關于地鐵信號系統(tǒng)自動控制功能分析論文
1概述
基于無線通信的城市軌道交通信號系統(tǒng)，主要包括以下三大功能子系統(tǒng)：列車自動監(jiān)控子系統(tǒng)，列車自動防護子系統(tǒng)以及列車自動駕駛子系統(tǒng)。三個子系統(tǒng)以無線信息交換網(wǎng)絡構成閉環(huán)系統(tǒng)，將現(xiàn)地控制與中央控制、地面控制與車載控制相互結(jié)合起來，構成一個列車自動控制系統(tǒng)，主要以安全設備為基礎，集行車指揮、運行調(diào)整以及列車駕駛自動化等功能為一體。
2地鐵信號系統(tǒng)自動控制基本功能
2.1列車自動監(jiān)控子系統(tǒng)(ATS)的功能
ATS子系統(tǒng)負責對列車運行的情況進行自動監(jiān)控，有以下基本功能：(1)列車識別功能。ATS人機界面的軌道顯示列車識別號信息，包括列車車次號及列車運行方向，中央ATS可以自動生成列車識別號，由專業(yè)人士進行修改，或由列車向ATS發(fā)送此類信息。(2)列車追蹤功能。ATS子系統(tǒng)根據(jù)列車位置、操作員請求及列車調(diào)整請求來完成列車的創(chuàng)建、刪除及移動操作。(3)自動排路功能。ATS列車調(diào)整子系統(tǒng)提供自動列車進路，利用列車時刻表中的列車目的地號來自動排列列車進路，列車根據(jù)目的地號自動沿著線路運行，根據(jù)目的地號信息自動開放進路、停站以及在�？空鹃_/關車門。(4)列車自動調(diào)整功能。正常運營模式下，時刻表調(diào)整能夠自動控制列車運行，將列車與時刻表(由運營管理者編制)之間的偏差降至最低。(5)列車運營時刻表管理功能。行車管理人員通過時刻表編輯軟件離線編制多個列車運營時刻表，同時ATS提供在時刻表中增加車次、延長列車營運時間等在線調(diào)整功能。
2.2列車自動防護子系統(tǒng)(ATP)的功能
ATP子系統(tǒng)控制列車在安全條件下行駛，主要包括以下基本功能：(1)列車定位功能。通過列車提供的速度、距離以及線路等方面信息，確定列車安全位置及非安全位置，ATP系統(tǒng)利用安全位置對列車進行安全防護。(2)列車追蹤功能。該功能提供數(shù)據(jù)以保持安全的列車間隔，ATP子系統(tǒng)根據(jù)列車位置報告、道岔位置構建追蹤占用地圖，通過非安全位置和位置及其不確定性計算安全的列車兩端位置。(3)列車移動授權功能。在車載控制器運行良好的情況下，利用ATP限制固定數(shù)據(jù)和ATP可變限制數(shù)據(jù)計算ATP運行曲線，此時系統(tǒng)將移動授權限定在前方列車尾部后面的安全間隔外方停車點。(4)速度監(jiān)督校正功能。車載控制器對速度傳感器和加速計輸入的速度數(shù)據(jù)一致性進行監(jiān)控，記錄檢測到的速度或速度傳感器非常規(guī)變化信息。(5)停車位置保證功能。停車保證通過比較移動授權和當前列車位置和速度進行判斷，系統(tǒng)接收到進路取消請求后，將延遲一段時間用以保證列車制動停車需要。(6)溜車防護功能。車在站臺區(qū)域停車時，車載控制器須確保列車處于靜止狀態(tài)。如果系統(tǒng)檢測到列車在沒有命令的情況下有了物理位置的移動，車載控制器將實施緊急制動。
2.3列車自動駕駛子系統(tǒng)(ATO)的功能
ATO子系統(tǒng)控制列車自動運行。它在ATP系統(tǒng)的保護下，根據(jù)ATS發(fā)送的指令實現(xiàn)列車運行的自動駕駛、自動調(diào)整速度和控制車門，主要包括以下基本功能：(1)自動運行功能。ATO子系統(tǒng)控制列車按運行圖規(guī)定的區(qū)間走行時分行車，自動完成列車啟動、加速、巡航、惰行、減速和停車的合理控制。(2)列車精確停車控制功能。在ATP防護下，通過車地通信設備和軌旁設備實現(xiàn)自動列車精確停車控制。(3)在線列車監(jiān)控功能。ATO車載控制器將列車運行的有關信息傳遞至ATS子系統(tǒng)，實現(xiàn)ATS子系統(tǒng)對在線列車實時監(jiān)控。(4)節(jié)能舒適調(diào)節(jié)功能。ATS子系統(tǒng)根據(jù)高峰和非高峰運營時段的列車運營情況，通過ATO系統(tǒng)實施不同的節(jié)能運行方案，在不降低服務質(zhì)量的前提下，采用適宜的`速度曲線控制列車運行和保證乘客的舒適度。
3CBTC系統(tǒng)自動控制功能在地鐵運營模式上的體現(xiàn)
3.1列車自動駕駛模式
在ATO和ATS控制下以及ATP防護下，列車進行自動駕駛。同時在線列車的啟動、加速、巡航、惰行、制動、精確停車均由ATO子系統(tǒng)自動控制。而在進入ATO駕駛模式后，系統(tǒng)設備正常且沒有人為干預，此駕駛模式將維持不變。ATO子系統(tǒng)開關車門和安全門(部分城市仍采用司機控制開關門模式)。當列車準備發(fā)車時，列車司機按發(fā)車按鈕啟動列車的自動駕駛。
3.2ATP列車人工駕駛模式
在列車司機顯示器顯示的ATP速度限制下，列車司機控制列車速度，ATP子系統(tǒng)實現(xiàn)列車自動防護的全部功能，站臺停車以及車門及安全門的開關均由車載控制器允許的門操作模式實施控制。
3.3限制人工駕駛模式
限制人工駕駛模式是降級的駕駛模式，列車運行具有最高限速。在這種模式下，列車司機按照軌旁信號顯示運行且不能超過25km/h限速。該模式在車輛段和轉(zhuǎn)換軌內(nèi)是正常駕駛模式。
列車運行的安全由聯(lián)鎖設備、ATP車載控制器、調(diào)度人員、司機共同保證。此外，站臺停車精度以及車門及安全門的開關均由人工控制。
3.4點式列車駕駛模式
列車在ATP監(jiān)督下安全的運行，此時ATP信息來自信號機處動態(tài)信標，系統(tǒng)提供包括列車超速防護功能、間隔防護功能、闖紅燈防護功能和車站站臺區(qū)域停車窗保護功能等。司機根據(jù)地面信號顯示，利用TOD顯示的速度限制來駕駛列車。在車載控制器允許的情況下，站臺停車精度以及車門及安全門的開關由司機人工控制。
3.5非限制人工列車駕駛模式
非限制人工列車駕駛模式下將切斷車載控制器輸出，司機根據(jù)調(diào)度命令和地面信號的顯示駕駛列車。列車運行的安全由聯(lián)鎖設備、調(diào)度人員、司機共同保證，站臺停車精度、車門及安全門的開關均由人工控制，從其他運營模式切換到NRM模式時要求列車停車進行，否則列車電路會施加緊急制動。
4地鐵信號系統(tǒng)自動控制功能發(fā)展趨勢
地鐵信號系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢體現(xiàn)在以下3個方面。第一：隨著通信技術的發(fā)展和計算機網(wǎng)絡技術的進步，單一線路的ATS控制系統(tǒng)將向集成化程度更高的城市綜合軌道交通控制系統(tǒng)發(fā)展，實現(xiàn)軌道交通網(wǎng)絡綜合監(jiān)控;第二：目前國內(nèi)普遍采用的ATO自動駕駛模式在列車出站時仍需要司機發(fā)出發(fā)車命令，在CBTC系統(tǒng)運營日漸趨于穩(wěn)定后，通過系統(tǒng)升級等方式實現(xiàn)全程無人ATO駕駛功能，信號系統(tǒng)自動控制列車行駛，降低運營單位生產(chǎn)壓力的同時提高社會經(jīng)濟效益;第三：當前各城市地鐵線路間均有聯(lián)絡線預留，為線路間的互聯(lián)互通提供了基本的物理條件，在車型、軌道線路等條件允許下，各系統(tǒng)承包商開放系統(tǒng)接口的情況下，通過升級車載控制器，CBTC列車將實現(xiàn)各線路間的互聯(lián)互通，為更靈活的運營調(diào)度提供方便。
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