城市轨道交通信号控制系统探讨范文

信号系统在城市轨道交通中发挥着重要作用，对信号系统进行合理控制使列车按照规定线路高效有序运行。信号系统的核心是ATC系统，它为列车的自动化运行提供全线控制功能，使人员的工作强度降低，减少了由于人员因素导致事故发生的概率，提高了运营质量。城市轨道交通信号系统有多种控制方式，每种控制方式都有各自的特点，通过对信号系统的控制方式进行研究，为城市轨道交通信号系统的控制方式在不同场合的应用提供有效参考。城市化现象导致城市道路出现拥挤，已有的交通工具无法满足居民的出行需求。城市轨道交通单向每小时输送乘客数量可以达到上万人，且速度快、占用土地面积较小，可以有效缓解市民出行压力，解决交通拥挤问题，同时其专用轨道也避免了与地面交通相混合，很大程度降低了交通事故的发生率，因此近年来我国大力支持发展城市轨道交通。城市轨道交通信号系统是指挥列车安全运行，提供列车运行信息的重要系统，对信号设备采取合理的控制方式是保障城市轨道交通高效运行，实现列车运行自动化的重要手段。

1城市轨道交通信号控制系统

信号系统不仅肩负着城市轨道交通安全运行的重担，也是运营调度指挥中心的中枢神经。对信号设备的控制方式关乎着列车运行速度、运输效率和行车安全等重要指标，如果信号设备出现故障，可能导致运营控制中心指令无法下达，影响列车正常运行，严重时甚至会出现列车脱轨、追尾、火灾等重大事故。城市轨道交通信号控制系统可以为控制中心与信号设备建立高效的连接纽带，不仅为信号设备与控制中心传输信息，也实现了对信号设备状态的实时监控，这样在设备运行数据不正常时可以及时处理，避免了重大事故的发生，在提高行车效率方面发挥着重要作用。

2城市轨道交通信号系统的组成

城市轨道交通信号系统中的重要组成部分是列车自动控制系统ATC和联锁系统。联锁系统让信号、进路及道岔三者之间实现了相互制约的关系，通过信号设备计轴器或轨道电路可以检测进路的状态，若进路处于空闲状态，信号机是正常通行状态，则转辙机扳动尖轨打开道岔；反之若信号机关闭，则道岔锁闭。在联锁方式上，由于计算机联锁相比于早期的继电集中联锁具有安全可靠性高、维修方便等优点，目前被广泛采用。联锁系统使设备之间即互相制约又相互关联，提高了列车运行的安全保障。ATC是城市轨道交通信号系统的控制核心，它由ATO、ATP和ATS三个子系统构成，各子系统互相支撑，实现地面设备与车载设备相结合的自动控制系统。

2.1列车自动驾驶系统ATO

ATO依据列车运行计划，实时计算列车在目标点需要达到的速度值，根据目标点的速度值对列车发出速度控制指令，实现对列车的自动驾驶。ATO是一个闭环控制系统，主要功能是实现列车在区间运行时对速度的精准控制以及列车到站的精确停车。

2.1.1列车区间运行速度的控制

ATO在接收到ATP发出的控制命令后，向列车牵引系统或制动系统发出加速或减速的指令。在ATO模式下，由于列车运行速度受线路影响，所以实际运行速度曲线在允许范围内波动，且列车的运行速度受ATP规定的速度限制，因此实际速度曲线位于ATP速度曲线之下，当实际速度接近ATP的最大允许速度时，列车的运行效率得到显著提升，通过闭环控制方式自动控制列车速度，减少了列车在运行时切换牵引和制动状态的频率，使列车能够平稳运行，为旅客提供良好的乘车体验。

2.1.2列车到站精确停车

列车在站台区规定位置精确停车并与安全门的位置对准，方便乘客上下车，该功能是ATO系统的重要功能。该功能需要ATO中的车载模块实时采集列车速度并与目标点速度比较，并及时发出速度控制指令，通过对速度实时追踪，实现列车到站精确停车。精确停车为乘客提供宽敞的乘车通道，避免上下车过程发生拥挤，节约了乘车时间。

2.2列车自动防护系统ATP

ATP在信号控制系统中有着重要作用，它的实现很大程度提升了列车的运行效率。如果没有ATP当列车司机长时间驾驶处于疲劳时，可能对突发情况不能及对反应，导致安全事故的发生。ATP对列车在不同线路运行时的速度做出限制，在运行速度大于限制速度，或危及到行车安全的突发事件时，ATP系统会对列车采取制动措施。

2.3列车自动监控系统ATS

ATS系统具有根据列车运行图监控全线列车运行的功能，也可以在特殊情况优化或修改列车运行图，通过人机交互界面实现对列车实时追踪。中央级和车站级实现了ATS的两级监控功能。中央级是通过控制中心对全线运行的列车和设备进行控制，在车站拥有控制权时可以对本站范围内的列车和设备进行控制。中央级是最高级的监控系统，它的控制中心有最高权限，可以将权限下方给它的下一级车站，车站值班员也可以向控制中心申请获得本站的控制权。

3城市轨道交通信号系统的控制方式

城市轨道交通信号系统的控制方式分为对列车速度的控制方式、闭塞方式和车地信息传输方式三方面。

3.1列车速度的控制方式

信号系统对列车速度的控制方式主要有两种，分别是按阶梯式速度曲线控制和按速度距离模式曲线控制。阶梯式速度曲线是对列车运行线路进行多区段的划分，如图1所示，在每个区段都设置了最大行驶速度，当运行速度超过该区段的最大值时，ATP发出制动命令，制动系统使列车运行速度在规定时间内降至允许速度，若在规定时间范围内无法使列车速度降至允许值，则在超过规定时间后ATP对列车采取紧急制动措施，使列车尽快停车，避免了事故的发生。速度距离模式曲线是一条平滑的曲线，如图2所示，曲线是由多个点连接而成，每个点代表一个速度值，表示该点允许的最大速度，如果列车速度超过该点的最大速度，ATP系统对列车发出制动命令，使运行速度降至曲线的下方。若列车运行速度持续在曲线上方，则施加紧急制动使列车紧急停车。速度距离曲线控制方式相比阶梯式速度控制方式，列车减速过程较平滑，可以提高乘客的舒适度。

3.2闭塞方式按照闭塞方式

划分信号系统可以分为三种。第一种是固定闭塞，线路被固定划分为多个闭塞分区且有相应的速度限制，速度控制模式采用阶梯式。通过信号设备轨道电路或计轴器划分区间并进行线路状态的检测，当检测到轨道线路处于占用状态时，按照当前区段设置的速度值对列车施加制动力，使速度降至规定速度范围内；准移动闭塞虽然也将线路划分了若干个闭塞区间，但它和固定闭塞不同的是，每个分区没有设速度限制，准移动闭塞计算制动距离的两个端点中的追踪目标点是以前方列车闭塞分区的始端为基准是固定点，而制动点根据后方列车的性能计算是非固定点，其控制模式采用速度距离曲线模式；移动闭塞是行车效率最高的一种闭塞方式，取消了固定闭塞区间的划分，追踪目标点和制动点都是非固定点，信号系统根据车地双向通信确定前方列车位置，再依据后方列车自身性能动态计算列车制动距离，由于前后列车都处于动态运行中，所以列车制动距离也处于动态变化中，这种闭塞方式没有固定的间隔距离，极大地缩短了行车间隔时间，为行车效率提升了保障。

3.3车地信息传输方式

在信号系统中，车地之间信息的传输方式主要有点式和连续式两种，点式传输是指在线路的固定点利用车地之间的电磁耦合作用传递列车运行信息，如在进站信号机外方400m处向列车传递减速信息，这种方式只在固定点显示信息，无法保证列车在全线的安全运行。连续式车地信息传输方式可以持续反映列车在全线的运行状态和条件，被广泛应用在自动闭塞中。城市轨道交通信号系统是轨道交通信息传递，列车安全运行的重要保障。将计算机技术、自动控制技术和通信技术等多学科进行融合，为未来提出智能化的信号控制系统提供强大的技术支撑。通过研究信号系统的控制方式为提高运营服务质量，提升运营效益等有重要作用。对信号系统的控制方式进行多方面分析，提出合理意见，为今后研究信号系统的控制方式奠定基础，也为后续提出更加完善合理的信号控制系统提供参考依据。

作者：李欢 单位：西安交通工程学院