电气自动化在城市轨道交通中的应用.docx

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1、摘要如今随着社会的发展，科技的进步，全球进入信息大数据的科技化的时代，交通拥堵 问题已经是我国城市发展的重要问题之一。就客观角度而言，我国的城市轨道交通技术如 今也在日益剧增，这些都离不开我国的科技发展和技术的进步，电气自动化专业也是如今 社会重要的一个专业，也是未来必不可少的一个核心技术，就现在的趋势看，城市轨道交 通技术正在往智能化、多样化、自动化的方向延伸，自动化技术在城市轨道交通中的运用、 功能、核心将是未来所探讨的重要事情。铁路和城市轨道都是我国重要的交通运输形式， 本文将对城市轨道交通信号控制系统的历程、构成、用途进行详细的剖析，其目的是阐述 城市轨道交通信号控制系统在城市轨道交通

2、中有着核心的作用。关键词：交通建设、信号控制3交通信号控制系统3.1交通信号的构成城市轨道交通信号系统在自动化系统中有着关键且不可缺少的因素，它是保障乘客安 全、保障列车驾驶安全，实现列车高效的运行模式和指挥有序得当的自动控制系统。交通 信号的核心系统是列车自动控制系统，简称ATC, ATC是一套完整的控制、监督、管理系 统。ATC的系统由ATP （列车的自动防护系统）、ATO （列车的自动驾驶系统）、ATS （列 车的自动监视系统）组成，以下就以ATP、ATO、ATS、ATC简写就行各系统之间的关联描 述。以上三个系统通过各自的网络模式形成一个闭环的系统，让各系统之间相互联系，相 互结合，组

3、成一个以安全为基础，集中指挥和运行调整为前提的一体化自动控制系统，使 其保障列车行车安全，提高良好的行车效率，缩短行车周期，实现现代化管理，确保运输 环境和服务保障，这样才能减少员工的工作量，对城市轨道交通的通行能力进行充分的发 挥。ATP系统是在ATC系统中有着至关的作用，也是ATC系统中最基本的存在，ATO系统 跟ATS系统属于ATP系统的子系统，经过大数据处理后与实际的速度进行比较后，当列车 实际的运行速度超过指定的限速后，由制动装置来控制列车的制动系统。ATO系统属于一种封闭的自动循环系统，列车在运行时检测到自己的运行速度同时， 也会检测到轨道给予的一个最大允许速度，通过大数据的解析，

4、根据列车轨道的特性、列 车轨道的轨道方向、弯道的弧度等，算的在此轨道上可以运行的最理想的速度，除此之外 还能掌握列车的一些紧急情况的处理，比如加速过程中的一些突发状况啊，减速过程中对 轨道的摩擦力啊等等，还有列车的制动。ATO作为ATP的辅助系统来讲，只要接收到ATP 的信息后，并生成一种指令，通过大数据传送到列车本体，让列车的运行速度、列车本身 的数据状态还有此时轨道上的所有列车之间的距离都得以安全操作。还要用ATS系统和机 车地面的牵引接受列车行车的各项信息，根据接收到的指令，通过轨道之间的牵引力和制 动系统，让列车在一个安全、可靠的环境里匀速运行，并能够准备的在站台停车。ATS是通过大数

5、据来管理和安全的控制列车运行的一种特殊的指挥系统，并通过大数 据系统把信息准确、快速去传递到指挥中心，指挥中心的工作人员根据信息综合调整后，将信息重新传达至列车指令，确保准确、安全、可靠、迅速等。ATS系统的作用在于列车 运行中的状态的控制，让列车的路径轨道，列车的车身状况，列车的系统安全的状态和一 些数据，使其作为一套完整的指挥系统。城市轨道交通俗号系统正线ATC系统正线ATC系统列车自动防护子系统列车自动监控子系统列车自动运行子系统联锁进路控制车辆调度维修管理超速防护旅客向导列车进路及间隔控制运行信息处理运行图管理车辆调度定位停车列车速度调整自动折返车辆基地信号捽制系统城市轨道交通信号系统

6、组成图3. 2交通信号灯的系统组成1、工作情况。在工作时，交通信号灯有如下几种模式，可以根据优先顺利进行一下 的解析。首先是开机模式，开机完成后，系统的初始程序会进入到开机模式，全红模式将 维持三秒钟的时间。假如系统显示为连线模式的话，会与控制中心可以进行语音互动；其 次是全红模式，开机完成后，控制面板的全红开关被按置全红的位置上，那么系统就会进 入全红的模式，轨道的信号灯就会变成全红直到这个模式解除；再次是闪光模式，控制面 板上的闪光开关被按置在闪光位置上，那么系统进入闪光模式，轨道信号灯就会呈现红黄 灯交替闪状态，而且是每秒均匀的闪烁；还有就是手动控制模式，当然，当控制系统面板 上的开关推

7、到手动两个字的时候，此时系统将进入手动控制，此时的轨道信号灯将停留到 正在执行的状态上，要使信号灯的状态改变，此时只有手动按下按钮才行，且每次按动按 钮，信号灯的状态就会按照原有的顺利进行交替替换一次；再次是锁定模式，顾名思义锁 定模式就是此状态锁定，除了触碰接触按钮，其他按钮均无用处；最后是自动模式，顾名 思义，按下自动模式那么系统就会进入自动状态，信号灯也会按照正常的灯态循环进行。2、系统服务。信号灯在控制系统正常的运行下，可以跟控制层建立连线并且能够达 成连线控制服务授权，倘若控制器处于异常的操作运行时，那么会提供一个备份的服务。 备份服务有以下几点：1.倘若中心连线失败后，那么控制器就

8、会进入单独的运转模式并且 会执行控制器原有的一些指定程序作为日常的运行；2.倘若停电了，那么控制器就不会受 到影响则会继续正常的运行；3.中央控制单元发生故障，也会让信号运行接收备份服务， 提供故障前所发出的一些执行指令；4.驱动的某单元发生故障，也会让信号运行接收备份 服务；5.基本的时间异常，也会让信号运行接收备份服务，并立即执行预备的指令。3、连线指令。信号灯控制器与控制中心进行连线情况时，可以有无线通讯方式、有 线通讯方式，并加有通讯单元模式，遵守城市轨道交通控制的通讯协议，进一步达成信号 灯监控连线的需求。信号灯的连线系统有以下几点内容：控制计划，由控制中心传输到控 制的指令键面上；

9、时间计划，由控制中心传输一些指定的执行指令，比如静态的、动态的 一些实时信息；特殊计划，由控制中心传输指定的指执行指令为特殊指令，这个时候控制 器将接收到这个特殊指令时候，就会马上切换特殊模式。3. 3交通信号系统通信设备的传送方式交通信号系统传送方式有：传输系统、公务电话系统、专用电话系统、无线集群通信 系统、闭路电视监控系统、有线广播系统、时钟系统、乘客导乘信息系统、电源和接地系 统、地铁公共覆盖系统等系统。3. 4小结由此可见，城市轨道交通信号系统不管在当今社会还是未来，都是一个城市，乃至一 个国家实力的象征，在如今的科技时代，我们要不断的创新、不断的实践、不断的求真， 务必做到安全、稳

10、健的运行速度，当然这些都离不开信号系统。由上所述，信号控制系统 在城轨交通系统中有着核心的作用，并为城轨交通系统保驾护航。4信号控制系统的用途信号系统的表现形式信号是传输数据指令时候形成的一种特殊的符号形式。信号可以通过频率啊、幅度啊 还有电流量来表达不同的信息内容。类似信号分为模拟指令和数字指令。指令是运输消息 的载体，从广义的角度讲，它是由光信号、声信号还有电信号等组成；按照特殊用途来区 分的话是，信号还包括了雷达信号、通信信号、广播信号、电视信号等。信号的传输介体主要通过以下几点：波导管、无线天线、漏泄电缆等。4.1 信号控制方式轨道交通信号的控制方式分为：定时控制、感应控制、自适应控制

11、。1：定时控制：顾名思义，从字面上理解就是设置好时间周期，比如每天早上几点开 始是红灯，然后就是固定的时间进行交叉控制方式。2：感应控制：顾名思义，从字面上理解就是当列车靠近多少距离内，感应设备感应 到列车的时候，就会自动进行控制，当然在完成这系列的情况前，必须要靠智能化、自动 化的技术，运用大数据处理模式，发送虚拟的一些指令。3：自适应控制：交通系统存在早高峰和晚高峰，为了缓解这两个阶段，就有了自适 应控制，通过对车流量的监控、停车次数的监控、车辆堵车的长度，从而进行对高峰时期 的智能动态分析，并且利用大数据信息系统对一些可调参数进行一个合理的控制，至此确 保不管是高峰封段，还是平时封段，都

12、能使控制效果达到可控的模式。4. 2. 1 ATP 系统1 .ATP系统：是保证列车安全运行的保障。2 .ATP系统的组成ATP车载设备由ATP车载单元、ATP天线和速度脉冲发生器等组成。ATP轨旁设备土耍包括：FTGS轨道电路、ATP定位环线fHAT PG轨旁单元(LEB#i)和 必要的通信线路。3 . ATP系统功能ATP系统负责全部的列车运行保护。ATP系统主要完成以下功能：1保持列车追踪运行的安全间隔；2列车运行速度监控，防止列车超速运行；3实现安 全连锁联锁；4安全区段和停车点的保护；5限速监控；6列车无人驾驶折返的监控； 7紧急制动；8运行方向的监督；9停车状态的监督. 2.2 A

13、TO 系统1. ATO：在ATP保护下，根据ATS的指令实现自动驾驶，对列车启动、匀速、牵引、 制动的控制。2. ATO系统的组成ATO系统的车载设备由ATO车载单元、PTI车载设备、MMI人机接口等组成。ATO系统的轨旁设备主要札PTI多临转换轨旁币儿和环线组成。3. ATO系统功能ATO系统根据ATP系统提供的运行信息和ATS系统提供的运行调整命令，对列车运行 进行自动、实时控制。ATO系统具体有以下功能：列车运行工况的选择。实现列车定点停车。车地通信。车门开闭控制。实现无人驾驶折返。为列车自动广播系统提供信息；在中央ATS设备故障时与RTU及ATP系统地而设备配合实现自动排列进路。4.

14、2. 3 ATS 系统1 .ATS:列车在运行过程中，根据相应的运行轨迹和时刻表，作为当天的运行图，来 体现自动监控模式的依据。2. ATS系统的组成ATS系统设备有控制中心设备、车站设备和车辆段设备组成。3. ATS系统功能ATS系统存ATP、ATO系统的支持下完成对列车运行的自动监控。ATS系统的主要功能如下：时刻表编辑。列车运行监督及管理。列车自动调整。完成进路自动设置。控制列车自动运行。远程终端单元功能（RTU本论文主要对城市轨道交通信号系统进行了论述和分析。在其系统的组成和主要的技 术发展方向有了详细的阐述，信号系统虽然已经成型，但是要真正的设计一个完善的系统, 还是存在许多不确定的

15、因素和考虑。因此城市轨道的信号系统在一些特殊的技术指标是一 个信号系统设计过程中的难点也是重点考虑对象，如何在长大坡道上设立的保护性延续进 路对列车运行追踪时分的影响；为缩短折返进路建立时间，如何处理折返进路有关的渡线 道岔等技术问题。交通信号系统的可靠性、安全性是整个系统的核心。这就要求系统设计人员、设备制 造人员和设备维护人员的技术、能力的表现，确保该系统在运行过程中的安全、可靠指标。 虽然在其他国家都会专门设立一个系统安全技术顾问，特别是较发达的一些国家，系统安 全顾问的责任是对整个系统的设计有着安全性、稳定性的预估。然而我国虽然没有类似这 些的技术顾问，但我国从一而终不会轻视任何关于可

16、靠性、稳定性的评估，并对系统设计 进行全面的检测和分析，确保系统设计和设备选型是在可控范围内，并提供各种措施应对 棘手的、突发性的问题，为以后的维修、维护工作提供相对的保障。引 言城市轨道交通在当今社会有着不可缺少的重要性，如今经济在飞快发展的情况下，技 术在日益更新换代的情况下，唯有轨道交通一直是目前最艰巨、最重要的难题。一个国家 的经济繁荣昌盛、科技高速发展是轨道交通现代化的重要标志。一个完美的城市轨道交通 系统运行方案不仅是一个城市的坐标，也是提高一个城市的运输能力的体现，更是体现一 个城市的运输管理现代化的指标，不单单是运输能力，还有行车安全措施问题，怎样实现 迅速、及时、准确的行车安

17、全制度，这些都是值得我们所考虑的问题，也是一直以来我们 所关注的焦点。城市轨道交通经营随着时代的发展，其运营规模和成效也出现日新月异的变化。目前 的城市轨道交通运营是集成长时间、多地域、高度专业的交通运营管理机制。如今全球城 市化、自动化、智能化飞快的发展，城市轨道交通也随之相应的发展了起来，轨道交通的 技术系统也将引入国外的先进技术为前提，目的是用来满足现阶段国内的一些站内拥挤、 站务繁琐、到站信号等一系列的问题。1信号的理论联锁和进路的理论联锁确保列车在轨道上的安全，最大化的运用站内线路系统，能够有效的调遣行车和列车, 能够最大化的改善列车的乘空人员的工程量，利用智能化、自动化、多样化、网

18、络化等技 术和设备，促使车站区域内的信号机，进路上的道岔和进路三者之间存在相互制约关系， 这就是所谓的联锁。控制台人机会话层联锁机构信号机 道岔 轨道电路监控层室外设备（监控对象）联锁层连锁系统的层次结构进路列车允许运行的一条路线，称之为进路，进路中会由于信号机及道岔设备的正常运行, 使得其他列车不会重复在路线上。列车安全：通过信号机、道岔、轨道电路等设备使列车能够在规定的路线上安全行驶。建立和解锁是进路控制的两个不可缺少的过程。进路的建立：指的是从按压进路始端按钮开始到防护这条进路的信号机开放。进路的解锁：是指从列车或调车驶入信号机内到出清进程中的全部道岔路段。HO1-0进路建立的6种阶段：

19、（1）操作阶段（2）选路阶段（3）道岔转换阶段（4）进路封锁阶段（5）检查阶段（6）开放信号阶段解锁的5种方式：（1）人工解锁（2）故障解锁（3）取消进路正常解锁（5）中途折返解锁5向I股道隔车进路5向I股道隔车进路 由，向。股道倜车进路AHOO 5QrL*M向5股道调询进路IE CHD4D、IIV2h-O上行II股道发车进路0TsM 上行|股道的接车进路QCXD-is通过进路通过进路车站进路的划分信号闭塞铁路部门为了确保列车在驾驶过程中的行车问题，避免列车在同一轨道上发生一些不 必要的事故，比如对撞啊，两车追尾啊等等，除此之外能够有效、快速的处理好行车的一 些时效方法。日前，信号闭塞原则是按

20、照ATP/ATO制式来划分的，基木上可分为三类，即：移动闭 塞、准移动闭塞及固定闭塞。1.1 信号用途1、确保列车行驶安全2、提高运输能3、提高车站与区间通过的安全能力4、提高来往行车的路径安全信号与信号之间的联系1、信号：在行车调车工作中，利用科技化的信号传输让乘务和列车长及有关人员听 从指挥的一种特殊的方式。2、信号的含义：信号是城轨交通过程中的一种沟通形式和变现手法，也是必不可少 的一个科技化的发明。3、信号分为固定信号、视觉信号、移动信号、听觉信号还有手信号等。1.1.1 信号的种类主要分为听觉信号和视觉信号。1 .所谓听觉信号，顾名思义就是跟听力有关的信号，比如不同器具发出的不同强度

21、的 频率、幅度及音频，比如机车的喇叭、轮船的汽笛、动车的鸣笛等信号，都属于听觉范围 的信号。2 .所谓视觉信号，从字面上理解就是一切能肉眼看到的信号都可以称之为视觉信号， 比如信号机所发出的信号啊、信号灯所发出的信号啊、信号旗的标志啊、信号牌的指令啊 等等。城市轨道交通信号是铁路运输的基础保障，交通信号好比是人的眼睛，铁路运输好比 是人，人没有眼睛，那基本上就是废了，所以一个交通信号系统的完善对于铁路运输系统 来说是一个最最最重要的问题，当然近视也不行，人近视的话少则看不清，重则看岔眼， 城市轨道交通系统也一样，系统的好坏绝对了，此区域的列车运营的状态怎么样，效率怎 么样，速度怎么样，因此信号

22、系统有着主脑的地位在城市轨道交通中。听觉信号号角、口笛发出的音响，机车鸣笛等信号机、机车信号、信号旗、信号牌表示的信号手拿信号旗、信号灯等或用手势显示的信号移动信号|把临时设置的信号牌、信号灯等叫做移动信号固定信号|在固定地点安装的信号设备叫做固定信号信号的种类1.2 系统的可靠性定义系统或设备在一定的条件下，在限定的时间内，完成所规定的功能的能力。随着我国 城市轨道交通的加速发展的情况下，作为核心技术信号系统是对乘客的人身安全一种重要 的保障，如何做到100%无事故，如何做到让乘客觉得舒心、安心，这就是考验一个完整的 信号系统的能力的时候，通过这个系统可以剖析出一些信号系统的成功指令，从而达

23、到检 测信号系统的安全性、可靠性，这些成果都离不开技术工程师的日夜操劳，更离不开工程 师们一次又一次的试验、尝试、创新、开拓的结果。如今，信号系统的设计成果，取决于整个系统的性能和协调性，还有就是各方面的是 否互通互联，还要从安全性、可靠性两个方面考虑和剖析，不要一味的追求方案的可实施, 纵观考虑，安全、系统的可靠性才是我们一直所追求的方向。本文将从信号系统的理论阐 述了信号系统在城市轨道交通中的一些重要运用和作用。2交通信号的历程1交通信号历史交通信号灯有着悠久的历史，交通信号灯是信号设备中的核心部分，是指挥机车安全 运行的重要保障，更是社会进步发展的结晶。最早的交通信号灯是在1858年的英

24、国伦敦所发明的，那时候在街头安装了红和蓝色 机械扳手，以煤燃气为光源，来作为交通信号灯，用于指挥街道的车辆通行；之后的1868 年，进行改善更新技术后，用旋转的方式做成红绿两个颜色的玻璃灯，1869年，由于煤燃 气不安全，不稳定，炸伤警员，估取消了。之后1914年在美国出现了电气为启动信号灯, 由红黄蓝三色组成的投光器被挂在一座高塔上，当然红灯停，绿灯行。慢慢的经过多年的 努力、创新和改造，信号灯的技术也慢慢的成熟，在1968年联合国对信号灯作了规定， 绿灯是通行，红灯是停止，正式发布了道路标志信号协定，从此这一规定在全世界开始通 行。由此可见，城市轨道交通信号控制系统的发展是与科学技术发展水

25、平同步的，也跟 一个国家的科技技术水平有关，一个国家的科技落后不落后，先进不先进，从一个国家的 城市轨道交通信号控制系统就能看出，因此交通信号控制系统代表着一个国家、一个时代 的科技水平的衡量。2. 2交通信号现状目前而言交通信号发展现状存在三个问题，第一：信号机孤岛现场比较突出；第二： 信号优化数据融合弱；第三：评估及反馈机制缺失。就目前一些大城市，或者一些省会城市，或一些经济发达类的国家，普通存在一种这 样的现象，信号机的品牌和控制系统存在几个甚至多个品牌，信号机和控制系统的相应的 品牌也存在差异，这就要说到，很多国家或省会城市在前期的建设过程中购买了一些国外 的信号类的品牌产品，这样就导

26、致了相同设备的品牌匹配不上，后期由于他们的协议相对 封闭，一些服务跟不上，后续针对国内情况进一步的演化升级比较难；然而目前国内的一 些信号产品啊，由于管理不统一，运营不全面，存在大量的私密协议合同，再因为一些企 业之间的争抢、企业之间的营销对策问题，造成了协议不开放，系统排他性比较突出，各地区域割据的一个状态；整体来讲的话信号机孤岛现象比较突出。目前国内信号优化数据的利用、表现相对于不高，北上广深等一线城市由于有资金链 的支持，今年推动的交通大数据的一个系统建设，但是对于绝大多数的城市而言，整体存 在着由于造价高、维护困难等，难于推动交通大数据的一个系统建设，然而建设的一些系 统啊，也存在着一

27、些数据的融合利用有限，互联网等第三方数据利用度不高，数据质量有 限等问题。由于目前信号优化缺少对于优化前的评估工具，一方面，信号优化主要靠人工或者人 工结合有限的配置工具来完成，这种方式它的效率比较低；第二主要由于交通工程师的个 人技术水平和经验的问题，还有对于现场情况了解的程度，信号优化系统的可靠性啊，稳 定性啊以及它的标准度，都会存在普遍的疑问；其次我们对于优化后的系统指标缺少一定 的系统评价，还有反馈机制的缺失，存在时间节点的差异对比，缺少客观的常态化的系统 评估机制，信号控制的发展一定是在信号优化服务完善的体系下完成的，在通过一些互联 网大数据平台的协助及评估，让其从智能化、自动化的方

28、面来对信号系统进行一个合理、 客观及科学的评价体系，根据评价的结果及时调整优化策略，使其更加符合我们的实际情 况。3. 3交通信号发展趋势随着时代的变更，科技的进步，交通管理部分渐渐的也认识到了交通信号所存在的问 题及发展情景，国家也利用各项政策、各项战略来推动整个城市轨道交通行业的进步和技 术的发展，各个地区也出了一系列的项目规划和计划，包括智慧城市的建设；所以互联网 和大数据及人工智能的新型技术引用到交通信号行业里面来，如何透过大数据的指令来连 接交通信号系统各之间的联系，是值得深思熟虑的，也是现在和未来，我们所努力的方向, 使其通过互联网大数据、运营商的大数据、第三方的大数据构成一个综合

29、管理的大数据平 台模式，这对我们使用大数据来提高信号系统优化的服务、安全性、可靠性有着至关重要 的作用，是我们整个城市轨道交通信号系统所值得关注的一个课题；当然这个前期是需要 在底层实现多个品牌信号机以及信号系统的互联互通，建立一个新的开放式交通信号控制 与管理平台，来实现通信协议的开放，控制结构的开放，业务管理的统一，为城市精细化 优化服务打下一个良好的基础。交通信号发展的过去，常见的是一个信号设备存在多个品牌，其次周转期比较长，沟 通效率比较低，然而经过一步步的改善正在为信号系统控制的未来奠定了共识，这种共识 也会加快推进的发展，控制也将会是多样化；最后，我相信，在不久的未来，国家对人工

30、智能信号优化将会有统一的控制标准，信号的智能化也将会根据科学评价的指标体系所完 成，慢慢的过渡成人工智能的局面，整个行业将会逐步的走向标准化，科技化。我们还可 以通过整合国内外多品牌交通信号控制产品实现信号的互联互通，打破不同系统之间的一 个数据弊，实现数据融合，集中调控，通过统一的广控平台进行信号优化服务，打造城市 级，甚至省级的交通信号系统。2. 4小结随着新科技的发展，云技术、大数据、智能化的一些新型技术的运用，人民也将其一 些技术运用到信号控制系统上，使信号控制系统操作越来越自动化、功能越来越简单化、 作用越来越明显化、使用者越来越轻松化，管理也越来越统一，动态跟踪检测也会越来越 稳定，逐步推动一个城市的经济发展及科技的飞跃。城市轨道交通信号系统是一个技术含量高，安全服务高，优化管理高的一个系统模式, 就现在我国的情况而言，我们通常的出行方式较多的是城市轨道，然而安全是值得我们所 考虑的第一要素，就现在看来，国内的技术还远不如国外的，技术上的落后说明不可怕， 可怕的是不追求上进，不取长补短，不吸取国外先进经验，我们要发展具有中国特色的城 市轨道交通现代信号系统，使中国的轨道交通通信信号系统处于国际的前沿。