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1、第一章 城市轨道交通信号系统概述,第一节 城市轨道交通信号系统及其发展 第二节 城市轨道交通信号系统的组成及特点 第三节 城市轨道交通信号安全技术,返回,第一节 城市轨道交通信号系统及其发展,1. 1. 1 城市轨道交通系统 1. 城市轨道交通系统定义 城市交通肩负着市民日常生活中必需的“行” 的任务, 是城市服务最重要的基础设施之一。随着城市化发展进程的推进, 城市的范围越来越大, 城市人口增长的速度越来越快。传统的城市道路交通因其自身的特点, 如占地面积大、运量小、能耗大、污染大、道路建设跟不上汽车增长速度等, 已无法适应现代城市的发展。 城市轨道交通是指以轮轨运输方式为主要技术特征, 以
2、城市客运公共交通为服务形式的交通运输方式。,下一页,返回,第一节 城市轨道交通信号系统及其发展,国际上对城市轨道交通并没有统一的定义, 我国的国家标准城市公共交通常用名词术语中中, 将城市轨道交通定义为: “通常以电能为动力, 采取轮轨运转方式的大运量公共交通的总称。” 2009 年我国颁布了城市公共交通技术规范, 其中将城市轨道交通定义为: “采用专用轨道导向运行的城市公共客运交通系统, 包括地铁系统、轻轨系统、单轨系统、有轨电车、磁悬浮系统、自动导向轨道系统、市域快速轨道交通系统。” 2. 城市轨道交通系统的特点 城市轨道交通以其鲜明的特点赢得了城市管理者和市民的青睐。其特点包括:,上一页
3、,下一页,返回,第一节 城市轨道交通信号系统及其发展,采用列车编组化运营, 运量大; 良好的线路条件与控制体系, 速度快; 电力牵引, 污染少、环保好; 可采用地下和高架敷设方式, 占地面积小; 全隔离的路权方式, 安全性、可靠性好; 良好的环控体系和候车环境, 乘车舒适性佳。 1. 1. 2 城市轨道交通信号系统 城市轨道交通信号, 就是应用于城市轨道交通系统中实现行车指挥和列车运行控制安全间隔控制技术的总称, 其功能是保证行车安全, 提高运输效率。,上一页,下一页,返回,第一节 城市轨道交通信号系统及其发展,城市轨道交通信号系统是实现行车指挥、列车运行监控和管理所需技术措施及配套装备的集合
4、体。图1-1-1 为信号系统概况示意图。 列车运行控制由机车信号车载设备、车站信号及地面轨旁设备、控制中心设备等共同完成。在图1-1-1 中, 车-地通信媒介采用轨道电路现代大运量城市轨道交通信号系统, 是整个城市轨道交通运输自动化系统中的重要组成部分, 具有完成并保证列车和乘客的安全, 实现列车快速、高密度、有序运行的功能, 其核心是列车自动控制系统(ATC), 它由计算机联锁、列车自动防护系统、列车自动驾驶系统和列车自动监控系统组成, 各子系统之间相互渗透, 实现地面控制与车上控制相结合、就地控制与中央控制相结合, 构成了一个以安全设备为基础, 集行车指挥、运行调整及列车驾驶自动化等功能为
5、一体的自动控制系统。,上一页,下一页,返回,第一节 城市轨道交通信号系统及其发展,信号系统随着信息技术(微电子技术、计算机技术、通信技术和控制技术等) 的不断发展, 也产生了“革命性” 的变化, 原来的“地面信号” 逐渐由“车载信号” 所替代。其“信号” 的内容, 已发生根本性的变化, 它不再是用“颜色” 显示不同的速度等级, 而由车载信号直接接收列车运行的“目标速度” “目标距离” 或“进路电子地图”, 并且由车载计算机直接控制列车的自动运行, 实现列车在车站的自动定位停车和区间运行的自动超速防护; 随着数字编码技术的不断发展, 模拟技术的信号系统将被数字信号系统所替代, 这一点在信号系统的
6、“轨道电路” 技术发展中尤为突出。,上一页,下一页,返回,第一节 城市轨道交通信号系统及其发展,模拟轨道电路中, 只能向列车传送有限的“固定信息”, 而利用数字编码轨道电路可以向列车传送各种不同的“变量”, 以实现列车运行的自动控制; 光纤通信传输技术和无线通信技术都在信号系统中得到充分应用。 1. 城市轨道交通信号系统作用 城市轨道交通线路、车辆、供电、通信、信号、环控、售检票等系统, 在运营管理人员的协调下, 共同完成着旅客输送任务, 实现旅客的位移。在城市轨道交通中, 信号系统担负着保证行车安全、指挥列车运行的重要任务, 其作用主要表现在: (1) 确保列车运行的安全,上一页,下一页,返
7、回,第一节 城市轨道交通信号系统及其发展,(2) 提高轨道交通的运行效率 2. 城市轨道交通对信号系统的要求 城市轨道交通系统的安全、速度、运输能力和效率与信号控制系统密切相关, 信号控制系统是城市轨道交通的重要技术装备, 对于确保行车安全、提高运输效率、改善工作条件、促进管理现代化起着至关重要的作用。 就目前的技术水平而言, 无论是新建还是改建的线路, 在运行高峰期的追踪运行间隔最小可达8090 s, 这对信号控制系统提出了较高的要求。 (1) 可靠性、可用性和安全性要求高,上一页,下一页,返回,第一节 城市轨道交通信号系统及其发展,首先, 城市轨道交通列车运行速度快, 在高峰期发车间隔时间
8、短, 车站站间距较短, 作为城市大运量客运系统, 只依靠行车调度员、车站值班员、车站站务员和列车司机等来防止运行事故的发生已远不能满足运行安全的要求。 其次, 城市轨道交通地下和高架线路的设备发生故障后, 排除难度大, 发生事故后救援困难, 易造成重大影响或损失, 因此, 对信号控制系统的可靠性、可用性和安全性要求都较高。凡涉及行车安全的子系统、设备或器材的必须满足相应的安全完整度等级的要求, 符合“故障安全” 原则设计, 普遍采用硬件或软件冗余及安全编码技术。,上一页,下一页,返回,第一节 城市轨道交通信号系统及其发展,另外, 为满足现代化维护管理和快速排除故障的需求, 信号各子系统应具有自
9、检测、故障诊断定位和报警功能。 (2) 信号控制技术高度自动化 由于城市轨道交通的行车间隔短, 列车密度大, 行车频繁, 所以必须采取高度自动化的信号控制技术。同时, 由于城市轨道交通的列车运行线路比较单一, 易于实现自动控制, 使得调度指挥系统能根据轨道交通运行的实际情况, 借助先进的计算机控制技术及时自动调整列车运行, 用于实现列车的自动驾驶或无人驾驶, 使整个轨道交通系统达到最优化, 提高了运行效率, 也大大降低了劳动强度。其高度自动化主要包括以下4 个方面:,上一页,下一页,返回,第一节 城市轨道交通信号系统及其发展,城市轨道交通信号系统中的列车自动监控系统(ATS) 可实现运行管理及
10、调度指挥的自动化。当列车运行偏离运行图时, 信号控制系统能自动进行纠正和控制。 城市轨道交通信号系统中的列车自动驾驶系统(ATO) 具备实现自动驾驶的功能,以便最大限度地提高效率。 城市轨道交通信号控制系统提供站台精确停车功能, 使停车精度满足停站、折返和存车作业的要求; 安装屏蔽门/ 安全门的车站列车停站精度, 要求列车停站车门的位置与站台屏蔽门/ 安全门位置相对应, 以保证乘客有序候车及车门与屏蔽门/ 安全门的开度相适应, 误差一般控制在0. 250. 5 m 的范围内。,上一页,下一页,返回,第一节 城市轨道交通信号系统及其发展,当列车运行控制系统设备发生故障时, 能自动或人工转入降级运
11、行模式下的信号控制系统。 ( 3) 行车控制信息网络化 信息网络化使轨道交通的各类信息能够迅速上通下达, 准确获得轨道交通系统运营的各类实时信息。地面局域网及车-地无线通信网将轨道交通的控制中心、车站及列车连成一个有机整体, 使控制中心能够全面了解辖区内的各种情况, 灵活配置系统资源, 在保证轨道交通安全、高效运营的同时, 大大提高了为旅客服务的智能化。 1. 1. 3 城市轨道交通信号系统的发展及应用,上一页,下一页,返回,第一节 城市轨道交通信号系统及其发展,城市轨道交通列车运行控制系统是城市轨道交通的主要技术装备, 它担负着指挥列车运行、保证行车安全、提高运输效率、实现列车运行自动化的重
12、要任务。 1. 国外城市轨道交通信号系统发展概况 19 世纪, 欧洲工业革命的成功促进了社会经济的发展和城市的繁荣, 蒸汽机的发明促使轨道交通在英国诞生。 交通工具的机械化和现代化使得城市轨道交通控制方式的“瓶颈” 日益凸现出来。,上一页,下一页,返回,第一节 城市轨道交通信号系统及其发展,根据英国学者韦伯思特(Webster V. ) 和柯布(Cobber M. ) 的著作记述, 为保证城市轨道交通运行安全和减少交通事故的发生, 1868 年英国伦敦出现了一种红绿两色的臂板式信号灯,从此揭开了城市轨道交通列车运行控制的序幕。1918 年, 纽约安装了一种手动的三色信号灯, 首次出现了真正现代
13、意义上的列车运行控制装置, 这也是列车运行控制的雏形。 随着社会的发展, 城市车辆不断增多, 传统的交通信号灯已不能满足轨道交通控制的需求, 交通工程师开始寻求借助其他工程领域的技术来解决交通信号控制问题, 由此带来了交通控制技术的迅速发展。,上一页,下一页,返回,第一节 城市轨道交通信号系统及其发展,1926 年, 英国在沃尔佛汉普顿安装了一种结构简单的机械式交通信号机, 它通过电动机带动齿轮机械辖动, 实现单时段定周期的红绿灯切换。这种机械式的信号机首次实现自动控制, 奠定了城市交通信号自动控制的基础。 交通信号的控制, 由手动信号机到自动信号机, 由固定周期到可变周期, 控制方式由点控到
14、线控和面控, 从无车辆检测器到有车辆检测器, 经历了近百年的历史。进入20 世纪70年代, 随着计算机技术和自动控制技术的发展, 数字技术和自动化技术的介入, 世界各国城市轨道交通控制技术发生了质的变化, 技术上日趋成熟。,上一页,下一页,返回,第一节 城市轨道交通信号系统及其发展,较为先进的轨道交通系统已摒弃了“用信号显示指挥列车” 的旧有概念, 引进了ATC (Automatic Train Control) 系统, 司机操作台上显示的是反映列车运营状态的信息。 最早的列车指挥由一位戴绅士礼帽、穿黑大衣和白裤子的铁路员工在列车前骑马引导列车运行, 他一边跑一边以各种手势发出信号指挥列车前进
15、和停止。 为确保安全, 人们开始研究使用固定的信号设备: 用一块长方形的板子指挥列车, 板子上的横向线路是停车信号, 顺向线路是行车信号。可是, 顺向线路的板子实际上很难观察,故又在顶端加块圆板。当晚间开车时, 就以红色灯光表示停车信号, 以白色灯光表示行车信号。,上一页,下一页,返回,第一节 城市轨道交通信号系统及其发展,1841 年, 英国人戈里高利提出用长方形臂板作为信号显示, 装设在伦敦车站, 这是铁路上首次使用臂板式信号机, 如图1-1-2 所示。随着光电技术、电子的发展, 城市轨道交通控制方式由壁板信号机逐渐过渡到色灯信号机和机车信号。 城市轨道交通色灯信号机(用灯光的颜色、数目及
16、亮灯状态表示信号的含义, 指挥列车运行) 一般设于车站出站口、道岔处、转线处等, 分别指挥列车出站、防护道岔、转线作业等。色灯信号机结构如图1 - 1 - 3所示。 将地面信号传递给机车, 在司机操作台上显示的信号为机车信号。,上一页,下一页,返回,第一节 城市轨道交通信号系统及其发展,机车信号是指通过设在机车司机室的机车信号机自动反映运行条件、指示司机运行的信号。为实现机车信号而装设的整套技术设备称为机车信号设备。机车信号机如图1-1-4 所示。 为保证行车安全, 提高运输效率及改善司机的劳动条件, 在机车上要安装机车信号车载设备, 在线路上也要安装机车信号地面设备, 使机车上能接收到反映地面信号的信息。在线路条件不好、气候条件不好的情况下, 机车信号的作用是非常大的。 但在城市轨道交通线路中, 由于站间距小、运营线路条件差, 仅仅靠机车信号显示和由司机来控制机车是很难做到大密度运营的。,上一页,下一页,返回,第一节 城市轨道交通信号系统及其发展,因此, 西门子公司、GRS 公司、USSI 公司、西屋公司、日立公司、阿尔斯通公司、泰雷兹集团等从2
