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摘 要：城市轨道交通具有高速度、高密度、不间断运营的特点。信号系统作为行车指挥和列车运行的控制设备.尽管其投资额在城市轨道交通的整个工程中所占比例甚低，但在保证行车安全、提高通过能力、节能及改善运输人员的劳动条件等方面却起着至关重要的作用。在城市轨道交通中采用先进信号设备是一项事半功倍的措施。世界先进国家的地铁和轻轨运营经验证明，只有高水平的信号系统才能更充分发挥其它技术装的现代化水平。
一、城市轨道交通信号系统的特点
城市轨道交通信号系统的特点，主要反映在以下几点：
（1）由于城市轨道交通往往承担巨大的客流量，因此对最小行车间隔的要求远高于大铁路。这就对列车速度监控提出了极高的要求，要求其能提供更高的安全保证。
（2）由于城市轨道交通的列车运行速度远低于铁路干线上的列车运行速度，因此在信号系统中可以采用较低速率的数据传输系统。
（3）由于城市轨道交通的大多数车站仅有上下客功能，在大多数车站上并不设置道岔，甚至也不设置地面信号机，因而，联锁设备的监控对象远远少于一般大铁路的客货站。
（4）除车辆段外，城市轨道交通的大多数车站的行车组织作业既单纯又简单。
（5）由于城市轨道交通的线路长度、站间距离都较短，列车种类单一，行车时刻表规律性很强，因此在城市轨道交通的信号系统中，通常都包含有进路自动排列功能，即按事先预定的程序自动排列进路，只有运行图变更时才有人工介入。
二、城市轨道交通列车运行自动控制系统ATC
2.1 ATC系统概述
列车运行自动控制系统ATC包括三个子系统：列车自动监控系统ATS、列车自动保护系统ATP、列车自动运行系统ATO，简称“3A”系统。
ATP系统根据故障-安全原则，执行列车间安全间距的监控、列车的超速防护、安全开关门的监督和进路的安全监控等功能，确保列车和乘客的安全。
ATS子系统主要作用是实现对列车运行的监督和控制，辅助行车调度人员对全线列车进行管理。它给行车调度人员显示出全线列车的运行状态，监督和已录运行图的执行情况，在列车偏离运行图时及时做出反应，从而保证列车按时刻表正点运行。
ATO系统以列车自动保护系统为基础、配置车载计算机系统及必要的辅助设备.主要执行站间自动运行、列车在车站的定点停车、在终点的自动折返等功能。
2.2 ATC系统整体结构
城轨交通主要通过先进的计算机控制系统实现速度控制、追踪间隔调整和定位停车等。在控制中心内，计算机系统、中心数据传输系统、控制台及CRT显示等的控制及表示信息通过数据传输系统与车站及轨旁的信号设备相连接：轨旁设备通过车站数据传输系统与车站ATC系统相连，车站的ATC系统通过ATP子系统发出列车检测命令检查有无列车，并向车上传送ATP限速命令、门控命令及定位停车的位置命令：车上ATC系统根据ATP命令的数据和译码，控制列车的运行和制动，完成定位停车。
2.3 ATP子系统
ATP子系统在城市轨道交通中承担着确保行车安全的重要职责。作为保证列车运行安全的系统，ATP系统必须符合故障-安全原则。为确保系统的安全可靠，除采用高可靠性、高安全性硬件结构和软件设计外，还应采取必要的软、硬件冗余措施，以确保在故障情况下不中断列车的正常运行。
2.3.1 ATP子系统的功能
（1）安全停车点防护
安全停车点是基于危险点定义的。为了保证安全，需要在危险点前定义一个安全区段。安全区段的长度由运行条件和列车性能决定，必须保证列车最迟能够在安全区段的末端（危险点之前停下来）。ATP系统计算得出的紧急制动曲线即以安全停车点为基础，保证列车不超过该点。
（2）速度监督与超速防护
在城市轨道交通中的速度限制分为两种：固定速度限制和临时性的速度限制。ATP系统始终严密监视这类速度限制不被超越，一旦超过，先做告警，后启动紧急制动，并做记录。
（3）列车安全间隔控制
城市轨道交通具有行车密度高、列车运行间隔短的特点，ATP系统需要在相应的闭塞制式下，保证列车的安全运行间隔。
（4）测速与测距
ATP系统利用装在轮轴上的测速传感器来测量列车的即时速度，并在驾驶室内显示出来。
2.3.2 ATP子系统的分类
在ATP系统中，由于地面设备构成不同、地面与车载信息传输方式不同，构成的ATP系统也不尽相同，其功能与使用效果也有差别。
（1）地-车信息传输方式
在列车自动控制系统中，根据地面-车上信息传输方式不同，可以分为点式和连续式两类：
点式车速自动控制系统主要特点是采用无源、高信息容量的地面应答器，结构简单，安装灵活，可靠性高，价格明显低于连续式列车速度自动控制系统。
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，从而可使列车间隔缩至很短。
（2）列控方式
ATP子系统对列车实施的最终控制一般分为阶梯式速度曲线和速度-距离模式曲线两种控制方式。
阶梯式速度曲线控制方式中，地-车之间所传输的信息是速度码，即地面设备通过信息传输媒体将列车在闭塞区间内的最大允许速度直接传至车上，这类制式在信息传递与车上信息处理方面比较简单，速度分级是阶梯式的，如图2.1所示。
图2.1阶梯式限速曲线
速度-距离模式曲线控制方式中，地-车之间所传输的信息是距离码，即由从地面传至车上的是前方目标点的距离等一系列基本数据。车载计算机根据这些数据，结合列车自身的固有数据，实时计算得出允许速度曲线，并按此曲线对列车的实际运行速度进行监控。由于数据传输及车速监控都是连续的，所以这类系统可以有效地实现平稳驾驶与节能运行。
（3）闭塞制式
铁路线路以车站为分界点划分为若干区间。为了确保列车在区间内的运行安全，列车由车站向区间发车时，必须确保区间（分区）内没有列车，并需遵循一定的规律组织行车，以免发生列车正面冲突或追尾等事故。这种按照一定规律组织列车在区间内运行的方法，叫做行车闭塞法，简称闭塞。
三、准移动闭塞下最小列车追踪间隔时间研究
对城市轨道交通系统来说，列车停站时间较为固定，最小列车追踪间隔时间的计算关键是列车安全间隔时间的计算。为使间题简化，先提出一些与实际允许情况差别不大的假设：
假设1前后两列车具有相同的起动加速度a，常用制动减速度b，进站制动前的最大允许速度为Vmax：假设2两列车的车长均为LZ；假设3前一列车后设有保护区段LS：假设4两列车的制动反应时间均为tan。理想情况下（即移动闭塞下）前后两列车间的最小安全距离如图3.1所示。
图3.1 移动闭塞列车安全间隔
图中表示前行列车刚刚出清车站并驶过安全防护段LS，后续列车2以最大允许速度Vmax驶来，其头部位于距车站运营停车点的距离正好等于列车2的常规制动距离与在制动反应时间内以Vmax所走距离之和。在此情况下，安全间隔时间断为：
tW=tWC+tan+tWB
式中：tWB表示列车从Vmax至停稳所需时间，其值为Vmax/b；tan由信号控制系统性能确定，陔项时间包括车地信息传输与处理时间及制动器反应时间；tWC表示列车1出清车站并驶过防护段LS所消耗地时间；安全间隔时间断tW有两种情况：
结论
城市轨道交通具有高速度、高密度、不间断运营的特点。为保障列车运行安全和线路通过能力，其信号系统必须采用列车运行自动控制系统ATC。本文对城市轨道交通ATC系统进行了全面的分析讨论。针对准移动闭塞下最小列车追踪间隔时间进行了研究，提出了自己的见解。
参考文献
[1]赵明、汪希时.移动自动闭塞条件下列车追踪运行控制研究.铁道学报.L997.Voll9（3）：6l-62
[2]丰文胜、黄钟.城市轨道交通列车自动控制系统的标准化设想.城市轨道交通研究.2002.Vol5（4）：36—38
一、城市轨道交通信号系统的特点
城市轨道交通信号系统的特点，主要反映在以下几点：
（1）由于城市轨道交通往往承担巨大的客流量，因此对最小行车间隔的要求远高于大铁路。这就对列车速度监控提出了极高的要求，要求其能提供更高的安全保证。
（2）由于城市轨道交通的列车运行速度远低于铁路干线上的列车运行速度，因此在信号系统中可以采用较低速率的数据传输系统。
（3）由于城市轨道交通的大多数车站仅有上下客功能，在大多数车站上并不设置道岔，甚至也不设置地面信号机，因而，联锁设备的监控对象远远少于一般大铁路的客货站。
（4）除车辆段外，城市轨道交通的大多数车站的行车组织作业既单纯又简单。
（5）由于城市轨道交通的线路长度、站间距离都较短，列车种类单一，行车时刻表规律性很强，因此在城市轨道交通的信号系统中，通常都包含有进路自动排列功能，即按事先预定的程序自动排列进路，只有运行图变更时才有人工介入。
二、城市轨道交通列车运行自动控制系统ATC
2.1 ATC系统概述
列车运行自动控制系统ATC包括三个子系统：列车自动监控系统ATS、列车自动保护系统ATP、列车自动运行系统ATO，简称“3A”系统。
ATP系统根据故障-安全原则，执行列车间安全间距的监控、列车的超速防护、安全开关门的监督和进路的安全监控等功能，确保列车和乘客的安全。
ATS子系统主要作用是实现对列车运行的监督和控制，辅助行车调度人员对全线列车进行管理。它给行车调度人员显示出全线列车的运行状态，监督和已录运行图的执行情况，在列车偏离运行图时及时做出反应，从而保证列车按时刻表正点运行。
ATO系统以列车自动保护系统为基础、配置车载计算机系统及必要的辅助设备.主要执行站间自动运行、列车在车站的定点停车、在终点的自动折返等功能。
2.2 ATC系统整体结构
城轨交通主要通过先进的计算机控制系统实现速度控制、追踪间隔调整和定位停车等。在控制中心内，计算机系统、中心数据传输系统、控制台及CRT显示等的控制及表示信息通过数据传输系统与车站及轨旁的信号设备相连接：轨旁设备通过车站数据传输系统与车站ATC系统相连，车站的ATC系统通过ATP子系统发出列车检测命令检查有无列车，并向车上传送ATP限速命令、门控命令及定位停车的位置命令：车上ATC系统根据ATP命令的数据和译码，控制列车的运行和制动，完成定位停车。
2.3 ATP子系统
ATP子系统在城市轨道交通中承担着确保行车安全的重要职责。作为保证列车运行安全的系统，ATP系统必须符合故障-安全原则。为确保系统的安全可靠，除采用高可靠性、高安全性硬件结构和软件设计外，还应采取必要的软、硬件冗余措施，以确保在故障情况下不中断列车的正常运行。
2.3.1 ATP子系统的功能
（1）安全停车点防护
安全停车点是基于危险点定义的。为了保证安全，需要在危险点前定义一个安全区段。安全区段的长度由运行条件和列车性能决定，必须保证列车最迟能够在安全区段的末端（危险点之前停下来）。ATP系统计算得出的紧急制动曲线即以安全停车点为基础，保证列车不超过该点。
（2）速度监督与超速防护
在城市轨道交通中的速度限制分为两种：固定速度限制和临时性的速度限制。ATP系统始终严密监视这类速度限制不被超越，一旦超过，先做告警，后启动紧急制动，并做记录。
（3）列车安全间隔控制
城市轨道交通具有行车密度高、列车运行间隔短的特点，ATP系统需要在相应的闭塞制式下，保证列车的安全运行间隔。
（4）测速与测距
ATP系统利用装在轮轴上的测速传感器来测量列车的即时速度，并在驾驶室内显示出来。
2.3.2 ATP子系统的分类
在ATP系统中，由于地面设备构成不同、地面与车载信息传输方式不同，构成的ATP系统也不尽相同，其功能与使用效果也有差别。
（1）地-车信息传输方式
在列车自动控制系统中，根据地面-车上信息传输方式不同，可以分为点式和连续式两类：
点式车速自动控制系统主要特点是采用无源、高信息容量的地面应答器，结构简单，安装灵活，可靠性高，价格明显低于连续式列车速度自动控制系统。
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，从而可使列车间隔缩至很短。
（2）列控方式
ATP子系统对列车实施的最终控制一般分为阶梯式速度曲线和速度-距离模式曲线两种控制方式。
阶梯式速度曲线控制方式中，地-车之间所传输的信息是速度码，即地面设备通过信息传输媒体将列车在闭塞区间内的最大允许速度直接传至车上，这类制式在信息传递与车上信息处理方面比较简单，速度分级是阶梯式的，如图2.1所示。
图2.1阶梯式限速曲线
速度-距离模式曲线控制方式中，地-车之间所传输的信息是距离码，即由从地面传至车上的是前方目标点的距离等一系列基本数据。车载计算机根据这些数据，结合列车自身的固有数据，实时计算得出允许速度曲线，并按此曲线对列车的实际运行速度进行监控。由于数据传输及车速监控都是连续的，所以这类系统可以有效地实现平稳驾驶与节能运行。
（3）闭塞制式
铁路线路以车站为分界点划分为若干区间。为了确保列车在区间内的运行安全，列车由车站向区间发车时，必须确保区间（分区）内没有列车，并需遵循一定的规律组织行车，以免发生列车正面冲突或追尾等事故。这种按照一定规律组织列车在区间内运行的方法，叫做行车闭塞法，简称闭塞。
三、准移动闭塞下最小列车追踪间隔时间研究
对城市轨道交通系统来说，列车停站时间较为固定，最小列车追踪间隔时间的计算关键是列车安全间隔时间的计算。为使间题简化，先提出一些与实际允许情况差别不大的假设：
假设1前后两列车具有相同的起动加速度a，常用制动减速度b，进站制动前的最大允许速度为Vmax：假设2两列车的车长均为LZ；假设3前一列车后设有保护区段LS：假设4两列车的制动反应时间均为tan。理想情况下（即移动闭塞下）前后两列车间的最小安全距离如图3.1所示。
图3.1 移动闭塞列车安全间隔
图中表示前行列车刚刚出清车站并驶过安全防护段LS，后续列车2以最大允许速度Vmax驶来，其头部位于距车站运营停车点的距离正好等于列车2的常规制动距离与在制动反应时间内以Vmax所走距离之和。在此情况下，安全间隔时间断为：
tW=tWC+tan+tWB
式中：tWB表示列车从Vmax至停稳所需时间，其值为Vmax/b；tan由信号控制系统性能确定，陔项时间包括车地信息传输与处理时间及制动器反应时间；tWC表示列车1出清车站并驶过防护段LS所消耗地时间；安全间隔时间断tW有两种情况：
结论
城市轨道交通具有高速度、高密度、不间断运营的特点。为保障列车运行安全和线路通过能力，其信号系统必须采用列车运行自动控制系统ATC。本文对城市轨道交通ATC系统进行了全面的分析讨论。针对准移动闭塞下最小列车追踪间隔时间进行了研究，提出了自己的见解。
参考文献
[1]赵明、汪希时.移动自动闭塞条件下列车追踪运行控制研究.铁道学报.L997.Voll9（3）：6l-62
[2]丰文胜、黄钟.城市轨道交通列车自动控制系统的标准化设想.城市轨道交通研究.2002.Vol5（4）：36—38