经济特点及系统模式

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当前经济发展下行压力增大，发改委已经完成了城镇轨道交通工程包，进一步增强城市轨道交通对经济增长的作用。发改委明确，新开工约1000公里，2025年基本建成轨道上大湾区。

近些年中国城市轨道交通一直保持着快速增长的势头，同时，在国家新型城镇化规划出台的背景下，都市圈和城市群建设多制式、多元化的城市轨道交通的热情和需求也随之高涨。

当前经济发展下行压力增大，发改委已经完成了城镇轨道交通工程包，进一步增强城市轨道交通对经济增长的作用。最近五六年，我国城市轨道交通一直保持着快速的发展势头，京津冀、长三角、粤港澳大湾区这三大区域"十四五"期间计划新开工城际和市域（郊）铁路共1万公里左右。计划到2025年，基本形成城市群1至2小时出行圈和都市圈1小时通勤圈，轨道上的京津冀、长三角和粤港澳大湾区基本建成。

城市轨道交通是属于集多专业、多工种于一身的复杂系统，通常由轨道路线、车站、车辆、维护检修基地、供变电、通信信号、指挥控制中心等组成。城市轨道交通的运输组织、功能实现、安全保证均应遵循有轨道交通通的客观规律。

在运输组织上要实行集中调度、统一指挥、按运行图组织行车。在功能实现方面，各有关于专业如线路、车站、隧道、车辆、供电、通信、信号、机电设备及消防系统均应保证状态良好，运行正常。在安全保证方面，主要依靠行车组织和设各正常运行，来保证必要的行车间隔和正确的行车线路。

为了保证列车运行安全、正点，在集中调度、统一指挥的原则下，行车组织、设备、车辆检修、设备运行管理、安全保证等均由一系列规章制度来规范。列车运行是一个多专业、多工种配合工作，围绕安全行车这一中心而组成的有序联动、时效性极强的系统。轨道交通系统中，采用了以电子计算机处理技术为核心的各种自动化设备，从而代替人工的、机械的、电气的行车组织、设备运行和安全保证系统。

城市轨道交通信号系统是城市轨道交通最基础的控制系统，不仅影响着轨道交通的行车速度及列车运行间隔，而且影响列车通过能力及输送能力，同时信号系统也是安全行车的重要保证，信号系统是衡量城市轨道交通先进程度的一个重要方面。根据城市轨道交通高密度、短间隔的特点，城市轨道交通从传统的以地面信号为主发展为自动控制列车和自动调整追踪间隔的方式。现在的城市轨道交通中的信号系统按其功能主要由以下几个系统组成。

1、闭塞系统

城市轨道交通信号的区间闭塞技术经过了漫长的发展过程，截止目前可以分为固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞三种方式。

（1）固定闭塞方式

固定闭塞方式属二十世纪八十年代技术水平，西屋公司、GRS公司分别用于北京地铁、上海地铁一号线的ATC系统均属此种类型。固定闭塞方式，采用传统的多信息音频轨道电路，按固定方式，根据线路情况、列车特性和固定的速度等级确定闭塞分区长度，列车以闭塞分区为最小行车间隔，且需设防护区段。其传输的信息量少，对应每个闭塞分区只能传送一个信息代码，即该区段所规定的最大速度码或入口/出口速度码。

列车速度监控一般采用的是闭塞分区出口检查方式，当列车的出口速度大于本区段出口速度时，车载设备便对列车实施惩罚性制动，为保证列车运行的安全，这种滞后的速度检查方式必须要有一个完整的闭塞分区作为列车的安全保护距离，对于地铁的折返轨道来说，需要有较长的尾轨才能保证折返的能力和列车运行安全。系统的ATP采用阶梯式控制方式，对列车运行控制精度不高，降低列车运行舒适度、增加司机的劳动强度。限制了通过能力的进一步提高。固定闭塞分区的划分依赖于指定列车的性能，对线路上有不同性能的列车时，为保证安全，需按最严格条件设计，既影响运行效率也不适应今后列车类型变更。

（2）准移动闭塞方式的ATC系统

基于准移动闭塞的ATC系统是随着计算机技术尤其是单片机技术和数字信号处理技术的快速发展而发展起来的，具有90年代的世界先进水平，是目前广泛应用、成熟且先进的ATC系统。目前广州地铁一号线和二号线、上海地铁二号线均采用该种系统，南京地铁一号线、深圳地铁也已确定采用该种系统。

基于准移动闭塞式的ATC系统在国际上也已经发展得比较成熟，目前具代表性的有：美国USSI公司的ATC系统、德国SIEMENS公司的ATC系统、法国ALSTOM公司的ATC系统、英国WESTINGHOUSE公司的ATC系统以及日本HITACHI公司的ATC系统。)

准移动闭塞方式一般采用数字式音频无绝缘轨道电路（也有采用音频无绝缘轨道电路+感应电缆环线或计轴+感应电缆环线方式）作为列车占用检测和ATP信息传输媒介，具有较大的信息传输量和较强的抗干扰能力。通过音频轨道电路的发送设备向车载设备提供目标速度、目标距离、线路状态（曲线半径、坡道等数据）等信息，ATP车载设备结合固定的车辆性能数据计算出适合本列车运行的速度/距离曲线，保证列车在速度/距离曲线下有序运行，提高了线路的利用率。系统的ATP采用速度/距离曲线的控制方式，提高了列车运行的平稳性，列车追踪运行最小安全间隔较固定闭塞短，对提高区间通过能力有利。这种ATC系统，列车仍以闭塞分区为最小行车安全间隔，但根据目标速度和目标距离随时调整列车的可行车距离，该种方式后续列车所知道的目标距离是距前车或目标地点所处轨道电路区段边界的距离，不是距前车的实际距离，因此，该种ATC系统相对于移动闭塞系统而言也称为准移动闭塞式的ATC系统。

该系统是以数字信号技术为基础，仍用钢轨来作为列车地面信息的传送载体。在信号传输、信号处理过程中实现数字化操作，不但使信息量加大，而且抗干扰能力增强，车载设备还可以实现列车的连续曲线速度控制。采用这种方式构成的ATC系统，地面轨道电路可以向列车传递足够用于列车连续曲线速度控制的信息（包括目标速度、目标距离、线路状态、线路允许速度、轨道电路标号及长度等）。这种方式可以减少阶梯式控制的安全保护距离对列车运行间隔时间的影响，提高了列车控制的精度，并提高了行车效率。连续曲线速度控制的运用使得司机在驾驶中也比较轻松，不需要进行频繁的制动、牵引，可以达到较好的节能效果，乘客的乘坐舒适度也可得到相应提高。

这种ATC系统，列车追踪运行的最小安全间隔的最大值为安全保护距离加一个闭塞分区长度；列车的最小正常追踪运行间隔为安全保护距离加一个闭塞分区长度再加最高允许速度下使用常用制动直至停车的制动距离。该种方式后续列车所知道的目标距离是距前车或目标地点所处轨道电路区段边界的距离，不是距前车尾部的实际距离，因此，根据目标速度和目标距离随时调整的列车可行车距离是"跳跃式"的，即在列车尾部依次出清各电气绝缘节时"跳跃式"跟随。因此，列车的追踪间隔和列车控制精度除取决于线路特性、停站时分、车辆参数外还与ATP/ATO系统及轨道电路的特性密切相关，如轨道电路的最大和最小长度、传输信息量的内容及大小、轨道电路分界点的位置等。

（3）移动闭塞方式

移动闭塞方式不依靠轨道电路，而是采用交叉感应电缆、漏缆、裂缝波导管或扩频电台等通信方式实现车地、地车间双向实时的数据传输来检测列车位置，使地面信号设备可以得到每一列车连续的位置信息和列车运行其它信息，并据此计算出每一列车的运行限制速度，并动态更新，发送给列车，列车根据接收到的运行限制速度和自身的运行状态计算出列车运行的速度/距离曲线，车载设备保证列车在该曲线下运行。因此，在保证安全的前提下，能最大程度的提高通过能力。

由于没有预先设置的闭塞分区，不以固定闭塞分区为列车追踪的最小单元。因此，列车追踪运行的最小安全间隔为安全保护距离；列车的最小正常追踪运行间隔为安全保护距离加最高允许速度下使用常用制动直至停车的制动距离。该种方式后续列车所知道的目标距离是距前车尾部的实际距离。因此，根据目标速度和目标距离随时调整的列车可行车距离是"连续式"的，不向准移动闭塞系统的"跳跃式"。因此，列车的追踪间隔和列车控制精度只取决于线路特性、停站时分、车辆参数，使得系统较准移动闭塞系统具有较大的运用灵活性和较小的行车间隔。

采用通信技术的移动闭塞系统已处于实用阶段，其中利用交叉感应电缆方式的移动闭塞系统已有较成熟的使用经验，采用无线扩频电台、裂缝波导管等方式的移动闭塞也有工程实例。基于移动闭塞式的ATC系统除ALCATEL公司的系统外，其它公司的系统也逐步发展得比较成熟，有些正在发展之中，目前最具代表性的有：加拿大ALCATEL公司基于交叉感应电缆的ATC系统、美国GE公司基于无线通信的ATC系统、法国ALSTOM公司基于裂缝波导的ATC系统以及德国SIEMENS公司基于环线的ATC系统。

基于移动闭塞式的ATC系统在国内已经开始逐步投入应用。在国际上除基于地面交叉感应电缆的ATC系统有较多的实际运用经验外，基于其它通信方式的ATC系统刚刚开始推广应用，但随着技术的发展，基于移动闭塞的ATC系统将会得到很大的发展。

2、列车检测系统

城市轨道交通系统以轨道电路作为列车检测方式，轨道电路平均长度在250m左右，有绝缘轨道电路要按闭塞分区长度，切割钢轨装设大量的绝缘部件，其维修工作量相当大。

把闭塞分区细化可以显著提高线路的通过能力，但是随着闭塞分区细化，绝缘节数量就要增加很多，这不仅降低了旅客的舒适度而且维修工作的工作量大大增加了，故障点也随着增多，所以在新建的城市轨道交通系统中，大多采用无绝缘轨道电路代替有绝缘轨道电路。

在移动闭塞方式中，列车位置检测有的已经不是由轨道电路来实现的，而是由安装在线路中间的交叉感应线实现的。列车通过感应线交叉点时，车载感应器可以检测出感应线变化的相位信息，通过车载计算机可以精确的计算出列车的实际位置。

3、车站信号联锁系统

信号联锁技术的发展经过了机械联锁、继电器联锁和目前大量使用的计算机联锁等过程。机械联锁目前已不再采用。继电器联锁有抗干扰能力强、工作稳定等特点，可以很好的保证行车安全，但是这种联锁制式却存在故障检测和诊断能力差，与现代化的行车指挥自动化系统的结合难度大的缺点。随着计算机技术的不断发展，计算机联锁已开始成为城市轨道交通建设中信号联锁制式的首选。

计算机联锁的功能要远远超过继电器联锁系统，它可以完成很多以前继电器联锁无法完成的功能。计算机联锁系统在软件和硬件方面都采用了模块化结构，有利于实现联锁系统设计和制作的标准化，提高了系统的通用性。联锁系统的适应性、扩展性加强了，并且可以利用计算机存储量大、运算速度快、软件技术灵活等特点，构成具有丰富信息处理功能的一体化系统。

4、列车运行控制系统

列车运行控制系统简称ATC系统，该系统主要由3部分组成：列车超速防护系统ATP、列车自动驾驶系统ATO和列车自动监控系统ATS。三个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，实现地面控制与车上控制结合、现地控制与中央控制结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的列车自动控制系统。

5、列车超速防护系统

ATP系统由地面设备、车载设备组成，主要用于对列车驾驶进行超速防护，对与安全有关的设备或系统进行监控，监督列车在安全速度下运行，确保列车一旦超过规定速度，立即施行制动，实现列车间隔保护、超速防护等功能，它的主要工作原理是：控制中心不断将控制信息通过钢轨或无线通道传递给运行中的列车，列车上的计算机系统计算出列车运行的实时速度和允许速度，依照实时速度必须低于允许速度的原则进行列车速度监督及控制。使用ATP系统可以大大缩短列车的运行间隔，提高线路的利用率和行车的安全性。

6、列车自动驾驶系统

ATO子系统是控制列车自动运行的设备，由车载设备和地面设备组成，主要用于实现"地对车控制"，即用地面信息实现对列车驱动、制动的控制，ATO系统可以使列车经常处于最佳运行状态，避免不必要的、过于剧烈的列车加速和减速，明显的提高旅客的舒适度，提高列车准点率及减少轮轨磨损，与列车的再生制动相配合，可以节省电能的消耗。在ATP系统的保护下，根据ATS的指令实现列车运行的自动驾驶、速度的自动调整、列车车门控制。

7、列车自动监控系统ATS

ATS系统由控制中心、车站、车场以及车载设备组成。主要实现对列车运行的监督和控制，辅助行车调度人员对全线列车运行进行管理。它给行车调度人员显示出全线列车运行状态，监督和记录运行图的执行情况，在列车因故偏离运行图时及时做出反应，通过ATO接口向旅客提供运行信息通报。