ATC系统：城市轨道交通系统的核心

2023-09-20 理论教育版权反馈

【摘要】：目前，世界各地均采用的是列车自动控制系统，该系统由列车自动保护子系统、列车自动运行子系统和列车自动监控子系统3部分组成。同时列车完整性丢失时，ATP还将禁止所有移动闭塞运行模式。

列车快速而高密度的运行是城市轨道交通的特点之一，在短时间的行车间隔下，保证安全就必须引入自动化技术。目前，世界各地均采用的是列车自动控制系统（Automatic Train Control，ATC），该系统由列车自动保护子系统（Automatic Train Protection，ATP）、列车自动运行子系统（Automatic Train Operation，ATO）和列车自动监控子系统（Automatic Train Supervision，ATS）3部分组成。

1.ATP子系统

列车自动保护子系统（ATP）是列车自动控制系统中与安全相关的重要部分，是由地面信号和车载设备构成闭环高安全系统，依据铁路信号—故障原则，实现在列车运行过程中的速度控制，从而达到列车安全行驶的目的。

ATP的主要功能如下：

（1）列车位置速度的检测与传递

车载ATP通过轨道电路或计轴磁头读取和车轮周长计算获取本车的位置及速度，传给轨旁ATP，并通过轨旁ATP获取前车信息及线路条件信息。

（2）停车防护点

设置停车防护点即是在相邻的同相运行两列车间设置防护区段，区段的终点是前车位置决定的危险点，当后车越过时会发生追尾；区段的起点是后车必须停车点，即后车必须在该点前停下，若越过此点，将由ATP对后车引发紧急制动，以保证在危险点前停车。区段的长度是由ATP计算机内保存的线路坡度、限速和前后车性能等条件计算得出的。

（3）速度监督与防护

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图6.6　速度传感器的安装

列车速度限制一般分为固定速度限制和临时速度限制两类，前者是由线路条件、列车允许速度、道岔允许速度等硬件条件所限定；后者为临时性施工或检修条件所限定，ATP一般监督和防护的是前者，后者多由人工完成。当列车超过限制速度一定数值（通常为3～5 km/h）时，ATP将采取警告或紧急制动等相应措施。图6.6为速度传感器的安装。

（4）车门控制

车门控制是ATP重要安全防护措施之一，它通过开门条件的判定和发出开门命令来保证运行的安全，主要防止站外开门、开错门及开门后运行3种安全事故。

（5）列车完整性监督

通过与车辆接口，车载ATP实时检查列车完整性信号；当检测到列车完整性丢失信号时，将实施紧急制动。同时列车完整性丢失时，ATP还将禁止所有移动闭塞运行模式。

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图6.7　紧急停车按钮

（6）前溜和后溜防护

ATP在没有任何移动指令的情况下，检测到列车的任何移动，将施加紧急制动；如果ATP检查到列车向当前运行的反方向倒溜超过一定距离，将施加紧急制动。这样也是为了保证列车在坡道上的启动，其追踪列车的移动授权将考虑前车后溜的距离。

（7）紧急停车功能

如图6.7所示，当按压站台的紧急停车按钮时，轨道电路将紧急停车信息传递给车站所辖区间的列车，使列车停止运行，以避免有关安全事故发生。

2.ATO子系统

列车自动运行子系统（ATO）完成通过“地-车通信”对列车运行的控制工作，ATO系统并非独立运作，需要ATP和ATS的紧密配合。ATO子系统由车载设备和轨旁设备组成，其中车载硬件设备ATO子系统与ATP子系统共用，图6.8为车载设备结构示意图。

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图6.8　车载设备结构示意图

ATO的优点包括缩短行车间隔、提高准点率和线路利用率、节约能耗、减少轮轨损耗、提升乘坐舒适度等。

ATO的主要功能如下：

（1）车速控制

ATO通过控制牵引和制动信号控制调速器，使列车到达限定速度，并计算速度—距离曲线，不间断地对比实时速度和限速，通过闭环控制来控制车速，如图6.9所示。

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图6.9　司机室显示器（TOD）的ATO界面

（2）站停控制

该功能由ATO和ATS配合完成，在依照时刻表、最大节能原则下，通过对比实施运行时间和计划时刻表时间，调整车站的停靠时间。

（3）定位停车

ATO根据车速、车重、线路等条件，采用阶段缓解的方式，不断修正停车位，保证列车在车站能准确定位停车。

（4）车门控制

该功能由ATO和ATP协调完成，ATO定位停车后，传递给ATP信号并保持制动，ATP检测开门条件符合后，ATO自动打开车门。在停站时间到后，发出关门信号，ATP检测符合条件后，授权离开。

（5）自动折返

如图6.10所示，该功能由ATP和ATS配合，在ATO的控制下，列车自动从一站台驶入折返线停稳，并在换端后驶入站台另一侧停靠。

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图6.10　自动折返示意图

3.ATS子系统

列车自动监控子系统由位于OCC的远程监视系统和各车站的ATS设备组成，OCC有3种基本类型的ATS工作站，即ATS调度工作站、ATS“支持”工作站和大屏幕显示工作站。ATS调度工作站用于监视、控制线路和列车运行，包括调度员工作站和调度长工作站；ATS“支持”工作站用于维护ATS系统，培训ATS用户，生成/管理列车时刻表和运行图；大屏幕显示工作站用于在业主提供的大屏幕显示器上显示ATS图形界面。在控制中心之外有3种基本类型的ATS远程工作站，分别是ATS车站工作站、ATS车辆段/停车场工作站和试车线工作站。

ATS监视并显示实际运营的列车位置，监督列车，根据时刻表调整列车运行，并提供数据和调整服务以减小由于非规律的运行给运营服务带来的不便。

ATS子系统的主要功能如下：

（1）列车运行监督

对投入运营列车车次号赋值和退出运营的车次号注销；通过轨道电路占用变化跟踪列车的运动状态；列车跟踪校对。

（2）进路控制

ATS对进路的控制主要是当列车接近时，通过系统获得的识别信息和所处区段自动控制前方道岔区段，从而完成自动建立进路，该过程也可人工介入。

（3）运行调整

ATS可自动调节列车的运行等级和停站时间，以维持时刻表和运行间隔。ATS设计有数个控制等级或模式，可将因操作调度异常或设备故障而产生的不良影响降至最低。

（4）运行图管理

ATS列车运行图是一种图形工具，可以用图解的方式说明线网上（当前和未来）所有列车的实际和计划运行情况。根据不同时段设定和保存运行图作为基本运行图，经调度人员编辑后生成计划运行图；待执行后产生实际运行图。图6.11为停车库待发车辆。