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1、ATP子系统基本原理ATP子系统（以下称为ATP系统）是保证行车安全、防止列车进人前方列车占用区段和防止超速运行的设备。ATP负责全部的列车运行保护，是列车安全运行的保障。ATP系统执行以下安全功能：速度限制的接收和解码、超速防护、车门管理、自动和手动模式的运行、司机控制台接口、车辆方向保证、永久车辆标识。一、ATP的基本概念ATP即列车运行超速防护或列车运行速度监督。ATP系统的功能是对列车运行进行超速防护，对与安全有关的设备实行监控，实现列车位置检测，保证列车间的安全间隔，保证列车在安全速度下运行，完成信号显示，故障报警，降级提示，列车参数和线路参数的输人，与ATS,ATO及车辆系统接口并
2、进行信息交换。ATP系统不断将来自联锁设备和操作层面上的信息、线路信息、前方目标点的距离和允许速度信息等从地面通过轨道电路等传至车上，从而由车载设备计算得到当前所允许的速度，或由行车控制中心计算出目标速度传至车上，由车载设备测得实际运行速度，依此来对列车速度实行监督，使之始终在安全速度下运行。当列车速度超过ATP装置所指示的速度时，ATP的车上设备就发出制动命令，使列车自动地制动；当列车速度降至ATP所指示的速度以下时，可自动缓解。而运行操作仍由司机完成。这样，可缩短列车运行间隔，可靠地保证列车不超速、不冒进。ATP是ATC的基本环节，是安全系统，必须符合故障一安全的原则。二、ATP设备的组成
3、采用轨道电路传送ATP信息时，ATP系统由设于控制站的轨旁单元、设于线路上各轨道电路分界点的调谐单元和车载ATP设备组成，并包括与ATS，ATO、联锁设备的接口设备。连续式ATP系统利用数字音频轨道电路，向列车连续地发送数据，允许连续监督和控制列车运行。对于ATP，由轨道电路反映轨道状态，传输ATP信息，在轨旁无需其他传输设备。当轨道电路区段空闲时，发送轨道电路检测电码。当列车占用时，向轨道电路发送ATP信息。轨道旁的轨道电路连接箱内（发送、接收端各一个）仅有电路调谐用的无源元件，包括轨道耦合单元及长环线。车载ATP设备完成命令解码、速度探测、超速下的强制执行、特征显示、车门操作等任务。车载A
4、TP设备包括：两套ATP模块（信号处理器和速度处理器）、两个速度传感器和两个接收天线、车辆接口、驾驶室内的操作和控制单元（MMI )等。车载ATP设备根据地面传来的数据（由ATP天线接收）与预先储存的列车数据计算出列车实时最大允许速度。将此速度与来自速度传感器测得的列车实际运行速度相比较，超过允许速度时，报警后启动制动器。借助于MMI，司机可以按照ATP系统的指示运行。MMI包括司机显示功能、司机外部接口两个子功能。司机显示功能向司机显示实际速度、最大允许速度、目标距离、目标速度，ATP设备的运行状态，以及列车运行时产生的重要故障信息，在某些情况伴有音响警报。司机外部接口包括允许按钮、车门释放
5、按钮以及确认按钮。三、ATP系统的主要功能ATP系统应具有下列主要功能：检测列车位置、停车点防护、超速防护、列车间隔控制（移动闭塞时）、临时限速、测速测距、车门控制、记录司机操作。以数字音频轨道电路方式的ATP系统为例，ATP系统功能可分为ATP轨旁功能、列车检测功能（负责根据各轨道区段的“空闲”或“占用”情况，检测列车的位置）、ATP传输功能和ATP车载功能。IATP轨旁功能ATP轨旁功能负责列车安全间隔和生成报文，完成对列车安全运行授权许可的发布和报文的准备，这些报文包括安全、非安全和信号信息等。ATP轨旁功能又分为列车安全间隔功能和报文生成功能。（1）列车安全间隔功能列车安全间隔功能负责
6、保持列车之间的最小安全距离，还负责发出运行授权。只有在进路已经排列，联锁功能中才发出列车运行授权，准许列车进人进路。当前方列车仍在进路中时，可为后续列车再次排列进路。由ATP轨旁功能发出的运行授权根据相应的安全停车点的选择和激活而定。这些安全停车点的选定依赖于进路内轨道区段的状态。安全停车点的位置在信号系统的设计中确定，这方面的信息保存在ATP轨旁设备中。位置的选定是为了在各安全停车点以外提供一安全的距离。在列车控制中，安全距离提供了差错的限度。这样，在ATP监督下，列车绝对不可能发生通过危险点的情况。（2）报文生成功能从各种ATP轨旁功能里接收请求，完成整理数据、准备和格式化要传送到ATP车
7、载设备的报文，并决定传输方向。这样，生成经由每个轨道区段传输的报文，然后向车载设备发出报文。传输的报文总是与受ATP控制的接近列车运行相反的方向馈入轨道电路。报文由变量和包含在各变量中的数据结合而成，每个变量由下列三个来源编辑而成：编人ATP轨旁单元的固定数据，包括速度限制；可依据进路排列和轨道区段占用状态等，从有限的预设选项中选择的可转换数据；ATS功能的可变数据，若没有该可变数据，可使用编人到ATP轨旁单元的缺省值。报文的长度和内容会随环境状态的不同而变化。列车进人一段轨道区段后，立刻会生成一连串专门报文。除其他信息以外，报文还提供列车进人该区段的时间。这个信息必须对距离同步。这些报文由轨
8、道区段的状态变化而引发，并持续数秒时间。整理完所需数据，准备完报文之后，就会将报文转换为ATP车载设备要求的一种格式。报文转换采用了必要的编码保护协议，它确保ATP车载设备能检测到报文的错误。报文一旦完成格式化，就被传送到ATP传输功能。2. ATP传输功能ATP传输功能负责发出报文信号，包括报文和ATP车载设备所需要的其他数据。音频轨道电路电流以二进制编码顺序调制。当音频轨道电路显示轨道区段空闲，二进制编码顺序为音频轨道电路设备内预设的顺序。当音频轨道电路显示轨道区段占用，二进制编码顺序为ATP报文产生功能生成相应的报文。对于每个占用的音频轨道电路产生单独的报文。就地对车传输而言，音频轨道电
9、路电流必须由轨道区段末端，迎着列车运行的方向注人。对双向运行的线路，送电点及传输方向必须根据列车的运行方向转换。转换传输方向所需的信号由ATP轨旁功能中的报文发生功能发出。在每个要求本地再同步化的地点，提供同步定位环线。由未调制载波连续向环线供电，载频由单独的传送器发出。同步定位环线发出感应信号在列车经过环线时可由ATP天线接收到。环线在预定的间隔距离后交叉，感应信号以预定的模式发生相位变化，这种变化能被车载ATP车载设备识别。这种模式用于ATP车载设备识别时间，即为车载接收天线经过已知环线点的时间。以这种方式就能够达到满意的再同步。ATP传输功能的输入是来自ATP轨旁功能的要传输的报文和相应
10、选择传输方向的控制信号。ATP传输功能的输出：感应信号沿着整个轨道区段连续地传输信息；信号利用钢轨作为传输天线，以合适的传输方向发出，且只包括报文数据；感应信号利用同步定位环线作为传输天线传输间歇的信号，这个信号提供本地再同步的精确位置信息。这些感应信号共享一个共同的传输媒体（即轨道同列车之间的空隙），因此它形成了一个在ATP车载设备内接收的单一信号组合。3ATP车载功能ATP车载功能负责列车安全运行，并提供信号系统和司机间的接口。车载功能由下列子功能组成：ATP命令解码、ATP监督功能、ATP服务自诊断功能，ATP状态功能、速度距离功能，以及司机人机接口（MMI )功能。（1）ATP命令解码
11、轨旁音频轨道电路将格式化的数据传送到车上，车载ATP设备要将报文解码，以实现各种ATP功能。（2）ATP监督功能ATP监督负责保证列车运行的安全。各监督功能管理列车安全的一个方面，并在它自己的权限内产生紧急制动；所有的监督功能，在信号系统范围内提供了最大可能的列车防护。各种监督功能之间的操作是独立的，且同时进行。ATP监督包括：速度监督、方向监督、车门监督、紧急制动监督、后退监督、报文监督、设备监督等。速度监督功能速度监督功能是超速防护的基础，是最重要的功能。它由7个速度监督子功能组成，每个子功能选定一个专用的以速度为基准的安全标准。各标准即为一个速度限制，这个限制速度可以是固定的，也可以根据
12、列车的位置连续改变或阶梯式改变。如果实际列车速度超过允许速度加上一个速度偏差值时，列车实施紧急制动。该偏差值可以根据安全标准进行修改，并在系统设计时确定。各种速度偏差值在选定后在ATP车载单元中编程。a.RM速度监督RM速度监督以限制列车速度达到低速值为目的，这个低速值（例如25km/h)适用于RM模式。RM速度监督在RM模式中有效，它不用于任何其他模式。限制速度是固定的（例如不考虑列车的位置），并在系统设计时确定。这个确定值编程在ATP车载单元中。b.最大列车允许速度的监督最大列车允许速度的监督以限制列车运行速度到最大允许值（就车辆允许而言）为目的。它在SM、ATO和AR模式中有效。速度限制
13、是固定的，它定义在ATP车载单元中。c.停车点的监督停车点的监督以保证列车停在停车点（不超过停车点）为目的。在SM、ATO和AR模式中，每当前方列车占用的轨道区段内有安全或危险停车点，该监督都有效在RM模式中，该监督无效。按照列车至停车点的距离，列车的速度限制连续地改变，并通过一条最终为零的制动曲线实施。ATP车载单元计算一个零目标速度的制动曲线的基础为：列车制动性能数据以及已经接收到报文数据中明确定义的线路坡度。d.限制速度起始点的监督限制速度起始点的监督保证列车在起始点就按照速度限制运行。在SM、ATO和AR模式中，当前行列车占用区段内的速度限制始点存在时有效，在RM模式中无效。从限速始点
14、开始，限制速度随着距列车的距离而不断地变化，并通过一个最终为非零的制动曲线实施。制动曲线由ATP车载单元计算。e进入速度监督进人速度为列车进人前方下一轨道区段的最大允许速度，它考虑到：下一轨道区段可能存在的任何停车点、可能存在的线路速度限制起始点、下个进人速度。因而，进人速度是一种假设，用于避免定义精确的速度和目标的位置，它位于列车占用轨道区段前方以外，这样可以减少地对车传输数据的数量。进入速度监督是保证列车速度同下一轨道区段的最大允许速度及以后的目标一致。这个速度监督在SM,ATO和AR模式中有效，在RM模式中无效。f.线路允许速度的监督线路允许速度由列车头部占用轨道区段的线路允许速度和列车
15、其他部分仍占用的其他轨道区段的线路允许速度决定。线路允许速度是根据列车的运行位置改变的。ATP车载单元通过使用报文里的线路速度数据，测量运行距离以及列车的长度来确定线路允许速度。线路允许速度监督保证列车运行速度同其所在位置的线路允许速度监督一致，在SM，ATO和AR模式中有效，在RM模式中无效。g.没有距离同步的监督没有距离同步的监督是提供安全速度监督，这种监督是特殊情况下不能得到距离同步，而ATP车载设备准许在SM模式或ATO模式而不是RM模式中进行操作。这种监督方式的情况很少出现。距离同步的丢失是由于触发紧急制动时列车不处于稳定状态时，或者列车已经在线上运行时才打开ATP车载设备电源引起的
16、。只有当ATP车载单元接收到授权其使用的报文时，可以使用该功能。此项授权限制在下列情况下使用：列车运行不存在从相邻轨道电路产生邻线干扰的危险；列车运行前方当前占用轨道区段无停车点；使用在当前轨道区段的固定速度限制不小于以前轨道区段的任何速度限制。如果没有发生上述情况中任何一种，则不允许ATP轨旁设备发出授权使用这项功能的报文，且列车必须在无信号移动许可的RM模式下运行。速度监督功能的输人包括车载速度距离功能中的列车现行速度和位置信息，以及服务自诊断功能中的列车数据（例如列车最大允许速度）。速度监督功能的输出：向司机人机接口功能提供（通过列车总线）最大允许速度和列车速度警告；向列车制动系统提供紧急制动命令；向服务自诊断功能提供列车数据、状态信息、处理和记录数据（包括紧急制动的使用），以及出错的信息。方向监督功
