城市轨道交通ATO系统.ppt
2023/9/7,1,4-3 ATO子系统,一、ATO系统结构 ATO作为列车自动控制系统（ATC）的一个重要的子系统，利用车载固化信息和地面信息实现对列车牵引、制动的控制，使列车经常处于最佳运行状态，提高乘客的舒适度，提高列车准点率，节约能源。,2023/9/7,2,ATO是提高城市轨道交通列车运行水平(准点、舒适、节能)的重要技术，但它的功能是要依靠ATC各子系统协调工作共同完成的。ATO并不是故障安全系统，它的运行速度始终低于ATP的防护速度，且它的运行任务是由ATS根据需求实时给出的，缺少ATP和ATS子系统，ATO将无法正常工作。ATO的系统结构图如图3-4所示。,2023/9/7,3,2023/9/7,4,如上所述，利用ATO可以提高列车运行的性能指标，这些性能指标主要有以下几点：(1)高效性。ATO应能提高通过能力，在采用一定的车辆类型、信号设备和行车组织方法条件下，提高轨道交通系统线路的各项固定设备在单位时间内(通常是小时)所能通过的列车数。,2023/9/7,5,(2)准时性。地铁系统是按照一定的时刻表运行的，每一列车都有其运行时分，若误点运行，将会打乱整个地铁系统的运行作业。这就要求ATO能自动快速的调整列车的运行时分，使整个系统有序地运行。,2023/9/7,6,(3)停车精度。地铁站台长度固定，停车位置不准确将影响乘客的上下车，尤其是在带有屏蔽门的站台，这一问题更明显。停车精度还有可能影响列车与地面的通信。这要求ATO在停车前能快速精确地调整速度。,2023/9/7,7,(4)舒适性。为了提高舒适性，列车加减速度的绝对值不能过大，加减速度的变化不能过分频繁。(5)节能。要求列车以尽量合理的速度运行，并且尽量减少制动。,2023/9/7,8,二、ATO系统主要功能ATO有以下主要功能:1.站间运行控制 这是ATO系统的最主要功能。它可生成牵引速度调节功能和制动控制信号，其模块调速器以渐进和恒定的速率加速列车到达由限速设定的运行速度，列车到达限定速度后，ATO根据站间距离和站间运行时间自动计算出速度距离曲线，通过连续比较实际速度和限速以控制列车的牵引和制动系统，应用闭环控制技术达到速度调节的目的，它控制列车速度到ATP速度命令、ATS运行等级或车站停车曲线所决定的最低参考速度，列车行驶速度一般被保持在上述参考速度05km/h的范围内。在高峰期间，按照最大允许速度驾驶列车，在低峰期间，按照最节能的方式驾驶列车。,2023/9/7,9,2.列车自动调整 列车运行期间，ATO列车自动调整通过对列车实际运行时分与计划时刻表内的运行时分的比较，用报文的形式把相应的信息（运行时分计算值）通过轨道电路传给列车车载ATO。与此同时，ATS通过控制运营停车点的释放时间，来控制列车的发车时刻从而调整列车在站内的停留时间，使列车按照时刻表内的时间运行。列车自动调整的原则是列车按时刻表和最大可能的节能原则。,2023/9/7,10,3.定位停车控制 对运行的列车而言最重要的作业之一便是在车站的定位停车，通常司机在制动时全凭直觉估计到停车点的距离，根据当时的速度来推算减速度，也既完全按“记忆模式”来操作制动阀，要做到定位停车是相当困难的，所以必须研究列车自动定位停车，尤其对于设置站台屏蔽门的城市轨道交通尤为重要。,2023/9/7,11,定位停车控制一般采用距离控制方式为多，所谓距离控制方式是根据制动开始点到定位停车点之间的距离以及列车速度、列车重量、天气情况、空走时间、线路条件时算出制动模式。在定位停车点的附近进行阶段缓解，以不断修正停车位置的误差，来保证定点停车。,2023/9/7,12,为了保证列车能在车站定位停车，一般应在车站内设有地面标志器（如图3-5所示），当列车接近车站时，它首先检出离停车点350m的最外方的标志器(110kHz，140kHz)，从而启动车站制动曲线并点亮司机操作台上的程序停车表示灯，列车通过离停车点150m中间标志器(120kHz，150kHz)和离停车点25m的内方标志器(160kHz)时分别更新制动曲线，而当列车对位天线检出8m标志(14.4kHz)时，,2023/9/7,13,再次更新制动曲线，一旦车辆对天线直接位于地面对位线圈，控制列车精确定位停车，这时地面向列车发送对位信息(13.2kHz)，车辆检出此信号时，ATO将设定常用全制动并启动开门程序，当车门打开，程序停车表示灯将熄灭。如果跳停生效，说明列车在该站不停，所以跳停表示灯点亮，程序停车表示灯不亮而且标志器的输入不起作用，列车根据ATP/ATS速度命令下运行。,2023/9/7,14,2023/9/7,15,在程序停车正在作用时，车站停车功能还可以通过司机按下跳停按钮来取消，即在列车对位信号生成前，在任何时间都可以人工取消一次程序停车，跳停的输入，不论由ATS还是由人工输入，只能取消一个车站停车。,2023/9/7,16,4.车门控制及站台屏蔽门的开启 当列车停于定位停车的允许精度范围内时，列车的定位天线联向站台定位发送器和接收器，站台定位发送器向车辆定位接收器发送列车停站信号，ATO子系统确认列车到达指定的定位区域后，将该信号传给ATP子系统，以保证列车制动。当ATP子系统检查完开门条件，允许车辆开门并给出命令后，ATO自动打开车门。,2023/9/7,17,有了车门打开信号后，车辆定位发送器改发屏蔽门信号，当站台定位接收器收到此信号，通过调节屏蔽门继电器将与列车车门位置与数量都相对的屏蔽门打开，屏蔽门和车门的开门时间应在小于1秒时间内同步启动，关闭时间应大致相同。,2023/9/7,18,5.自动折返 列车自动折返可以由ATO控制并受ATP的监督。无人驾驶的列车自动地从站台线驶入折返线并停下，在换端之后列车转回车站进入另一站台线。,2023/9/7,19,4-4 ATS子系统,一、概述 现代城市轨道交通系统是一个在高载客量、高密度下运行的自动控制系统，列车之间的运行间隔甚至已经缩短至2min以下。对这样的系统已经完全无法采取人工方式进行调度和管理。列车自动监控(Automatic Train Supervision)系统正是为了满足这样的需求而开发的一种基于计算机网络的、智能化自动控制系统。,2023/9/7,20,ATS系统是整个城市轨道交通系统的运营核心，在ATP(列车自动防护)、ATO(列车自动运行)系统的支持下完成对列车运行的自动监控，它负责监视和控制线路中所有列车的运行状态。ATS由一个位于控制中心（OCC）的远程监控系统以及每个车站的现地设备(现地ATS)组成。在通常情况下，地铁提供一个列车和地面之间的双向数据交换，供停站、出发、排列进路和中央控制设备监督使用。,2023/9/7,21,ATS系统的数据交换媒介便是车地通信（TWC）信息交换系统。ATS系统自动负责运行列车的进路控制、列车跟踪、运行图编制以及列车运行状态的调整，只有在系统或设备故障时才需要监控人员的人工介入，因此可极大地降低工作人员的劳动强度，并提高系统运行效率和自动化程度。,2023/9/7,22,二、系统主要功能 ATS系统的核心业务主要包括进路控制、列车移动监督、运行图管理、运行调整、旅客向导、仿真培训和系统数据库管理等方面。,2023/9/7,23,1.进路控制 系统可根据列车目的地，由系统自动建立进路，系统也可根据实际运营需求系统运行状态以及最大限度地提高系统的运行效率原则采取不同的进路选择方式，一种即由系统根据运行图、列车识别号或者列车接近条件自动设置，也可通过控制中心（OCC）或车站值班员手动设置。,2023/9/7,24,（1）自动设置进路：分两种情况加以考虑，对于列车常规运行方向上的紧急渡线道岔入口，由联锁系统根据车辆的通过情况自动排列进路，ATS系统无须给出进路设置指令；对于终端站、维修场和交叉点的道岔入口，必须由ATS系统根据列车识别号中包含的目的地代码生成进路控制指令，交由现地联锁系统执行。,2023/9/7,25,（2）人工设置进路：当列车需通过常规运行方向的反向渡线时，必须由ATS系统通过人工设置进路。对于一个高度自动化的列车自动监控系统来说，当系统中的所有运营列车均依照事先编制好的实施运行图正点运行时，可按照运行图中规定的每辆列车在线路中通过的具体时间和运行方向自动设置道岔位置和信号灯状态。通常情况下，系统按照列车的接近条件自动设置进路。系统通过由列车跟踪系统获得的列车识别信息和列车所处的轨道区段，自动生成前方道岔区段的进路控制指令。,2023/9/7,26,2.列车移动监督 列车移动监督实际上是用计算机再现列车的运行，系统通过跟踪列车对轨道区间的占用情况和区间内道岔的实际位置自动完成对控制区段内的列车身份确认，并对由现场传来的列车识别号进行校核。相应列车的识别号将显示在占用轨道旁的识别号显示窗口，以将所有运营列车的实际位置通知监控人员。列车的移动监督主要由以下几个步骤,2023/9/7,27,（1）列车初始化：系统在列车投入运营之前需对该列车进行身份确认和登记。处于发车转换轨中的列车通过车地通信系统（TWC）将该列车的有关数据发往控制中心（OCC），控制中心（OCC）将运行时刻表中下一列列车的车次号赋予该列车。对于脱离正常运营线路进入车辆段或维修厂的列车将停止跟踪，并从运行时刻表中删除该车次号。,2023/9/7,28,（2）列车号移动：列车在系统中的移动导致轨道电路占用状态的变化。ATS系统采集轨道显示、道岔、进路、列车运行等数据，通过列车跟踪算法推算出列车的运动状态，列车识别号自动地跟随列车移动而移动。,2023/9/7,29,（3）正确列车识别：PTI功能可改善ATS系统的列车跟踪算法精度。当列车在车站停靠时，车载信息通过车地通信系统发往控制中心（OCC）。ATS系统确认接收数据与系统跟踪的列车号数据的一致性，以确保对列车的正确跟踪。,2023/9/7,30,3.运行图管理 系统可根据当日的运营需求自动排出每日的运行计划。系统应具有10种以上基本运行图，通过调用这些基本运行图并在进行必要的参数设置以后，监控人员可很方便地获得当天的实施运行图。列车运行后获得的实迹运行图由机器实时记录保存，需要时可输出查看。所有基本运行图和实施运行图均可由监控人员进行离线修改和维护。运行图是系统运行的依据与核心。运行图管理主要包括以下子功能：,2023/9/7,31,(1)基本数据和分部时刻表数据的显示 基本数据包括列车在区间的运行时分，车站停车时间，列车折返运行时间及折返停站时间的最大值、最小值以及缺省值供调度人员选择；分部时刻表数据包括每天的运营开始车站及开始时间；每个运营间隔的开始、结束时间以及间隔时间；有关折返车站白天、晚上停放的列车数量。,2023/9/7,32,（2）运行图编辑和修改：系统提供编辑、修改基本运行图的实用工具，有关工作人员可以根据上述基本数据的输入，对运行图进行编辑，可以十分方便地生成每日的运营计划。对于已经存在的运行图，操作员可以进行复制、修改和存储，并可以增加或删减实际运行图中已经存在的列车。,2023/9/7,33,（3）运行图记录、显示和打印：列车在每一车站的到、发时刻均作为数据库的一条记录，并可在此基础上生成列车的实迹运行图，计划和实际运行图均可在系统中联机显示并打印。（4）运行记录访问：管理人员可通过检索所有的运营记录数据，对系统的运营状况加以分析、比照，以指定更为合理有效的运行计划。,2023/9/7,34,4.运行调整 当列车运行偏离运行图时，系统可自动调整列车的停站时间。当偏离误差较大时，可由调度员人工介入，指定列车的停站时间和区间走行时间，或对系统实施运行图进行调整。运行调整可手动或自动完成，具体调整策略包括：改变运行等级；改变停站时间；增减车次；时刻表偏移等等。,2023/9/7,35,列车自动运行调整可根据列车偏离时刻表的程度大小自动决定所采用的调整策略。由于车辆性能、线路条件和站停时间等约束，当这种误差较大时，往往不可能一次性调整到位。因此，系统需要采取弹性的调整策略，通过改变前后多辆列车的运行状态，逐步消除当前列车的运行偏差对系统总体的影响。,2023/9/7,36,当调度人员人工介入时，可通过在车站设置扣车命令或设置列车跳停命令，使下一列车不停站通过等方式进行调整，当偏差较大时，调度人员甚至可以关闭列车的自动调整功能，在系统限定的最大值与最小值范围内，人工设置列车的区间运行和停站时分，或者使列车不停站通过任选的一些车站等。,2023/9/7,37,5.旅客向导 系统可根据现行时刻表设定的信息和运行中的列车交通状况，通过乘客信息系统向乘客提供自动、实时、可视及广播告示，例如在每个车站的旅客信息显示牌中显示相关列车的到发站时间和行驶目标，并能根据需要显示特定的警告信息。,2023/9/7,38,6.仿真与培训 仿真系统通过提供仿真的列车控制环境，为列车模拟提供各种站场、列车基本数据以及一系列信号状态数据和列车移动数据，并针对操作人员对各种不同情况下的列车运行方式和系统运行状态的进行的操作做出响应，也可对所编制的运行计划和控制算法进行测试。该系统可用于培训行车调度人员的正常操作和事故演习，提高运行人员的实际操作技能，积累运行经验，提高运行分析和意外突发事故处理能力。,2023/9/7,39,7.系统数据库管理 ATS系统数据库管理将ATP终端图形显示、逻辑计算和数据维护有机地结合在一起，形成一个完整的系统。它包含全部的站场数据、时刻表数据、全部车辆的信息和不断变化的列车信息、交通状况信息及信号点状态等数据。数据库管理可提供以下报告或记录：列车信息管理，车辆运行时间和运营里程；正点率统计；交通状态记录；操作人员操作记录；重大、突发事件记录；设备故障等。,2023/9/7,40,三、系统运行模式 ATS系统是城市轨道交通系统的指挥中枢，其系统的可靠性和高可用性对保证整个交通系统的运营效率至关重要。当系统中的某些单元出现故障或运营过程中出现异常情况时，系统必须具备相应的应对策略。ATS系统采用高可靠性的软件和硬件并采取冗余手段来保证系统的可靠性，此外，系统还应具备从高级的自动运行进路设置调整模式到低级的完全人工运营模式降级运行的功能。即使在最恶劣的情况下，ATS系统也可通过人工来指挥运营。,2023/9/7,41,通常，ATP系统可在以下几种不同的进路设置模式下运行：（1）自动进路设置调整模式：这是自动化程度最高的模式，在此模式下，ATS系统控制、监视列车运行的整个过程，ATS系统将根据计划时刻表和车站进路表自动设置列车进路，ATS系统完成所有的自动进路和自动列车调整功能。（2）降级模式下的进路设置模式：在此模式下，系统仍将自动完成所有的自动进路和调度功能，但不具备自动运行调整能力。运营列车将一直使用预先设置的运行等级和站停时间运行。,2023/9/7,42,（3）人工介入设置进路模式：在此模式下，ATS系统只负责执行部分自动进路设置功能，由调度员人工介入设置进路，对列车运行进行调整，由ATS车站完成自动进路或根据列车识别号进行自动信号控制，由车站人工进行进路控制，列车投入运行和退出系统都由操作员人工完成。,2023/9/7,43,（4）完全人工模式：在此模式下，ATS系统不能执行自动功能，由列车调度员负责进路设置、站停及运行控制等系统功能。系统运行不同模式间的切换由调度员人工完成。在此模式下，调度员需保证系统具备适当的运行条件。在任何情况下，人工控制都具有最高的控制优先级，以保证在系统故障时调度人员可随时进行人工干预。,2023/9/7,44,2023/9/7,45,2023/9/7,46,
