第8章信號控制系統8.1概述信號是列車運行的憑證。信號設施用于指揮和控制列車運行。盡管投資額在整個工程中所占的比例低（通常在3％以下），但對于提高列車通過能力、提高運能、保證行車安全有著至關重要的作用。軌道交通信號起源于英國。最早的列車指揮是由一位帶紳士禮帽、穿黑大衣和白褲子的鐵路員工騎馬在前引導運行的，他邊跑邊以各種手勢發出信號指揮列車的前進和停止。1.軌道交通信號的作用確保列車運行的安全，防止追尾和沖突。提高運行效率。實現列車運行的自動化。2.城市軌道交通信號的特點與軌道交通其他設施、系統一樣，信號系統也沿用鐵路的概念、設施和手段。城市軌道交通線路短、站間距小、運營密度大、運營線路條件差（隧道、彎道多），不能完全套用鐵路信號的概念、設施和手段。信號系統要根據城市軌道交通的這些特點加以改進、更新和發展。3.城市軌道交通信號系統組成軌道交通信號系統是“信號（顯示）”、閉塞、聯鎖“的總稱。軌道交通信號系統是由各類信號顯示、軌道電路、道岔轉轍裝置等主題設備及其他有關附屬設施構成的一個完整的體系。8.2軌道交通信號一、臂板信號為確保安全，人們開始研究使用固定的信號設備：用一塊長方形的板子，橫向線路是停車信號，順向線路是行車信號。可是，順向線路的板子實際上很難觀察，故又在頂端加塊圓板。當必須在晚間開車時，就以紅色燈光表示停車信號，白色燈光表示行車信號。1841年，英國人戈里高利提出用長方形臂板作為信號顯示，裝設在倫敦車站，這是鐵路上首次使用臂板式信號機。二、色燈信號號機上海地鐵鐵色燈信信號機三、機車信號號將地面信信號傳遞遞給機車車，在司司機操作作臺上顯顯示，這這就是機機車信號號。在線路條件不好好、氣候條件不不好的情況下，，機車信號的作作用是不可估量量的。在軌道交通線路路中，由于站間間距小、運營線線路條件差，僅僅僅靠機車信號號顯示、由司機機來控制機車是是很難做到大密密度運營的。較為先進的軌道道交通系統已摒摒棄了“用信號號顯示指揮列車車”的舊有概念念，引進了ATC（AutomaticTrainControl）系統，司司機臺上顯示的的是反映列車運運營的狀態。8.3閉塞列車在軌道交通通線路上運行是是一維空間的問問題，確定列車車在線路的確切切位置是保證安安全的關鍵，特特別是早期沒有有鑒別手段的情情況下。閉塞的概念最簡單的確定位位置的方法是劃劃分一定長度的的“區段”，在在某一時間段內內，在此區間內內只容許一列車車占有（運行、、停放），這就就是“閉塞”的的概念。為保證行車安全全，將列車正在在運行、停放的的線路區段予以以”封閉“，不不允許其他列車車進入此區段，，以防止對向列列車、后續列車車的正面沖突或或追尾事故的發發生。閉塞區段的劃分分長久以來，均以以車站作為閉塞塞區段1）車站站值班員”眼見見為實“作為判判斷標準；2）站站間電報、電話話多次確定作為為允許列車通行行的先決條件；；3）各種形式式的信號指揮列列車運行。隨著軌道交通電電路的發展、完完善，逐漸改為為以軌道電路作作為閉塞區段。。城市軌道交通的的閉塞現在已開開始取消固定””閉塞區段““的概念，從固固定閉塞向移動動閉塞方向發展展。人工閉塞采用路簽或路牌牌作為列車占用用區段的憑證，，由接車站值班班員檢查區間是是否空閑。單路路簽閉塞是早期期使用的一種人人工閉塞方式，，后來發展為電電話、電報人工工閉塞。軌道電路鋼軌是導體，左左右兩根鋼軌可可以組成閉合電電路，用來檢查查列車占用鋼軌軌線路的狀態，，這就是軌道電電路。軌道電路的出現現，代表鐵路自自動信號的誕生生。美國人魯賓賓遜1870年年發明了軌道電電路，但真正實實際應用于軌道道交通中是20世紀30年代代。沒有列車進入的的軌道電路列車進入后的軌軌道電路半自動閉塞人工開啟信號，，列車經過時自自動關閉信號的的閉塞方式。在進站和出站處處各安裝一個軌軌道電路，就可可實現半自動閉閉塞。自動閉塞如果全線分段鋪鋪設軌道電路，，每段軌道電路路都設置信號，，在列車占用該該軌道電路線路路時，信號自動動顯示紅燈；前前一段線路信號號自動顯示黃燈燈；再前一段線線路信號自動顯顯示綠燈。閉塞區段突破了了“站”的限制制，若車站區間間8Km，一段段軌道電路1.3Km，理論論上站間可以同同時有三列車。。自動閉塞示意圖圖軌道電路的連接接接頭有絕緣接頭軌道道電路的缺點有絕緣移頻軌道道電路的優點是是傳輸距離長、、信息量大。但隨著無縫線路路的出現，有絕絕緣軌道電路在在運營中的最薄薄弱環節是其軌軌端絕緣節，故故障率比較高，，逐步暴露出其其在自動閉塞系系統中的不適應應性。因此，需要將有有絕緣軌道電路路進行無絕緣改改造。無絕緣軌道電路路示意（1）無絕緣軌道電路路示意（2）無絕緣軌道電路路示意（3）無絕緣軌道電路路示意（4）軌道電路中再并并聯一個同樣的的電路則可以在在這個電路中產產生振蕩信號，，這就是接收端端。無絕緣軌道電路路列車進入則產生生短路（車軸短短路），振蕩信信號消失，發出出另一種信號。。在相連的軌道電電路中，使用不不同的信號加以以區分，可以不不相互干擾。可以區分不同的的軌道交通線路路區段，進而將將控制信息通過過軌道電路送到到機車上。無絕緣軌道電路路的應用8.4聯鎖聯鎖的概念是在在線路中引進了了道岔，線路平平面由“一維””變為“兩維””后產生的。為了確定車輛在在線路平面中的的位置，必須首首先確定列車走走的線路，既確確定“進路”；；若要列車進入確確定的線路，則則必須扳動相關關的道岔；扳動道岔后，不不能讓其他人員員再扳動這組道道岔，即必須““鎖定”道岔。。若要司機知道走走的線路，則必必須給出相應明明確的信號。聯鎖定義聯鎖——是指為為保證行車安全全，而將軌道交交通線路中的所所有信號機、軌軌道電路及道岔岔等相對獨立的的信號設備構成成一種相互制約約、互為控制的的連帶環扣關系系，即“聯鎖””關系。微機聯鎖利用微型電子計計算機對車站值值班員操作命令令及現場設備表表示信息進行邏邏輯計算，以實實現對信號機、、軌道電路及道道岔轉轍機等設設備進行集中控控制的車站聯鎖鎖設備。8.5.列車自動控制（（ATC）系統統

AutomaticTrainControl列車自動防護（（ATP）子系系統AutomaticTrainProtection列車自動監控（（ATS）子系系統AutomaticTrainSupervision列車自動運行（（ATO）子系系統AutomaticTrainOperationATC系統ATC系統：列列車按地面傳送送的速度（或距距離）信息，自自動控制列車運運行的信號設備備。◆◆后后續列車根據與與先行列車之間間的距離和進路路條件，在車內內連續地顯示出出容許的速度信信息，或按設定定的運行條件達達到容許速度的的距離信息?！簟舾鶕鲜鲂畔?，，列車自動地控控制運行速度，，進行超速防護護，確保列車高高效、安全的運運行。ATC系統自上上世紀70年代代投入運用至今今．經歷了三十十年的發展，技技術日趨成熟，，為使列車控制制技術經濟指標標更加合理，世世界各國紛紛開開發了先進的ATC系統。城市軌道交通ATC系統的特特點傳統信號系統是是通過設置在地地面的色燈信號號機來傳遞不同同的行車命令，，這種制式基本本上是依賴司機機進行速度控制制和調整，依靠靠司機保證行車車安全。ATC系統將機機車信號作為主主體信號，傳遞遞給列車的信號號是具體的速度度或距離信息，，列車按調度人人員設置的時刻刻表，實現自動動運行、自動折折返、自動調整整停站時分，以以及運用程序定定位實現列車在在車站的停車控控制。ATC系統的的組成ATC系統的的設備組成現現場軌旁設備備、車載信號設設備、控制中心心及車站信號設設備ATC系統的功功能組成:ATO、ATS、ATPATO—列車自自動運行子系統統ATO子系統主主要用于實現““地對車控制””，即用地面信信息實現對列車車驅動、制動的的控制。使用ATO子系系統后，可以使使列車經常處于于最佳運行狀態態，避免了不必必要的、過于劇劇烈的加速或減減速，因此明顯顯提高了乘坐的的舒適度，提高高了列車準點率率及減少輪軌磨磨損。ATO子系統與與列車的再生制制動相配合，可可以節省電能的的消耗。ATS—列車自自動監控子系統統ATS子系統主主要實現對列車車運行的監督和和控制，輔助行行車調度人員對對全線列車運行行進行管理。它給行車調度人人員顯示全線列列車的運行狀態態，監督和記錄錄運行圖的執行行情況，在列車車因故偏離運行行圖時及時做出出反應（提出調調整建議或者自自動修整運行圖圖）。通過ATO的接接口，向旅客提提供運行信息通通報（列車到達達、出發時間、、運行方向、中中途停靠站名………）。ATP—列車自自動防護子系統統ATP子系統是是ATC系統的的核心和關鍵。。ATP子系統具具有實現列車的的間隔控制、超超速防護、進路路的安全監控、、車門和站臺屏屏蔽門的控制等等功能。中央控制室車站控制室車載ATC列車自動防護（（ATP）接收收天線列車自動防護（（ATP）接收收天線ATC系統的類型ATC系統按閉塞方式分三種類型型：固定閉塞方式的的ATC系統準移動閉塞式的的ATC系統移動閉塞式的ATC系統固定閉塞方式的的ATC系統1.基于模擬軌道電電路的ATC系系統固定閉塞式的ATC系統，采采用傳統的多信信息音頻軌道電電路，按固定方方式，根據線路路情況．列車特特性和固定的速速度等級確定閉閉塞分區長度，，列車以閉塞分分區為最小行車車間隔，且需設設防護區段。其其傳輸的信息量量少，對應每個個閉塞分區只能能傳送一個信息息代碼，即該區區段所規定的最最大速度碼或入入口／出口速度度碼。列車速度監控一一般采用的是閉閉塞分區出口檢檢查方式，當列列車的出口速度度大于本區段出口速速度時，車載設設備便對列車實實施懲罰性制動動，為保證列車車運行的安全，，這種滯后的速速度檢查方式必必須要有一個完完整的閉塞分區區作為列車的安安全保護距離，，對于地鐵的折折返軌道來說，，需要有較長的的尾軌才能保證證折返的能力和和列車運行安全全。系統的ATP采采用階梯式控制制方式，對列車車運行控制精度度不高，降低列列車運行舒適度度，增加司機的的勞動強度。限限制了通過能力力的進一步提高高。固定閉塞分分區的劃分依賴賴于指定列車的的性能，對線路路上有不同性能能的列車時，為為保證安全，需需接最嚴格條件件設計，既影響響運行效率也不不適應今后列車車類型變更。屬二十世紀八十十年代技術水平平，西屋公司、、GRS公司分別用用于北京地鐵、、上海地鐵一號號線的ATC系系統均屬此種類類型。軌道電路是將區區間線路劃分為為若干固定的區區段，進行列車車占用檢查和向向車載ATC設設備傳送信息的的載體。列車定定位是以固定的的軌道電路區段段為單位，采用用模擬軌道電路路方式由地面向向車載設備傳送送10一20種種信息，列車采采用階梯式速度度控制，稱之為為固定閉塞。如如圖所示。模擬軌道電路在在我國應用的代代表產品有：從從英國西屋引進進的FS-2500無絕緣軌軌道電路(北京京地鐵1號線、13號線)；從美美國GRS公司司引進的無絕緣緣數字調幅軌道道電路(上海地地鐵1號線)；大連輕輕軌采用國產WG-21A軌道電路。從系統整體角度度來看，基于模模擬軌道電路的的ATC系統中中各子系統處于于分立狀態，技技術水平明顯落落后，維修工作作量大，制約了了列車運行速度度和密度的進一一步提高，將逐逐步退出歷史舞舞臺。2.準移動閉塞方式式的ATC系統統基于數字軌道電路的的ATC系統準移動閉塞式的的ATC系統一一般采用數字式式音頻無絕緣軌軌道電路(也有有采用音頻無絕絕緣軌道電路+感應電纜環線線或計軸+感應應電纜環線方式式)作為列車占占用檢測和ATP信息傳輸媒媒介，具有較大大的信息傳輸量量和較強的抗干干擾能力。通過音頻軌道電電路的發送設備備向車載設備提提供目標速度、、目標距離、線線路狀態(曲線線半徑、坡道等等數據)等信息息，ATP車載載設備結合固定定的車輛性能數數據計算出適合合本列車運行的的速度／距離曲曲線，保證列車車在速度／距離離曲線下有序運運行，提高了線線路的利用率。。系統的ATP采采用速度／距離離曲線的控制方方式，提高了列列車運行的平穩穩性，列車追蹤蹤運行最小安全全間隔較固定閉閉塞短，對提高高區間通過能力力有利。這種ATC系統統，列車仍以閉閉塞分區為最小小行車安全間隔隔，但根據目標標速度和目標距距離隨耐調整列列車的可行車距距離，該種方式式后續列車所知知道的目標距離離是距前車或目目標地點所處軌軌道電路區段邊邊界的距離，不不是距前車的實實際距離，因此此，該種ATC系統相對于移移動閉塞系統而而言也稱為準移移動閉塞式的ATC系統。數字軌道電路采采用數字編碼方方式，地面向車車載設備傳送數數十位數字編碼碼信息，列車可可實現一次模式式曲線式安全防防護，縮短了列列車運行間隔，，提高了舒適度度。數字軌道電路列列車速度控制曲曲線如圖所示。。采用數字軌道電電路的ATC系統，列車可實實現一次模式曲曲線式安全防護護，因此稱之為為準移動閉塞。。數字軌道電路在在我國應用的代代表產品有美國國USSl公司司的AF-904無絕緣數字字軌道電路(上上海地鐵2號線線、津濱輕軌等等)；德國西門門子公司的FTGS無絕緣數字字軌道電路(廣廣州地鐵1、2號線，南京京地鐵1號線等)。數字軌道電路的的ATC系統采采用微電子技術術、計算機技術術和數字通信技技術，延續了軌軌道電路故障．．安全的特點，，目前在我國和和世界范圍內開開通運用較多，，系統的可靠性性和穩定性得到到了充分的驗證證。但數字軌道電路路存在以下缺點點。必須具備很強的的抗干擾能力。。軌道電路中ATc信息電流流一般在幾十毫毫安至幾百毫安安，而列車牽引引回流最大可達達4000A。受軌道電路特性性限制，只能實實現地面向列車車的單項信息傳傳輸，信息量也也只能到數十比比特，限制了ATC系統的性能。與牽引供電專業業的設備安裝相相互影響。信號號設備和牽引供供電設備都需要要安裝在軌道上上，2個專業設設備的安裝必須須相互協調，否否則會相互影響響對方系統的性性能。無法進行列車精精確定位。只能能按軌道電路區區段對列車進行行定位，一般區區段長度為30～300m，對縮短列車車運行間隔有一一定的限制。該系統是以數字字信號技術為基基礎，仍利用鋼鋼軌為車地信息息的傳送載體。。在信號傳輸、、信號處理過程程中實現數字化化，不但信息量量大，而且抗干干擾能力強，車車載設備還可以以實現列車的連連續曲線速度控控制。采用這種方式構構成的ATC系系統，地面軌道道電路可以向列列車傳遞足夠用用于列車連續曲曲線速度控制的的信息(包括目目標速度，目標標距離、線路狀狀態、線路允許許速度、軌道電電路標號及長度度等)。這種方方式可以減少階階梯式控制的安安全保護距離對對列車運行間隔隔時間的影響，，提高了列車控控制的精度，并并提高了行車效效率。連續曲線線速度控制的運運用使得司機在在駕駛中也比較較輕松。不需要要進行頻繁的制制動、牽引，可可以達到較好的的節能效果，乘乘客的乘坐舒適適度也可得到相相應提高。這種ATC系統統，列車追蹤運運行的最小安全全間隔的最大值值為安全保護距距離加一個閉塞塞分區長度；列車的最小正常常追蹤運行問隔隔為安全保護距距離加一個閉塞塞分區長度再加加最高允許速度度下使用常用制制動直至停車的的制動距離。該種方式后續列列車所知道的目目標距離是距前前車或目標地點點所處軌道電路路區段邊界的距距離，不是距前前車尾部的實際際距離，因此，，根據目標速度和目標距距離隨時調整的的列車可行車距距離是“跳躍式式”的，即在列列車尾部依次出出清各電氣絕緣緣節時“跳躍式式”跟隨．因此．列車的追追蹤間隔和列車車控制精度除取取決于線路特性性、停站時分、、車輛參數外還還與ATP／AT0系統及軌軌道電路的特性性密切相關，如如軌道電路的最最大和最小長度度、傳輸信息量量的內容及大小小、軌道電路分分界點的位置等等。由于上述原因．．該種方式的ATC系統相對對于移動閉塞系系統而言主要存存在以下缺陷：：列車的基本定位精精度由軌道區段段的長度決定，，列車只占用部部分軌道電路就就認為全部占用用，導致列車追追蹤間隔相對較較大；由軌道電路向列列車傳輸信息，，傳輸的信息量量受鋼軌傳輸介介質頻帶限制及及電化牽引回流流的干擾，難以以實現大信息量量的實時數據傳傳輸；不易實現實時車車地雙向信息傳傳輸．準移動閉塞方式式地面硬件設備備較多、軟件較較簡單；基于準準移動閉塞方式式的ATC系統統，在國內已有有多個城市的地地鐵公司采用或或已經選用，取取得了較為豐富富的運用和運營營經驗，為國內內推廣應用準移移動閉塞系統創創造了良好條件件．國內工程技技術人員和運營營人員對其有了了較為深刻的認認知。由于準移動閉塞塞方式，全線設設置軌道電路等等地面設備，其其系統故障轉向向備用模式或系系統復原處理較較為窖易，但其其通過能力略低低于移動閉塞系系統，系統設備備繁多。其可靠靠性、可用性應應低于移動閉塞塞系統。3.基于移動閉塞方方式的ATC系系統基于通信的列車車運行控制系統統(CBTC)移動閉塞式的ATC系統不依依靠軌道電路，，而是采用交叉叉感應電纜、漏漏纜、裂縫渡導導管或擴頻電臺臺等通信方式實實現車地、地車車問雙向實時的的數據傳輸來檢檢測列車位置，，使地面信號設設備可以得到每每一列車連續的的位置信息和列列車運行其它信信息，并據此計計算出每一列車車的運行限制速速度，并動態更更新，發送給列列車，列車根據據接收到的運行行限制速度和自自身的運行狀態態計算出列車運運行的速度／距距離曲線，車載載設備保證列車車在該曲線下運運行。因此，在保證安安全的前提下，，能最大程度的的提高通過能力力。采用通信技技術的移動閉塞系統已處于實實用階段，其中中利用交叉感應應電纜方式的移移動閉塞系統已已有較成熟的使使用經驗，采用用無線擴頻電臺臺、裂縫波導臂臂等方式的移動動閉塞也有工程程實例。移動閉塞的概念念列車運行間隔自自動調整亦稱移移動閉塞。移動閉塞不需要要將區間劃分成成若干固定的閉閉塞分區，而是是在兩個列車之之間自動調整運運行間隔，使之之保持一定的安安全距離。移動閉塞使兩列列車之間的間隔隔最小，從而提提高了區間內的的行車密度，大大大提高區段的的通過能力。CBTC（CommunicationBasedTrainControl)CBTC使用的的是無線移動閉閉塞技術，靠移移動列車間的通通信來實現控制制，從而縮短了了列車間的安全全制動距離。CBTC技術所所需要的沿線硬硬件設備少。這種特殊閉塞裝裝置具有安全可可靠、維修量小小、成本低、節節省人力、辦理理閉塞速度快、、效率高，還可可避免因線路中中斷而引起閉塞塞失效等一系列列突出優點。從1983年開開始，迅速在日日本、美國、加加拿大、英國、、原聯邦德國等等發達國家的一一些小運量的單單線區段得到了了推廣應用。上上海地鐵8號線線也準備采用這這種閉塞形式。。CBTC的特點點是前、后列車車都采用移動定定位方式，通過過安全數據傳轄轄。將前行列車車的位置信息安安全地傳遞給后后續列車，可實實現一次模式曲曲線式安全防護護，并且其防護護點能夠隨前車車的移動而實時時更新，有利于于進一步縮小行行車間隔，提高高運輸效率，稱稱之為移動閉塞塞。CBTC系統列列車速度控制如如圖所示。無線通信的傳輸輸方式無線通信的傳輸輸方式很多，目目前國內主要采采用的有4種方方式。無線AP傳輸方方式：采用沿著著軌道方向的無無線定向天線，，傳輸距離可以以達到200——400Illo優點是是安裝簡單。施施工方便，成本本低。缺點是無無線場強分布不不均勻。漏纜傳輸方式：：沿著同軸電纜纜的外部導體周周期性或非周期期性配置開槽口口，電信號在該該電纜中傳輸的的同時，能把電電磁能量的一部部分，按要求從從特殊開槽口以以電磁波的形式式放射到周圍的的外部空間，既既具有傳輸線的的性質，又具有有無線電發射天天線的性質。優優點是場強覆蓋蓋均勻、適應性性強、電磁污染染小等。缺點是是成本較高。波導管傳輸方式式：波導管是一一種雙向數據傳傳輸的無線信號號傳輸媒介，具具有傳輸頻帶寬寬、傳輸損耗小小、可靠性高、、抗干擾能力強強等特點。缺點點是工藝復雜，，受環境濕度影影響較大。感應環線方式：：通過軌道鋪設設交叉感應環線線，實現無線通通信。移動閉塞系統于于上世紀六十年年代業已開發，，并逐漸形成了了交叉電纜形式式的移動閉塞系系統，隨著計算算機技術、通信信技術和網絡技技術的發展給予予其技術的新生生，目前已有很很多國外公司成成功開發了移動動閉塞系統。尤其是隨著歐洲洲鐵路ETCS統一標準的的制定，基于通通信的移動閉塞塞系統將逐步成成為信號領域的的新一代系統．．在我國已經開通通使用的武漢輕輕軌和廣州地鐵鐵3號線是采用用加拿大阿爾卡卡特公司的SelTracMB系統．．用感應環線實實現車—地信息雙向傳輸輸；北京地鐵10號線和奧運運支線、廣州地地鐵4號線采用用德國西門子公公司的TrainguardMT．用點點式AP實現無無線信息傳輸；；北京地鐵2號號線改造、機場場線采用法國阿阿爾斯通公司的的URBALISTM。用波波導管和點式AP實現無線信信息傳輸。廣州地鐵5號線線、廣佛線，上上海地鐵6、7、8、9號線線，北京地鐵4號線，沈陽地地鐵1、2號線線．成都地鐵1號線等也都選擇了基于點點式AP無線通通信的CBTC系統，它已經經成為我國城市市軌道交通信號號系統選型的主主流制式。移動閉塞方式盡盡管一些系統硬硬件設備較少，，但軟件復雜．．基于無線通信信技術的ATC系統不依靠軌軌道電路檢測列列車位置和向車車載設備傳遞信信息，而是利用用無線通信技術術。通過車載設設備、現場的通通信設備與車站站或列車控制中中心實現信息交交換完成速度控控制。這種ATC系統能夠實實現高速度、大大容量的車—地雙向通信。由于沒有預先設設置的閉塞分區區，不以固定閉閉塞分區為列車車追蹤的最小單單元。因此，列列車追蹤運行的的最小安全間隔隔為安全保護距距離；列車的最最小正常追蹤運運行間隔為安全全保護距離加最最高允許速度下下使用常用制動動直至停車的制制動距離。該種種方式后續列車車所知道的目標標距離是距前車車尾部的實際距距離。因此，根據目標標速度和目標距離隨時調整整的列車可行車車距離是“連續續式”的，不向向準移動閉塞系系統的“跳躍式式”。因