地铁信号系统自动控制功能研究

中铁通信信号勘测设计（北京）有限公司

【摘 要】在地铁信号系统中，自动控制技术的应用有着举足轻重的作用。它的应用能够有效避免设备故障的频繁发生，使相关系统处于有序运行中，延长设备的使用寿命，减少地铁城市轨道工程的维修成本，实现对应的经济效益、社会效益。从长远来说，地铁信号自动控制系统还需要进一步完善，使其走上服务化、智能化的道路。本文作者以地铁工程为基点，对自控控制技术及其应用实践予以了分析。

【关键词】地铁；信号系统；自动控制技术；应用；分析

引 文

新时代下，公共交通工具在人们出行、生活方面扮演着关键性的角色。地铁工程项目建设能够在提高城市通行能力的基础上，缓解地面的交通压力。对于地铁工程来说，地铁信号系统具有多样化的功能。比如，自动控制、自动报警。而自动控制技术应用到其中，可以保证信号系统安全运行，使其操作更加快捷、灵活。

一、地铁信号系统自动控制系统概述

就城市地铁工程建设现状来说，我国地铁信号系统处于固定闭塞向移动闭塞转变的过渡阶段。在地铁日常运行中，自动控制系统能够有效满足客运量各方面的需求，比如，行车安全、行车密度。就地铁信号自动控制（ATC）系统组成部分而言，主要包含了三个组成部分。第一、ATO系统又被叫做自动驾驶系统。车载ATO、轨旁ATO是自动驾驶系统的组成部分。但在系统运行中，并不能很好地将二者区分开。其中的自动驾驶系统已经具备地铁全程自动驾驶的能力。但为了保障乘客的安全、系统的可靠运行，仍然是驾驶员操控每列列车。第二、ATS系统是列车自动监控系统，是在车站与控制中心之间的进行区域，能够监督和控制对整个地铁沿线列车的实际运行情况。ATS系统属于非故障安全系统，不论是违规操作还是设备出现故障都不会阻碍地铁的安全运行。第三、ATP系统是列车自动防护系统，也是地铁信号自动控制系统的核心组成元素。ATP系统可以连续监督列车的实行速度，对列车进行超速保护，自动检测列车实际运行间隔，有效避免列车因超速而造成事故的发生。

二、地铁信号系统自动控制技术

在地铁信号系统中对自动控制技术引入，不但能够确保地铁列车运行的安全性，同时还兼具灵活性、便捷性的特点。为使这一目标达到，要求地铁信号系统自动控制将以下几个方面的功能实现：①列车自动驾驶系统。该系统需要支持的功能为：动态调整；在车站实现定点停车；站点间的自动运行；②列车自动监督系统。该系统需要支持的功能为：实时产生列车时刻表；对全线列车运行状态进行监督；确保列车严格按照时刻表要求正点运行；对列车运行时刻进行动态调整；③列车自动防护系统。该系统需要支持的功能为：列车定位；列车追踪；停车位置保证。以上列车自动驾驶系统、列车自动监督系统以及列车自动防护系统共同构成地铁信号自动控制系统。在目前新建的地铁系统中，多引入有微机联锁装置，系统整体具有可靠性高、信息量大以及抗干扰能力强的优势，系统整体结构如图1所示。

三、地铁信号系统自动控制功能实现

（一）列车自动驾驶系统

列车自动驾驶系统相关功能的实现必须在列车自动防护系统的保护下进行，具体流程是根据列车自动监督系统所发挥送的指令，执行相对应的操作。其中，为实现站点间自动运行的功能，需控制地铁列车严格按照运行图规定的区间走行时分行车；为实现站点精确停车的功能，要求以自动防护系统为基础，借助于轨旁设备以及车地通行设备实现控制；为实现列车运行过程中的动态调整功能，要求列车自动驾驶系统根据列车在高峰/平峰状态下列车运营情况，以保障服务质量为前提，借助于适宜的速度曲线对列车运行进行控制，以满足乘客出行舒适度的要求。

（二）列车自动监督系统

自动控制ATS系统设置于操作控制中心内（中央ATS系统），车站内设置本地ATS系统，负责区域控制。系统功能使对地铁全线内列车的运行状态进行监视与控制。本地与中央ATS系统设备构成局域网，搭载光纤线路实现数据传输。在该结构模式下，ATS系统具有两个显著特点：①操作员可以根据自身权限在任意工作站上完成对地铁系统的监督、控制功能；②ATS系统中任意部分的操作失误或故障不会对地铁全线列车运行造成影响，属于非故障安全系统。

（三）列车自动防护系统

列车自动防护系统的基本原则是故障安全。本系统基于该原则对权限所有涉及列车占用状态、追踪间隔、运行速度以及信号灯指示在内的功能运行安全性进行检查与控制。整个系统由轨旁自动防护系统与车载自动防护系统两个部分构成。本系统为实现列车定位的功能，要求通过列车在运行状态下所提供的线路、距离、速度等信息，预测列车运行中的安全与非安全位置，将安全位置信息传递至防护系统内，据此实现对列车运行的安全防护；为实现列车追踪方面的功能，本系统需根据列车位置报告信息以及关键道岔位置，构建追踪占用系统，根据安全以及非安全位置计算列车在安全区间内的两端位置信息；为实现停车位置保证功能，本系统需要对列车当前位置以及运行速度以及移动授权进行对比，当自动防护系统接收到进路取消请求指令后，可延迟一定时间以满足列车制动停车的功能需求。

四、控制系统在城市轨道交通中的具体应用

（一）西门子信号控制系统的应用

西门子信号自动控制系统是由列车自动监控系统、自动保护系统、自动运行系统组成。首先，该系统的应用可以使列车的停车精度控制在0.5米内，全面监督列车运行的速度，有效避免列车越限运行，间隔控制可以防止列车碰撞事故的发生。在列车运行过程中，一旦出现紧急情况，该系统会自动紧急制动停车，避免事故发生。其次，该系统的应用实现了全自动化操作，不需要担心人为的操作失误，还能减少车辆运行的损耗，达到30%的节能效果。最后，能够优化线路，提高利用率，缩短列车的间隔，可以使对应的时刻表和不同类型列车运行情况相吻合。此外，还能实现90秒的列车追踪间隔，其运输能力远远超出同类型的3分钟间隔系统。

（二）卡斯柯信号控制系统的应用

以上海地铁1号线为例，对卡斯柯信号控制系统在其中的应用予以分析。在上海1号线地铁工程项目建设中，三期工程都用到了卡斯柯信号控制系统。在其应用过程中，该控制系统能够灵活掌握了基于固定闭塞技术的地铁信号系统。随着地铁工程建设不断普及，该系统还被应用到国内其他很多地区地铁建设中，比如，深圳地铁2号线、广州地铁5号线。但在应用的过程中，卡斯柯信号控制系统也会发生了一些故障，比如，在上海地铁1号线运行中，该信号系统误发速度码，使两列列车的侧面相撞，在司机及时制动下，并未造成较大的安全事故。

（三）泰雷信号控制系统的应用

就泰雷信号控制系统而言，其应用范围较广。随着科技日益发展，泰雷系统具有多样化的特点，比如，AzL90型计轴系统、ZP30CA型计系统。这些新型的系统具有不同的特点与功能。其中，AZLM型计轴系统主要用于地铁、铁路工程建设方面。就其应用来说，我国很多城市已建设的地铁工程项目都是该系统的杰作。比如，上海地铁10号线、成都地铁1号线、北京地铁13号线。

五、结束语

随着现代计算机技术与通信技术的不断发展，在地铁系统中单一线路的自涌刂葡低承柘蜃鸥高级别的集成化系统发展，实现包括列车自动驾驶、列车自动监督以及列车自动防护在内的相关功能，将自动化控制技术引入上述系统中，以促进轨道交通网络综合监控功能的实现。

参考文献；

[1]张滔.广州地铁3号线信号系统的安全性应用及分析[J].城市轨道交通研究，2010，13（6）：55～58，62.

[2]汤璐诘，钱剑敏，梁鉴如，等.基于无线通信技术的CBTC信号系统[J].上海工程技术大学学报，2011，25（3）：217～220.