西安交通工程學院 李 歡

信號系統(tǒng)在城市軌道交通中發(fā)揮著重要作用，對信號系統(tǒng)進行合理控制使列車按照規(guī)定線路高效有序運行。信號系統(tǒng)的核心是ATC系統(tǒng)，它為列車的自動化運行提供全線控制功能，使人員的工作強度降低，減少了由于人員因素導致事故發(fā)生的概率，提高了運營質(zhì)量。城市軌道交通信號系統(tǒng)有多種控制方式，每種控制方式都有各自的特點，通過對信號系統(tǒng)的控制方式進行研究，為城市軌道交通信號系統(tǒng)的控制方式在不同場合的應(yīng)用提供有效參考。

城市化現(xiàn)象導致城市道路出現(xiàn)擁擠，已有的交通工具無法滿足居民的出行需求。城市軌道交通單向每小時輸送乘客數(shù)量可以達到上萬人，且速度快、占用土地面積較小，可以有效緩解市民出行壓力，解決交通擁擠問題，同時其專用軌道也避免了與地面交通相混合，很大程度降低了交通事故的發(fā)生率，因此近年來我國大力支持發(fā)展城市軌道交通。城市軌道交通信號系統(tǒng)是指揮列車安全運行，提供列車運行信息的重要系統(tǒng)，對信號設(shè)備采取合理的控制方式是保障城市軌道交通高效運行，實現(xiàn)列車運行自動化的重要手段。

1 城市軌道交通信號控制系統(tǒng)

信號系統(tǒng)不僅肩負著城市軌道交通安全運行的重擔，也是運營調(diào)度指揮中心的中樞神經(jīng)。對信號設(shè)備的控制方式關(guān)乎著列車運行速度、運輸效率和行車安全等重要指標，如果信號設(shè)備出現(xiàn)故障，可能導致運營控制中心指令無法下達，影響列車正常運行，嚴重時甚至會出現(xiàn)列車脫軌、追尾、火災(zāi)等重大事故。城市軌道交通信號控制系統(tǒng)可以為控制中心與信號設(shè)備建立高效的連接紐帶，不僅為信號設(shè)備與控制中心傳輸信息，也實現(xiàn)了對信號設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)控，這樣在設(shè)備運行數(shù)據(jù)不正常時可以及時處理，避免了重大事故的發(fā)生，在提高行車效率方面發(fā)揮著重要作用。

2 城市軌道交通信號系統(tǒng)的組成

城市軌道交通信號系統(tǒng)中的重要組成部分是列車自動控制系統(tǒng)ATC和聯(lián)鎖系統(tǒng)。聯(lián)鎖系統(tǒng)讓信號、進路及道岔三者之間實現(xiàn)了相互制約的關(guān)系，通過信號設(shè)備計軸器或軌道電路可以檢測進路的狀態(tài)，若進路處于空閑狀態(tài)，信號機是正常通行狀態(tài)，則轉(zhuǎn)轍機扳動尖軌打開道岔；反之若信號機關(guān)閉，則道岔鎖閉。在聯(lián)鎖方式上，由于計算機聯(lián)鎖相比于早期的繼電集中聯(lián)鎖具有安全可靠性高、維修方便等優(yōu)點，目前被廣泛采用。聯(lián)鎖系統(tǒng)使設(shè)備之間即互相制約又相互關(guān)聯(lián)，提高了列車運行的安全保障。

ATC是城市軌道交通信號系統(tǒng)的控制核心，它由ATO、ATP和ATS三個子系統(tǒng)構(gòu)成，各子系統(tǒng)互相支撐，實現(xiàn)地面設(shè)備與車載設(shè)備相結(jié)合的自動控制系統(tǒng)。

2.1 列車自動駕駛系統(tǒng)ATO

ATO依據(jù)列車運行計劃，實時計算列車在目標點需要達到的速度值，根據(jù)目標點的速度值對列車發(fā)出速度控制指令，實現(xiàn)對列車的自動駕駛。ATO是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，主要功能是實現(xiàn)列車在區(qū)間運行時對速度的精準控制以及列車到站的精確停車。

2.1.1 列車區(qū)間運行速度的控制

ATO在接收到ATP發(fā)出的控制命令后，向列車牽引系統(tǒng)或制動系統(tǒng)發(fā)出加速或減速的指令。在ATO模式下，由于列車運行速度受線路影響，所以實際運行速度曲線在允許范圍內(nèi)波動，且列車的運行速度受ATP規(guī)定的速度限制，因此實際速度曲線位于ATP速度曲線之下，當實際速度接近ATP的最大允許速度時，列車的運行效率得到顯著提升，通過閉環(huán)控制方式自動控制列車速度，減少了列車在運行時切換牽引和制動狀態(tài)的頻率，使列車能夠平穩(wěn)運行，為旅客提供良好的乘車體驗。

2.1.2 列車到站精確停車

列車在站臺區(qū)規(guī)定位置精確停車并與安全門的位置對準，方便乘客上下車，該功能是ATO系統(tǒng)的重要功能。該功能需要ATO中的車載模塊實時采集列車速度并與目標點速度比較，并及時發(fā)出速度控制指令，通過對速度實時追蹤，實現(xiàn)列車到站精確停車。精確停車為乘客提供寬敞的乘車通道，避免上下車過程發(fā)生擁擠，節(jié)約了乘車時間。

2.2 列車自動防護系統(tǒng)ATP

ATP在信號控制系統(tǒng)中有著重要作用，它的實現(xiàn)很大程度提升了列車的運行效率。如果沒有ATP當列車司機長時間駕駛處于疲勞時，可能對突發(fā)情況不能及對反應(yīng)，導致安全事故的發(fā)生。ATP對列車在不同線路運行時的速度做出限制，在運行速度大于限制速度，或危及到行車安全的突發(fā)事件時，ATP系統(tǒng)會對列車采取制動措施。

2.3 列車自動監(jiān)控系統(tǒng)ATS

ATS系統(tǒng)具有根據(jù)列車運行圖監(jiān)控全線列車運行的功能，也可以在特殊情況優(yōu)化或修改列車運行圖，通過人機交互界面實現(xiàn)對列車實時追蹤。中央級和車站級實現(xiàn)了ATS的兩級監(jiān)控功能。中央級是通過控制中心對全線運行的列車和設(shè)備進行控制，在車站擁有控制權(quán)時可以對本站范圍內(nèi)的列車和設(shè)備進行控制。中央級是最高級的監(jiān)控系統(tǒng)，它的控制中心有最高權(quán)限，可以將權(quán)限下方給它的下一級車站，車站值班員也可以向控制中心申請獲得本站的控制權(quán)。

3 城市軌道交通信號系統(tǒng)的控制方式

城市軌道交通信號系統(tǒng)的控制方式分為對列車速度的控制方式、閉塞方式和車地信息傳輸方式三方面。

3.1 列車速度的控制方式

信號系統(tǒng)對列車速度的控制方式主要有兩種，分別是按階梯式速度曲線控制和按速度距離模式曲線控制。

階梯式速度曲線是對列車運行線路進行多區(qū)段的劃分，如圖1所示，在每個區(qū)段都設(shè)置了最大行駛速度，當運行速度超過該區(qū)段的最大值時，ATP發(fā)出制動命令，制動系統(tǒng)使列車運行速度在規(guī)定時間內(nèi)降至允許速度，若在規(guī)定時間范圍內(nèi)無法使列車速度降至允許值，則在超過規(guī)定時間后ATP對列車采取緊急制動措施，使列車盡快停車，避免了事故的發(fā)生。

圖1 階梯式速度曲線

速度距離模式曲線是一條平滑的曲線，如圖2所示，曲線是由多個點連接而成，每個點代表一個速度值，表示該點允許的最大速度，如果列車速度超過該點的最大速度，ATP系統(tǒng)對列車發(fā)出制動命令，使運行速度降至曲線的下方。若列車運行速度持續(xù)在曲線上方，則施加緊急制動使列車緊急停車。速度距離曲線控制方式相比階梯式速度控制方式，列車減速過程較平滑，可以提高乘客的舒適度。

圖2 速度距離模式曲線

3.2 閉塞方式

按照閉塞方式劃分信號系統(tǒng)可以分為三種。第一種是固定閉塞，線路被固定劃分為多個閉塞分區(qū)且有相應(yīng)的速度限制，速度控制模式采用階梯式。通過信號設(shè)備軌道電路或計軸器劃分區(qū)間并進行線路狀態(tài)的檢測，當檢測到軌道線路處于占用狀態(tài)時，按照當前區(qū)段設(shè)置的速度值對列車施加制動力，使速度降至規(guī)定速度范圍內(nèi)；準移動閉塞雖然也將線路劃分了若干個閉塞區(qū)間，但它和固定閉塞不同的是，每個分區(qū)沒有設(shè)速度限制，準移動閉塞計算制動距離的兩個端點中的追蹤目標點是以前方列車閉塞分區(qū)的始端為基準是固定點，而制動點根據(jù)后方列車的性能計算是非固定點，其控制模式采用速度距離曲線模式；移動閉塞是行車效率最高的一種閉塞方式，取消了固定閉塞區(qū)間的劃分，追蹤目標點和制動點都是非固定點，信號系統(tǒng)根據(jù)車地雙向通信確定前方列車位置，再依據(jù)后方列車自身性能動態(tài)計算列車制動距離，由于前后列車都處于動態(tài)運行中，所以列車制動距離也處于動態(tài)變化中，這種閉塞方式?jīng)]有固定的間隔距離，極大地縮短了行車間隔時間，為行車效率提升了保障。

3.3 車地信息傳輸方式

在信號系統(tǒng)中，車地之間信息的傳輸方式主要有點式和連續(xù)式兩種，點式傳輸是指在線路的固定點利用車地之間的電磁耦合作用傳遞列車運行信息，如在進站信號機外方400m處向列車傳遞減速信息，這種方式只在固定點顯示信息，無法保證列車在全線的安全運行。連續(xù)式車地信息傳輸方式可以持續(xù)反映列車在全線的運行狀態(tài)和條件，被廣泛應(yīng)用在自動閉塞中。

城市軌道交通信號系統(tǒng)是軌道交通信息傳遞，列車安全運行的重要保障。將計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)等多學科進行融合，為未來提出智能化的信號控制系統(tǒng)提供強大的技術(shù)支撐。通過研究信號系統(tǒng)的控制方式為提高運營服務(wù)質(zhì)量，提升運營效益等有重要作用。對信號系統(tǒng)的控制方式進行多方面分析，提出合理意見，為今后研究信號系統(tǒng)的控制方式奠定基礎(chǔ)，也為后續(xù)提出更加完善合理的信號控制系統(tǒng)提供參考依據(jù)。