轨道交通信号系统 智国盛

目录 1 引言 2 信号系统简介 3 主流信号系统介绍 4 新技术发展趋势

引言 CBTC是复杂的网络化、智能化、安全相关控制系统。轨道交通运行系统是一个复杂多元参数大系统，为保证安全高效运行，控制系统必须无缝覆盖所有列车、线路和车站，实现人、车、路协同控制。另一方面，轨道交通须全天候不间断运行，一个小故障将可能造成车毁人亡的大事故，因此要求控制系统必须全生命周期、全天候安全可靠工作。 3

轨道交通信号系统的作用 什么信号系统？ 信号系统的作用？ 信号系统的重要性？ 全世界第一例由于列控原因高速铁路重大事故 4

混乱的交通路口 传统的道路交通系统， 5

信号故障后的地铁系统 7月18日地铁8号线故障：永泰庄集中区信号系统联锁设备电源故障，、7月3日地铁10号线故障：公主坟集中区信号系统故障。 6

“7.23”甬温特别重大铁路交通事故 事故造成40人死亡，192人受伤，中断行车32小时35分，直接经济损失19371.65万元。 2011年7月23日20:30:05 从永嘉站开往温州南站的D301次列车在温州南站下行3接近K583+831处（此处是瓯江大桥），与前行的D3115次列车发生追尾，酿成特别重大铁路交通事故。 全世界第一例由于列控原因高速铁路重大事故 事故造成40人死亡，192人受伤，中断行车32小时35分，直接经济损失19371.65万元。 7

先进的列控系统运行下，作为人工控制的后备系统依然要保障安全。 “9.27” 上海地铁列车追尾事故 2011年9月27日14时30分左右，上海地铁十号线由于新天地站信号故障，上海地铁10号线采用人工调度，出现错误导致豫园路站两辆列车相撞。 警示： 先进的列控系统运行下，作为人工控制的后备系统依然要保障安全。

司机心脏病发作 列车晚点后，司机超速

信号系统简介 10

信号系统是轨道交通行车系统的“中枢与神经”,利用各种先进的技术和设备,保证列车以最安全、最小间隔运行,以达到最大的运输能力。 信号系统作用 信号系统是轨道交通行车系统的“中枢与神经”,利用各种先进的技术和设备,保证列车以最安全、最小间隔运行,以达到最大的运输能力。 信号系统 Signalling 移动体 （机车车辆） Rolling Stock 基础设施 （线 桥 隧） Infrastructure

铁道信号及列车运行控制的核心任务 铁道信号系统是铁路上用于控制和防护列车运行的一类特殊设备（EN50129中定义） 为司机提供准确、充足的行车命令和信息——提供信号; 确保列车安全、高效地运行到目的地——防护控制； 自动驾驶（ATO）、列车自动监控（ATS、CTC） ——自动控制； EN50129的名词术语中signalling system：particular kind of system used on a railway to control and protect the operation of trains 12

城轨主流技术介绍 ——基于通信的列车控制系统（CBTC） 13

移动闭塞技术体系 可组合三级列车控制模式 三种无线传播方式：无线、波导和漏缆 14 这里扩展讲解三级控制模式的组合解决方案 连续式通信级 Communication based 在无法建立轨旁到列车的通信时，根据轨旁信号机的显示人工驾驶 应答器实现点式列车固定闭塞控制 通过无线实现轨旁到列车双向传输的连续式列车移动闭塞控制 联锁级 interlocking 点式通信级 Balise based 14

CBTC系统的核心技术 高精度可靠列车定位技术 高密度列车追踪防护技术 最佳化列车自动驾驶技术 高可信地车双向通信技术 全覆盖仿真测试验证技术 15

CBTC系统的核心设备及主要功能 CBI子系统： 联锁主机、IO控制设备、组合设备、计轴/轨道电路系统； ATP/ATO子系统： 车载控制器VOBC、区域控制器ZC、 数据存储单元DSU、应答器系统； ATS子系统： 控制中心中央ATS及调度员工作站、运行图工作站 集中站ATS分机设备、综控室ATS终端、车场派班终端； DCS子系统： 信号骨干网（安全网/非安全网）、地车通信无线网。 16

安全完善度等级 SIL4    生命攸关、安全苛求、故障安全  SIL3   关键、安全、高完善度的 SIL2    主要、 涉及安全、中完善度 SIL1    主要、 涉及安全、低完善度 SIL0 次要的、不涉及安全 SIL4     >= 10-5 to < 10-4      >= 10-9 to < 10-8 SIL3     >= 10-4 to < 10-3     >= 10-8 to < 10-7 SIL2     >= 10-3 to < 10-2      >= 10-7 to < 10-6 SIL1     >= 10-2 to < 10-1     >= 10-6 to < 10-5 SIL4 ：CBI 、ATP/ATO。 SIL3 ：客票预定系统等。 SIL2 ：ATS SIL1 ：旅客引导系统等。 SIL0 ：广告系统等 17

城轨新技术趋势 ——以行车为核心的综合自动化系统 18 CBTC是复杂的网络化、智能化、安全相关控制系统。轨道交通运行系统是一个复杂多元参数大系统，为保证安全高效运行，控制系统必须无缝覆盖所有列车、线路和车站，实现人、车、路协同控制。另一方面，轨道交通须全天候不间断运行，一个小故障将可能造成车毁人亡的大事故，因此要求控制系统必须全生命周期、全天候安全可靠工作。 18

轨道交通发展方向 安全：采用全生命周期的安全管理与控制，提升运营的安全性；在发生意外情况，通过灵活、迅速的多系统联动，提高应急处理的响应性 ； 高效：从面向报警的被动式监控转向面向状态的全面调度管理，实现高效运营；实现基于移动闭塞的列车控制系统，有效缩短最小行车间隔，提高客流运输能力 ； 可靠：采用功能安全系统设计，降低整个设备系统的失效率，提升系统整体可靠性；通过在线诊断和容错设计，持续提升系统RAMS，实现全天候不间断运行 ； 准点：通过智能化行车调度算法，实现运行图自动调整，保证列车运行的准确控制 ；

轨道交通发展方向 舒适：根据列车运行和客流的变化及时调整候车环境控制，提升候车的舒适性；优化的列车速度控制，实现多元参数下列车精确与舒适控制，提升乘车的舒适性 ； 低碳：机电系统与行车实现协同控制，同时参考客流状态，减少非必要的机电设备运行数量或控制设备运行的时间，如减少非运行时段照明数量等；提高设备的效率或改变运行方式来降低电力消耗，如环控设备和电梯等采用变频器、节能坡和节能运行图等 人性化：通过优化人因工程设计，向操作人员提供良好的操作界面和用户体验，降低劳动强度，提高工作效率，降低人因故障发生的可能性

国内外研究现状及发展趋势 城市轨道交通自动化系统的发展可大致分为四个阶段；

城轨新技术趋势 ——全自动驾驶系统（FAO） 22 CBTC是复杂的网络化、智能化、安全相关控制系统。轨道交通运行系统是一个复杂多元参数大系统，为保证安全高效运行，控制系统必须无缝覆盖所有列车、线路和车站，实现人、车、路协同控制。另一方面，轨道交通须全天候不间断运行，一个小故障将可能造成车毁人亡的大事故，因此要求控制系统必须全生命周期、全天候安全可靠工作。 22

FAO概述 全自动驾驶系统（FAO），又称无人驾驶系统，是一种将列车驾驶员执行的工作，完全由自动化的、高度集中的控制系统所代替的列车运行模式。 优点： 提供标准化的服务质量，利于乘客 减少系统整体延误，利于运营 减少人因错误，利于安全 减少人力和能源成本，利于成本 典型线路 北京地铁机场线 上海地铁10号线

自动化等级（Grade Of Automation） 运输管理基本功能 GOA 0 GOA 1a GOA 1b GOA 2 GOA 3 GOA 4 列车 安全运行　 安全进路 X S 列车间隔控制 速度监控 (部分S) 列车驾驶 加速和减速 轨道监测 障碍物监测 避免与轨道上的工作人员碰撞 乘客换乘 乘客门控制 X或S 乘客跌落车厢间或轨道上 列车安全启动条件 其它 列车进入/退出运营 监测列车状态 危险 检测与处理 列车诊断, 烟火, 脱轨, 紧急情况处理 (电话, 疏散监督) S或OCC staff FAO系统： 将列车驾驶员的工作由系统替代，实现GOA3和GOA4等级的列车控制系统。

城轨新技术趋势 ——网络化运营和互联互通 CBTC是复杂的网络化、智能化、安全相关控制系统。轨道交通运行系统是一个复杂多元参数大系统，为保证安全高效运行，控制系统必须无缝覆盖所有列车、线路和车站，实现人、车、路协同控制。另一方面，轨道交通须全天候不间断运行，一个小故障将可能造成车毁人亡的大事故，因此要求控制系统必须全生命周期、全天候安全可靠工作。 25

网络化运营与互联互通需求

网络化运营与互联互通定义 在城市轨道交通资源共享中，如果在多条线路上进行车辆、信号、通信、供电等专业的完全资源共享，则可以说：实现了这几条线的互联互通和网络化运营。

网络化运营与互联互通 信号系统网络化运营的途径和方法 采用同一厂商相同制式的信号系统 加装多套信号车载及地面设备 采用标准应答器通道实现点式互联互通 实现规范和标准的信号互联互通

车载设备 采用标准应答器通道实现点式互联互通 BTM 标准接口 标准通信协议及 编码方式 标准应答器 标准应答器 车载ATP 应答器天线 联锁系统 LEU

最终愿景 CBTC是复杂的网络化、智能化、安全相关控制系统。轨道交通运行系统是一个复杂多元参数大系统，为保证安全高效运行，控制系统必须无缝覆盖所有列车、线路和车站，实现人、车、路协同控制。另一方面，轨道交通须全天候不间断运行，一个小故障将可能造成车毁人亡的大事故，因此要求控制系统必须全生命周期、全天候安全可靠工作。 30

最终愿景 移动闭塞技术（点） 综合自动化技术（线） 全自动驾驶技术（线） 网络运营及互联互通（面） 轨道交通的智能定制

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