城市轨道交通概论单元课件.ppt

丁太生编辑,丁太生主讲,单元6 城市轨道交通信号与通信系统,教学目标,1.掌握城市轨道交通信号设备的特点、功能,2.了解列车自动控制系统的组成和功能,3.了解城市轨道交通通信传输系统的结构特点,4.掌握城市轨道交通通信传输系统组成部分的功能,6.1 城市轨道交通信号系统,为保证城市轨道交通系统列车运行的安全、可靠、准点、高密度和高效率，实现运输的集中统一指挥，行车调度自动化和列车运行自动化，对城市轨道交通信号与通信提出了很高的要求，因此其地位和作用十分重要。 城市有轨交通的信号和通信设备从早期的机械式装置到采用继电式电气设备，在到计算机时代的自动控制和远程控制体系。 信号是 “信号（显示）、联锁、闭塞”的总称，由各类信号显示、轨道电路、道岔转辙装置等主体设备及其他有关附属设施构成的一个完整的体系，是现代信息技术的重要领域。,一、信号装置,所谓信号装置，就是指示列车或车辆运行条件的信号及附属设备。以上海地铁一号线为例，信号装置包括色灯信号机、发车表示器及机车速度信号。信号表示是命令，必须遵照执行。色灯信号机是用不同的颜色灯光来显示信号。通常有红色、绿色、白色三种颜色。,6.1 城市轨道交通信号系统,红色表示禁止列车越过该信号机。绿色表示允许列车按规定的速度越过此信号机进出站。绿色闪光+白色表示允许列车以不超过20km/h的速度越过此信号机。,6.1 城市轨道交通信号系统,1. 色灯信号机及其显示进站信号机出站信号机调车信号机防护信号机复示信号机阻挡信号机引导信号机,6.1 城市轨道交通信号系统,2. 发车表示器及其显示 设于正线车站站台列车正向发送车端，由它来向司机表示什么时候关车门及什么时候可以发车。3. 机车速度信号 机车速度信号为数字式信号，设于列车驾驶室便于司机确认的地方。由双针数字速度计显示，其中红针所指表示最大允许速度，黄针所指为列车实际速度。列车速度在自动控制时速度由自动运行设备自动调节。列车在人工控制时，列车速度由人工按自动监控所需速度进行调节。,6.1 城市轨道交通信号系统,二、联锁装置,在城市轨道交通线路中，信号设备和轨道结构比大铁路简单得多。但由于有一些站可能要折返，还由于一些区间线路要考虑列车进出车辆段，这就要在线路上加入道岔，使线路可以分岔。有道岔区段的线路，轨道交通信号就要根据运行图，将道岔搬动到位，并锁定位置、给出信号，指示列车是走直线股道还是曲线股道，这就是联锁的概念。,6.1 城市轨道交通信号系统,1.联锁的基本概念,（1）调车：列车在车站内有目的地移动位置的作业过程，即转线作业过程。（2）联锁: 是指在有调车作业的轨道交通车站(或车辆基地等部门）,为保证行车安全，而将车站的所有信号机、轨道电路及道岔等相对独立的信号设备构成一种相互制约、互为控制的连带环扣关系，即联锁关系。,6.1 城市轨道交通信号系统,在介绍联锁关系前需要介绍一下道岔、信号和进路之间的制约关系。进路：是列车或调车车列在站内运行时所经由的路径，所有进路都有起点和终点。终点通常是下一个信号机、终点站、调车场或车厂。敌对进路：两条或两条以上会产生交叉、重迭的进路。,6.1 城市轨道交通信号系统,2.联锁的要求,开通进路的道岔位置未确定到位之前,防护该进路的信号机不能开放;进路的道岔开通后,即进入锁闭状态不能再转换,防护该进路的信号机开放,敌对进路信号机不能开放;在主体信号未开放前,预告信号复示信号均不能开放.,6.1 城市轨道交通信号系统,3、联锁技术及相应设备,进路空闲的检测技术。检查进路空闲是保证行车安全的重要条件之一，目前主要是利用轨道电路实现这一任务的。道岔控制技术。道岔是进路上的可动部分，如果对它控制不当，有可能造成列车或车列脱轨，或者造成列车或车列驶入停有车辆的线路而发生撞车事故。因此，如何控制道岔是非常重要的。,6.1 城市轨道交通信号系统,信号控制技术。信号机是联锁系统中极其重要的基础设备之一。只有在安全条件确认满足时才允许信号机开放，否则信号机必须在关闭状态。控制信号机的开放与关闭。直接关系到行车的安全。联锁技术。联锁技术是防止失误，且在失误的情况下仍能保证行车安全的技术。联锁技术是车站信号自动控制系统的主要内容。故障安全技木。对铁路信号系统来说，必须考虑在发生故障后，其后果不应危及行车安全。,6.1 城市轨道交通信号系统,4.联锁的种类,电锁器联锁 电锁器联锁就是道岔靠人力通过机械转换，信号机由有关人员通过电气或机械操纵，用电锁器完成联锁关系。继电联锁 用电气方法通过信号楼内的控制台操纵车站内的色灯信号机和电动转辙机，使信号机、进路和道岔实现联锁并能监督列车运行和线路占用情况，这就是继电联锁。在继电联锁中实现联锁的主要元件是继电器。20世纪50年代以后，继电联锁都采用电磁继电器，以逻辑电路实现联锁，全站的信号机和道岔可由一个信号楼集中控制。,6.1 城市轨道交通信号系统,微机联锁,继电器联锁设备经过多年的发展，在安全性和可靠性等方面都日趋完善。但随着铁路运输的发展和科学技术的进步，人们对联锁设备又提出了更高的要求，希望用小巧的电子器件代替体积庞大的继电器，进一步提高系统的性能。一九七八年世界第一个微机联锁系统在瑞瑞典哥德堡问世以来，微机联锁技术发展相当迅速。日、英、德、法等国家都竞相进行微机联锁的研究开发工作。经过十几年的努力，各国的微机联锁技术日趋完善和成熟。许多国家决定今后重点发展微机联锁系统，对新建铁路不再采用继电器联锁设备。,6.1 城市轨道交通信号系统,微机联锁系统是以微型计算机取代了传统的电气集中电路而构成的车站信号自动控制系统。在微机联锁系统中，计算机对车站值班员的操作命令和现场状态信息按规定的联锁逻辑进行分析与处理，实现对铁路车站信号设备的控制。理论和实践证明，微机联锁系统无论在安全性、可靠性，还是在经济效率上，都具有更大的优越性。随着科技的进一步发展，微机联锁系统也在不断的发展和完善。,6.1 城市轨道交通信号系统,三.闭塞装置,铁路线路以车站(线路所)为分界点划分为若干区间。列车在区间(分区)内运行的特点是：列车的运行轨道交通车辆是在一条特定的轨道上运行的，速度高，质量重，制动距离长，不能避让。由于是轨道交通，轨道起了承载和导向作用，列车A、B、C依次在线路上排队运行，不能超车、不能追尾相撞， 而且为了提高线路的运载能力又必须尽可能地缩短两列车之间的间距。,6.1 城市轨道交通信号系统,1.闭塞的基本概念:(1).定义:为了确保列车在区间内的运行安全，列车由车站向区间发车时，必须确认区间内没有列车，并需遵循一定的规律组织行车，以免发生列车正面冲突或追尾等事故。这种按照一定规律组织列车在区间内运行的方法，叫做行车闭塞法(简称闭塞)。办理闭塞所用的设备叫做闭塞设备。（2）方式：空间闭塞：把铁路线路划分为若干个段落(区间或闭塞分区)，在每个线段内同时只准许一列列车运行，这样使前行列车和追踪列车之间必须保持一定距离的行车方法。这种行车方法能严格地把列车分隔在两个空间，可以有效地防止列车追尾的发生，确保列车运行安全。这种行车方法是我国目前所采用的闭塞方法，我们所说的闭塞就是指空间间隔法。,6.1 城市轨道交通信号系统,时间闭塞：列车按照事先规定好的时间由车站发车，使前行列车和追踪列车之间必须保持一定时间的行车方法。这种行车方法因追踪列车不能确切地得到前行列车的运行状况，所以不能确保列车在区间内的运行安全，我国已不再使用此种行车方法。 正面冲突可根据两列对向列车不能同时向同一区间发车的原则来控制。,6.1 城市轨道交通信号系统,（3）闭塞的制式,1)人工闭塞：它采用电气路签或路牌作为列车占用区间的凭证，由接车站值班员检查区间是否空闲。因为这种方法在交接凭证和检查区间状态都要依靠人来完成，所以叫做人工闭塞。这种闭塞方法在我国已经很少采用。2)半自动闭塞：人工办理闭塞手续，列车凭信号显示发车后，出站信号机自动关闭的闭塞方法。发车站值班员必须在办理好闭塞手续后才能开放出站信号，列车出发后出站信号机自动关闭，在没有检测区间是否留有车辆的设备时，还须由接车站值班员确认列车的完全到达，办理解除闭塞手续。这种方法，因为既要人的操纵，又需依列车自动动作，所以叫做半自动闭塞。,6.1 城市轨道交通信号系统,3)自动闭塞：根据列车运行及有关闭塞分区状态，自动变换通过信号机的显示，而司机凭信号显示行车的闭塞方法。这种方法因为不需要人的操纵，所以叫做自动闭塞。,6.1 城市轨道交通信号系统,四.轨道电路,为使行进中的列车直接获取传输信号，从而达到固定的地面信号向车载信号传输显示的目的，利用两根钢轨构成电气回路，称为轨道电路。轨道电路的工作原理:,6.1 城市轨道交通信号系统,当轨道发生断裂时，轨道电路形成断路，轨道继电器同样失去电流导致红灯亮，从而形成保护作用。,6.1 城市轨道交通信号系统,五.列车自动控制系统ATC系统,针对城市轨道交通的特点，其信号系统与传统大铁路的信号系统在控制原理上基本相同，但他也有自身诸多特点：,6.1 城市轨道交通信号系统,城市轨道交通的信号系统是保证列车运行安全和提高线路通过能力的重要设施。传统的信号系统已不能适应城轨交通的发展，必须用一种能实现列车速度自动控制和列车运行间隔自动调整的新的系统来替代，这就是列车自动控制系统（Automatic Train Control System）。系统中后续列车根据与先行列车之间的距离和进路条件，在车内连续地显示出容许的速度信息，（或按设定的运行条件达到该容许速度的距离信息），根据上述信息列车自动地控制运行速度，以达到自动调整行车间隔的目的，提高运输效率，并由列车自动控制系统实现在车站的程序定位停车。,6.1 城市轨道交通信号系统,ATC系统取消了传统的地面信号，将机车信号作为主体信号，信号的含义发生了质的变化，传递给列车的是具体的速度和距离信息，系统能可靠地防止由于司机失误而超速或追尾等事故，确保列车运行安全。列车运行控制系统ATC (Automatic Train Control)包括三个子系统：列车自动监控系统ATS (Automatic Train Supervision)列车自动保护系统ATP (Automatic Train Protection)列车自动运行系统ATO(Automatic Train Operation) 简称“3A”系统。ATC是在保证行车安全，提高运营效率的情况下，实现列车的自动控制。,6.1 城市轨道交通信号系统,这三个子系统是通过信息交换网络构成闭环系统，可以充分发挥保证行车安全，提高运行效率，缩短行车间隔，促进管理现代化，提高综合运营能力贺服务质量的作用。其结构示意图如图,城市轨道交通信号系统按子系统设备所在区域，由以下部分组成:(1)行车指挥控制中心：由列车运行监视（调度监督）或列车运行监控（调度集中）或列车自动监控等子系统构成。(2)车站及轨旁子系统：由行车指挥系统车站设备、联锁、行车运行控制系统的地面设备及其与联锁设备的接口、列车识别等其他设备组成。(3)车载子系统：由机车信号和自动停车设备、车载ATP/ATO及列车识别等设备组成。(4)车辆段（场）子系统：由联锁设备、行车指挥系统等设备组成。,6.1 城市轨道交通信号系统,1.ATP,ATP子系统是保证行车安全的基本系统，可实现列车的间隔控制、超速防护和进路的安全监控、安全开关门的监督等功能，确保列车和乘客的安全。主要包括车载设备和地面设备。ATP主要功能有：轨旁ATP子系统的功能：(1)轨道区段空闲的检测；(2)自动检测车辆的位置；(3)控制列车运行安全间隔，满足规定通过能力；(4)连续监督列车速度，实现超速防护；(5)列车车门开、闭安全控制，为列车车门的关闭提供安全可靠的信息；(6)标志器及环线信息控制；,6.1 城市轨道交通信号系统,(7)目的地选择；(8)停站时间控制及自动启动等；（9）向ATO传送控制信息。车载ATP子系统功能：(1)接收和解译限速指令；(2)根据限速进行超速防护；(3)测速、测距；(4)停站校核；(5)控制车门开、闭，发送站台屏蔽门开、闭信息等；(6)具有故障自检和报警、记录功能。,6.1 城市轨道交通信号系统,2.ATS,ATS子系统主要由中央计算机网络系统和车站计算机或中断模块设备组成。它完成全县列车地运行管理和监控。其控制方式可由中心集中控制，也可由车站分散控制。ATS主要作用是编制、管理行车计划，实现对全线列车的监控和列车运行的自动调整。ATS主要功能有：控制中心ATS的主要功能：1)列车的运行控制等正常操纵；2)时刻表的编辑、修改和存储，时刻表延时修正的调整控制；3)列车位置的实时监视和列车运行轨迹记录；4)运行图管理（计划和实际运行图）；5)列车运行进路的自动设置，车站联锁状态的监督；6)故障记录等,6.1 城市轨道交通信号系统,轨旁ATS子系统1)列车的进路控制及其表示；2)遥控指令的解译及表示数据的编辑；3)折返模式控制；4)车地交换信息的编译；5)旅客向导信息、目的地信息的显示；6)停止控制逻辑及接口等；7)运行等级设定；8)列车识别。车载ATS子系统1)接收非安全控制信息；2)接收运行等级及其目的地等数据；3)发送列车状态的自诊断信息；4)旅客向导信息的提供等。,6.1 城市轨道交通信号系统,3. ATO,ATO系统以列车自动保护系统为基础、配置车载计算机系统及必要的辅助设备，主要执行站间自动运行、列车在车站的定点停车、在终点的自动折返等功能。它对于列车运行规范化、减少人为影响，在高密度、高速度运行条件下保证运行秩序有很大好处，在节约列车能耗方面也有一定作用，同时还可以减轻司乘人员的劳动强度。ATO主要由车载设备和地面设备组成。,6.1 城市轨道交通信号系统,轨旁ATO子系统(1)车站程序定位停车的车地信息交换；(2)定位停车校核，车门和站台屏蔽门开、闭控制。车载ATO子系统(1)列车运行速度的自动调整；(2)惰行、加速、减速控制；(3)定位停车程序控制；(4)出发控制；(5)自动折返；(6)发送停站及列车长度信息等。,6.1 城市轨道交通信号系统,为保证城市轨道交通系统列车运行的安全、可靠、准点、高密度和高效率，实现运输的集中统一指挥，行车调度自动化和列车运行自动化，城市轨道交通系统必须配备专用的、完整的、独立的通信系统，供构成城市轨道交道系统的各职能部门之间的有机联系和行车的调度指挥。,6.2 城市轨道交通通信系统,一、城市轨道交通通信概述,1、城市轨道交通对通信的要求 能迅速、准确、可靠地传递和交换各种信息。例如，将各站的客流量、沿线列车的运行状况等信息及时地传送到调度所，并将调度所发布的各项调度命令以及各种控制信号传送至各个车站的执行部门和机构，从而使轻轨系统的运行始终处于有条不紊的状态。,6.2 城市轨道交通通信系统,2、城市轨道交通通信的分类（1）按功能分：a.自动电话通信子系统:供一般公务联系用；b.专用通信子系统:直接指挥列车运行；c.广播子系统:向乘客报告列车运行信息；d.闭路电视子系统:用以监视车站各部位、客流情况及列车停靠、车门开闭和起动状况；e.传真及数据通信子系统:用传送文件和数据。,6.2 城市轨道交通通信系统,（2)、按传输媒介分,程控交换系统光纤传输系统广播系统闭路电视监控系统无线通信系统 上述五大系统通过电缆、光缆、漏泄电缆、天线、电磁波等传输媒介，构成一个互相关联互相补充的整体通信系统。 城市轨道交通专用通信系统应是一个既能传输语音信号，又能传输文字、数据和图像等各种信息的综合业务数字通信网。,6.2 城市轨道交通通信系统,二、通信网的基本结构,构成通信网的基本要素是终端设备、传输设备和交换控制设备。将终端设备、传输设备和交换控制设备按照适当的方式连接起来，就可构成各种形式的通信网。城市轨道交通系统的通信网的构成方式必须与城市轨道交通系统本身的构成方式相适应。根据城市轨道交通系统中控制中心和各车站的地理位置分布及线路的构成情况，城市轨道交通系统的通信网大体上有总线型、星形一总线型和环型等几种基本构成形式，如图所示。,6.2 城市轨道交通通信系统,三、通信网的组成,按总线型方式构成的通信网的设备组成如图所示。根据城市轨道交通系统对通信的要求，在控制中心和各个车站均配置相应的设备。其中B为广播设备，C为闭路电视设备，E为交换设备，与这些设备相连接的有各种终端。例如，与交换设备相连接的有普通电话机、传真机、数据终端和调度电话机等。,6.2 城市轨道交通通信系统,1、光纤数字传输系统,光纤是光导纤维的简称，光纤通信是以光波为载体，以光导纤维为传输介质的一种通信方法，由于光纤传输具有频带宽、容量大、抗干扰性强，以及耐腐蚀，重量轻等特点，已成为城市轨道交通通信传输系统最主要的方式。光纤传输系统主要由光端机、光缆、光中继器以及PCM（脉冲编码调制-Pulse Code Modulation decoding）复接设备等组成。,6.2 城市轨道交通通信系统,2、数字程控交换系统,数字程控交换机是将输入的模拟信号，进行模/数转换，变成数字信号，再进入交换网络。数字程控交换网，除了提供一般公务电话通信外，还可实现其专用的通信业务。（1）、专用电话系统专用电话系统是为控制中心调度员、车站值班员、车辆段值班员、以及车站保安人员等使用的内部专用电话提供自动交换功能。. 调度电话调度电话的调度台，设于控制中心的调度所内，调度台根据调度功能，设有列车调度台，电力调度台，防灾报警调度台及总调度台，总调度台只与其他三个分调度台通话，而三个分调度台都与调度分机相连，列车调度分机设在各个车站及车辆段；电力调度分机设在各变电站的值班室；而报警调度分机设在各车站及所属业务部门。,6.2 城市轨道交通通信系统,. 站间行车电话利用程控交换网在站间建立双向热线的行车电话，以供相邻两站车站值班员之间联系有关的行车事务，它具有直线电话的功能，任一方只要摘机不必拨号，就可以与对方站建立通话。,6.2 城市轨道交通通信系统,. 轨道沿线电话为保证城市轨道交通系统运行、维护及应急的需要，使工作人员在轨道沿线随时与调度中心及有关部门取得联系。在轨道沿线每隔500米左右间距，设置轨旁电话，每23个电话机并联后，通过专用电缆，连向最近的车站交换设备，程控交换网可为所有的沿线电话机，提供与其他分机，及各调度台联系的功能。. 车站集中电话机为了使车站的各职能部分，与车站或本地区的相关单位进行通信，各车站均设置集中电话机，集中电话机的控制台，可采用数字式多功能电话机，它可通过快速呼叫键，呼下属分机，自由地与其他分机联系，分机与集中电话机之间建立延时热线，分机呼叫集中台时，分机只需摘机，等数秒后，便可与集中台通话，如果分机在摘机后数秒内拨了其他分机的号码，则分机可以与其他分机通话。,6.2 城市轨道交通通信系统,（2）传真通信与数据通信,利用城市轨道交通的程控交换网还可以实现传真通信和数据通信业务。只要将传真机（FAX）与电话机并联，接入程控交换网，就可以进行传真通信，通信的建立是通过电话机拨号来实现的。数据通信是传送数据为业务的一种通信方式，以实现计算机之间，计算机与数据终端，以及数据终端之间的通信，城市轨道交通系统中，控制中心与各车站之间可用数据通信方式，来传递文件和数据。,6.2 城市轨道交通通信系统,3、闭路电视监控系统,为了确保列车的运行安全，及时向有关人员提供车站各部位的安全情况以及客流、列车停站、售、检票情况、列车门开启、关闭等现场实时图象信息，所以设置闭路电视监控系统。闭路电视监控系统由控制中心集中监控系统和车站闭路电视监控系统两部分组成。系统由摄像机、监视器、控制切换设备以及传输线路等部件构成。,6.2 城市轨道交通通信系统,（1）控制中心的集中监控系统,在控制中心的各调度台上，配备一定数量的监视器，和一个带键盘的控制台，调度员可通过键盘，来选择所希望了解的车站，及车站某个部位的客流情况和突发事件图象；相应的选择信号，经PCM光纤传输系统，发到各个车站的控制单元，各个车站设备收到选择信号后，与本站的编码进行比较，若一致，进一步确定选择哪几个摄像机，然后经图象切换设备，将选中的图象输出，再经过调制器调制复用后，电/光转换，沿光纤送至控制中心，在控制中心，要进行光/电转换，再经过解调器，将几路图象信息，分开送入图象切换单元，图象信息送至相应的监视器；为了便于识别，各个车站备有图象字符发生器，以产生车站名，摄像机号码，日期、时间，并叠印在送往控制中心的个图象上。,6.2 城市轨道交通通信系统,（2）车站闭路电视监控系统,车站闭路电视监控系统为，车站值班人员提供车站现场的实时图象，它不仅受车站值班人员的控制，也受控制中心的控制。车站闭路电视监控系统的监视点，视车站构造而异，一般应在车站的站台区和站区、以及出、入口区、自动售、检票区，设置摄像机进行监视，其中车站站台区的图象，还为司机提供旅客上、下车，及车门关闭情况的信息。,6.2 城市轨道交通通信系统,4、无线通信系统,为了使移动状态下工作的乘务人员，及时地与有关指挥部门取得联系，所以不仅应设置有线通信系统，还必须设置无线通信系统。无线通信系统由基地台、天线及射频电线、隧道内的漏泄同轴电缆、列车无线电台设备、控制台、电源及便携式无线电台等组成。,6.2 城市轨道交通通信系统,5、车站广播系统,车站广播系统是实现集中管理的重要组成部分。列车到站及离站的实时予告信息，非常情况下的疏导信息等，通过该系统及时向旅客通报，同时，为组织好行车，应及时将运行信息告之行车相关人员。为了实现集中管理，车站广播系统除了车站广播外，还可由控制中心集中播音。（1）车站播音车站播音台，配有播音区域选择键盘和送话器，在通信室还设有前置发大器、功放及控制接口单元等设备。,6.2 城市轨道交通通信系统,（2）控制中心播音在控制中心设有列车调度、电力调度和防灾调度三个播音台，三个播音台之间互锁，也即只允许一个播音台播音。三个播音台，分别配有广播区域选择键盘和送话器。,6.2 城市轨道交通通信系统,复习与思考,一、判断题1、绿色信号灯表示允许列车按规定的速度越过此信号机进出站。（ ）2、列车和车辆在区间内运行的径路叫做进路。（ ）3、机车速度信号为模拟信号，设于列车驾驶室便于司机确认的地方。（ ）4、轨道电路是为了使列车与信号装置或列车与发送速度命令装置直接发生联系的电路。 （ ）5、城市轨道交通专用通信系统应是一个既能传输语音信号，又能传输图像等各种信息的综合业务数字通信网。（ ）6、典型的地铁无线通信系统，为了实现双向通信，所以设置了3个频率对（每个频率间隔10MHZ）。（ ）,二、填空题1、信号设备的主要作用是保证行车的安全和提高线路的通过能力，包括 、 和 等。2、组织区间行车的基本方法，一般有 、 两种。3、目前用于城市轨道交通系统的闭塞方式有 、 和 三种。4、列车自动控制包括 、 和 三个子系统5、构成通信网的基本要素是 、 和 。6、城市轨道交通系统的通信网大体上有 、 和 等几种基本构成形式。7、光缆传输系统主要是由 、 、 和 组成。,复习与思考,三、问答题1、试述信号系统的重要性？2、试述联锁和闭塞的概念。3、列车自动保护系统（ATP）子系统的主要功能是什么？4、轨道交通的通讯系统有哪几部分组成？,复习与思考,