城市轨道交通系统中的闭塞制式

目前，用于城市轨道交通系统的闭塞制式有三种：固定闭塞、准移动闭塞、移动闭塞。

图7-5　固定闭塞的优点

1.固定闭塞

固定闭塞属20世纪80年代的技术水平，其运行间隔一般能达到180s。

1）固定闭塞的优点

固定闭塞的优点（见图7-5）如下：

①线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区，一个分区只能被一列列车占用。

②闭塞分区的长度根据最长列车、满负载、最高速、最不利制动率等最不利条件设计。

③列车间隔为若干闭塞分区，而与列车在闭塞分区内的实际位置无关。

④制动的起点和终点总是某一闭塞分区的边界，其速度控制模式是阶梯式的。

2）固定闭塞的缺点

固定闭塞的缺点如下：

①通过轨道电路判别闭塞分区的占用情况并传输信息码，需要大量的轨旁设备，维护工作量大，运营成本较高。

②轨道电路的工作稳定性易受环境影响，如道床漏泄阻抗变化、钢轨中的牵引电流干扰等。

③轨道电路传输信息量小，对应每个闭塞分区只能传送一个信息代码。由轨道电路向列车传输信息，传输的信息量受钢轨传输介质频带限制及电气化牵引回流的干扰，难以实现大信息量的实时数据传输。

④利用轨道电路难以实现车对地的信息传输。

⑤固定闭塞系统无法知道列车在分区内的具体位置，因此，必须在两列列车间增加一个防护区段，这使得列车间的安全间隔较大，影响线路的使用率。

⑥固定闭塞无法满足提高系统能力、安全性、互用性的要求。

因此，固定闭塞已不适合城市轨道交通发展的需要。

2.准移动闭塞

准移动闭塞属于20世纪90年代的技术水平，其运行间隔一般能达到90～120s。

准移动闭塞的追踪目标点是前行列车所占用闭塞分区的始端，留有一定的安全距离，即制动的终点总是某一分区的边界。而后行列车从最高速开始制动的计算点，根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算确定（制动的起点是随线路参数和列车本身性能的不同而变化的）。

1）准移动闭塞的概念

准移动闭塞是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列车的可行车距和运行速度。

由于准移动闭塞同时具有移动和固定两种定位方式，因此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，则其最大允许速度是连续变化的。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按阶梯跳跃跟随。因此，准移动闭塞是介于固定闭塞和移动闭塞的一种闭塞方式。

图7-6　准移动闭塞的特点

2）准移动闭塞的特点

准移动闭塞的特点（见图7-6）如下：

①线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区，一个分区只能被一趟列车占用。

②列车间隔是根据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，确保不冒进前行列车占用的闭塞分区。

③制动的起点是动态的，终点是固定在某一分区的边界（根据每个区段的坡道、曲线半径等参数，包含在报文中）。

④前行列车的定位沿用了固定闭塞方式，而后续列车的定位采用连续的或移动的定位方式。

3.移动闭塞

移动闭塞的追踪目标点是前行列车的尾部，留有一定的安全距离；而后行列车从最高速开始制动的计算点，根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算确定。目标点是前行列车的尾部，与前行列车的走行和速度有关，而制动的起点是随线路参数和列车本身性能的不同而变化的。

图7-7　移动闭塞的特点

1）移动闭塞的概念

移动闭塞是不预先设定列车的安全追踪间隔距离，而随列车的启动不断移动并变化的闭塞方式。

2）移动闭塞的特点

前、后两趟列车都采用移动的定位方式，不存在固定的闭塞分区。列车之间的安全追踪间隔距离随着列车的运行而不断移动且变化，所以称为移动闭塞，其特点如图7-7所示。

①移动闭塞的速度曲线是连续的。(www.xing528.com)

②线路没有划分固定的闭塞分区。列车间隔是根据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。列车间隔是动态的，并随前一列车的移动而移动。

③制动的起点是动态的，终点是相对动态的，轨旁设备的数量与列车运行间隔关系不大。

与固定闭塞相比，移动闭塞列车的运行间隔相对减少；与准移动闭塞相比，移动闭塞具有更大的运用灵活性和更小的行车间隔，因此具备了更强的运行调整能力，并能最大限度地提告区间通过能力。

拓展知识

铁路闭塞制式的发展

行车闭塞制式大致经历了电报或电话闭塞—路签或路牌闭塞—半自动闭塞—自动闭塞的发展过程。

1.电报或电话闭塞

区间两端的车站值班员用电话或电报办理行车联络手续，由发车站填制路票，发给司机作为列车占用区间的凭证，形成了电话闭塞法。目前，我国铁路只在基本闭塞设备停用或发生故障时，才将电话闭塞作为代用闭塞法使用。

2.路签或路牌闭塞

两站间没有设备上的锁闭关系，行车安全靠人工保证。电气路签（牌）闭塞只在单线区段早期使用，以路签或路牌作为列车占用区间的凭证，两端车站各装设同一型闭塞机，相互之间有电气锁闭关系。当一个闭塞机中存放的路签（牌）总数为偶数时，经车站双方共同操作，发车站值班员可取出一枚路签（牌），递交司机作为列车占用区间的凭证。列车在区间可运行的过程中（路签、路牌未放入闭塞机以前），在两站闭塞机中不能再取出第二枚路签（牌）。电气路签（牌）闭塞的缺点为：办理手续烦琐，路签（牌）还有可能丢失和损坏，因此区间通过能力低。在我国铁路上电气路签（牌）闭塞已经被淘汰，这个发展阶段称为人工闭塞阶段。

3.半自动闭塞

半自动闭塞是用人工来办理闭塞及开放出站信号机，而由出发列车自动关闭出站信号机并实现区间闭塞的一种闭塞方式。使用继电器控制电路完成两个车站间信息的传递、检查和验证，并与车站出站信号机构成制约关系。对于单线区段一般采用半自动闭塞，虽然半自动闭塞在安全和效率方面不如自动闭塞，但由于它有突出的技术经济效益，因此在一些运输不太繁忙的铁路线路（特别是单线铁路）上仍然被大量使用。

4.自动闭塞

自动闭塞是根据列车运行及有关闭塞分区的状态自动变换通过信号机显示，而司机凭信号显示行车的闭塞方法。它是在列车运行过程中自动完成闭塞作用的。采用自动闭塞的区段，将站间区间划分为若干个小区间，称为闭塞分区。双线单方向自动闭塞如图7-8所示，它将一个区间划分为若干小段——闭塞分区，在每个闭塞分区的起点都装设通过信号机用以防护其后方的闭塞分区。每个闭塞分区内都装设轨道电路或计轴器等列车检测设备，通过轨道电路将列车和通过信号机的显示联系起来，根据列车运行及有关闭塞分区的状态使通过信号机的显示自动变换。因为闭塞作用的完成不需要人工操纵，故称为自动闭塞。

图7-8　双线单方向自动闭塞

自动闭塞不需要办理闭塞手续，并可开行追踪列车，它既保证了行车安全，又提高了运输效率。自动闭塞和半自动闭塞方式相比有以下优点：

（1）由于两站间的区间允许续行列车追踪运行，因此大幅度地提高了行车密度，显著地提高了区间通过能力。

（2）由于不需要办理闭塞手续，简化了办理接发列车的程序，因此在提高通过能力的同时大大减轻了车站值班人员的劳动强度。

（3）由于通过信号机的显示能直接反映运行列车所在位置及线路的状态，因而确保了列车在区间运行的安全。

由于自动闭塞具有明显的技术经济效果，因此被广泛应用于各国铁路（尤其是双线铁路）中。更由于自动闭塞便于和列车自动控制、行车指挥自动化等系统相结合，因此它已成为现代铁路必不可少的基础设备。

现代信号系统——列车自动控制系统

信号系统一般由正线和车辆段两大部分组成，其中，正线系统称为列车自动控制系统，主要由ATP子系统、列车自动驾驶（automatic train operation，ATO）子系统、ATS子系统及计算机联锁四个子系统构成。

以广州地铁为例，正线的信号设备采用西门子公司的ATC，车辆段采用国际领先的铁科院TYJL-II型计算机联锁。西门子公司的ATC信号联锁设备主要由SICAS子系统、ATP子系统、ATO子系统，具备集中和本地操作能力的ATS子系统等组成，室外设备主要采用了西门子公司的S700K型电动转辙机和FTGS（遥控音频无绝缘）轨道电路等先进设备。车辆段采用成熟的6502电气集中联锁系统（1号线）和铁科院TYJL-II型计算机联锁系统（2号线），室外设备采用技术成熟的国产ZD6-D型电动转辙机，50Hz相敏轨道电路。

目前，世界各国的城市轨道交通信号系统大都采用ATC。ATC是一套完整的控制、监督、管理系统，位于管理级的ATS模块较多地采用软件方法实施联网、通信及指挥列车安全运行；发送和接收各种行车命令的ATP子系统确保列车的安全运行；车载ATP设备接收轨旁ATP设备传递的信号指令，经校验后送至ATO子系统完成部分运行的操作功能。三个子系统既相互独立又相互联系，完整的ATC能确保列车安全、快速、短间隔地有序运行。ATC的设备分布于控制中心（central control）、车站及轨旁（wayside）、车上（vehicle）。其框图如图7-9所示。

图7-9　ATC框图

在控制中心内，计算机系统、中心数据传输系统、控制台及阴极射线管（cathode ray tube，CRT）显示、信息管理系统及调度表示盘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，并向车上送出ATP限速命令、门控指令及定位停车的位置指令；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。ATC的功能如图7-10所示。

1）ATS子系统

ATS子系统由控制中心设备、车站设备及车载设备三部分组成。

ATS子系统主要实现对列车运行的监督，辅助行车调度人员对全线列车运行进行管理。它可以显示全线列车的运行状态，监督和记录运行图的执行情况，为行车调度人员的调度指挥和运行调整提供依据，如对列车偏离运行图及时做出反应等。通过ATO接口，ATS子系统还可以向乘客提供运行信息通报，包括列车到达、出发时间，列车运行方向，中途停靠点信息等。

图7-10　ATC的功能

ATS子系统的功能包括：自动显示列车车次、运行位置和信号设备工作状态，自动或人工办理进路；编制和管理列车运行图，自动调整运行计划，自动描绘或复制列车运行实迹，列车运行模拟仿真；车辆维修周期管理；向乘客向导系统提供信息，对运行数据自动统计和制表等。

2）ATP子系统

ATP子系统由轨旁ATP设备和车载ATP设备组成。

ATP子系统主要用于对列车驾驶进行防护，对与安全有关的设备或系统实行监控，实现列车间隔保护、超速防护等功能。ATP子系统的工作原理：将信息（包括来自联锁设备和操作层面上的信息、地形信息、前方目标点信息和容许速度信息等）不断从地面传至车上，从而得到列车当前允许的安全速度，依此对列车实现速度监督及管理。

ATP子系统的功能包括：自动检测列车的位置和实现列车间隔控制，以满足规定的通过能力；连续监视列车的速度，实现超速防护（当列车实际速度大于允许速度时，施加常用制动；当列车速度大于最大安全速度时，施加紧急制动，保证列车不冒进前方列车占用的区段）。

3）ATO子系统

当列车上的主控制器的模式选择开关处于ATC方式时，车载ATO子系统才开始工作，其作用就像一个司机一样驾驶列车，即模拟司机驾驶列车。ATO子系统由车载ATO设备和轨旁ATO设备组成。

ATO子系统主要用于实现地对车控制，即用地面信息实现对列车驱动、制动的控制。由于使用了ATO子系统，列车可以经常处于最佳运行状态，避免了不必要的、过于剧烈的加速和减速，因此可显著提高乘客舒适度，提高列车准点率及减少轮轨磨损。通过与列车再生制动配合，还可以降低列车能耗。

ATO子系统的优点是可缩短列车间隔，提高线路的利用率和行车的安全可靠性。ATO子系统的功能包括：控制列车在允许速度下运行，并自动调整列车的速度，列车在区间或站外停车后，一旦信号开放，即可自动启动；系统控制列车到达站台的最佳制动，使列车停于预定目标点；停站结束后，保证车门关闭后，列车能自动启动；当列车到达折返站时，自动准备折返。