高嵘华

(西安铁路职业技术学院,西安　710014)



城市轨道交通点式ATC系统的改进研究

高嵘华

(西安铁路职业技术学院,西安710014)

摘要：点式ATC系统在城市轨道交通中,已被独立采用或者作为CBTC系统的降级模式使用,但其不具备屏蔽门联动、闯红灯防护、临时限速及紧急关闭等一些运营需要的必要功能,因此无法成为主用系统。针对基本点式ATC系统的上述不足,通过在基本系统上增加车地传输设备,提出改进点式ATC系统的解决方案。通过分析,改进型的点式ATC系统可很好地满足用户的需求,并可作为一些市域轨道交通线路的主用系统来使用。

关键词：点式系统；轨道交通；车地传输

1点式ATC系统概况

1.1点式ATC系统在国内应用概况

点式ATC系统是采用高信息容量的点式通信设备(如应答器、环线等)进行地对车通信的列车控制系统，其结构简单，安装灵活，可靠性高，价格明显低于连续式ATC系统。目前，在城市轨道交通中有所应用，但点式ATC系统闭塞制式属于固定闭塞，列车制动的终点总在某一分区的边界，列车间的安全间隔较大，线路的使用效率较低，因此点式ATC难以胜任列车密度大的情况。由于地对车通信只能在特定的地点进行，无法与列车进行连续通信，故列车在行进过程中调度人员无法随时进行干预。在城市轨道交通中点式ATC系统多用作运量较小的线路(如上海地铁5号线)以及CBTC系统的后备降级模式。

在后备降级模式中，当CBTC系统车地传输出现故障或轨旁ATP设备故障时，会降级使用点式ATC应急模式保证运营的延续性。点式ATC系统是基于轨旁和车载之间非连续式的信息传输，实现列车自动控制的信号系统，普通的点式信号系统一般只具备从轨旁到车载的单向传输能力。点式ATC信号系统一般结构如图1所示。

图1　点式信号系统结构

1.2点式ATC系统原理

点式信号系统的基本原理是符合欧洲铁路列车控制系统ETCS-1标准，根据列车检测设备的占用实现列车定位，通过轨旁的应答器提供的编码数据或者车载存储的线路地图，同时利用测速里程计辅以加速度计或雷达等进行精确测速(距)定位，这样列车就能连续监控自身定位及运行方向。在点式模式下，地面联锁设备根据系统设计确定相关进路及列车的间隔控制(通常为站间闭塞)。当进路建立，信号开放的信息由可变应答器传送至经过列车，列车根据读取相关进路信息计算列车的速度防护曲线，保证列车不会进入未被防护区域。但是列车一旦通过点式信号点在区间内运行时，列车的速度防护曲线不会改变，直至到达下一个点式信号点。在城市轨道交通中的一般站间闭塞中，可实现一次模式曲线的控制，但在分割的长大区间内只能实现分级曲线控制模式。其列车运行间隔控制在3 min左右。

在点式ATC系统中，由于车载ATP能够计算出列车速度防护曲线，因此车载ATO在ATP的数据支持下，也能计算出ATO速度曲线，此时同样可以采用ATO驾驶列车，以降低司机的劳动强度。

1.3点式ATC系统的不足

点式ATC系统因受制于非连续式通信的特点，造成具备需要连续监控的功能缺失，尤其是缺少一些运营的必备功能，具体表现在以下几个方面。

(1)屏蔽门联动及站台防护功能

为增加城市轨道交通运行的安全性及节能需求，目前大部分线路均在站台设置屏蔽门，因此信号系统与屏蔽门的联动将成为很重要的一项功能，由于基本的点式ATC系统无法实现车地之间的双向通信，因此不具备屏蔽门联动功能；只能依靠司机手动开关屏蔽门并人工保证安全，加重了司机及车站工作人员劳动强度，降低了运营效率。另外，在站台屏蔽门非正常打开或站台紧急关闭时，需要司机人工阻止列车进站或出站，虽然可增加相关表示器来解决司机的瞭望问题，但终究无法实现系统的自动连续防护和监控。

(2)闯红灯防护功能

列车在站台或折返轨停车时，通常停在与信号机连接的可变应答器的外侧，若前方信号未开放(为红灯)时，司机误操作列车牵引手柄，会造成列车的移动，不但影响列车的运营效率(列车收到可变应答器红灯时，会造成列车降级)，同时还会增加列车运行的安全风险。由于基本的点式ATC系统无法实现车地之间的双向通信，因此当前方信号未开放(为红灯)时，车载ATP系统无法得到地面信号机的状态，只能依靠人工进行保证。

(3)临时限速

临时限速是指线路固定限速以外的、具有实效性的限速，包括：施工、维修引起的计划性限速，自然灾害、设备故障引起的突发性限速等。由于基本的点式ATC系统无法实现车地之间的双向通信，因此临时限速信息无法从中心或地面发送给车载，无法实现临时限速功能。

2点式ATC系统的改进

近期，国内多地即将建设一些市域轨道交通线路，这些线路具有运行速度较高，站间距较大，客流量较小，采用城市轨道交通公交化运营模式等特点。由于CBTC系统在列车高速时车地信息传输效果较差，同时造价相对较高，因此并不适用于上述线路；而基本点式ATC系统则缺少上述必要功能，降低了系统的可用性。因此，对基本点式系统进行了改进，解决上述点式系统的不足，作为适用于运行速度较高，站间距较大，客流量较小，采用城市轨道交通公交化运营模式线路的主用系统。改进型点式ATC系统结构如图2所示。

图2　改进的点式信号系统结构

改进型点式ATC系统在原有系统中增加了车地传输设备，设备可采用无线或者交叉感应环线等设备，设置于列车上和正线站台及折返轨等地点，同时传输设备与车载ATP/ATO以及地面联锁、ATS连接。

改进型点式ATC系统对上述问题，解决方案如下。

2.1屏蔽门联动

当列车停稳且具备开门条件后，车载ATP可通过车地传输设备将车门打开的命令传给地面联锁，联锁控制屏蔽门打开，同时联锁采集到屏蔽门已打开，把信息传递给车载ATP；当列车需要关门时，车载ATP将关门命令再次通过车地传输设备发送给地面联锁，联锁控制屏蔽门关闭，从而实现车门与屏蔽门的联动功能。

2.2站台防护

如图3所示，在站台设置进站信号机，列车进入站台前，若联锁监测到屏蔽门打开或紧急关闭按钮被按下，进站信号机立即关闭。此时列车收到信号机前可变应答器红灯，ATO会控制列车在站外停车。列车进入站台后，若联锁监测到屏蔽门打开或紧急关闭按钮被按下，出站信号机立即关闭，同时联锁通过车地传输设备(如环线)向车载ATP发送紧急停车命令，车载ATP立即紧急制动。

图3　紧急关闭功能示意

2.3闯红灯防护功能

列车在站台或折返轨停稳后，若前方信号未开放(为红灯)时，此时地面联锁将信号机红灯信息通过车地传输设备发送给车载ATP，车载ATP收到信号未开放信息后切除列车的牵引，并保持制动状态，此时司机操作牵引手柄，列车也不会移动，保证了列车安全。当发车条件满足，出站信号开放，则地面联锁将信号机开放信息通过车地传输设备发送给车载ATP，车载ATP收到信号开放信息后，取消切除列车牵引命令，司机确认信号后可以行车。

2.4临时限速

在进路始端信号机前方设置可变应答器，此应答器不但向车载ATP发送信号机的信息，同时发送临时限速信息，如图4所示：

图4　临时限速功能示意

当需要在进路内区段设置临时限速时，运营人员通过ATS设置临时限速命令，ATS将信息发给联锁，联锁通过LEU将临时限速命令通过应答器发送给车载ATP，列车在读取到该进路对应的可变应答器时，获取到进路对应的临时限速值，若存在多个临时限速，车载将执行最严格的临时限速。

2.5其他功能

除满足上述功能外，改进型的点式系统还可以实现以下功能。

(1)简单的运行图调整功能

当列车处于站台时，调度员可人工或者ATS自动下发列车的运营等级和站停时间命令，命令通过车地传输设备传给车载ATO系统，则ATO则会在下一区间中按照新下达的运营等级和站停时间运行，从而实现运行图的调整功能。

(2)保护区段立即解锁功能

如图5所示，在列车折返区段或其他有岔区段，进路的保护区段会锁闭道岔区段，当列车进入站台后需要等待一定的进路解锁时间，保护区段才会消失，此时侧向的进路才可以办理，这样会影响列车的营运效率。而在改进型的点式ATC系统，列车进入站台轨后，车载ATP会下发停稳信息，通过车地传输设备发给地面联锁设备，联锁收到信息后，确认列车停稳则会立即解锁保护区段，排列侧向进路，提高了运行效率。

图5　保护区段立即解锁功能示意

3结语

综上所述，符合ETCS-1级标准的点式ATC系统，通过局部增加车地传输设备不但满足基本系统存在的不具备屏蔽门联动、闯红灯防护、临时限速及紧急关闭等功能的缺点，同时还具有基本的运行图调整功能和保护区段立即解锁功能。上述功能的完善，使点式系统能够很好的适应市域轨道交通线路运行速度较高，站间距较大，客流量适中，采用城市轨道交通公交化运营模式等特点，为市域轨道交通信号系统提供了新的选择。

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Research on Improvement of Intermittent ATC SystemGAO Rong-hua

(Xi’an Railway Professional Technology Institute, Xi’an 710014, China)

Abstract：Intermittent ATC signal system has already been used in urban rail transit as an independent system or the standby mode of CBTC system. As it does not have the necessary functions, such as interlocking between the vehicle door and the platform screen door, protection of breaking red light, temporary speed limit and emergency stop, the system can not be used as the main system. In view of the insufficiencies of intermittent ATC system, train-ground communication equipment can be added for improvement. The analysis indicates that the improved intermittent ATC system can meet the customer requirements and serve as the main system for regional suburban rail transit.

Key words：Intermittent system; Rail transit; Train-ground communication

中图分类号：U239.5； U231+.7

文献标识码：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.05.036

文章编号：1004-2954(2015)05-0158-03

作者简介：高嵘华(1971—),女，副教授，1993年毕业于兰州交通大学电信系信号专业，E-mail:453198525@qq.com。

收稿日期：2015-01-13