城市轨道交通ATC系统的分类及问题

按闭塞制式，城市轨道交通ATC可分为：固定闭塞式ATC系统、准移动闭塞式ATC系统和移动闭塞式ATC系统。

（一）固定闭塞

固定闭塞（图3-1）将线路划分为固定的闭塞分区，每个闭塞分区只能被一列车占用，而且闭塞分区的长度必须满足司机确认信号和列车停车制动距离的要求。在所有的固定闭塞系统中列车位置是通过它所占用的闭塞分区来确定的，不论是前、后列车的位置还是前、后列车的间距，都是用轨道电路等来检测和表示的，因此闭塞分区的长度和数量就决定了线路的通过能力，线路条件和列车参数等均需在闭塞设计过程中加以考虑，并体现在地面固定区段的划分中。

图3-1　固定闭塞分区

由于列车定位是以固定区段为单位的（系统只知道列车在哪个区段中，而不知道在区段中的具体位置），所以固定闭塞的速度控制模式必然是分级的，即阶梯式的。在这种制式中，需要向被控列车“安全”传送的只是代表少数几个速度级的速度码。

固定闭塞方式，无法满足提高系统能力、安全性和互用性的要求。

传统ATP的传输方式采用固定闭塞，通过轨道电路判别闭塞分区占用情况，并传输信息码，需要大量的轨旁设备，维护工作量较大。

此外，传统方式还存在以下缺点：

（1）轨道电路工作稳定性易受环境影响，如道床阻抗变化、牵引电流干扰等。

（2）轨道电路传输信息量小。要想在传统方式下增加信息量，只能通过提高信息传输的频率。但是如果传输频率过高，钢轨的集肤效应会导致信号的衰耗增大，从而导致传输距离缩短。

（3）利用轨道电路难以实现车对地的信息传输。

（4）固定闭塞的闭塞分区长度是按最长列车、满负载、最高速度、最不利制动率等不利条件设计的，分区较长，且一个分区只能被一列车占用，不利于缩短列车运行间隔。

（5）固定闭塞系统无法知道列车在分区内的具体位置，因此列车制动的起点和终点总在某一分区的边界。为充分保证安全，必须在两列车间增加一个防护区段，这使得列车间的安全间隔较大，影响了线路的使用效率。

（二）准移动闭塞

准移动闭塞（图3-2）对前、后列车的定位方式是不同的。前行列车的定位仍沿用固定闭塞的方式，而后续列车的定位则采用连续的或称为移动的方式。为了提高后续列车的定位精度，目前各系统均在地面每隔一段距离设置1个定位标志（可以是轨道电路的分界点或信标等），列车通过时提供绝对位置信息。在相邻定位标志之间，列车的相对位置由安装在列车上的轮轴转数累计连续测得。

图3-2　准移动闭塞分区

由于准移动闭塞同时采用移动和固定两种定位方式，所以它的速度控制模式既具有无级（连续）的特点，又具有分级（阶梯）的性质。若前行列车不动而后续列车前进时，其最大允许速度是连续变化的；而当前行列车前进，其尾部驶过固定区段的分界点时，后续列车的最大速度将按“阶梯”跳跃上升。

由于准移动闭塞兼有移动和固定的特性，与“固定”性质相对应的设备，必须在工程设计和施工阶段完成。而被控列车的位置是由列车自行实时（移动）测定的，所以其最大允许速度的计算最终只能在车上实现。

为了使后续列车能够根据自身测定的位置，实时计算其最大允许速度，必须用数字编码轨道电路向其提供前方线路的各种参数以及前行列车处在哪个区段上的信息。

准移动闭塞在控制列车的安全间隔上比固定闭塞进了一步。它通过采用报文式轨道电路辅之环线或应答器来判断分区占用并传输信息，信息量大；可以告知后续列车继续前行的距离，后续列车可根据这一距离合理地采取减速或制动，列车制动的起点可延伸至保证其安全制动的地点，从而可改善列车速度控制，缩小列车安全间隔，提高线路缴利用效率。但准移动闭塞中后续列车的最大目标制动点仍必须在先行列车占用分区的外方，因此它并没有完全突破轨道电路的限制。

（三）移动闭塞

1.移动闭塞的基本概念

移动闭塞的特点是前、后两列车都采用移动式的定位方式，不存在固定的闭塞分区，列车之间的安全追踪间距随着列车的运行而不断移动且变化。

移动闭塞可借助感应环线或无线通信的方式实现。早期的移动闭塞系统大部分采用基于感应环线的技术，即通过在轨间布置感应环线来定位列车和实现车载计算机（VOBC）与车辆控制中心（VCC）之间的连续通信。而今，大多数先进的移动闭塞系统已采用无线通信系统实现各子系统间的通信，构成基于无线通信技术的移动闭塞。

2.移动闭塞的特点

移动闭塞具有如下特点：

①线路没有固定划分的闭塞分区，列车间隔是动态的，并随前一列车的移动而移动；

②列车间隔是按后续列车在当前速度下所需的制动距离，加上安全余量计算和控制的，确保不追尾；

③制动的起点和终点是动态的，轨旁设备的数量与列车运行间隔关系不大；

④缩短列车追踪间隔，提高通过能力，可实现较小的列车运行间隔；

⑤采用地一车双向传输，信息量大，易于实现无人驾驶；

⑥列车定位精度高；

⑦能适应不同性能列车的运行。

3.移动闭塞的技术优势

①移动闭塞是一种新型的闭塞制式，它克服了固定闭塞的缺点。基于通信的列车控制（Communications Based Train Control，简称CBTC）则是实现这种闭塞制式的最主要技术手段。采用这种方法以后，实现了车地间双向、大容量的信息传输，达到连续通信的目的，在真正意义上实现了列车运行的闭环控制。当列车和车站一开始通信，车站就能得知所有列车的位置，能够提供连续的列车安全间隔保证和超速防护，在列车控制中具有更好的精确性和更大的灵活性，并能更快地检测到故障点。而且，移动闭塞可以根据列车的实际速度和相对速度来调整闭塞分区的长度，尽可能缩小列车运行间隔，提高行车密度进而提高运输能力。此外，这种系统与传统系统相比将大大减少沿线设备，车载设备和轨旁设备的安装也相对较容易，维修方便，有利于降低运营成本。(www.xing528.com)

②移动闭塞系统通过列车与地面间连续的双向通信，提供连续测量本车与前车距离的方法，实时提供列车的位置及速度等信息，动态地控制列车运行速度。移动闭塞制式下后续列车的最大制动目标点可比准移动闭塞和固定闭塞更靠近先行列车，因此可以缩小列车运行间隔，有条件实现“小编组，高密度”，从而使系统可以在满足同等客运需求条件下减少旅客候车时间，缩小站台宽度和空间，降低基建投资。

③由于系统采用模块化设计，核心部分均通过软件实现，所以使系统硬件数量大大减少。

④移动闭塞系统的安全关联计算机一般采取“3取2”或“2取2”的冗余配置，系统通过故障-安全原则对软、硬件及系统进行量化和认证，可保证系统的可靠性、安全性和可用度。

⑤移动闭塞还常常和无人驾驶联系在一起。两者的结合能够避免司机的误操作或延误，获得更高的效率。

⑥无线移动闭塞的数据通信系统对所有的子系统透明，对通信数据的安全加密和接入防护等措施可保证数据通信的安全。由于采取了开放的国际标准，可实现子系统间逻辑接口的标准化，从而有可能实现路网的互联互通。采取开放式的国际标准也使国内厂商可从部分部件的国产化着手，逐步实现整个系统的国产化。

4.移动闭塞的工作原理

移动闭塞（图3-3）与固定闭塞的根本区别在于闭塞分区的形成方法不同，移动闭塞系统是一种区间不分割、根据连续检测先行列车位置和速度进行列车运行间隔控制的列车安全系统。这里的连续检测并不意味着一定没有间隔点。实际上该系统把先行列车的后部看作是假想的闭塞区间。由于这个假想的闭塞区间随着列车的移动而移动，所以叫作移动闭塞。在移动闭塞系统中，列车的长度加上这一最大制动距离并在列车后方加上一定的防护距离，便组成了一个与列车同步移动的虚拟闭塞分区，后方列车的速度曲线随着前方目标点的移动而实时计算，后方列车到先行列车的保护段后部之间的距离等于列车制动距离加上列车制动反应时间内驶过的距离。

图3-3　移动闭塞分区

移动闭塞技术在对列车的安全间隔控制上更进了一步，ATP地面设备周期性地接收本控制范围内所有列车传来的列车识别号、位置、方向和速度信息。相应地，ATP地面设备根据接收到的列车信息，确定各列车的移动授权，并向本控制范围内的每列列车周期性地传送移动授权（ATP防护点）的信息。移动授权由前行列车的位置来确定，移动授权将随着前行列车的移动而逐渐前移。ATP车载设备根据接收到的移动授权信息以及列车速度、线路参数、司机反应时间等，计算出列车的紧急制动触发曲线和紧急制动曲线，以确保列车不超越现有的移动授权。因此在移动闭塞系统中，ATP防护点不是在轨道区段的分界点，而是在前行列车车尾后方加上安全距离的位置，它随着列车的移动而移动。后续列车可最大限度地接近前行列车尾部，与之保持一个安全距离，两个相邻的移动闭塞分区就能以很小的间隔同时前进。在保证安全的前提下，移动闭塞系统能最大限度地提高区间通过能力（图3-4）。

图3-4　移动闭塞列控原理图

移动闭塞的线路取消了物理层次上的闭塞分区划分，而是将线路分成了若干个通过数据库预先定义的线路单元，每个单元长度为几米到十几米之间，移动闭塞分区即由一定数量的单元组成，单元的数目可随着列车的速度和位置而变化，分区的长度也是动态变化的。线路单元以数字地图的矢量来表示。线路拓扑结构的示意图由一系列的节点和边线表示。任何轨道的分叉、汇合、走行方向的变更以及线路的尽头等位置均由节点（Node）表示，任何连接两个节点的线路称为边线。每一条边线有一个从起始节点至终止节点的默认运行方向。一条边线上的任何一点均由它与起点的距离表示，称为偏移。因此所有线路上的位置均可由矢量[边线，偏移]来定义，且标识是唯一的。

5.移动闭塞ATC系统分类

移动闭塞ATC系统就车-地双向信息传输速率而言，可分为基于电缆环线传输方式和基于无线通信和数据传输媒介的传输方式。

按无线扩频通信方式可分为：直接序列扩频和跳频扩频方式。

按数据传输媒介传输方式可分为：点式应答器、自由空间波、裂缝波导管和漏泄电缆等传输方式。

案例分享

西门子（SIEMENS）的ATC

西门子ATC系统主要由SICAS联锁、TRAINGUARD MT ATP/ATO、ATS子系统组成。SICAS联锁是故障-安全、高可用性的微机联锁系统；ATS系统（VICOS OC501和VICOS OC101）具备集中和本地操作能力，在中央一级的VICOS OC501实现集中的线路运行控制，在车站一级的VICOS OC101系统为车站控制和后备模式的功能提供车站操作员工作站（LOW）和列车进路计算机（TRC）；TRAINGUARD MT ATP/ATO系统是连续式移动闭塞列车控制系统。

TRAINGUARD MT（MT表示城市轨道交通）是信号系统中提供列车自动防护（ATP）和列车自动驾驶（ATO）功能的一个强大而先进的子系统。它提高整个铁路系统的安全、效率和成本效率。TRAINGUARD MT系统是一个模块化的系统，根据用户的需要可以适用于不同的功能。

连续式通信：使用无线或感应环线进行轨旁和列车间的通信。

点式通信：不依赖于连续通信通道，可以采用基于应答器的点式通信通道从轨旁向车上传输数据。

移动闭塞运行：配合连续通信通道，列车根据移动闭塞原理分隔，提供最小运行间隔，列车受ATP/ATO控制。

固定闭塞运行：配合点式通信通道，列车根据固定闭塞原理分隔，并受ATP/ATO控制。固定闭塞运行可以被用于移动闭塞运行的后备模式。

混合运输：装备和未装备ATP/ATO的列车可以在同一线路运行。

混合模式：被司机人工驾驶的列车可以与采用ATO自动驾驶的列车混跑。

可升级性：系统可以容易地从基本的运行模式（点式，固定闭塞）升级到高性能的等级（连续式通信，移动闭塞），直到无人驾驶的运行等级（MTO）。

适度的降级：在故障时，不同的运行等级可以使用一个比较低的等级作为后备级，例如，ATP/ATO移动闭塞/连续通信→ATP/ATO固定闭塞/点式通信→使用信号机的联锁级。

在连续式通信或者点式通信条件下，TRAINGUARD MT列车自动防护和列车自动驾驶（ATP/ATO）系统保证列车的安全和连续监督。在连续式通信条件下，安全的列车分隔是基于移动闭塞原理；在点式通信条件下，安全的列车分隔是基于固定闭塞原理。两种通信方式可以单独工作或同时使用。

1.连续式通信级移动授权下的移动闭塞列车间隔

ATP保证列车按照移动闭塞原理运行，不会跟随的太近。当列车运行在连续式通信级列车控制下的SM或AM驾驶模式，移动闭塞列车间隔功能负责保持列车间的安全距离。SM是ATP监督下的人工驾驶模式，AM是ATO自动驾驶模式，ATP计算并且发送连续式通信级移动授权报文到列车。

图3-5　移动闭塞列车间隔原理

在连续式通信级SM或AM驾驶模式下，列车以移动闭塞列车间隔运行。每个车载ATP计算在车上计算它的列车位置，并通过连续式通信传送该信息到轨旁ATP系统；ATP轨旁计算机单元追踪列车，评估所有列车的移动条件，并通过连续式通信系统发送一个连续式通信级移动授权报文到车载ATP，该功能同时监督其他的防护点比如防淹门的状态、道岔的状态，并由连续式通信级移动授权考虑在内。由于列车的位置报告递交的是列车在线路上的绝对位置，而不是一个固定的分区占用，所以移动闭塞原理得以实现。

2.点式通信级移动授权下的固定闭塞列车间隔

该模式是连续式通信级AM移动闭塞模式的降级模式。该功能保证列车按照固定闭塞原理运行，不会跟随的太近。固定闭塞列车间隔功能取决于由始端和终端物理信号机定义的进路；该功能基于相关联锁分区的轨道空闲信息，并保证在一个分区内最多只有一列车；该功能检测并通过可变数据应答器向列车发送点式通信级移动授权报文。