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1、2022-5-30阎国强 徐新玉 白继平主 编主 审2022-5-30城市轨道交通概况城市轨道交通规划与设计城市轨道交通线路和车站城市轨道交通车辆单元一单元二单元三单元四单元五单元六单元七城市轨道交通供配电系统城市轨道交通信号与通信系统城市轨道交通运营管理单元八城市轨道交通环境控制系统与安全管理1.掌握城市轨道交通信号系统的特点、功能;2.了解列车自动控制系统的组成和功能;3.了解城市轨道交通通信系统的结构特点;4.掌握城市轨道交通通信系统的功能。6 6 学时城市轨道交通信号系统城市轨道交通通信系统12 城市轨道交通信号系统在城市轨道交通中占有重要地位，它是保障轨道交通系统安全与高效运行的重要
2、手段。信号系统的结构与性能直接关系到项目建设初期投资、系统运量、运行能耗，以及系统运行与维修成本。在欧洲，早在20世纪70年代初，一些发达国家已经在干线铁路及城市轨道交通上安装了各自的列车速度自动控制系统。进入20世纪90年代后，随着城市轨道交通综合技术的不断发展，各国相继推出越来越先进的列车信号自动控制系统。城市轨道交通信号系统是保证列车运行的重要设备之一。先进的信号系统可以缩短列车的运行间隔时间，从而提高地铁的输送能力。信号系统的主要作用是保证行车的安全和提高轨道交通的运行效率，包括信号装置、联锁装置、闭塞装置等。城市轨道交通信号系统 色灯信号机用不同的颜色灯光来显示信号，通常有红色、绿色
3、、白色三种颜色，三种颜色代表意义如下： 红色表示禁止列车越过该信号机。 绿色表示允许列车按规定的速度越过此信号机进出站。 绿色闪光+白色闪光表示允许列车以不超过20km/h的速度越过此信号机。1）色灯信号机及其显示 （1）进站信号机，设在车站的入口处，指示列车能否由区间进入车站。 （2）出站信号机，设在由车站向区间发车地点的前方，指示列车能否向区间发车。 （3）调车信号机，设在联锁车站内有调车作业的地方，指示列车能否越过该信号机进行调车。 （4）防护信号机，对道岔及进路进行防护而设置的信号机。 （5）复示信号机，复示出站信号机的允许显示状态。 （6）阻挡信号机，一般设于尽头线，指示列车的停车位
4、置。 （7）引导信号机，当主体信号机因故障而不能指示信号时，通过人工办理而设置的信号机，其绿色闪光+白色闪光表示允许列车以不超过20km/h的速度越过该信号机进站、调车或继续运行，并随时准备行车。城市轨道交通信号系统信号装置2）发车表示器及其显示发车表示器设于正线车站站台列车正向发送车端，用来指示司机什么时候关车门及什么时候可以发车。3）机车速度信号机车速度信号为数字式信号，设于列车司机室便于司机确认的地方。由双针数字速度计显示，其中红针所指表示最大允许速度，黄针所指为列车实际速度。列车在自动控制时，速度由自动运行设备自动调节。列车在人工控制时，速度由人工按自动监控所需速度进行调节。城市轨道交
5、通信号系统信号装置车站线路的两端一般都以道岔连接；根据道岔位置的不同又可以组成不同的进路；而列车是否能进入进路，又是由信号机来指挥的。像这种信号、道岔和进路之间所构成的相互制约的关系就称为联锁。联锁的基本内容：防止建立的进路可能导致列车间冲突；开通的进路上的道岔位置符合运行的方向且所开通进路上的道岔都在锁闭状态；信号机显示必须与所建立的进路相符合。车站联锁系统主要包括下列技术及相应设备：进路空闲的检测技术。道岔控制技术。信号控制技术。联锁技术。故障安全技术。城市轨道交通信号系统联锁装置1）电锁器联锁 电锁器联锁就是道岔靠人力通过机械转换，信号机由相关人员通过电气或机械操纵，用电锁器实现联锁。
6、2）继电联锁继电联锁采用电气方法，通过信号楼内的控制台操纵车站内的色灯信号机和电动转辙机，使信号机、进路和道岔实现联锁并监督列车运行和线路占用情况。在继电联锁中实现联锁的主要元件是继电器。 3）计算机联锁 计算机联锁系统是以微型计算机取代传统的电气集中电路而构成的车站信号自动控制系统。在计算机联锁系统中，计算机对车站值班员的操作命令和现场状态信息按规定的联锁逻辑进行分析与处理，实现对铁路车站信号设备的控制。 城市轨道交通信号系统联锁装置车站计算机联锁系统与继电联锁系统相比，有很大的优越性，主要体现在以下几个方面:（1）计算机联锁系统的功能更加完善。（2）计算机联锁系统便于实现系统自身的现代化管
7、理。（3）计算机联锁系统更适合与其他行车管理系统协调工作。（4）随着计算机技术和超大规模集成电路的发展，对计算机联锁系统的投资将会越来越低，使其在节省费用方面比继电联锁系统占据更大的优势。 计算机联锁系统的硬件结构有较大的选择范围，一般来说受下列因素影响：（1）车站所在线路的等级和运输繁忙程度。（2）车站联锁区的范围和联锁区站场的分布形状。（3）使用方对设备和功能所提出的要求。 城市轨道交通信号系统联锁装置把线路以车站(线路所)为分界点划分为若干区间，为了确保列车在区间内的运行安全，列车由车站向区间发车时，必须确认区间内没有其他列车，并需遵循一定的规律组织行车，以免发生列车正面冲突或追尾等事故
8、。这种按照一定规律组织列车在区间内运行的方法，称为行车闭塞法(简称闭塞)。办理闭塞所用的设备称为闭塞装置（设备）。组织区间行车的基本方法，一般有下列两种：时间间隔法，要求先行列车按规定的时间由车站发车后，间隔一定时间再发送追踪列车。空间间隔法，把线路划分为若干个线路区段(区间或闭塞分区)，在每个线路区段内只允许一列列车运行。先行列车和追踪列车之间保持一定距离。 城市轨道交通信号系统闭塞装置图6-1 列车在线路上行驶示意图1）站间闭塞站间闭塞是指两个车站之间只能运行一辆列车。该闭塞方式的区间为两个站间距离，运行效率差。站间闭塞有以下闭塞手段和技术：路签闭塞、路牌闭塞、电话闭塞、半自动闭塞、自动站
9、间闭塞。2）自动闭塞自动闭塞是将站间区间划分为若干个闭塞分区，根据列车运行及有关闭塞分区状态，自动变换设于分区分界点的通过信号机的显示，可容许两列以上列车按规定的间隔时间、以相同的行进方向连续进入区间安全运行，司机凭信号显示指挥行车的闭塞方法。（1）传统的自动闭塞。（2）具有列车运行自动控制系统的自动闭塞。固定闭塞。 准移动闭塞。移动闭塞。 城市轨道交通信号系统闭塞装置与基于轨道电路的闭塞制式相比，移动闭塞制式具有以下主要特点： （1）实现车地双向、实时、高速度、大容量的信息传输。 （2）列车定位精度高。 （3）列车运行权限更新快。 （4）不受牵引回流的干扰。 （5）轨旁设备简单，可靠性高。
10、（6）缩短列车追踪间隔，提高通过能力。 （7）能适应不同性能列车的运行。 城市轨道交通信号系统闭塞装置轨道电路是为了使列车与信号装置或列车与发送速度命令装置直接发生联系，利用两条钢轨作为导体组成的电气回路，用来反映线路和道岔区段是否有车或钢轨是否完整，主要由送电、受电、传输线及电气隔离器件组成。轨道电路有多种类型，上海地铁1号线在区间使用多频制音频无绝缘轨道电路，在车辆段及车站内道岔区段为单轨条有绝缘轨道电路。轨道电路用调谐的阻抗连接变压器作为轨道电路的边界，此变压器用于均衡走行钢轨间的牵引回流，且向轨道传送列车检测和速度命令信号。变压器的中心抽头还用作轨道间横向连接或作为变电所回流的连接点。
11、发送器设置在轨道电路按列车运行方向离区一端，用一个相当于轨道耦合变压器的阻抗连接变压器把已调制的音频信号送入钢轨。接收器设在入口端，也与阻抗连接变压器相连，如果由发送器送来的编码检测频率载波信号未被阻断时，轨道继电器接点吸起，说明该轨道电路无车。若列车进入轨道电路内时，轨道继电器接点落下，表明列车到达并占用该轨道电路区段，该发送器同时向列车发送速度命令。 城市轨道交通信号系统轨道电路列车运行自动控制（ATC）系统包括三个子系统：列车自动监控(Automatic Train Supervision，ATS)子系统、列车自动保护 (Automatic Train Protection，ATP)子系
12、统、列车自动运行(Automatic Train Operation，ATO)子系统，简称“3A”系统。ATC是在保证行车安全，提高运营效率的情况下，实现列车的自动控制。城市轨道交通信号系统列车自动控制系统图6-2 列车自动控制系统结构示意图1）列车自动防护（ATP）子系统ATP子系统是保证行车安全的基本系统，可实现列车的间隔控制、超速防护和进路的安全监控、安全开关门的监督等功能，确保列车和乘客的安全。ATP子系统必须满足故障安全原则。主要包括车载设备和地面设备。ATP主要功能分述如下。（1）轨旁ATP子系统的功能。轨道区段空闲的检测；自动检测车辆的位置；控制列车运行安全间隔，满足规定通过能力
13、；连续监督列车速度，实现超速防护；列车车门开、闭安全控制，为列车车门的关闭提供安全可靠的信息；标志器及环线信息控制；目的地选择；停站时间控制及自动启动等；向ATO传送控制信息。城市轨道交通信号系统列车自动控制系统（2）车载ATP子系统的功能。接收和解译限速指令；根据限速进行超速防护；测速、测距；停站校核；控制车门开、闭，发送站台屏蔽门开、闭信息等；具有故障自检和报警、记录功能。 城市轨道交通信号系统列车自动控制系统2）列车自动监控（ATS）子系统ATS子系统主要由中央计算机网络系统和车站计算机或中断模块设备组成，可实现全线列车的运行管理和监控。其控制方式可由中心集中控制，也可由车站分散控制。A
14、TS主要作用是编制、管理行车计划，实现对全线列车的监控和列车运行的自动调整。ATS主要功能分述如下。（1）控制中心ATS的主要功能。列车的运行控制等正常操纵；时刻表的编辑、修改和存储，时刻表延时修正的调整控制；列车位置的实时监视和列车运行轨迹记录；运行图管理（计划和实际运行图）；列车运行进路的自动设置，车站联锁状态的监督；故障记录等。城市轨道交通信号系统列车自动控制系统（2）轨旁ATS子系统的主要功能。列车的进路控制及其表示；遥控指令的解译及表示数据的编辑；折返模式控制；车地交换信息的编译；乘客向导信息、目的地信息的显示；停止控制逻辑及接口等；运行等级设定；列车识别。（3）车载ATS子系统的主
15、要功能。接收非安全控制信息；接收运行等级及其目的地等数据；发送列车状态的自诊断信息；乘客向导信息的提供等。 城市轨道交通信号系统列车自动控制系统3）列车自动运行（ATO）子系统ATO子系统以列车自动保护系统为基础，配置车载计算机系统及必要的辅助设备，主要执行站间自动运行、列车在车站的定点停车、在终点的自动折返等功能。ATO主要由车载设备和地面设备组成，其主要功能分述如下。（1）轨旁ATO子系统的主要功能。车站程序定位停车的车地信息交换；定位停车校核，车门和站台屏蔽门开、闭控制。（2）车载ATO子系统的主要功能。列车运行速度的自动调整；惰行、加速、减速控制；定位停车程序控制；出发控制；自动折返；
16、发送停站及列车长度信息等。 城市轨道交通信号系统列车自动控制系统城市轨道交通信号系统列车自动控制系统ATC系统的发展趋势?查一查为保证城市轨道交通系统列车运行的安全、可靠、准点、高密度和高效率，实现运输的集中统一指挥、行车调度自动化和列车运行自动化，城市轨道交通系统必须配备专用的、完整的、独立的通信系统，供构成城市轨道交道系统的各职能部门之间的有机联系和行车的调度指挥。城市轨道交通专用通信系统，按其功能来分，大致可分为：供一般公务联系用的自动电话通信子系统；直接指挥列车运行的专用通信子系统；向乘客报告列车运行信息的广播子系统；用以监视车站各部位、客流情况及列车停靠、车门开闭和起动状况的闭路电视
17、子系统；用以传送文件和数据的传真及数据通信子系统等。在控制中心和各车站均配备相应的设备以构成各子系统。在控制中心与各车站间，通过电缆、光缆及电磁波等传输媒体将上述各子系统联成一个整体，从而构成一个完整的通信系统，为城市轨道交通系统提供综合通信。 城市轨道交通通信系统概述构成通信网的基本要素是终端设备、传输设备和交换控制设备。将终端设备、传输设备和交换控制设备按照适当的方式连接起来，就可构成各种形式的通信网。 城市轨道交通系统的通信网大体上有总线形、星形总线形和环形等几种基本构成形式。 城市轨道交通通信系统通信网的基本结构图6-3 城市轨道交通通信网的基本组成形式城市轨道交通通信系统城市轨道交通
18、系统通信网的组成图6-3 城市轨道交通通信网的基本组成形式按总线形方式构成的通信网的设备组成如下图所示。 城市轨道交通通信系统城市轨道交通系统通信网的组成按总线形方式构成的通信网的设备组成如下图所示。城市轨道交通的通信系统必须适应并满足轨道交通的运营管理。整个通信系统包括以下五个组成部分。1）光纤数字传输系统光纤是光导纤维的简称。光纤通信是以光波为载体，以光导纤维为传输介质的一种通信方法。图6-5 车站内PCM光纤传输系统构成示意图城市轨道交通通信系统城市轨道交通系统通信网的组成2）数字程控交换系统数字程控交换机是将输入的模拟信号，进行模/数转换，变成数字信号，再进入交换网络。（1）专用电话系
19、统。调度电话。 图6-6 调度电话系统框图城市轨道交通通信系统城市轨道交通系统通信网的组成站间行车电话。轨道沿线电话。车站集中电话机。（2）传真通信与数据通信。利用城市轨道交通的程控交换网还可以实现传真通信和数据通信业务。 图6-7 调制解调器的数据通信连接方式城市轨道交通通信系统城市轨道交通系统通信网的组成3）闭路电视监控系统为了确保列车的运行安全，及时向有关人员提供车站各部位的安全情况，以及客流、列车停站，售检票情况，列车门开启、关闭等现场实时图像信息，设置了闭路电视监控系统。闭路电视监控系统由控制中心集中监控系统和车站闭路电视监控系统两部分组成。系统由摄像机、监视器、控制切换设备以及传输
20、线路等部件构成。（1）控制中心的集中监控系统。在控制中心的各调度台上，配备一定数量的监视器，和一个带键盘的控制台，调度员可通过键盘，来选择所希望了解的车站，及车站某个部位的客流情况和突发事件图像。（2）车站闭路电视监控系统。车站闭路电视监控系统为车站值班人员提供车站现场的实时图像，它不仅受车站值班人员的控制，也受控制中心的控制。城市轨道交通通信系统城市轨道交通系统通信网的组成4）无线通信系统（1）无线通信系统的组成及功能。无线通信系统由基地台、天线及射频电线、隧道内的漏泄同轴电缆、列车无线电台设备、控制台、电源及便携式无线电台等组成。信道1。用于列车调度，其覆盖范围是地铁全线及各车站，列车调度
21、员通过控制台，与正在运行的驾驶员及车站上行车有关人员进行通话。信道9。用于公安治安，其覆盖范围是地铁全线及各车站，使公安中心的工作人员与沿线、车站等处于移动状态下的公安人员进行通话。信道0。用于车辆段，其覆盖范围是整个车辆段（一般为地面），使车辆段的运转值班员，与车辆段范围内处于移动状态下的行车人员进行通话。信道8。紧急用信道，其覆盖范围为信道1和信道0的覆盖范围的总和，当信道1或信道0发生故障，或发生其他紧急情况时，为有权使用上述两信道的人员提供通信手段。（2）无线通信系统功能的实现。其信号传输途径示意如下：车载台 泄漏电缆天线 车站基地台 PCM光纤传输系统 控制中心基地台 控制中心无线列调控制台。城市轨道交通通信系统城市轨道交通系统通信网的组成5）车站广播系统车站广播系统是实现集中管理的重要组成部分。通过该系统及时向乘客通报列车到站及离站的实时预告信息，以及非常情况下的疏导信息等，同时，为组织好行车，应及时将运行信息告之行车相关人员。（1）车站播音。 图6-8 车站播音系统示意图（2）控制中心播音。在控制中心设有列车调度、电力调度和防灾调度三个播音台，三个播音台之间互锁，即只允许一个播音台播音。城市轨道交通通信系统城市轨道交通系统通信网的组成城市轨道交通通信系统的发展趋势。查一查 谢谢观看！