《通信与信号》第一章概述(第二版)

第一章概述第一节城市轨道交通信号系统一、城市轨道交通的特点二、城市轨道交通对信号系统的要求三、城市轨道交通信号系统的特点四、城市轨道交通信号的作用五、城市轨道交通信号系统组成一、城市轨道交通的特点1、城市轨道交通有别于城市道路交通的特点容量大运行准时、速达安全利于环境保护节省土地资源一、城市轨道交通的特点2、城市轨道交通有别于铁路的特点运营范围较小运行速度较低服务对象单一线路形式多样车站立体换乘车辆段功能全面一、城市轨道交通的特点2、城市轨道交通有别于铁路的特点车辆采用电动车组供电系统举足轻重通信信号自动化程度高运营管理简单易控二、城市轨道交通设备组成城市轨道交通（地铁）地铁车辆地铁信号地铁通信地铁供电地铁环境控制与车站设备轨道线路车辆段三、城市轨道交通信号系统的特点具有完善的列车速度监控功能数据传输速率较低联锁关系较简单但技术要求高车辆段独立采用联锁设备自动化水平高城市轨道交通信号系统传统铁路信号系统列车运行速度低，可采用较低速率的数据传输系统。列车运行速度高，可采用较高速率的数据传输系统。车站仅有上下客功能，一般车站不设道岔，联锁设备监控对象少。联锁设备对象多。行车组织简单，列车种类单一。行车组织复杂，列车种类多。减少或取消了传统的地面信号，机车信号作为主体信号。通过设置在地面的色灯信号机指挥行车，机车信号作为辅助信号。传递给列车的是具体的速度或距离信息。传递不同的行车命令。依靠ATO驾驶或无人驾驶，司机劳动强度大大减少。依赖于司机进行速度控制调整。城市轨道交通与传统铁路信号系统的区别主要作用保证行车安全提高线路通过能力四.城市轨道交通信号的作用信号装置联锁装置闭塞装置指示列车运行条件的信号及附属设备保证在车站范围内的行车安全及提高通过能力的设备保证在区间范围内的行车安全及提高通过能力的设备五.城市轨道交通信号系统组成（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。信号表示是命令，必须遵照执行。1、信号装置的发展历程1）臂板信号白天以臂板的位置、颜色、形状、数目，晚上以灯光颜色、数量等特征来显示信号。2）色灯信号以灯光的颜色、数目甚至闪光特征（如驼峰信号）表示信号。3）机车信号以预告和复示的形式显示前方地面信号机的显示。通过灯光颜色、数量、闪光等特性来表示信号。1）臂板信号1841年，英国人戈里高利提出用长方形臂板作为信号显示，装设在伦敦车站，这是铁路上首次使用臂板式信号机。长方形臂板横向线路是停车信号，顺向线路是行车信号。顺向线路的板子实际上很难观察，故又在顶端加块圆板。当必须在晚间开车时，就以红色灯光表示停车信号，白色灯光表示行车信号。2）色灯信号当电的出现和普及后，信号显示逐渐由臂板信号机向色灯信号机进化。臂板信号机和色灯信号机都是固定信号，固定安置在需要指挥列车的地方，如进站、出站、闭塞区间入口等等。司机根据灯光信号显示驾驶列车，在大铁路和城市轨道交通线路中都有使用。色灯信号机色灯信号机及其显示红色（停车）黄色（注意或减速）绿色（按规定速度运行）月白色（准许调车，或与红灯组合作为引导信号）蓝色（禁止调车，或与红灯组合作为容许信号）白色（用于进路表示器表示列车运行方向；用于发车线路表示器指示发车）紫色（用于道岔表示器表示道岔直向开通）上海地铁色灯信号机3）机车信号将地面信号传递给机车，在司机操作台上显示，这就是机车信号。在线路条件不好、气候条件不好的情况下，机车信号的作用是不可估量的。3）机车信号在轨道交通线路中，由于站间距小、运营线路条件差，仅仅靠机车信号显示、由司机来控制机车是很难做到大密度运营的。较为先进的轨道交通系统已摒弃了“用信号显示指挥列车”的旧有概念，引进了ATC（AutomaticTrainControl）系统，司机台上显示的是反映列车运营的状态。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。（二）联锁装置联锁是指为保证行车安全，而将轨道交通线路中的所有信号机、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。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。进路空闲的检测技术道岔控制技术信号控制技术联锁技术故障—安全技术集中联锁非集中联锁继电联锁（电气集中联锁）计算机联锁：电锁器联锁非集中联锁：道岔在现场分散操纵的车站联锁。集中联锁：道岔、进路和信号机在一处集中控制与监督的车站联锁。电气集中：用电气方法进行控制与监督的集中联锁。1）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。2）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。值班员执行操作联锁功能执行机构室内外接线室外被控对象电气集中联锁系统结构6502控制台6502控制台6502控制台继电器组合架6502电气集中采用通用的大站电气集中组合架。组合架上下分为11层，从下至上1~10层安装继电器组合，每层安装一个继电器组合，一个组合上最多安有10个继电器。组合架最上部为组合架零层，主要是电源和配线。3）微机联锁利用微型电子计算机对车站值班员操作命令及现场设备表示信息进行逻辑计算，以实现对信号机、轨道电路及道岔转辙机等设备进行集中控制的车站联锁设备。显示界面1站场图形系统状态信息栏功能菜单栏弹出窗口鼠标指针报警信息提示信息延时信息联机信息防护道岔位置提示信息显示界面2道岔按钮普通列车按钮普通调车按钮通过按钮引导按钮功能按钮菜单按钮窗口按钮调车终端按钮列车终端按钮结合辅助按钮变更按钮显示界面3道岔单锁道岔封闭道岔挤岔道岔定位道岔失表示道岔反位显示界面4调车进路列车进路引导进路区段空闲区段锁闭区段占用灯丝断丝按钮封锁人工解锁将轨道线路划分一定长度的“区段”，在某一时间段内，在此区间内只容许一列车占有（运行、停放），这就是“闭塞”的概念。为保证行车安全，将列车正在运行、停放的线路区段予以“封闭”，不允许其他列车进入此区段，以防止对向列车、后续列车的正面冲突或追尾事故的发生。（三）闭塞装置1、基本概念闭塞：用信号或凭证，保证列车按照空间间隔制运行的技术方法称为行车闭塞法，简称闭塞。闭塞设备：用以完成闭塞作用的设备称为闭塞设备。闭塞的三同原则：闭塞设备必须保证一个区间内，在同一时间里只能允许一个列车占用这一基本原则的实现。2、行车闭塞的发展历程电报或电话闭塞路签或路牌闭塞半自动闭塞自动闭塞国内结算业务国内结算业务46电话闭塞则是当基本闭塞设备不能使用时，根据列车调度员的命令所采用的代用闭塞方法半自动闭塞人工开启信号，列车经过时自动关闭信号的闭塞方式。在进站和出站处各安装一个轨道电路，就可实现半自动闭塞。自动闭塞从技术手段角度来分，自动闭塞可分两大类：传统的自动闭塞：由地面信号机保证列车按照空间间隔制运行，机车信号作为地面的辅助信号传输信号控制信息。具备列车自动控制系统的自动闭塞：列车运行自动控制系统保证列车按照空间间隔法靠控制列车运行速度的方式来实现的。从闭塞制式的角度分为三类：固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞。根据列车运行及有关闭塞分区状态自动变换信号显示，司机凭信号行车。特征：（1）站间划分为若干闭塞分区，有闭塞分区占用检查设备（全线分段铺设轨道电路）（2）站间能实现列车追踪（3）办理发车进路时自动实现闭塞1）传统的自动闭塞传统自动闭塞示意图轨道电路钢轨是导体，左右两根钢轨可以组成闭合电路，用来检查列车占用钢轨线路的状态，这就是轨道电路。2）移动闭塞列车运行间隔自动调整亦称移动闭塞。移动闭塞不需要将区间划分成若干固定的闭塞分区，而是在两个列车之间自动调整运行间隔，使之保持一定的安全距离。移动闭塞使两列车之间的间隔最小，从而提高了区间内的行车密度，大大提高区段的通过能力。（1）移动闭塞线路闭塞分区的划分（2）移动闭塞的列车间隔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ATC（AutomaticTrainControlSystem）。（四）列车自动控制系统1、ATC系统的定义ATC系统：列车按地面传送的速度（距离）信息，自动控制列车运行的信号设备。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，进行超速防护，确保列车高效、安全的运行。2、ATC系统的特点传统信号系统：通过设置在地面的色灯信号机来传递不同的行车命令，这种制式基本上是依赖司机进行速度控制和调整，依靠司机保证行车安全。ATC系统：将机车信号作为主体信号，传递给列车的信号是具体的速度或距离信息，列车按调度人员设置的时刻表，实现自动运行、自动折返、自动调整停站时分，以及运用程序定位实现列车在车站的停车控制。列车自动监控系统ATS(AutomaticTrainSupervision)——列车运行图制定与调整，列车运行状况监控，维护行车秩序。列车自动保护系统ATP(AutomaticTrainProtection)——列车安全间隔控制，超速防护，保证行车安全。列车自动运行系统ATO(AutomaticTrainOperation)——列车自动驾驶（站间自动运行、列车速度调节和进站定点停车），提高行车效率。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。3、ATC系统的功能组成3、ATC系统的功能组成4、ATC系统的设备组成(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。中央控制室车站控制室车载ATC第二节城市轨道交通通信系统一、城市轨道交通通信系统的作用二、城市轨道交通通信网的基本结构三、城市轨道交通通信系统组成主要作用构成地铁各部门之间的有机联系实现运输集中统一指挥实现行车调度自动化实现列车运行自动化提高运输效率一、城市轨道交通通信系统的作用二、城市轨道交通通信网的基本结构二、城市轨道交通通信网的基本结构1、通信网的基本要素终端设备、传输设备和交换控制设备。2、通信网的基本结构总线型：控制中心设在线路的一端，各车站通信设备均接在总线上；星形-总线型：控制中心设在一条线路中间的某一车站或一个控制中心控制多条线路的运行；环型：结构与环状线路相适应。三、城市轨道交通通信系统组成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。光纤芯线剖面图2、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。（1）调度电话调度电话系统为控制中心调度人员在进行列车运营组织、电力供应、日常维护、防灾救护等提供专用直达通信，并且具有单呼、组呼、全呼、紧急呼叫和录音等功能。调度电话系统组成（2）站内电话车站内部人员的直接通话本站值班员与相邻车站（大区间）值班员的双向热线通话乘客或车站工作人员在紧急情况下用作紧急电话（3）轨旁电话在线路的两旁以及地铁隧道里，列车司机和维修人员，在紧急情况下，需要及时地建立和车站以及有关部门的联系。因此在线路及地铁隧道里，每150--200米左右设置一部轨旁电话，以供维护人员使用。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、列车门开闭、售检票情况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摄像机、监视器、控制切换设备以及传输线路等部件构成。闭路电视监控系统基本模型控制中心各调度台上配有监视器、键盘操作台。调度员通过操作，选择与控制信号沿PCM信道传输至各车站，各车站收到信号与本站的编码相比较，若一致就确定哪个图像，图像信号传送有图像切换单元、解调器、光收发器、光缆、分站、光端机、各车站设备。控制中心闭路电视系统示意图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厅区、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。车站闭路电视系统示意图车站电视监控设备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。无线通信系统组成：（1）集群中央交换和控制设备（2）中继放大设备：基站设备、光纤直放站或射频直放站（3）信号覆盖设备：泄漏电缆和天线（4）移动台设备：车载电台、车站台、手持电台无线通信系统的设备组成