軌道交通信號安全論文
軌道交通是指運營(yíng)車(chē)輛需要在特定軌道上行駛的一類(lèi)交通工具或運輸系統。最典型的軌道交通就是由傳統火車(chē)和標準鐵路所組成的鐵路系統。下面我們來(lái)看一下關(guān)于軌道交通信號的論文吧。
摘 要：城市軌道交通是緩解現代城市交通壓力的重要方式。近年來(lái)，我國各大城市紛紛加快了軌道交通的投資與建設，以此提高城市公共交通運輸能力緩解地面交通壓力。在地鐵工程建設與發(fā)展中,軌道交通系統作為大容量公共交通工具,其安全性直接關(guān)系到廣大乘客的生命安全,信號系統是城市軌道交通的重要基礎設施之一，作為保證列車(chē)安全、正點(diǎn)、快捷、舒適、高密度不間斷運行的重要技術(shù)裝備在軌道交通系統中有著(zhù)舉足輕重的地位，同時(shí)也是關(guān)系到列車(chē)行駛安全的關(guān)鍵�，F就城市軌道交通信號系統進(jìn)行簡(jiǎn)要論述，主要介紹信號系統的構成、功能、控制模式、在我國的應用情況以及存在的不足和發(fā)展對策。
關(guān)鍵詞：軌道交通；信號系統；現狀；發(fā)展趨勢
一、城市軌道交通信號的發(fā)展
1.1軌道交通信號的發(fā)展背景
軌道交通通起源于英國，最早的列車(chē)指揮是由一位帶紳士禮帽、穿黑大衣和白褲子的鐵路員工騎馬在前引導運行的，他邊跑邊以各種手勢發(fā)出信號指揮列車(chē)的前進(jìn)和停止。
為確保安全，人們開(kāi)始研究使用固定的信號設備：用一塊長(cháng)方形的板子，橫向線(xiàn)路是停車(chē)信號，順向線(xiàn)路是行車(chē)信號�？墒琼樝蚓�(xiàn)路的板子實(shí)際上很難觀(guān)察，故又在頂端加塊圓板。當必須在晚間開(kāi)車(chē)時(shí)，就以紅色燈光表示停車(chē)信號，白色燈光表示行車(chē)信號。
1841年，英國人戈里高利提出用長(cháng)方形臂板作為信號顯示，裝設在倫敦車(chē)站，這是鐵路上首次使用臂板式信號機。而慢慢隨著(zhù)科技的發(fā)展出現了色燈信號機漸漸代替了臂板信號機，直到現在的列車(chē)自動(dòng)控制系統。
1.2軌道交通信號的發(fā)展現狀
眾所周知，城市軌道交通系統因基建成本高，往往采用高速度、高密度方式運營(yíng)，這樣就必須依靠先進(jìn)的通信信號設備來(lái)進(jìn)行控制和管理。城市軌道交通的信號系統，已從早期的固定閉塞發(fā)展到了準移動(dòng)閉塞，正在向移動(dòng)閉塞方向發(fā)展。傳統的信號系統即以地面信號顯示為依據，司機按行車(chē)規則操縱列車(chē)運行�，F代信號系統有６個(gè)基本目標：以安全的方式控制列車(chē)有條件地前進(jìn)；使本列車(chē)與前行車(chē)或股道盡頭保持安全距離；防止出現列車(chē)沖突進(jìn)路；使列車(chē)能夠按要求的時(shí)間間隔運行；使列車(chē)能夠按時(shí)刻表速度運行，以便最大程度地避免危及安全的各種干擾；保證關(guān)鍵點(diǎn)閉鎖在正確位置。目前世界各國的城市軌道交通信號系統大都采用列車(chē)自動(dòng)控制系統（ＡＴＣ），已基本上滿(mǎn)足上述基本目標。
我國軌道交通的ATC系統目前大多采用進(jìn)口設備，主要來(lái)自德國SIEMENA、英國WESTINGHOUSE、美國US&S、法國ALSTON等公司。國產(chǎn)信號系統由于多種原因尚未形成完整的產(chǎn)品，近年來(lái)ATP系統等開(kāi)始逐步在正線(xiàn)得到應用。
1.3城市軌道交通的發(fā)展趨勢
當下我國城市軌道交通建設正處于高速發(fā)展階段，各種各樣交通信號系統紛紛踏入中國軌道交通市場(chǎng)，那么如何選擇先進(jìn)、安全、可靠、經(jīng)濟、使用性的信號系統成為了當前我國城市軌道交通的一項重要課題。當前國外主流的城市軌道交通通信系統主要有數字軌道電路系統、分析模擬軌道電路系統和基于通信的列車(chē)運行控制系統模式，我們要結合國內外各類(lèi)軌道交通信號的優(yōu)缺點(diǎn)，尋找出適合我國國情的城市軌道交通信號系統，在未來(lái)城市軌道交通系統國產(chǎn)化建設才是正確的發(fā)展方向。城市軌道交通國產(chǎn)化，不僅能降低建設成本（國產(chǎn)的CBTC比引進(jìn)國外的系統造價(jià)低20％），而且能降低運營(yíng)成本，更重要的是促進(jìn)我國城市軌道交通技術(shù)水平的大幅提升，有利于人才培養。并且參與國際競爭。
那么，參與技術(shù)服務(wù)，國內硬件加工，逐步吸收熟悉國外技術(shù)是首要的。其次，通過(guò)技術(shù)引進(jìn)，掌握系統功能單元間接口協(xié)議和技術(shù)標準，最后要積極跟蹤并參與CBTC的研究。
城市軌道交通的信號系統，已從早期的固定閉塞發(fā)展到了準移動(dòng)閉塞，正在向移動(dòng)閉塞方向發(fā)展。傳統的信號系統即以地面信號顯示為依據，司機按行車(chē)規則操縱列車(chē)運行�，F代信號系統有六個(gè)基本目標：以安全的方式控制列車(chē)有條件地前進(jìn)；使本列車(chē)與前行車(chē)或股道盡頭保持安全距離，防止出現列車(chē)沖突進(jìn)路；使列車(chē)能夠按照要求的時(shí)間間隔運行；使列車(chē)能夠按時(shí)刻表速度運行，以便最大程度地避免危及安全的各種干擾，保證關(guān)鍵點(diǎn)鎖閉在正確位置。
ATP的主要作用是根據故障-安全原則，執行列車(chē)間安全間距的監控、列車(chē)的超速防護、安全開(kāi)關(guān)門(mén)的監督和進(jìn)路的安全監控等功能，確保列車(chē)和乘客的安全；ATO主要執行站間自動(dòng)運行、列車(chē)在車(chē)站的定點(diǎn)停車(chē)、在終點(diǎn)的自動(dòng)折返等功能；ATS的主要作用是監督列車(chē)狀態(tài)、產(chǎn)生列車(chē)時(shí)刻表、自動(dòng)調整列車(chē)運行時(shí)刻和保證列車(chē)按時(shí)刻表正點(diǎn)運行、生成運行報告和統計報告、向旅客向導系統提供信息等。
由于通信技術(shù)的發(fā)展，ATC系統中ATS子系統的功能也越來(lái)越強，已不僅僅是傳統意義上的“列車(chē)自動(dòng)監督”，ATS子系統正在向集成化方向發(fā)展；維修管理更加重要為了提高系統的可靠性、減少維護費用，信號系統的監控管理以及維修管理信息系統都非常重要。
二、城市軌道交通系統的構成及功能
2.1 列車(chē)自動(dòng)監控子系統（ATS）
ATS系統由控制中心、車(chē)站、車(chē)場(chǎng)以及車(chē)載設備組成。ATS系統在A(yíng)TP系統的支持下完成對列車(chē)運行的自動(dòng)監控，實(shí)現以下基本功能：
�。�1）通過(guò)ATS車(chē)站設備，能夠采集軌旁及車(chē)載ATP提供的軌道占用狀態(tài)、進(jìn)路狀態(tài)、列車(chē)運行狀態(tài)以及信號設備故障等控制和監督列車(chē)運行的基礎信息。
�。�2）根據聯(lián)鎖表、計劃運行圖及列車(chē)位置，自動(dòng)生成輸出進(jìn)路控制命令，傳送至車(chē)站聯(lián)鎖設備，設置列車(chē)進(jìn)路、控制列車(chē)停站時(shí)分。
�。�3）列車(chē)識別跟蹤、傳遞和顯示功能。系統能自動(dòng)完成正線(xiàn)區段內列車(chē)識別號（服務(wù)號、目的地號、車(chē)體號）跟蹤，列車(chē)識別號可由中央ATS自動(dòng)生成或調度員人工設定、修改，也可由列車(chē)經(jīng)車(chē)—地通信向ATS發(fā)送識別號等信息。
�。�4）列車(chē)計劃與實(shí)跡運行圖的比較和計算機輔助調度功能。能根據列車(chē)運行實(shí)際的偏離情況，自動(dòng)生成調整計劃供調度員參考或自動(dòng)調整列車(chē)停站時(shí)分，控制發(fā)車(chē)時(shí)間。
�。�5）ATS中央故障情況下的降級處理，由調度員人工介入設置進(jìn)路，對列車(chē)運行進(jìn)行調整，由ATS車(chē)站完成自動(dòng)進(jìn)路或根據列車(chē)識別號進(jìn)行自動(dòng)信號控制，由車(chē)站人工進(jìn)行進(jìn)路控制。
�。�6）在計算機輔助下完成對列車(chē)基本運行圖的編制及管理，并具有較強的人工介入能力。通過(guò)設在車(chē)輛段的終端，向車(chē)輛段管理及行車(chē)人員提供必要的信息，以便編制車(chē)輛運用計劃和行車(chē)計劃。
�。�7）列車(chē)運行顯示屏及調度臺顯示器，能對軌道區段、道岔、信號機和在線(xiàn)運行列車(chē)等進(jìn)行監視，能在行調工作站上給出設備故障報警及故障源提示。
�。�8）能在中央專(zhuān)用設 備上提供模擬和演示功能，用于培訓及參觀(guān)。能自動(dòng)進(jìn)行運行報表統計，并根據要求進(jìn)行顯示打印。
�。�9）能在車(chē)站控制模式下與計算機聯(lián)鎖設備結合，將部分或所有信號機置于自動(dòng)模式狀態(tài)。
�。�10）向通信無(wú)線(xiàn)、廣播、旅客向導系統提供必要的信息。
2.2 列車(chē)自動(dòng)防護子系統（ATP）
ATP系統由地面設備、車(chē)載設備組成，監督列車(chē)在安全速度下運行，確保列車(chē)一旦超過(guò)規定速度，立即施行制動(dòng)，主要實(shí)現以下功能：
�。�1）自動(dòng)連續地對列車(chē)位置進(jìn)行檢測，并向列車(chē)發(fā)送必要的速度、距離、線(xiàn)路條件等信息，以確定列車(chē)運行的最大安全速度。提供列車(chē)速度保護，在列車(chē)超速時(shí)提供常用制動(dòng)或緊急制動(dòng)，保證前行與后續列車(chē)之間的安全間隔，滿(mǎn)足正向行車(chē)時(shí)的設計行車(chē)間隔和折返間隔。對反向運行列車(chē)能進(jìn)行ATP防護。
�。�2）確保列車(chē)進(jìn)路正確及列車(chē)的運行安全。確保同一徑路上的不同列車(chē)之間具有足夠的安全距離，以及等防止列車(chē)側面沖撞。
�。�3）防止列車(chē)超速運行，保證列車(chē)速度不超過(guò)線(xiàn)路、道岔、車(chē)輛等規定的允許速度。
�。�4）為列車(chē)車(chē)門(mén)的開(kāi)啟提供安全、可靠的信息。
�。�5）根據聯(lián)鎖設備提供的進(jìn)路上軌道區間運行方向，確定相應軌道電路發(fā)碼方向。
�。�6）任何車(chē)—地通信中斷以及列車(chē)的非預期移動(dòng)（含退行）、任何列車(chē)完整性電路的中斷、列車(chē)超速（含臨時(shí)限速）、車(chē)載設備故障等均將產(chǎn)生安全性制動(dòng)。
�。�7）實(shí)現與ATS的接口和有關(guān)的交換信息。
�。�8）系統的自診斷、故障報警、記錄。
�。�9）列車(chē)的實(shí)際速度、推薦速度、目標速度、目標距離等信息的記錄和顯示。具有人工或自動(dòng)輪徑磨耗補償功能。
2.3 列車(chē)自動(dòng)駕駛子系統（ATO）
ATO子系統是控制列車(chē)自動(dòng)運行的設備，由車(chē)載設備和地面設備組成，在A(yíng)TP系統的保護下，根據ATS的指令實(shí)現列車(chē)運行的自動(dòng)駕駛、速度的自動(dòng)調整、列車(chē)車(chē)門(mén)控制。
�。�1）自動(dòng)完成對列車(chē)的啟動(dòng)、牽引、巡航、惰行和制動(dòng)的控制，以較高的速度進(jìn)行追蹤運行和折返作業(yè)，確保達到設計間隔及旅行速度。
�。�2）在A(yíng)TS監控范圍的入口及各站停車(chē)區域（含折返線(xiàn)、停車(chē)線(xiàn)）進(jìn)行車(chē)—地通信，將列車(chē)有關(guān)信息傳送至ATS系統，以便于A(yíng)TS系統對在線(xiàn)列車(chē)進(jìn)行監控。
�。�3）控制列車(chē)按照運行圖進(jìn)行運行，達到節能及自動(dòng)調整列車(chē)運行的目的。
�。�4）ATO自動(dòng)駕駛時(shí)實(shí)現車(chē)站站臺定點(diǎn)停車(chē)控制、舒適度控制及節省能源控制。
�。�5）能根據停車(chē)站臺的位置及停車(chē)精度，自動(dòng)地對車(chē)門(mén)進(jìn)行控制。
�。�6）與ATS和ATP結合，實(shí)現列車(chē)自動(dòng)駕駛、有人或無(wú)人駕駛。
信號ATC系統依據控制方式以及信息傳輸方式的不同，系統結構組成和配置方式也完全不同，在工程設計中選擇何種配置，須根據行車(chē)組織、車(chē)輛性能、車(chē)站規模、線(xiàn)路條件等，以安全性、可靠性為基本原則，兼顧成熟性、經(jīng)濟性、合理性，以發(fā)揮最大效能為目標，并需適當考慮先進(jìn)性等。
三個(gè)子系統通過(guò)信息交換網(wǎng)絡(luò )構成閉環(huán)系統，實(shí)現地面控制與車(chē)上控制結合、現地控制與中央控制結合，構成一個(gè)以安全設備為基礎，集行車(chē)指揮、運行調整以及列車(chē)駕駛自動(dòng)化等功能為一體的列車(chē)自動(dòng)控制系統。
2.4聯(lián)鎖系統
在鐵路車(chē)站上，為了保證機車(chē)車(chē)輛和列車(chē)在進(jìn)路上的安全，有效利用站內線(xiàn)路， 高效率地指揮行車(chē)和調車(chē)，改善行車(chē)人員的勞動(dòng)條件，利用機械、電氣自動(dòng)控制和遠程控制、計算機等技術(shù)和設備，使車(chē)站范圍內的信號機、進(jìn)路和進(jìn)路上的道岔相互具有制約關(guān)系，這種關(guān)系稱(chēng)為聯(lián)鎖。為完成聯(lián)鎖關(guān)系而安裝的技術(shù)設備稱(chēng)為聯(lián)鎖設備。
�。�1）聯(lián)鎖的基本內容
防止建立會(huì )導致機車(chē)車(chē)輛相互沖突的進(jìn)路；必須使列車(chē)或調車(chē)車(chē)列經(jīng)過(guò)的所有道岔均鎖閉在與進(jìn)路開(kāi)通方向相符合的位置；必須使信號機的顯示與所建立的進(jìn)路相符合。進(jìn)路上各區段空閑時(shí)才能開(kāi)放信號；進(jìn)路上有關(guān)道岔在規定位置時(shí)才開(kāi)放信號；敵對信號未關(guān)閉時(shí)，防護該進(jìn)路的信號機不能開(kāi)放。同時(shí)這三點(diǎn)也是聯(lián)鎖最基本的三個(gè)個(gè)技術(shù)條件，只有在滿(mǎn)足了這三點(diǎn)條件，聯(lián)鎖才能成立，列車(chē)進(jìn)路與調車(chē)進(jìn)路才能安全進(jìn)行。
�。�2）聯(lián)鎖設備
控制車(chē)站的道岔、進(jìn)路和信號機，并實(shí)現它們之間的聯(lián)鎖關(guān)系的設備，稱(chēng)之為聯(lián)鎖設備。聯(lián)鎖設備是軌道交通的重要信號設備，用來(lái)在車(chē)站和車(chē)輛段實(shí)現聯(lián)鎖閉塞關(guān)系，建立進(jìn)路，控制道岔的轉換和信號機的開(kāi)關(guān)，以及進(jìn)路解鎖，以保證行車(chē)安全。聯(lián)鎖設備分為正線(xiàn)車(chē)站聯(lián)鎖設備合車(chē)輛段聯(lián)鎖設備。聯(lián)鎖設備早期為機械聯(lián)鎖，后來(lái)發(fā)展成為繼電器集中聯(lián)鎖。隨著(zhù)3C技術(shù)的快速發(fā)展，計算機聯(lián)鎖已經(jīng)成為聯(lián)鎖設備的主要發(fā)展方向。
三、結 論
城市軌道交通信號系統是技術(shù)含量高，行車(chē)指揮自動(dòng)化和保障安全的重要技術(shù)裝備，就現在我國的情況而言，城市軌道交通是人們普遍會(huì )選擇的交通出行方式，安全是我們首要考慮的問(wèn)題，就目前而言，我國在世界的大發(fā)展中還是處于較為落后的局面。對我國城市軌道交通現代信號國產(chǎn)化進(jìn)程滯后的現狀，必須引起高度關(guān)注，盡快提高我國信號裝備的技術(shù)水平，取長(cháng)補短，吸取國外先進(jìn)經(jīng)驗，發(fā)展具有中國特色的城市軌道交通現代信號系統，使中國的軌道交通通信信號系統處于國際的前沿。
致 謝
本文是在王靜老師的精心指導和支持下完成的，所以首先要感謝我的論文老師王靜。通過(guò)老師的精心指導以及我這一階段的努力，我的畢業(yè)論文《淺談城市軌道交通通信系統》終于完成了，這同時(shí)也意味著(zhù)大學(xué)三年的生活即將結束。
在大學(xué)階段我在學(xué)習上和思想上都受益非淺這除了自身的努力外與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵是分不開(kāi)的。在本論文的寫(xiě)作過(guò)程中我的導師王靜老師傾注了大量的心血從選題到開(kāi)題報告從寫(xiě)作提綱到一遍又一遍地指出每稿中的具體問(wèn)題嚴格把關(guān)循循善誘在此我表示衷心感謝。同時(shí)感謝我的爸爸媽媽焉得諼草言樹(shù)之背養育之恩無(wú)以回報你們永遠健康快樂(lè )是我最大的心愿。在論文即將完成之際我的心情無(wú)法平靜從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成有多少可敬的師長(cháng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助在這里請接受我誠摯謝意。
參 考 文 獻
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