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1、城市轨道交通信号控制技术的发展翟红兵目录城市轨道交通发展综述第一章城市轨道信号系统的技术发展第二章第三章第四章城市轨道信号系统的运营模式城市轨道信号系统的前沿技术第一章 城市轨道交通的发展综述A A城市轨道交通发展简介B B城市轨道交通发展分析与预测C C城市轨道交通需求分析发展 一、城市轨道交通发展简介 城市轨道交通是指城市轻轨和地下铁道，当前，我国已运营的城市轨道交通线路仍以地铁制式为主，地铁是采用在地下挖隧道，运用有轨电力机车牵引的交通方式，是地下铁道交通的简称，属于轨道交通行业。除为方便乘客，在地面每隔一段距离建一个进出站口外，一般不占用城市的土地和空间，既不对地面构成环境污染，又可为
2、乘客躲避城市的嘈杂提供良好环境。是一种独立的有轨交通系统，其正常运行不受地面道路拥挤的影响，能快捷、安全、舒适地运送旅客。第一章 城市轨道交通的发展综述第一章 城市轨道交通的发展综述 一、城市轨道交通发展简介 自1863年英国伦敦建成世界上第一条地铁以来，至今全球已有200多个城市开通了地铁线路，累计运营里程达到1.3万多公里，尤其是进入20世纪60年代以来，城市轨道交通的建设进程大大加快第一章 城市轨道交通的发展综述 一、城市轨道交通发展简介 我国第一条地下铁道（北京地铁1号线）1965年7月1日开工，1969年10月1日开通，1971年1月15日运营，改革开放以来，发展迅速。近年来，随着我
3、国城市规模成倍扩大，基础设施落后问题显现，城市交通运输矛盾日益突出。城市轨道交通以其安全、准时、快速的优点，在拓宽城市空间、打造城市快速立体交通网络和改善城市交通环境方面发挥越来越大的作用。全国各大城市根据城市可持续发展和城市交通健康发展的需要，都在积极规划建设城市轨道交通项目。根据2016年中国城市轨道交通运营线路统计与分析：至2016年底，中国内地共有29座城市拥有城市轨道交通运营线路，总长3832km，运营线路129条，其中新增运营线路28条(段)，新增运营里程569km。第一章 城市轨道交通的发展综述 二、城市轨道交通发展分析与预测（一）城市轨道交通发展状况分析 北京以19条线位居运营
4、线路数量首位，上海以627km位居运营总里程首位。预测到2017年底，运营总里程将达到5000km，运营城市数量达到34座。截至2016年12月31日，中国内地有北京、上海、广州、深圳、南京、天津、重庆、大连、沈阳、长春、成都、武汉、西安、佛山、苏州、杭州、昆明、哈尔滨、郑州、长沙、宁波、无锡、青岛、南昌、淮安、东莞、合肥、南宁、福州共29座城市拥有129条城市轨道交通运营线路，运营线路总长3832km(如按中国城市轨道交通协会统计口径计算，尚有6条市域铁路线路长度412km未计入)2016年新增运营线路28条(段)，新开通城市轨道交通的城市有东莞、合肥、南宁、福州4座。运营线路里程从3293
5、km增加到3832km，增长172%。有21座城市拥有2条及以上城市轨道交通线路，逐步形成网络化运营格局。第一章 城市轨道交通的发展综述第一章 城市轨道交通的发展综述 二、城市轨道交通发展分析与预测（一）城市轨道交通发展状况分析 目前，中国内地共有57座城市已获城市轨道交通建设批复，除已开通运营的29座城市之外，有贵阳、厦门、太原、兰州、乌鲁木齐、石家庄、温州、常州、济南、徐州、呼和浩特共11座城市正在进行城市轨道交通建设;西宁、珠海、惠州、鞍山、洛阳、邯郸、集宁、阜新、银川、包头、唐山、芜湖、保定、柳州、大理、南通、绍兴共17座城市已规划城市轨道交通线路第一章 城市轨道交通的发展综述 二、城
6、市轨道交通发展分析与预测（一）城市轨道交通发展状况分析 统计分析表明，城市轨道交通运营里程地铁占比从2010年的8085%上升到2016年的8395%，2016年轻轨里程233km，占比610%。在已运营城市中，上海、广州、天津等11座城市开通了现代有轨电车;广州开通了APM（胶轮有轨旅客自动输送系统）线;上海、长沙开通了磁悬浮轨道交通线路;重庆市开通了跨座式单轨交通线路。现代有轨电车、APM、磁悬浮、单轨线路长度分别为222.45km、3.96km、48.45km、97.46km，占总长度比例为5.81%、0.10%、1.36%和2.54%。第一章 城市轨道交通的发展综述 二、城市轨道交通发
7、展分析与预测（一）城市轨道交通发展状况分析1、运营里程排序 如图所示，在城市轨道交通运营里程排序中，上海居首位，运营里程达627km，其后依次是北京574km、广州296km、深圳285km、南京232km、重庆212km。以上6座城市的城市轨道交通线路总里程超过全国轨道交通线路总里程的50%。第一章 城市轨道交通的发展综述 二、城市轨道交通发展分析与预测（一）城市轨道交通发展状况分析2、各城市运营线路排序 如图所示，在城市轨道交通运营线路数量排序中，共有3座城市开通运营的城市轨道交通线路在10条以上，其中北京以19条线路名列第一，紧随其后的上海有16条线路正在运营，广州次之，以11条线路位列
8、第三。从数量上看，北京、上海、广州作为第一梯队，深圳、沈阳、南京、武汉、天津、大连作为第二梯队，其中深圳、武汉发展迅猛，2016年各新增3条运营线路。第一章 城市轨道交通的发展综述 二、城市轨道交通发展分析与预测（一）城市轨道交通发展状况分析3、统计口径说明 1)铁路部门管辖的郊区线路及市区间的市域铁路未进行统计，如兰州市域快线(61km)、北京的S2线(77km)、上海22号线(56km)、成都成灌线和成彭线(94km)、大连旅顺南线(40km)等;2)统计包含正式运营的有轨电车线路，如天津滨海有轨电车、上海张江有轨电车、沈阳浑南有轨电车等;3)在线路数量上，支线和主线只算1条线。广佛线在线
9、路合计中算1条线，但将广州段与佛山段分开在广州和佛山分别统计里程;4)线路里程可能有不同口径，因此各线路运营里程和总里程长度仅供参考。统计数字小数点保留位数不一致，为避免扩大误差，不做取整处理;5)统计时间截止为2016年12月31日。第一章 城市轨道交通的发展综述 二、城市轨道交通发展分析与预测（二）城市轨道交通发展预测 从上述数据可以看出，我国正处于城市轨道交通快速发展时期。中国已形成一个世界上规模最大、发展最快的轨道交通建设市场。纵观我国地铁、轻轨发展动态，未来5-10年间，中国城市轨道交通运输及其设备制造市场前景广阔。预计到2017年末，将有1114km左右的新线建成运营，总运营里程将
10、近5000km。预计新增运营城市将有贵阳、厦门、兰州、石家庄、温州5座城市，届时运营城市总数将达34座。保守估计“十三五”城轨投资将达3万亿元，较“十二五”投资总额上涨144%，为“十二五”期间竣工里程的2.6倍。未来五年的高增长具有可靠的保障。预计到2020年，我国城市轨道交通累计11700运营里程预计将会超过8500公里，而到2050年规划的线路将会增加到289条，总里程将达公里。随着中国城市规模的不断扩大，产业外围转移速度的增加，外资和民营资本进入城市轨道交通建设成为一种必然趋势。第一章 城市轨道交通的发展综述 二、城市轨道交通发展分析与预测（二）城市轨道交通发展预测 从区域分布上看，预
11、计到2020年，新增营业里程中，长三角占比25%，环渤海占比24%，珠三角占比16%，三者之和占据新增营业里程的65%。从未来10年的增量上来看，北京、上海、广州、深圳、南京等城市位居前列。从产业链上看，城市轨道交通建设有望拉动区域内建筑施工、建材及特殊机械的需求。城市轨道交通建设领域准入门槛较高，对施工技术、产品质量要求较高，市场竞争格局相对稳定。随着城市轨道交通步入黄金发展期，相关设备公司、建筑施工企业将很大程度上受益。目前伦敦、东京、纽约等国际大都市，其高峰时段轨道交通占公共交通出行的比重高达60%以上，而我国北京、上海等轨道交通最发达的城市，该项比例仅为30%左右；国外的地铁承运率已经
12、达到70%-80%，而目前我国只有40%，还有非常大的提升空间。第一章 城市轨道交通的发展综述 三、城市轨道交通需求分析（一）城市轨道交通服务需求 随着社会的进步，人们的社会交往更加频繁、经济活动也越来越活跃，出行方便对于改善人们的生活质量起着至关重要的作用。于是，人们越来越期待着方便、快捷的轨道交通并就以下方面提出了更高的需求。减小运行间隔，缩短候车时间。提高运行速度，减少旅行时间。减轻车厢内乘客的拥挤程度。严格按照时刻表，提高列车运行的正点率。列车的启动、停车过程运行平稳，提高舒适度。提高准确、清晰、便捷列车运行信息。第一章 城市轨道交通的发展综述 三、城市轨道交通需求分析（二）城市轨道交
13、通安全需求 随着轨道交通大规模、快速发展，轨道交通的运营安全有了更大挑战和更高的要求。旅客运输，安全高于一切！1、2005年4月25日日本铁路重大事故。4月25日上午，西日本铁路公司一列从宝冢开往同志社前站的火车发生脱轨事故，车头冲入路边一栋公寓楼并严重损毁。造成74人死亡，442人受伤。事故原因：火车当时的时速高达100公里，远远超出了限速70公里/小时。第一章 城市轨道交通的发展综述 三、城市轨道交通需求分析 2、2009年6月22日美国华盛顿地铁事故。2009年6月22日下午，美国华盛顿哥伦比亚特区发生地铁相撞事故，造成至少9人死亡75人受伤。事故原因：地铁相撞时，列车正处于自动运行模式
14、。但是，两列地铁接近时，信号却没有正常发挥作用。随着轨道交通进入网络化运营阶段，线路交叉、设备系统共享，致使路网关联性加强，一旦路网某个点发生突发事件，将引发“蝴蝶效应”，影响整个路网的运营安全。除了安全与人才难题外，我国的轨道交通发展还存在着规范、标准、政策缺乏等问题。第一章 城市轨道交通的发展综述 三、城市轨道交通需求分析（三）城市轨道交通人才需求分析 与国营铁路相比，城市轨道交通具有建设周期长（平均5-6年）、资金投入大（平均6亿/km）、运量大（北京地铁高峰期超过1000万人次/天）、服务要求高特点，每公里运营里程需要员工25-30人（专业技术人才10-15人左右、通信信号专业人才2个
15、人左右），建设管理和工程施工队伍也在日益扩大，需要大量的轨道交通专业人才。与当前快速发展的形势相比，城市轨道交通人才规模不足、结构不合理等问题逐渐凸显，目前，全国开设城市轨道交通专业的职业院校约300余所，在校生10万余人。未来数年内城市轨道交通行业将一直面临着人才短缺的问题。特别是线路投入运营后，需要的运营管理人才较多。城市轨道交通较高的安全标准也对人才的培养、培训都提出很高的质量和时间要求。城市轨道交通人才问题日益突出、缺口日益增大，既是当前的困扰难题，也是未来可能制约发展的最大因素，因此培养数以万计的城市轨道交通专业人才已是我国经济发展的当务之急！第二章 城市轨道信号系统的技术发展A A
16、城市轨道信号系统的特点B B城市轨道信号系统的组成D D城市轨道交通信号系统的闭塞方式技术发展C C城市轨道交通信号子系统的功能第二章 城市轨道信号系统的技术发展 一、城市轨道信号系统的特点（一）传统的铁路信号控制系统1、车站信号联锁系统2、区间信号闭塞系统3、行车调度指挥（控制、监督）调度集中（监督）系统（CTC/TDCS）4、列车运行控制列车运行控制系统（CTCS0、CTCS1、CTCS2、CTCS3）第二章 城市轨道信号系统的技术发展 一、城市轨道信号系统的特点（二）城市轨道交通信号系统特点1、车站：不再是铁路传统意义上的车站。集中站：控制设备集中的车站 非集中站：集中站的附属站 车辆段
17、：相当于铁路的区段站、可以存放车辆。采用独立的联锁设备。联锁系统：比大铁路联锁系统功能多，站形不复杂，联锁关系简单，但技术要求高。2、区间：引入准移动闭塞、移动闭塞系统；3、列车运行自动控制系统：将传统的联锁、闭塞、行车调度指挥与列车运行控制融合，并增加了多项控制和监督功能。4、通信信号一体化：信息传递及时、自动化水平高。（三）城市轨道交通信号系统控制方式尽管各类信号系统在实现列车控制方式、车地数据传输方式、列车定位方式和信息量等方面各有不同，但基本上可按以下方式分类：第二章 城市轨道信号系统的技术发展 按各信号设备所处地域、实现功能又可分为：控制中心ATS子系统、车站及轨旁子系统、车载设备子
18、系统。第二章 城市轨道信号系统的技术发展 二、城市轨道信号系统的组成 城市轨道交通信号系统框图 二、城市轨道交通信号系统组成城市轨道交通信号系统按地理位置分为正线信号和车辆段信号两大部分。其中：正线信号系统：主要有列车列车控制中心设备、车站控制设备（包括联锁子系统）和车载控制设备，构成列车运行自动控制系统(ATC系统)。车辆段信号系统：车辆段信号系统由计算机联锁系统、微机监测系统、电源系统组成。（由于车辆段信号系统技术成熟，和国铁信号原理较为接近）第二章 城市轨道信号系统的技术发展 二、城市轨道信号系统组成 城市轨道交通信号系统的核心是列车自动控制（ATC）系统。它由计算机联锁子系统（CBI）
19、、列车自动防护（ATP）子系统、列车自动驾驶（ATO）子系统、列车自动监控（ATS）子系统构成。各子系统之间相互渗透，实现地面控制与车上控制相结合、现地控制与中央控制相结合，形成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的自动控制系统。它是现代城市轨道交通核心控制技术之一。第二章 城市轨道信号系统的技术发展计算机联锁（CBI）子系统列车自动防护（ATP）子系统列车自动监控（ATS）子系统列车自动运行（ATO）子系统ATC系统ATCATC系统构成示意图系统构成示意图第二章 城市轨道信号系统的技术发展 正线信号系统基础设备 正线轨旁子系统设备包括：正线信号联锁主机、区
20、域控制器、转辙机、信号机、计轴、应答器等。正线车载子系统设备包括：车载ATP/ATO、人机界面TOD、测速传感器、加速度计、车载MR天线、车载应答器天线等。正线ATS子系统设备包括：ATS中央服务器、ATS各工作站、人机界面MMI、现地控制工作站LCW、发车指示器PDI等。正线DCS子系统设备包括：轨旁AP、骨干交换机、接入交换机、光/电缆等。整个正线信号系统由DCS统一组网。第二章 城市轨道信号系统的技术发展 三、城市轨道信号各子系统功能（一）计算机联锁（CBI）子系统1、进路控制 进路建立 进路锁闭 进路解锁2、道岔/信号机控制 封锁/解封 道岔单操 道岔单锁/单解3、人工解锁 总取消 总
21、人解 区故解第二章 城市轨道信号系统的技术发展第二章 城市轨道信号系统的技术发展第二章 城市轨道信号系统的技术发展 三、城市轨道信号各子系统功能（二）列车自动监控（ATS）子系统 列车识别号追踪、传递和显示 列车运行图编制及管理 列车运行的自动调整 列车进路的控制 实时监视在线列车运行和信号设备的状态 实现与无线通信、提供综合监控等系统的接口 培训和运行模拟 统计、管理与记录等第二章 城市轨道信号系统的技术发展 三、城市轨道信号各子系统功能（三）列车自动保护（ATP）（含正线联锁）子系统 列车定位/测速 安全列车间隔控制 列车速度和方向的监督防护 经济制动使能（实施）列车完整性监督 轮径确认及
22、磨损补偿 车门/屏蔽门监控 轨道终点、工作区域和折返作业的防护 列车筛选第二章 城市轨道信号系统的技术发展 三、城市轨道信号各子系统功能（四）列车自动运行（ATO）子系统 列车在区间运行的自动控制及调整 控制列车按运行图规定的区间走行时分行车，自动实现对列车的启动、加速、巡航、惰性、减速和停车的合理控制。在正线车站、折返线和试车线自动实现列车的精确停车控制。在ATP子系统的允许下，向列车和屏蔽门控制系统发送开/关车门和屏蔽门的命令。向车辆自动广播系统提供相关信息。记录和统计系统事件的时间和日期。第二章 城市轨道信号系统的技术发展 信号系统的工作原理 车载控制器（CC）负责列车安全定位。CC通过
23、速度传感器和加速度传感器来确定列车的安全位置，该安全位置通过数据通信子系统(DCS)，传输到区域控制器(ZC)以及列车自动监控(ATS)系统。CC通过检测安装在轨道中间的静态信标的来修正列车的位置误差。区域控制器基于该区域内所有列车的位置和方向，发出移动权限(MAL)指令，并持续更新和传输。计算移动权限，以保证列车安全隔离，并达到最小的列车运行间隔。车载控制器利用MAL信息来执行ATP和ATO功能。每个区域控制器通过DCS，与区域内的轨旁联锁控制器单元接口。每个设备集中站都配备联锁控制器。联锁控制器控制和监测轨旁设备，诸如转辙机、计轴器、信号机和屏蔽门等，并将状态信息传递到区域控制器和ATS。
24、第二章 城市轨道信号系统的技术发展A TC列车在线位置进路条件生成移动授权终点计算制动曲线制动曲线制动控制与列车的位置、速度比较列车位置信息基于线路数据和停车点信息逐次生成制动曲线车载设备车载控制设备防护距离车头位置 车尾位置追踪列车的停车点停车点的信息第二章 城市轨道信号系统的技术发展XX地铁二号线正线信号系统原理示意图37APCCAPZCRadio RadioATS1.联锁控制轨旁道岔动作，并将道岔的状态信息传递给ZC。2.ZC(基于列车位置和道岔状态信息)给车载传送移送授权，并将列车位置信息传递给ATS联锁3.CC计算制动曲线，防止列车超速。正线信号原理动态示意图 正线信号原理动态示意图
25、第二章 城市轨道信号系统的技术发展四、城市轨道交通信号系统的闭塞方式 从闭塞制式的角度自动闭塞可以分为：固定闭塞准移动闭塞移动闭塞第二章 城市轨道信号系统的技术发展线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区，一个分区只能被一列车占用闭塞分区的长度按最长列车、满负载、最高速度、最不利制动率等不利条件设计列车间隔为若干闭塞分区，而与列车在分区内的实际位置无关制动的起点和终点总是某一分区的边界运行间隔越短，闭塞分区(设备)数也越多一般采用模拟轨道电路，轮轴传感器，信息量少乘客舒适度差固定闭塞第二章 城市轨道信号系统的技术发展线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区，一个分区只能被一列车占用。列车间隔按
26、后续列车在当前速度下所需的制动距离，加上安全余量计算和控制的，确保不冒进前行列车占用的闭塞分区。采用连续曲线速度控制方式，只需要一定长度的保护距离（距离前行列车占用闭塞分区的边界）。运行间隔越短，闭塞分区(设备)数也越多。而轨旁设备的增加，使设备维护工作量增大。现场设备较多，由于利用钢轨作为信息传输媒介，容易受电气化干扰，数据传输速度和容量受到限制。其设备调试及维护工作量较大；项目实施工期相对较长。准移动闭塞第二章 城市轨道信号系统的技术发展不依靠轨道电路检测列车位置、向车载设备传递信息，线路没有固定划分的闭塞分区，列车间隔是动态的，并随前一列车的移动而移动。列车间隔是按后续列车在当前速度下所
27、需的制动距离，加上安全余量计算和控制的，确保不追尾。制动的起点和终点是动态的，轨旁设备的数量与列车运行间隔关系不大。采用先进的地-车双向实时传输，信息量大，易于实现无人驾驶。可减少轨旁设备，便于安装维修。无线通信移动闭塞系统能够通过无线网络规划，实现各系统（如通信、供电）之间的无线接口。移动闭塞第二章 城市轨道信号系统的技术发展 城市轨道交通信号系统的闭塞方式（二）闭塞控制系统的发展第二章 城市轨道信号系统的技术发展 城市轨道交通信号系统的闭塞方式（三）闭塞模式对比第二章 城市轨道信号系统的技术发展第二章 城市轨道信号系统的技术发展 城市轨道交通信号系统的闭塞方式（三）闭塞模式对比第二章 城市
28、轨道信号系统的技术发展 问题：当前如何在保证系统安全性的前提下尽最大可能的缩短运营间隔（设计间隔达到90s），并提高旅行效率和乘客舒适度？答案是：通过实施基于无线通信的列车运行控制系统（CBTC）。第三章 城市轨道信号系统的运营模式A A城市轨道信号系统的运营模式B B城市轨道交通信号系统的故障降级模式 一、城市轨道信号系统的运营模式（一）ATS自动监控模式正常情况下ATS系统自动监控在线列车的运行，自动向联锁设备下达列车进路命令，列车在ATP的安全保护下由司机按规定的运行图时刻表驾驶列车运行。控制中心行车调度员仅需监督列车和设备的运行状况。每天开班前，控制中心调度员选择当日的行车运行图/时刻
29、表，经确认或作必要的修改，作为当日行车指挥的依据。（二）调度员人工介入模式调度员可通过工作站发出有关行车命令，对全线列车运行进行人工干预。调整列车运行计划包括对列车实施“扣车”、“终止站停”、改变列车进路、增减列车等。第三章 城市轨道信号系统的运营模式 一、城市轨道信号系统的运营模式（三）列车出入车场调度模式车辆调度员根据当日列车运行图/时刻表编制车辆运用计划和场内行车计划，并传至控制中心。车场信号值班员按车辆运用计划设置相应的进路，以满足列车出入段作业要求。（四）车站现地控制模式除设备集中站其他车站不直接参与运营控制，车站联锁和车站ATS系统结合实现车站和中央两级控制权的转换。在中央ATS设
30、备故障或经车站值班员申请，中央调度员同意放权后，可改由车站现地控制。在现地控制模式下，车站值班员可直接操从车站联锁设备，可将部分信号机置于自动模式状态，也可将全部信号机设为自动模式状态，控制中心行车调度员应通过通信调度系统与列车驾驶员、车站值班员保持联系。第三章 城市轨道信号系统的运营模式 一、城市轨道信号系统的运营模式（五）车场控制模式列车出入场和场内的作业均由场值班员根据用车计划，直接排列进路。车场与正线之间设置转换轨，出入场线与正线间采用联锁照查联系保证行车安全。（六）列车运行控制模式列车在正线、折返线上的运行作业时，常用ATO自动驾驶模式和ATP监督下的人工驾驶模式，限制人工驾驶和非限
31、制人工驾驶模式均为非常用模式。1、ATO自动驾驶模式列车启动后，在ATP设备安全保护下，车载ATO设备自动控制列车加速、巡航、惰行、制动，并控制列车在车站的停车位置，开关车门，司机仅需监督ATP/ATO车载设备运行状况。第三章 城市轨道信号系统的运营模式 一、城市轨道信号系统的运营模式2、ATP监督下的人工驾驶模式列车启动后，车载ATP设备根据地面提供的信息，自动生成连续监督列车运行的一次速度模式曲线，实时监督列车运行。司机根据ATP显示的速度信息驾驶列车，当列车运行速度接近限制速度时，提出报警；当列车运行速度超过限制速度时，ATP车载设备将对列车实施制动。3、限制人工驾驶模式司机以不超过车载
32、ATP的限制速度行车，列车运行安全由司机负责，当列车超过该限制速度时，ATP车载设备则对列车实施制动。4、非限制人工驾驶模式在车载ATP设备故障状态下运用，ATP将不对列车运行起监控作用。列车运行安全由司机、调度员、车站值班员共同负责。第三章 城市轨道信号系统的运营模式 一、城市轨道信号系统的运营模式（七）列车折返模式列车在ATP监督人工驾驶模式下折返时，列车由人工驾驶自到达股道牵出至折返线，由司机转换驾驶端，并折返至发车股道。在ATO有人驾驶模式下折返时，列车能以较合理的速度从到达股道牵出至折返线，由司机转换驾驶端和启动列车，然后从折返线进入发车股道。第三章 城市轨道信号系统的运营模式 二、
33、城市轨道交通信号系统的故障降级 信号系统故障由于种类较多、影响较大、处理较难、预见性较差，一直以来都是地铁运营工作的难点。信号故障一般会造成列车晚点、行车间隔较大、列车舒适度较差等问题，关键设备故障甚至会造成危及行车安全的大事故。近些年来各大信号集成商越来越重视信号系统降级后备模式的应用问题，信号故障降级模式的性能已作为一个信号系统好坏的重要参考指标。基于无线通信的列车控制系统（CBTC）故障降级模式较复杂，在其他城市地铁的应用情况已渐渐趋向成熟，但相对于正常运营模式而言，降级模式依然对行车安全、行车效率、行车质量具有一定的影响。第三章 城市轨道信号系统的运营模式第三章 城市轨道信号系统的运营
34、模式 二、城市轨道交通信号系统的故障降级通常地铁信号系统分为三级控制，即：CBTC+点式固定闭塞+联锁三级控制。二、城市轨道交通信号系统的故障降级（一）CBTC通信故障下的点式ATP降级模式 后备系统运行基本原理如下图所示。轨旁信号机设置在每个车站正常运行方向站台区段的末端，计轴将负责对列车占用的检测。如果CBTC列车和区域控制器的通信连接中断，当列车以ATP模式运行时，后备系统将执行超速防护和将出站信号机亮红灯。只有在站间计轴区段无车占用的情况下，安全的联锁逻辑允许车站(上图S2站)的出站信号机显示允许信号。每个车站使用一个与出站信号机相关联的动态信标。Distance SpeedEnfor
35、ced OverspeedFTS 1 S 280 kphEB profilePerformanceprofileCBTC Train with Failed Communicationand wayside dynamic tag operationAxle Counter HeadOne axle counter blockDistance SpeedEnforced OverspeedPerformanceprofile动态信标CBTC Train with Failed Communicationand wayside dynamic tag operationAxle Counter
36、HeadS 1 S 1S 1S 2 S 2S 2第三章 城市轨道信号系统的运营模式 二、城市轨道交通信号系统的故障降级此模式是CBTC信号系统中比较常用到的降级模式，根据信号技术合同所示，此降级模式下应能保证行车间隔在4分钟左右。联锁系统具备自动追踪排列进路功能，也可以人工进行排路。在列车折返作业时，比较影响行车效率。同时站台紧急停车按纽功能不可用，站台区域的行车安全性相对较低。在进站过程中由于没有ATO功能，对司机的驾驶水平要求比较高。此外，该模式无法实现信号与屏蔽门的联动，需要由司机或屏蔽门操作员控制屏蔽门的开启与关闭。第三章 城市轨道信号系统的运营模式 二、城市轨道交通信号系统的故障降级
37、（二）联锁控制降级模式 联锁控制降级模式提供固定闭塞列车间隔和联锁防护，具有联锁系统的基本功能。不提供其他ATC功能。在RM（限制人工驾驶）驾驶模式下，车载ATO/ATP提供25km/h超速防护。除联锁外，不需要其他ATC子系统存在或工作。如下图所示，在RM模式下，司机需遵守轨旁信号机显示和值班员的命令。Distance SpeedCBTC Train with Failed Communicationsand RM mode of operationAxle Counter HeadDriver EnforcedStop at red signal25 kphATP Enforced Ove
38、rspeedFTS 1 S 1S 1S 2 S 2S 2第三章 城市轨道信号系统的运营模式 二、城市轨道交通信号系统的故障降级（三）站间闭塞降级模式 联锁故障，系统将降级成为站间闭塞模式。在此模式下，ATC系统功能以及联锁功能均无法实现，一个车站区间只能运行一个列车，司机需通过车载无线电台时刻与行调保持联系，确认前方站台区间情况。当列车到达一个车站停稳后，司机需向车站站务人员出示在前一车站所获得的“路票”，获得行调及站务人员批准方可行车。司机可由RM驾驶模式或NRM驾驶模式行车，完全依靠车载电台中的行调指挥驾驶列车。如转辙机故障，站务人员需人工给道岔加钩锁器，保证道岔状态的稳定，以免造成挤岔事
39、故。此模式非常影响行车效率，是信号系统的最后一级降级模式。第三章 城市轨道信号系统的运营模式第四章 城市轨道交通信号系统前沿技术A A全自动驾驶系统B BL TE 技术的应用D D我国城市轨道交通发展建议前沿技术C C基于车车通信的列车控制系统第四章 城市轨道交通信号系统前沿技术 伴随着计算机、通信等技术的突飞猛进，信号系统技术也在不断发展与更新，如全自动驾驶系统、LTE技术的应用、基于车车通信的列车控制系统等。一、全自动驾驶系统（一）全自动无人驾驶系统概念 全自动无人驾驶系统是指没有司机参与，车辆在控制中心的统一控制下实现全自动运营，自动实现列车休眠、唤醒、准备、自检、自动运行、停车和开关车
40、门，以及在故障情况下实现自动恢复等功能。（二）轨道交通自动化等级划分 国际公共交通协会（UITP）将列车运行的自动化水平划分为5级。第四章 城市轨道交通信号系统前沿技术 一、全自动驾驶系统 GoA：GradesofAutomation；GoA0：目视下列车运行，司机负全责，无系统防护；GoA1：非自动列车运行，即ATP防护下的人工驾驶；GoA2：半自动列车运行（STO），即司机监督下的ATO驾驶；GoA3：无司机有人值守下列车自动运行（DTO）；GoA4：无人值守下的列车自动运行（UTO）。GoA3和GoA4统称为FAO，即：在正常运营情况下，由自动化设备取代司机自动驾驶列车在全线运行。第四章
41、 城市轨道交通信号系统前沿技术 一、全自动驾驶系统 为形象说明轨道交通运行的自动化程度，习惯列车上是否有运营人员说明运行系统的自动化等级。第四章 城市轨道交通信号系统前沿技术 一、全自动驾驶系统（三）全自动驾驶发展历程 1971年，为提高城轨的服务品质，增强与其它交通方式的竞争力，法国开始研究城轨FAO技术，1973年完成VAL系统的原型机研制。这个时期FAO多用于轻轨或运量小的线路。随后，1978年世界第一条FAO城轨线法国里尔1号线动工，1983年开通运营。在2005年后，经过20多年的验证，FAO的安全性等性能已得到充分验证，这个时期CBTC技术发展也为FAO发展奠定了良好基础，从而FA
42、O发展速度逐渐加快。新加坡东北线是全世界第一条实现正线、车辆段全自动运行的大运量地铁。采用波导管传输列控信息，实现移动闭塞，最高运行速度90km/小时。2003年6月开通运营。我国的北京机场线在2012年3月8日开通DTO，上海10号线在2012年5月提供无人驾驶商业运营安全证书。国际公共交通协会（UITP）估计：在未来十年，FAO系统的年增长率将是当前年均增长率的3.5倍，预计到2025年总运营里程将达到1800公里。第四章 城市轨道交通信号系统前沿技术 一、全自动驾驶系统（四）全自动驾驶的系统特点 缩短行车间隔。减少因人工参与而对运营效率的影响，更有效的停站时间。减少运营成本。减少人员配备
43、，减轻操作人员的安全责任。运营灵活性提高。司乘计划从运营计划中剥离，改进日常运营中的干扰恢复时间，更容易启用新时刻表，多职能队伍的建立，按运营业务需要或者乘客需求来配置资源，对无人列车可于任何时间进行低速洗车，且可在预定时间内执行。安全性和服务质量的提高。减少人为失误，加强了对车厢的管理，提高服务质量。第四章 城市轨道交通信号系统前沿技术 二、LTE技术的应用（一）LTE技术介绍 LTE-M是针对轨道交通安全运营业务需求定制的专用通信系统。通过承载CBTC车地无线通信的业务，将LTE技术与CBTC有效融合，为轨道交通建立一张高实时性、可无缝切换的高性能无线网络。LTE系统具有实时性好、高移动性
44、、长区间覆盖、高扩展性和可靠性等特点。（二）LTE技术的应用 2016年12月10日，武汉城轨交通6号线通过LTE-M承载CBTC应用载客前评审，实现了国内首次LTE-M系统承载CBTC业务的工程化应用。目前国内信号系统采用LTE技术还有哈尔滨3号线一期、北京燕房线、北京地铁5号线、重庆5号线、重庆环线、上海地铁5号线、乌鲁木齐地铁1号线、青岛地铁3号线、大连地铁5号线等。能够提供LTE技术解决方案的供应商包括华为、中兴、信威、普天、54所等。第四章 城市轨道交通信号系统前沿技术 二、LTE技术的应用（三）LTE技术特点 传统的CBTC车地无线通信系统采用WLAN方案，LTE与WLAN性能对比
45、如右表所示：综上所述，LTE技术更先进，可靠性、可维护性也更优越。但是费用较高，因此，通过综合承载技术整合CBTC、CCTV、PIS和语音集群调度几大业务的传输会成为以后的发展方向。技术指标WLAN L TE网络定位 无线局域网宽带多媒体集群频段2.4/5.8GHz公用频段1.8GHz专用频段典型覆盖半径200-300m 1km-5km使用频宽20MHz 5-20MHz峰值吞吐量150Mbps 100Mbps移动性支持120km/h 350km/h集群通信性能 无 优异安全性 低 高第四章 城市轨道交通信号系统前沿技术 三、基于车车通信的列车控制系统（一）基于车车通信的列控系统概念 基于车车通
46、信的列控系统以车载控制器为核心，突破了目前所有轨道交通列控系统均依赖于车站和轨旁设备实现列车运行控制的固有模式，最大程度缩减地面设备，方便线路设备布置。在CBTC基础上，去除了ZC、联锁、计轴、信号机、可变应答器，仅通过对象控制器实现列车与轨旁设备的信息交互。简化了轨旁设备并且缩短了数据交互周期和复杂度。列车不再通过ZC获取运行信息，车载控制器可自主规划安全运行路径和计算MA，实现列车快捷的运行控制。第四章 城市轨道交通信号系统前沿技术 三、基于车车通信的列车控制系统（二）基于车车通信的列控系统发展现状 国外法国阿尔斯通事先开展了相应的研究，并应用于线路改造。GE公司的ITCS系统，ERTMS
47、的ERTMS-Regional等均为通过减少地面设备对系统进行优化升级的研究。国内北京交通大学等单位也投入进行相关的研究，但目前尚未有相关的产品应用于工程。法国阿尔斯通公司首先开展了基于车车通信的CBTC系统-URBALISFluence系统的研究，并应用于里尔线线路改造。URBALISFluence系统示意图第四章 城市轨道交通信号系统前沿技术 三、基于车车通信的列车控制系统（三）基于车车通信的列控系统特点 基于车车通信的下一代列控系统突破传统区域控制器集中式的列车运行控制理论，建立全新的以列车自主控制为核心的系统控制模型。传统CBTC系统结构为列车-地面-列车的列车运行控制方式，即列车将自
48、身定位信息发送给地面，地面经过计算将其移动授权发送给列车的过程。控制列车运行的核心为地面ATP/ATO设备，列车需要与地面进行“去、回”通信，如此增加了信息周转时间、系统的实时性大大降低，系统需为这些延时增加相应的处理机制，整个信号系统的复杂度大大增加。新一代列控系统车载设备根据线路资源状况及自身运行状态自主计算行车许可，保证列车群在线路上的自主安全运行控制。在保证列车前后方安全距离的基础上，两个相邻的移动闭塞区域就能以很小的间隔同时前进，使得列车能以允许最大的速度和较小的间隔运行，提高运营效率。同时以车载对轨旁设备的征用和控制来实现道岔控制功能，不需要地面联锁通过进路的方式来为列车分配道岔和
49、线路资源。基于车车通信的列控系统符合国际上对象群控制的智能化、自主化的趋势，适应轨道交通网络化及运能进一步提升的要求，满足轨道交通高可靠、免维护的要求，是以后轨道技术发展的方向。四、国产信号技术发展建议 1、标准化 为了我国城市轨道交通长远规范的可持续发展，有必要在形成大规模路网之前制订全国统一的、技术先进的、可持续发展、可实施的行业技术规范，以便引导各城市轨道交通的建设与规划，特别是网络化的建设与运营要求越来越迫切。要借鉴中国高铁的发展经验，加强引进消化、集成创新，依据规范引导国内的相关产业发展，抓紧时间，尽快形成具有自主知识产权的中国城市轨道交通列车自动控制系统技术与装备体系。2.标准与规
50、范内容 系统需求规范包括：系统规范、功能规范、接口规范。信号产品规范包括：A TS 的产品规范、CI的产品规范、A TP/A T O 产品规范；DCS 的产品规范；工程建设规范包括：系统工程设计规范、现场安装规范、现 场综合调试与测试规范、信号系统工程安全认证管理规 范、信号系统工程验收规范；运营维护规范包括：操作规范、维护规范、培训规范总而言之：信号是轨道交通系统非常关键的、也是非常复杂、直接涉及行车安全和运营效率的重要的运营设备，是特别苛求的安全系统。虽然，国产信号已取得突破性进展和令人骄傲的成绩，但是从事关产信号工作的同仁，还需与国际标准接轨，实现国产信号产品的标准化、产业化，适用于轨道