时与屏蔽门的对应。列车运行状态自诊断，发生故障时可以立即向驾驶员报警，并同时可以实施紧急制动。在列车行驶状态下，根据的指令，能够实行自动调整保证行车间隔
9、和旅行速度，节约能源等。联锁系统城市轨道交通系统中的联锁集中站为有岔站。根据道岔位置的不同可以组成不同的进路，由信号机提示列车是否能够进入进路。如果信号机的信号指示列车进入 A 条进路，而道岔开启的是 B 条进路，这样就存在发生行车事故的危险。为了保证列车在车站范围内的行驶安全，在进路，道岔和信号机三者之间有着相互制约的关系，这样的关系就成为“联锁” 。联锁系统包括进路，道岔，信号机三者之间的相互制约联锁和计算机联锁。计算机联锁是为了实现联锁的基本功能，完成对列车信号系统设备和轨道电路情况的监控，保证列车正确进路开启的进路，保证运行安全。二 系统的闭塞方式 为了保证列车的通过能力和行车安全，我
10、们以车站为分界点划分为多个区间，在区间内不设置道岔，不能避让车辆，所以在规定的区间内，只允许一列车通过，这种运行的方式称为闭塞。闭塞方式主要分为固定闭塞式，移动闭塞式和准移动闭塞式这三种方式。2.1 固定闭塞式系统固定闭塞是基于轨道电路的信号系统，闭塞分区有固定的轨道电路划分。列车将闭塞分区作为最小行车间隔，ATC 系统依次实行行车指挥和列车运行的控制。固定闭塞ATP 系统传递信息量小，采用递进式控制形式，对列车运行控制的精确度不高，不仅降低了列车运行的舒适程度，还增加了驾驶员的工作，限制了列车的通过能力。固定闭塞分区的划分依靠特定列车的性能指标，当一条线路上有不同性能的列车时就不可行了，影响
11、了运行效率和列车类型的变更，为了保证行车安全和轨道交通的发展，不太适宜使用此种闭塞方式。2.2 移动闭塞式 ATC 系统基于通信的信号系统因为没有划分固定的闭塞分区，追踪列车间的安全行驶距离由前后列车的运行等情况来确定，取消了物理层面的闭塞分区的划分，所以称为移动闭塞信号系统。移动闭塞式 ATC 系统通常采用无线通信、地面交叉感应环线、电缆，波导管无线传输等媒体技术手段，向列车控制的车载设备传输信息。列车安全行驶距离是根据最大允许车速、当前停车点的位置、线路相关信息计算得到的，数据能够被不断更新，用于保证列车能够不间断地收到即时信息。移动闭塞 ATC 系统利用车载与地面之间的数据传输，使地面能
12、接收到每列列车的具体位置，并以此计算得出每一列列车的行驶状态，进行系统更新后再发回给列车，列车就能够根据这些信息计算出速度曲线，实现精准的定位停车，提高了列车的通行能力，最大限度的缩短了行车间隔。2.3 准移动闭塞式的 ATC 系统准移动闭塞系统是基于轨道电路的目标距离控制的信号系统，在信息传递和系统自身的能力上介于固定闭塞和移动闭塞之间，列车获得的信息是距离运行前方目标点要走的距离数据或列车的“运行权限”数据。准移动闭塞主要采用数字式音频无绝缘轨道电路，感应环线或计轴等当做列车监测和信息传递的媒介，信息传输量大，抗干扰能力强。向车载设备提供目标速度，距离，线路状态等信息，车载根据收到的信息计
13、算出速度曲线对列车实行安全控制，提高了轨道线路的利用率。准移动闭塞和固定闭塞模式同样都是采用轨道旁检测来确定列车位置实现联锁。准移动闭塞 ATP 系统列车追踪运行的最小安全距离比较短，由此提高了列车的通行能力。由于使用了速度曲线来控制列车，使列车的行驶更加安全。ATC 系统的三个子系统之间的结合性比较强，车载设备也相对智能化，可适应不同线路和列车类型的运行需要。三 信号系统控制方式3.1 列车进路控制模式列车进路控制是列车的自动控制模式，包括中央级和车站级两种自动控制模式。中央自动控制模式是中央 ATS 依据列车运行图和时刻表以及列车运行的相关信息，车站联锁表自动设置列车的进路。车站自动控制是
14、指车站的 ATS 系统能够根据在本站控制范围内接收到的列车运行的状态和计划，自动控制所能管辖范围内的列车运行进路。车站的联锁设备也能够按自动追踪运行方式，锁闭列车进路，保证列车进路的安全。3.2 信号系统的人工控制模式信号系统的人工控制模式同样分为中央级和车站级的人工模式。中央人工控制模式是由中央调度人员控制列车进路，其中包括了运行图的变更，储存并实时发出进路命令以及将部分和全部信号机设置于自动追踪进路模式状态。车站的人工模式是指在车站控制状态下，由车站值班员控制列车进路，包括储存和发出进路命令，和中央人工控制模式相同，将管辖范围内的信号机设置于自动追踪进路模式的状态来设置列车进路，在获得控制
15、权后，可以人工控制全线列车的进路情况。3.3 列车运行控制模式列车运行控制模式包括四种模式，即模式，人工模式，限制人工驾驶模式和非限制人工驾驶模式。在 ATO 模式下，列车司机负责开启和关闭车门和按下出发按钮，保证列车的运行安全，自动调整列车运行速度。ATO 实现在区间的自动合理运行以及到站对位自动停车控制。人工 ATP 模式是指列车驾驶员操纵列车关闭车门执行出发检查，手动启动列车和停车控制，ATP 实现列车的运行速度控制和超速防护。限制人工驾驶模式是车载限制列车在某个固定低速下运行，列车超速时，ATP 可实施强迫停车。非限制人工驾驶模式是完全人工驾驶模式，车载设备不监控列车的运行。四 信号系
16、统在我国的应用情况在我国，以北京、上海、广州、深圳等大城市为首的城市轨道交通网络总里程已达到 5000 公里。全国规划建设轨道交通网的城市有 25 个。城市轨道交通设备和技术也随着电力、机械、电子等工业和科学技术的发展而得到提升。为了实现城市轨道交通列车运行的安全高效性，列车运营的统一指挥，列车调度和运行自动化，智能化，城市轨道交通系统必须具备完整的，智能的，便捷的信号系统。对于向北京上海这样交通运量大的城市，轨道交通线路的 信 号 系 统 应 考 虑 采 用 准移 动 闭 塞 式 信 号 系 统 或 移 动 闭 塞 式 信 号 系 统 。 北京地铁 10 号线信号系统采用的是基于无线通讯技术
17、的移动闭塞方式，这种运行方式采用先进的创新技术，安全性强，运行效率高，但同时对信号系统的地面、车载等关键设备的技术性、稳定性、功能性要求也非常高，因此，维修和维护的难度较大。2008 年北京地铁 2 号线是我国第一条 CBTC 线路，标志着我们正式进入移动闭塞时代，为提高北京地铁的运输能力和运营安全奠定基础，为进一步缩短列车间隔距离提供了硬件条件。但是因为一些技术性问题，信号技术和设备依然是依赖于国外的企业。直到北京地铁亦庄线和昌平线的开通，由北京交通大学组织自主研发的基于通信的列车控制系统（）成功通过国际认证。我国掌握了 CBTC 的 ATP/ATO 核心技术。我国地铁的发展从无到有，信号系
18、统也从最早的基于轨道电路的固定闭塞式信号系统，发展到现在的基于通信技术的列车自动控制系统（CBTC） ，经历了近 40 年的基础研究。我国最终通过不懈努力，成为了继德国、法国、加拿大之后，世界第四个自主研发CBTC 系统，掌握其核心技术的国家。 信号系统在我国具体的应用情况见下表：控制模式 我国主要线路应用固定闭塞模式 北京地铁 1 号线，八通线，13 号线，上海地铁 1 号线 准移动闭塞模式 广州地铁 1、2 号线深圳地铁 1 号线南京地铁 1 号线上海地铁 2、3 号线北京地铁 5 号线天津地铁 1 号线 香港机场快速线移动闭塞模式（包括系统）武汉轻轨 1 号线（环线）广州地铁 3，4,5
19、，6 号线上海地铁 6,7,8,9 号线北京地铁 2，4（无线）,10 号线，机场线南京地铁 2 号线沈阳地铁 1,2 号线深圳地铁 2,3 号线西安地铁 2 号线成都地铁 1 号线五 信号系统存在的不足及合理化发展对策目前，我国大多数地铁线路改造使用了新的数字式轨道电路的信号系统和基于无线通讯的移动闭塞模式的信号系统。虽然新型的信号系统缩短了行车间隔，提高了线路的利用率，带来了很多便利，但同时也还存在着许多不足。例如：（）城市轨道交通信号系统造价较高，过分依赖国外的供货商，无法使国内企业参与竞争，造成价格居高不下。（）无法有效实施互联互通，由于线路不同而采用不同的信号系统，造成了车载设备与地
20、面设备不兼容，从而限制了列车系统的互通，由于制式不统一，造成了维修工作的复杂，在经济上不合理。（）技术标准不统一。由于我国城市轨道交通发展时间较短，因此相关的技术指标不够统一。（）目前我国的城市轨道交通的建设上自主创新能力较差，所以在城市轨道的建设上大多还是依赖于国外的技术和设备，这就限制了我国城市轨道建设的发展和技术的创新，同时也不利于我国在轨道交通方面与其他国家的竞争。（）数字式轨道电路必须具有较强的抗干扰能力，因为与牵引和供电设备之间存在相互影响，所以只能按照轨道电路区段进行定位，无法进行更加准确的定位。（）CBTC 系统定位依赖于无线信息传输，一旦无线遭到干扰，中断或故障就会对列车运行
21、造成影响。CBTC 所选用的设备不便于安装，维修难度大，所需费用较高。对于以上所提出的我国城市轨道交通信号系统所存在的问题和不足，对于我国城市轨道交通的发展，我有几点合理的建议。（1）积极鼓励国内信号系统硬件设备的自主研究和开发，借鉴国外的设备，独立更新并开发我国的信号硬件设备。多选用国内的企业作为承包商，这样可以降低价格，也能促进国内技术的进步。（2）通过技术手段，统一确定相关技术指标，这可以提高工程质量，提高效率。（3）加快信号系统技术的创新，提升我国城市轨道交通的信号系统设备的智能化水平。（4）为了行车安全，应设置后备信号系统，这样在通信信号故障时，依然能够保证安全，减少对运营的影响。（
22、5）大力发展 CBTC 系统作为城市轨道交通线路的信号系统，积极参与 CBTC 系统的研究，发展国产化的 CBTC 设备。（6）提升维修和维护技术水平，加强设备的操作管理，努力减少故障的出现等。参考文献1徐金祥，冲蕾主编.城市轨道交通信号基础.M.北京：中国铁道出版社，20142何静主编.城市轨道交通运营管理.M.北京：中国铁道出版社，20073李红侠. 城市轨道交通中移动闭塞信号系统的运用分析.铁路通信信号工程技术J2004.(1):3841.4肖宝弟，贾学祥.对我国城市轨道交通信号系统发展战略的思考.现代城市轨道交通J2004.（2）：4447.5吕永宏，刘红燕.3 种城市轨道交通控制系统.甘肃科技J2008.（11）：1151176颜景林编著城市轨道交通设备 M 成都：西南交通大学出版社，2012.7赵祎.地铁 CBTC 信号系统DB/OL http:/ tml9蔡 爱 华 季 锦 章 地 铁 信 号 系 统 的 现 状 及 发 展 趋 势 电子工程师J2000（5）10中国论文网.浅谈中国地铁信号系统发展.J/OL http:/
