第9章 城市轨道交通 通信与信号 2017年3月2日星期四.

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1 第9章 城市轨道交通 通信与信号 2017年3月2日星期四

2 主要内容 9.1通信基本原理及在轨道交通中的应用 9.2轨道交通中信号基本原理及作用

3 9.1通信基本原理及在轨道交通中的应用 9.1.1 通信基本原理 9.1.2 轨道交通通信网的结构 9.1.3 轨道交通通信系统的特点 9.1.4 子系统简介

4 通信基本原理 一对信源和信宿之间的 通信模型

5 通信基本原理 网络模型

6 9.1.2 轨道交通通信网的结构 多种通信网络结构

7 9.1.2 轨道交通通信网的结构 与轨道交通系统本身构成方式相适应

8 9.1.3 轨道交通通信系统的特点 必须配备专用、完整、独立的通信系统，供构成城市轨道交道系统的各职能部门之间的有机联系和行车的调度指挥。
要能够迅速、准确、可靠地传递和交换各种信息。从而使轨道系统的运行始终处于有条不紊的状态。 既能传输语音信号，又能传输文字、数据和图像等各种信息的综合业务数字通信网。 分类根据设计者的理念和建设承包商的任务分解有所不同。

9 9.1.4 子系统简介（一般分类） 传输系统 传输子系统为各子系统之间的通信提供传输通道，即为控制中心与公安中心、各车站、车辆段、停车场之间信息流传递提供传输通道，为信号、自动售检票、设备监控等系统提供信息流的传输通道。

10 9.1.4 子系统简介（一般分类） 公务通信系统 为轨道交通系统内部工作人员以及内部对外部的公务联络提供通信手段（上海6号线）

11 9.1.4 子系统简介（一般分类） 专用通信系统 建立在公务通信系统之上专门用于调度指挥的以电话为主的通信系统

12 9.1.4 子系统简介（一般分类） 专用无线子系统 由于列车的移动特征，轨道交通调度指挥仅有有线通信是不够的，还必须设有专用无线通信系统。专用无线通信系统按照工作区域的不同，分为运行线路上的调度无线通信系统和车辆段内的无线通信系统，运行线路上的调度无线通信系统相对复杂。

13 9.1.4 子系统简介（一般分类） 公安无线引入系统 覆盖地铁全线及各车站。通过该系统，公安中心的工作人员能够与沿线、车站等处于移动状态下的公安人员实现通话。

14 9.1.4 子系统简介（一般分类） 消防无线引入系统 消防无线通信系统在事故应急情况下使用。可与公安无线系统部分合用。

15 9.1.4 子系统简介（一般分类） 电视监控系统 由车站、运营控制中心、公安监控中心及管理中心（预留）三级组成，各个控制中心和各车站通过地铁通信传输系统平台共享视频图像资源。

16 9.1.4 子系统简介（一般分类） 广播系统 广播系统通报列车到站及离站的实时预告信息，非常情况下发出警报，指挥救援，疏导信息等，同时，及时将运行信息告之行车相关人员。通常由车站广播系统和停车场、车辆段广播系统组成。

17 9.1.4 子系统简介（一般分类） 导乘系统 导乘系统提供列车时间信息、政府公告、出行参考、股票信息、媒体新闻、广告等实时多媒体信息；在火灾、阻塞及恐怖袭击等情况下，提供动态紧急疏散指示。

18 9.1.4 子系统简介（一般分类） 时钟系统 时钟系统采用分布式结构，由GPS时间信号接收单元、一级母钟、监控设备、二级母钟、输出接口箱、子钟等组成。

19 9.1.4 子系统简介（一般分类） 通信电源系统 故障集中监视系统
通信电源系统由各车站通信电源系统、车辆段和停车场的通信电源系统、控制中心通信电源系统、通信电源网管系统、通信接地系统等组成，主要设备有交流自切配电柜、不间断电源、直流高频开关电源、蓄电池等。 故障集中监视系统 故障集中监视系统由服务器、系统工作站、打印机、网卡、交换式集线器、软件、网络线缆及连接器、车站（段）设备等组成。控制中心的系统工作站通过传输系统提供的通道与各车站、车辆段的数据采集单元进行连接。

20 什么是WIFI WIFI(Wireless Fidelity)，Wi-Fi是Wi-Fi联盟制造商的商标可做为产品的品牌认证，是一个建立于IEEE 标准的无线局域网络（WLAN）设备，是目前应用最为普遍的一种短程无线传输技术。基于两套系统的密切相关，也常有人把Wi-Fi当做IEEE 标准的同义词术语。

21 WiFi - 用途 网络连结:如机场，酒店，餐馆等经常提供给来访者免费的热点
城市的Wi-Fi覆盖:例如在2005年，美国加州Sunnyvale，成为第一个在美国的城市，提供全市免费无线网络连接。 校园的Wi-Fi覆盖：在中国的许多大学图书馆内，也专门设有有免费Wi-Fi热点，提供给学生使用。

22 WiFi 标准和补充 802.11，1997年，原始标准（2Mbit/s，2.4GHz频道）。 a，1999年，物理层补充（54Mbit/s，5GHz频道）。 b，1999年，物理层补充（11Mbit/s，2.4GHz频道）。 c，符合802.1D的媒体接入控制层（MAC）桥接（MAC Layer Bridging）。 d，根据各国无线电规定做的调整。 e，对服务等级（Quality of Service, QoS）的支持。 f，基站的互连性（Interoperability）。 g，物理层补充（54Mbit/s，2.4GHz频道）。 h，无线覆盖半径的调整，室内（indoor）和室外（outdoor）信道（5GHz频段）。 i，安全和鉴权（Authentification）方面的补充。 n，导入多重输入输出（MIMO）和40Mbit信道宽度（HT40）技术， 基本上是802.11a/g的延伸版。

23 WiFi

24 WiFi

25

26 问题： WIFI已经出现在公交上，出现在地铁站， 甚至出现在地铁车厢里 （便携式无线路由器）

27 9.2 轨道交通中信号基本原理及作用 9.2.1 轨道交通信号的基本概念 9.2.2 轨道交通信号基础设备 9.2.3 轨道电路 9.2.4 联锁 9.2.5 区间闭塞 9.2.6 ATC和 CBTC

28 9.2.1 轨道交通信号的基本概念 什么是轨道交通信号？ 信号是列车运行的凭证。信号设施用于指挥和控制列车运行。 轨道交通信号的作用？
轨道交通信号的基本概念 什么是轨道交通信号？ 信号是列车运行的凭证。信号设施用于指挥和控制列车运行。 轨道交通信号的作用？ 确保列车运行的安全，防止追尾和冲突。 提高运行效率。 实现列车运行的自动化。

29 轨道交通信号的基本概念

30 9.2.2 轨道交通信号基础设备——信号机 红色 要求停车； 黄色 要求注意或降低速度； 绿色 准许按规定速度运行； 蓝色 调车禁止信号；
常用的信号机有两种：透镜式色灯信号机和LED信号机。 红色 要求停车； 黄色 要求注意或降低速度； 绿色 准许按规定速度运行； 蓝色 调车禁止信号； 白色 调车允许信号。

31 9.2.2 轨道交通信号基础设备——信号机 正线道岔区段设置防护信号机，具备出站性质的道岔防护信号应设引导信号，线路尽头设置阻挡信号机。车辆段（停车场）的出口处设置段（场）信号，在能同时存放两列及以上列车的停车线中间进段方向设列车阻挡信号，其它地点需要设置调车信号。

32 9.2.2 轨道交通信号基础设备——计轴器 计轴系统完成轨道区段空闲检查、运行方向、列车完整性检查等功能。
通过检测接收线圈中的感应电势的大小和相位来判断有车轴通过了该计轴点，当一列车的多个车轴通过时，轨旁的电子单元将其轴数记录下来，通过利用计轴主机比较区间两头的所数的车轴数量，就可以知道该区间是否被列车占用。

33 9.2.2 轨道交通信号基础设备——转辙机 转辙机的作用包括：转换道岔的位置，根据作业需要转至定位或反位；道岔转至所需位置并密贴后，实现闭锁；正确反映道岔实际位置，给出相应表示；道岔被挤或因故处于两侧尖轨均不密贴时，给出告警。

34 9.2.3 轨道电路 利用轨道的两条钢轨作为导线，两端以钢轨绝缘分界，与轨道继电器等设备组成电气回路，不仅用来检查线路是否空闲，而且与信号显示相联系，用以实现自动闭塞。

35 9.2.3 轨道电路 有绝缘轨道电路工作原理

36 没有列车进入的轨道电路

37 列车进入后的轨道电路

38 9.2.3 轨道电路 无绝缘轨道电路之一： 模拟音频轨道电路用低频信息调制载频，除了监督轨道区段的占用外，可以一定数量的信息，代表不同速度，主要是预告运行前方三个或者四个闭塞分区的占用与否。利用它可以构成阶梯式分级制动模式的固定闭塞。

39 9.2.4 联锁 联锁设备是利用技术手段，确保列车和调车作业安全、提高车站通过能力的一种信号设备。
1、道岔位置正确——开放信号时，进路上有关的道岔应处于开通该进路的位置； 2、线路空闲——开放信号时要求该进路上没有车占用； 3、没有敌对进路——开放信号时，要求该进路有关的敌对信号没有开放； 4、锁闭道岔和敌对信号机——开放信号后，还要求该进路上的相关道岔不能扳动，其敌对信号机不能开放。

40 9.2.4 联锁

41 9.2.4 联锁 由于计算机控制技术在轨道交通领域的应用，联锁设备已经由电磁继电器构成的电气集中联锁过渡到以硬件电路和软件系统构成的计算机联锁。计算机联锁对值班员的操作命令和现场控制设备的表示信息进行逻辑运算，完成对信号机、道岔和进路之间的逻辑控制。

42 9.2.4 联锁 运行3 级控制 联锁操作要实现3 级控制，即控制中心控制，远程控制终端控制，车站工作站控制。
控制中心集中控制全线的列车运行，系统根据列车运行时刻表及列车运行状况发出控制命令，并进行自动调整。在控制中心设备故障或上下级设备的通信线路有故障时，系统自动转入自动控制的降级模式。在站级控制模式下，列车运行的进路在车站工作站控制。

43 9.2.5 区间闭塞（固定闭塞） 二显示自动闭塞 利用信号系统指挥行车，想方设法缩小前后两列车之间的行车间隔，最大限度的利用线路的通过能力，提高运能。与此同时，又要保证前后车不发生追尾撞车事故，最简单方法是划分一定长度的“区段”，在某一时间段内，在此区间内只容许一列车占有（运行或停放），这就是“闭塞”的概念。

44 9.2.5 区间闭塞（固定闭塞） 三显示自动闭塞 当前方闭塞分区被列车占用时，信号显示红灯，而该信号机防护的闭塞分区空闲时显示黄灯，其运行前方有两个及两个以上的闭塞分区空闲时显示绿灯。可以分2个速度等级，提高运能。

45 9.2.5 区间闭塞（固定闭塞） 四显示自动闭塞 列车以规定的速度越过绿黄后必须减速，以便使得列车在抵达黄灯时速度较慢，保证在红灯前停车。该方式预告列车前方三个闭塞分区的状态，具备三个速度等级，两个闭塞分区的长度满足从最高速度降至零的制动距离，可缩短闭塞分区长度。

46 9.2.5 区间闭塞 （准移动闭塞） 准移动闭塞 预先设定列车的安全追踪间隔距离，根据前方目标状态设定后车的运行距离和运行速度。

47 9.2.5 区间闭塞 （移动闭塞） 移动闭塞 线路不设置固定的闭塞分区，前、后车均采用连续定位方式，前、后车直接实时通信，后车实时地获得前车的速度、位置信息，通过区域控制器获得移动授权，追踪前车末尾，只要保证必要的安全距离，前后车的间隔可以很小。这样，移动闭塞大大缩短了行车间隔，最大限度利用了线路的通过能力。

48 固定闭塞与移动闭塞比较

49 上海地铁采用的ATC制式 1号线：采用美国GRS的ATC系统（模拟）； 2号线：采用美国USS的ATC系统；
3、4号线：采用法国ALSTOM公司的ATC系统； 5号线：采用SIEMENS公司的点式ATC系统； 8号线：采用ALCATEL公司的基于无线通信CBTC系统。 共有5种制式。

50 广州地铁采用的ATC制式 1、2号线采用SIEMENS公司的ATC系统（数字轨道电路）；
3号线采用ALCATEL公司的ATC系统（移动闭塞）； 4、5号线采用SIEMENS公司的CBTC系统（无线通信）。

51 上海地铁采用的信息传递方式 上海地铁一号线建于80年代末，当时模拟技术占主导地位，选用了基于模拟音频无绝缘轨道电路的ATC系统，其信息量小且是不连续的。 上海地铁二号线建设时，数字技术走向成熟应用阶段，选择了基于数字编码轨道电路的ATC系统，控制中心向列车连续发送“目标速度” 。 上海地铁三号线的ATC系统，向列车传送的信息内容是“进路地图”的“目标距离”，由车载计算机自己决定运行速度。 由于其运量及其车辆性能等原因，上海地铁五号线采用点式ATC系统。

52 9.2.6 ATC与CBTC 现代列车运行控制系统以安全为核心，以保证和提高列车运行效率为目标，调节列车运行间隔和运行时分，保证列车和乘客安全，实现列车运行控制和行车指挥自动化。 现代信号系统的核心是列车自动控制（ATC）系统。 列车自动控制（ATC）系统（Automatic Train Control） 组成： 列车自动防护（ATP）子系统 （Automatic Train Protection） 列车自动监控（ATS）子系统（Automatic Train Supervision） 列车自动运行（ATO）子系统 （Automatic Train Operation）

53 9.2.6 ATC与CBTC 三子系统之间相互渗透，实现地面控制与车上控制相结合、现场控制与中央控制相结合，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自动控制系统

54 CBTC——Communication Based Train Control
9.2.6 ATC与CBTC CBTC使用无线移动闭塞技术，靠移动列车间的通信来实现控制，从而缩短列车间安全制动距离。CBTC技术所需要的沿线硬件设备少。 CBTC——Communication Based Train Control

55 相邻区域间的地车通信移交，保证无线通信不中断。
9.2.6 ATC与CBTC 相邻区域间的地车通信移交，保证无线通信不中断。

56 我国目前采用的CBTC 西门子CBTC 广州轨道交通4、5号线 北京地铁10号线，上海地铁10号线，南京地铁2号线
西门子CBTC 广州轨道交通4、5号线 北京地铁10号线，上海地铁10号线，南京地铁2号线 阿尔卡特SelTrac S40 CBTC，武汉轻轨，广州地铁3号线 阿尔斯通 Urbalis TM CBTC,北京地铁2号线，机场线

57 思考题 1. 试阐述什么是轨道交通信号？ 2. 什么是闭塞？固定闭塞，准移动闭塞，移动闭塞如何区分？ 3. 什么是联锁？
4. 轨道交通信号系统中有哪些基本设备？ 5. 轨道电路有哪些分类方法？ 6. ATC系统由ATP,ATS和ATO组成。试阐述其各部分功能。 7. 轨道交通的通信系统能否和市话系统合二为一？为什么？ 8. 从功能上考虑，轨道交通的通信系统主要由哪些子系统组成？

58 谢 谢 ！