薛振洲

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，710014）

1 城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)

城市軌道交通能否保證正常、安全、準(zhǔn)點(diǎn)的運(yùn)行，信號(hào)系統(tǒng)的功能是至關(guān)重要的，并且對(duì)其有著很大的影響，比如說(shuō)，城市軌道交通在早晨、晚上上下班交通高峰期的時(shí)候，西安地鐵是否可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)運(yùn)營(yíng)能力最佳分配狀態(tài)，盡一切最大可能的減少西安市民乘坐西安城市軌道所等待花費(fèi)的時(shí)間。決定了列車的發(fā)車間隔時(shí)間都很短，列車所承載的客流量比較大，因此，城市軌道交通的列車信號(hào)系統(tǒng)比鐵路上所采用的信號(hào)系統(tǒng)要更加的復(fù)雜，技術(shù)含量也要更高。隨著城市軌道交通系統(tǒng)的技術(shù)含量不斷的提升。

城市軌道交通的信號(hào)系統(tǒng)一般主要包括了以下幾項(xiàng)功能：:城市軌道車輛與列車在沿線運(yùn)行過(guò)程中的信號(hào)采樣、信號(hào)的顯示和信號(hào)的聯(lián)鎖控制，采用無(wú)線通信系統(tǒng)所組成的的城市軌道列車自動(dòng)控制系統(tǒng)(ATC)一般有列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)(ATO) 列車自動(dòng)保護(hù)(ATP)，以及列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)(ATS)這三大組成部分。

1.1 城市軌道交通聯(lián)鎖系統(tǒng)

不管是北京、上海，還是天津、廣州的城市軌道交通系統(tǒng)，列車在沿著既定的線路運(yùn)行中，都可以有效的實(shí)現(xiàn)在列車的停靠站點(diǎn)上進(jìn)行乘客的上下列車，這個(gè)最基本的功能，所以，對(duì)于城市軌道交通列車來(lái)說(shuō)，一般只會(huì)有兩條的到發(fā)線，不需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)車作業(yè)，更不需要設(shè)置與之相應(yīng)的道岔，在學(xué)術(shù)界，一般把這種類型的車站稱之為無(wú)岔站，也可以被稱作為非聯(lián)鎖站。，為了能夠有效的保障列車以及人員的安全，往往都會(huì)選擇在這種類型的車站上都要設(shè)置也必須設(shè)置信號(hào)聯(lián)鎖控制設(shè)備。

這里所說(shuō)的聯(lián)鎖一般是指在城市軌道交通系統(tǒng)中，將列車運(yùn)行的信號(hào)、鐵路道岔、列車進(jìn)路之間形成一種相互制約相互影響的。

1.2 聯(lián)鎖設(shè)備組成

城市軌道交通系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制最基本布驟是首先鎖閉城市軌道交通列車進(jìn)入的道路，以及對(duì)城市軌道列車進(jìn)行開通放行的信號(hào);如果一旦列車開通放行的信號(hào)打開以后，那么在這里列車通行的道路上，城市軌道交通列車所使用的防護(hù)道岔就已經(jīng)不能再被進(jìn)行轉(zhuǎn)換了，在相反方向上運(yùn)行的城市軌道列車;還沒(méi)有進(jìn)入的情況下如果出現(xiàn)城市軌道交通系統(tǒng)的列車進(jìn)入，交通信號(hào)系統(tǒng)的信號(hào)機(jī)將會(huì)出現(xiàn)關(guān)閉的情況，而且信號(hào)機(jī)將會(huì)呈現(xiàn)出紅色;在城市軌道交通系統(tǒng)信號(hào)機(jī)關(guān)閉了以后，就必須對(duì)該條件進(jìn)行相應(yīng)的檢查，這樣才可以實(shí)現(xiàn)鐵路道岔的轉(zhuǎn)換。敵對(duì)進(jìn)路的情況主要指的是在城市軌道列車運(yùn)行的同一區(qū)間范圍之內(nèi)，兩列運(yùn)行方向不同的列車之間出現(xiàn)的互相進(jìn)入抵出的現(xiàn)象。

1.3 列車自動(dòng)控制(ATC)系統(tǒng)

采用通信功能的移動(dòng)閉塞城市軌道交通系統(tǒng)的列車自動(dòng)控制(ATC) 信號(hào)系統(tǒng)可以說(shuō)是到目前為止，在我們國(guó)家的城市軌道交通項(xiàng)目中，科技含量最高也是最為先進(jìn)的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用通信功能的移動(dòng)閉塞城市軌道交通系統(tǒng)的列車自動(dòng)控制(ATC)信號(hào)系統(tǒng)將會(huì)成為今后城市軌道交通列車自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展的主要方向。

2 ATO 車載單元基本原理

城市軌道交通系統(tǒng)中的ATO 系統(tǒng)是列車自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)。列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的設(shè)備一般都裝在列車上，因此，也把它稱作是ATO 系統(tǒng)的車載單元，城市軌道交通系統(tǒng)中的ATO 車載設(shè)備一般來(lái)說(shuō)，往往它會(huì)成為城市軌道交通中ATO 系統(tǒng)的關(guān)鍵中的關(guān)鍵，也是在對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最難的地方，也是本論文所研究的重點(diǎn)對(duì)象。

2.1 車載單元系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在城市軌道交通系統(tǒng)中，列車自動(dòng)控制系統(tǒng)的車載設(shè)備中一般都包括了ATO 系統(tǒng)車載單元、ATP 系統(tǒng)車載單元、以及城市軌道交通列車的駕駛室操作顯示設(shè)備(MMI 人機(jī)接口)、天線還有就是里程脈沖發(fā)生器(OPG)等，一般情況下，將城市軌道交通的列車車載設(shè)備與地面設(shè)備進(jìn)行通信的設(shè)備總稱為車地雙向通信系統(tǒng)(TWC)，車地雙向通信系統(tǒng)也可以被細(xì)化分為車載TWC 與軌旁TWC 。

城市軌道交通系統(tǒng)中的ATO 車載單元與ATP(自動(dòng)列車保護(hù))車載單元之間是相互連接的，其工作過(guò)程是：ATO 的車載單元能夠直接從ATP 車載單元中接收到列車運(yùn)行中的工作用數(shù)據(jù)。

2.2 ATP 車載單元工作原理

如果對(duì)城市軌道交通系統(tǒng)的車在單元進(jìn)行結(jié)構(gòu)性的細(xì)分與歸類的話，就可以把城市軌道交通列車的自動(dòng)控制系統(tǒng)中的車載部分可以劃分為三大種類：它們是城市軌道列車的:ATP車載單元、城市軌道列車的ATO 車載單元以及城市軌道列車的TWC 車載單元。其中自動(dòng)駕駛模式系統(tǒng)絕對(duì)不允許列車在沒(méi)有ATP 監(jiān)控的條件進(jìn)行操作，如果ATP 系統(tǒng)出現(xiàn)了故障以后，就絕對(duì)不能允許城市軌道交通系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)駕駛模式進(jìn)行駕駛。

在城市軌道交通系統(tǒng)中，列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)可以準(zhǔn)確的保證列車在線路運(yùn)行過(guò)程中的時(shí)間與在規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行停車任務(wù)，并且可以有效的提高列車的運(yùn)行效率以及乘客乘坐列車的舒適程度，減少能源的消耗量。但是，在城市軌道交通系統(tǒng)中，ATO 系統(tǒng)它是ATC 的一個(gè)子系統(tǒng)，它在城市軌道交通中的任務(wù)是與ATC 系統(tǒng)中的其余兩個(gè)子系統(tǒng)——ATP 和ATS 兩個(gè)子系統(tǒng)之間相互配合，相互協(xié)作，共同完成城市軌道列車在運(yùn)行過(guò)程中所規(guī)定的各項(xiàng)任務(wù)與工作。如果ATO 系統(tǒng)沒(méi)有其余兩個(gè)子系統(tǒng)的相互配合，則根本無(wú)法保證城市軌道列車的安全運(yùn)行。在城市軌道列車運(yùn)行過(guò)程中，ATO 系統(tǒng)的作用是視線列車的正常駕駛功能，能夠讓列車按照既定的速度運(yùn)行，以及保障列車車門的正常開門和關(guān)門。這些都是在執(zhí)行列車所發(fā)布的各項(xiàng)指令性工作和動(dòng)作，并不能保證很安全的執(zhí)行，安全性則是由ATP 系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行控制盒實(shí)現(xiàn)的，如果ATO 系統(tǒng)在執(zhí)行工作過(guò)程中，出現(xiàn)了不安全的情況或因素的時(shí)候，ATP 系統(tǒng)會(huì)給予保護(hù)的。

如果城市軌道車輛，在運(yùn)行的過(guò)程中，出現(xiàn)了列車超速運(yùn)行的情況，也就是列車實(shí)際速度超出了ATP 系統(tǒng)限制列車運(yùn)行的速度以后，那么，在這種情況下，列車的車載ATP 子系統(tǒng)會(huì)在最短的時(shí)間范圍之內(nèi)，給城市軌道列車的ATO 系統(tǒng)下達(dá)出相應(yīng)的指令，撤銷掉城市軌道列車運(yùn)動(dòng)所需要的動(dòng)力來(lái)源，并對(duì)運(yùn)行中的列車實(shí)行制動(dòng)。

2.3 ATO 車載單元工作原理

列車自動(dòng)駕駛車載單元在車輛運(yùn)行過(guò)程中，將會(huì)和提供列車超速運(yùn)行防護(hù)的ATP 車載單元一起對(duì)運(yùn)行中的列車的進(jìn)行加速、調(diào)速和定點(diǎn)停車的控制。ATO 系統(tǒng)的重要作用就是有效提高列車運(yùn)行水平的技術(shù)保障。

首先，城市軌道列車的司機(jī)，在列車開車以前，首先根據(jù)指示，啟動(dòng)列車的ATO 車載單元，并通過(guò)ATP 系統(tǒng)給列車的ATO車載單元發(fā)出允許列車運(yùn)行的信號(hào)。接著由列車的ATO 系統(tǒng)改變城市軌道列車在運(yùn)行的過(guò)程中所接受的列車的電壓和電流，并且按照原來(lái)預(yù)定的方案就行發(fā)車與運(yùn)行，再由ATP 車載設(shè)備傳輸城市軌道列車在運(yùn)行過(guò)程中的速度信息，根據(jù)這個(gè)信號(hào)自動(dòng)確定當(dāng)前列車線路的，理想控制電路曲線，列車的ATO 車載單元再按照這個(gè)電路曲線，來(lái)改變列車的牽引/制動(dòng)電壓或牽引制動(dòng)的電流，TWC 系統(tǒng)所發(fā)送出來(lái)的的地面環(huán)線交叉點(diǎn)定位信息，從而ATO 系統(tǒng)，根據(jù)這個(gè)信息與列車實(shí)際運(yùn)行所達(dá)到的位置進(jìn)行精確的對(duì)比，繼而，改變列車的牽引制動(dòng)電流的大小，從而能夠有效精準(zhǔn)的視線列車在預(yù)先設(shè)定的位置進(jìn)行停車作業(yè)。

在城市軌道列車進(jìn)站停車以后，那么列車的ATO 車載單元就會(huì)接收到，來(lái)自列車ATP 系統(tǒng)所發(fā)送出的列車打開車門的指令，使列車按照所發(fā)出的信號(hào)，自動(dòng)打開列車的車門。使乘客進(jìn)行上下車。在列車停車時(shí)間到達(dá)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間以后，再由列車的司機(jī)自動(dòng)控制列車車門的關(guān)閉，列車?yán)^續(xù)按照預(yù)定的速度運(yùn)行。

如果城市軌道車輛在運(yùn)行的過(guò)程中，由于車輛的ATO 系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，導(dǎo)致列車無(wú)法運(yùn)行的情況，比如，"ATO 發(fā)車按鈕按下以后，列車無(wú)法正常發(fā)車、那么列車駕駛員在請(qǐng)示了中央控制室信號(hào)調(diào)度員的同意以后，列車駕駛員就可以使用列車的ATP 人工駕駛模式保障列車的繼續(xù)安全運(yùn)行。

城市軌道車輛的ATO 車載單元的功能主要對(duì)列車的運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證在站點(diǎn)內(nèi)的準(zhǔn)確位置進(jìn)行停車，保障列車正常情況運(yùn)行情況下的高質(zhì)量的自動(dòng)駕駛，ATO 系統(tǒng)的這些各項(xiàng)功能都需要由ATP 系統(tǒng)實(shí)施有效的防護(hù)。一般來(lái)說(shuō)，城市軌道車輛的ATO 車載單元工作步驟主要分為了以下幾步：

(1) 列車的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)從ATS 系統(tǒng)得到了列車開始發(fā)車的任務(wù)命令以后，這項(xiàng)命令由地面的發(fā)送設(shè)備進(jìn)行傳送并經(jīng)過(guò)了ATP 系統(tǒng)的的信息接收與信息的處理;

(2)ATP 系統(tǒng)將所接受到的信息，在進(jìn)行過(guò)了有效的處理以后，將處理后的有用信息傳給ATO 系統(tǒng)，并顯示出這些有關(guān)的信息，并且對(duì)ATO 系統(tǒng)的工作進(jìn)行監(jiān)視。;

（3）ATO 系統(tǒng)對(duì)由ATP 系統(tǒng)所傳遞過(guò)來(lái)的有效信息進(jìn)行計(jì)算，由此得到列車的運(yùn)行速度，以及應(yīng)該的控制量，執(zhí)行列車的控制命令，并將計(jì)算出來(lái)的結(jié)果以及信息進(jìn)行顯示。

(4)地面環(huán)線接收到來(lái)車列車控制臺(tái)的信息，把這些信息再傳給ATS 系統(tǒng)，ATS 系統(tǒng)根據(jù)此列車運(yùn)行的情況和信息，確定列車所要完成的各項(xiàng)任務(wù)后，再次，由地面發(fā)送設(shè)備將信息傳遞給列車的ATO;系統(tǒng)，使列車按照規(guī)定的指令運(yùn)動(dòng)。

城市軌道列車在ATO 的模式下，進(jìn)行安全的運(yùn)行，列車可以在無(wú)需人工控制的情況下，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的從這一站到下一站。這一過(guò)程，首先是由列車司機(jī)發(fā)出關(guān)閉列車車門的指令，在列車的車門關(guān)閉好了以后，按下列車ATO 系統(tǒng)的啟動(dòng)按鈕，給列車發(fā)出開車的命令。如果這個(gè)時(shí)候，列車的車沒(méi)有實(shí)現(xiàn)關(guān)閉，那么列車的ATP 系統(tǒng)會(huì)阻止列車的發(fā)車指令執(zhí)行，相反，列車就可以實(shí)現(xiàn)安全發(fā)車，ATO 系統(tǒng)會(huì)讓城市軌道車輛按照規(guī)定的時(shí)速運(yùn)行，直到到達(dá)列車的下一站，當(dāng)列車車輛進(jìn)站停穩(wěn)以后，車門自動(dòng)打開，這樣一個(gè)完整的過(guò)程。

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