§ 4－4 连续式ATP系统 一、 采用轨间电缆的列车速度自动控制系统 对城市轨道交通而言，较高的行车密度是其特点之一，尤其是在大城市的人口密集区，通常希望有1.5 ～ 2 min的列车间隔，如此短的行车间隔，对列车超速防护系统提出了极高的要求：不仅是效率上的要求， 而且是安全上的要求。在2 min列车间隔的要求下，上一节所述的点式车速自动控制系统就难以适应了。如图4-18所示的情况：

后续列车驶过地面应答器T1时，因前方轨道区段有车，它计算出的速度曲线是一条制动曲线。后续列车驶过T1后，尽管前行列车可能已出清前方轨道区段，但后续列车因得不到新的信息而依然减速运行，直至抵达地面应答器T2，获得新的信息后才能加速。从这个实例可以看出，要最大程度地缩短行车间隔，点式列车超速防护系统是难以胜任的。

连续式列车超速防护系统是基于连续的信息传递，列车不间断地从信息传输通道获得信息，车载计算机也不间断地计算出速度曲线，从而使行车间隔可缩至最短。 连续式列车超速防护系统的关键设备之一是信息传输通道，目前国际上在城市轨道交通上普遍采用的不外乎2种方式： （1）  敷设轨间电缆； （2） 利用轨道电路，即用钢轨作信息通道。

轨间电缆的系统： 1、工作原理（图4-19） 控制方式一： 在整条线路上设置一个控制中心，在城市轨道交通中，列车速度控制中心通常与微机联锁、行车指挥中心等放置在一起，例如置于调度中心。在此控制中心内，储存了该线路的一些固定数据，如区间的线路布置图、坡度、缓行段位置及长度等。此外，经过联锁装置，将沿线的信号显示、道岔位置及其他控制对象的信息不断地传送至控制中心，同时，列车又将它自身的数据，如车长、制动率、所在位置、实时速度等，经过轨间电缆传给控制中心。

图4-19 采用轨间电缆的连续式超速防护系统的原理图 图4-19 采用轨间电缆的连续式超速防护系统的原理图

此种连续式速度控制系统的车上－地面信息传递是用轨间电缆来实现的。列车从控制中心获得最大允许速度值之后，一方面在双针速度表（图4-11）上显示出来，一方面依据此值对列车速度进行监控：若列车实际速度高于此最大允许速度，则先报警后下闸（常用制动）。如果制动设备条件许可，则可在列车实际速度低于最大允许速度时缓解制动机。从而避免了列车停车及重新启动。 应当指出，上述信息传递及在控制中心内计算最大允许速度不是唯一的制式。这种制式的优点是：由于控制中心“管全局”，统一指挥在其管辖范围内的全部列车运行，对于一些交通繁忙的

枢纽，几条线路的公共区间（如下图）等场合，这种方案是极为有利的，在一旦发生行车误点或其他行车障碍时，可极迅速地将行车命令传递给列车。但是，这种制式的缺点是：一旦控制中心的设备故障即会引起全线交通瘫痪。

控制方式二： 控制中心将有关信息（如线路坡度、缓行段位置或目标距离、目标速度等）通过轨间电缆传递给机车。由车载计算机计算出它自身的最大允许速度，使速度测量、速度计算、速度比较与速度校正在列车上形成控制闭环。这种制式还有一项优点，即是可以避免“最大允许速度”在数据传输过程中的受到干扰。 2、系统结构 采用轨间电缆的超速防护系统的室内、室外设备联系用两级控制方式来实现，即控制中心与若干个沿线设置的中继器相联，一个中继器最多可连结128个轨间电缆环路，在控制中心与轨间

电缆之间的信息交换将在中继器内进行中间变换（频率变换、电平变换、功率放大等），如图所示。

在这类连续式超速防护系统中，轨间电缆是车上－地面的唯一信息通道。为了抗牵引电流的干扰以及实现列车定位，轨道电缆每隔一定距离（例如每隔25 m）做一交叉。见下页图。 我们可用14位电码来表示列车的地址信息： 其中最高比特位为列车运行方向码；第11～13 bit为相应中继器的代码；第4～10 bit为粗地址码，表明列车处于哪一个电缆环路，每当列车驶过一个电缆交叉点，利用信号极性的变化引发粗地址码的末位码加1；第1～3 bit表示细地址码，列车每驶过3.13 m（25m×1/8），细地址码的末位码加1。

上述地址电码的约定结构是实际使用的一个实例。通过这种事前约定的电码结构，将列车定位地址码解码后即可知道列车所在的确切位置。 【例】 控制中心收到列车的地址码为：10010010110100 译码后可知： （1）列车为上行方向； （2）中继器代码为001（1＃中继器）； （3）粗地址码：0010110→22，即列车位于第22环路； （4）细地址码：100→4，即列车位于第22环路的中央（距始端12.5 m处）。

图4-22 轨间电缆的交叉配置

中继器的框图结构如图4-24所示。

3. 系统软件概述（图4-25） 由于要求系统的反应十分灵敏，即要求数据处理的速度很高，所以不宜采用大容量外存储器，以避免需要较多的存取数据时间。这里的做法是将与列车运行有关的区间数据表、列车数据表分别储存在计算机的内存中，由操作系统控制数据的存入和取出。  

二、 采用数字编码轨道电路的连续式列车速度自动控制系统 前面分别讨论了点式和连续式列车超速防护系统的原理和结构。点式系统的价格相对低廉，能有效地实现超速防护，但由于信息传递的不连续性，会对列车运行造成不利（并非不安全）影响。用轨间电缆实现车上－地面信息连续传递，克服了点式的缺点，但这是以昂贵的轨间电缆为代价的，而且轨间电缆给线路养护工作带来了麻烦，也容易受到养路工作的损害。鉴于上述，一些西方工业国家研制开发了利用轨道电路作为信息传输通道的连续式列车超速防护系统，我国上海地铁、广州地铁都采用此种系统。

应该指出，钢轨本身并不是一种理想的信息通道，铁质材料对高频信号的衰耗很大，限制了轨道电路的长度，例如以10 kHz为载频时，单侧供电轨道电路的最大有效长度仅为300 m。此外，用钢轨传送数字信息的数码率也很低，一般仅为200 bit/s左右。然而，对于站间距离短、车速不高的城市轨道交通而言，上述两个问题（轨道电路有效长度短及数码率较小）并不影响系统的使用，所以这类系统在城市轨道交通中是有广泛使用前景的。

1. 系统的结构及原理 利用数字编码音频轨道电路作为信息传输通道的ATP系统（以下简称TC-ATP系统）在结构上分为车载设备、轨道电路及室内（控制中心内）设备三大部分，如图4-26所示。 车载ATP部分的主要任务是根据来自地面控制中心的数据（由ATP天线接收）与预先储存的列车数据计算列车实时最大允许速度，将此最大允许速度与来自轮脉冲发生器（OPG）的列车此时刻的实际速度数据做比较，超过允许速度时，报警后启动制动器（常用制动或紧急制动）。在司机驾驶台上绘出一系列必要的显示，如最大允许速度、此时刻的实际速度、目标点距离、目标点速度等。

OPG－轮脉冲发生器； MUX－多路转换器；RTU－远程传输单元； BUC－母钱集中控制； PTI－列车定位识别； MMI－人机接口。 图4-26 TC-ATP结掏框图 OPG－轮脉冲发生器； MUX－多路转换器；RTU－远程传输单元； BUC－母钱集中控制； PTI－列车定位识别； MMI－人机接口。  

值得强调的是兼有在联锁装置中反映轨道状态（空闲或占用）及传输ATP信息两大功能的音频轨道电路，这类多用途音频轨道电路的结构如图4-27所示。当轨道电路区段空闲时，轨道电路接收器R上有高电平，促使转换开关S吸起，向轨道电路发送“轨道电路检测电码”（6～8 bit），此时轨道电路的功能是检测轨道电路区段空闲，检测结果送往联锁装置。当列车占用该段轨道电路时，接收器R上因轨道电路被列车轮对短路而呈低电平，导致转换开关S落下，接通ATP信息的发送。这时，轨道电路一方面向联锁装置给出轨道电路已被占用的通报（表示），一方面又承担起传送ATP电码的通道作用。

图4-27 用于联锁装置及TC-ATP的音频轨道电路 R－接收； T－发送；BPC－比特一致校核； A－轨道电路电码；B－ATP信息电码。

2. 从地面－机车所传输的数据（信息） TC-ATP系统用数字电码以脉码调制（ASK或FSK）的方式由轨道电路向车载设备传输数据。数据是以电码的形式发送。按照当前的技术水平，应该在每3 s内有一组ATP电码被传送，每一组ATP电码的有用比特可达127 bit。由于有的轨道电路长度较短，“3s”意味着列车以80 km／h速度运行时驶过66 m距离的时间，在这一时间内务必保证ATP车载设备至少接收到一组完整的电码。 一组ATP数据电码是串行的，为了实现同步，务必设置便于识别的起始码及终止码。 处于起始码与终止码之间的是ATP数据信息码，至于一组ATP数据信息码应包括哪些数据，则应视具体情况而定 。

3. ATP车载设备的自动调谐 在讨论音频轨道电路时已经指出，为了防止相邻轨道电路之间的串音，应有多种频率供挑选使用，使相邻轨道电路区间的传输频率尽可能有较大差别。另外，由于钢轨又兼作牵引电流的回流导线，所以在选择轨道电路传输频率时，应该考虑到尽量避开牵引电流的谐波分量，以使牵引电流对ATP的干扰减到不起作用的程度。随着列车交流传动技术的发展，交流变频调速技术已普遍使用，在牵引电流中的高次谐波分量已十分丰富。 因此，从这个角度出发，轨道电路的传输频率应尽可能选得高；但是，考虑到钢轨衰耗随频率升高而迅速增加，轨道电路的有效长度随频率升高而迅速减少，从这个角度出发，轨道电路的传输频率又不能选得太高。

目前欧美各国大多采用9.5 kHz～16.5 kHz作为轨道电路的传输频率，我国上海地铁二号线、广州附一号线也都是采用这个频率，具体说，有下列8种频率可供选用： 9.5 kHz， 10.5 kHz， 11.5 kHz， 12.5kHz， 13.5 kHz， 14.5 kHz， 15.5 kHz， 16.5 kHz。 由于各轨道电路区间采用不同的频率，于是就产生了一个问题：机车接收装置如何自动适应所在轨道电路的传输频率？ 图4-28表示ATP车载设备实现自动频率跟踪的框图。

ATP车载设备包括2个带电子调谐的接收器，受1个逻辑单元控制。当列车进入轨道电路区间 n时，所接收到的电码中包含有后续轨道电路区间n+1的传输频率值，由逻辑单元识别并控制接收器2调谐至n+1轨道电路区间的传输频率，做好接收准备。图4-29表示2个接收器在列车依次从轨道电路n驶至n+3时交替实现调谐接收与调谐准备。

图4-29 2个接收器交替实现接收与准备