上海交大《城市軌道交通信號與通信系統(tǒng)》課程講義附動畫一一

2023/3/18Page1任務(wù)二：列車自動防護(hù)(ATP)系統(tǒng)

培訓(xùn)目標(biāo)了解ATP的基本組成了解ATP的基本原理掌握ATP的主要功能2023/3/182023/3/18Page2一、ATP概述城市軌道交通的信號控制系統(tǒng)中，ATP系統(tǒng)是信號控制系統(tǒng)非常重要的組成部分，它為列車行駛提供安全保障，有效降低列車駕駛員的勞動強(qiáng)度，提高行車作業(yè)效率。如果沒有列車自動防護(hù)系統(tǒng)，列車的行車安全需要由列車駕駛員人工來保障，這樣會造成列車駕駛員過度疲勞，產(chǎn)生安全隱患，對行車作業(yè)效率也會帶來負(fù)面影響。因此在城市軌道交通中，尤其是在運(yùn)營作業(yè)繁忙的線路上，信號控制系統(tǒng)中設(shè)置列車自動防護(hù)系統(tǒng)是非常必要的，它是行車作業(yè)的安全保障和體現(xiàn)。2023/3/182023/3/18Page3二、ATP系統(tǒng)的組成ATP系統(tǒng)是故障-安全系統(tǒng)由軌旁設(shè)備和車載設(shè)備組成1、ATP軌旁（地面）設(shè)備1）.軌道電路2）.點(diǎn)式應(yīng)答器從廣義上講，ATP系統(tǒng)應(yīng)包括處理列車行車安全邏輯的所有設(shè)備，因此，聯(lián)鎖設(shè)備也可以歸結(jié)為ATP系統(tǒng)范疇，與車載設(shè)備一道完成對列車的控制和安全防護(hù)功能。2023/3/181）．軌道電路城市軌道交通信號系統(tǒng)，軌道電路除了具有表示列車是否占用軌道的功能外，還可以向線路上實(shí)時發(fā)送列車運(yùn)營所需的信息，由列車接收和處理。軌道電路所發(fā)送的信息，其容量大，有利于列車的車載系統(tǒng)對列車進(jìn)行實(shí)時控制。2023/3/18因信號系統(tǒng)的處理能力和制式不同，軌道電路所發(fā)送的信息量可有所不同，一般來講，軌道電路所發(fā)送的信息可以有以下內(nèi)容：(1)軌道電路基本信息

如軌道電路的長度、坡道和曲線參數(shù)，所用的載波頻率，軌道電路的編號等。(2)線路速度

是指該軌道區(qū)段線路上受坡道和曲線等因素的影響，列車所允許運(yùn)行的最大速度。(3)目標(biāo)速度--列車到達(dá)下一目標(biāo)時，列車的運(yùn)行速度。2023/3/18(4)運(yùn)行距離列車到達(dá)下一目標(biāo)時所需走行的距離。(5)列車運(yùn)行方向指明列車上行運(yùn)行或下行運(yùn)行。(6)載波頻率列車接收下一個信息的載波頻率。(7)道岔定反位列車前方經(jīng)過道岔的定位或反位。(8)列車停站信號指示列車處于停站狀態(tài)。(9)備用信息位預(yù)留用作其他的信息使用。

這些信息以數(shù)字編碼的方式，順序排列，放在一個信息包里。列車收到信息后進(jìn)行譯碼和實(shí)時處理，實(shí)時控制列車運(yùn)行狀態(tài)。2023/3/182）．點(diǎn)式應(yīng)答器應(yīng)答器向線路保存有列車的行車信息，在列車經(jīng)過時，由安裝在列車車底的感應(yīng)接收裝置（車載天線）從中讀取或接收信息，對這些信息進(jìn)行綜合分析處理。點(diǎn)式應(yīng)答器中所包含的信息，包括有線路位置、列車運(yùn)行距離、基本線路參數(shù)、速度限制等信息,這些信息固化在應(yīng)答器。應(yīng)答器可分為有源應(yīng)答器和無源應(yīng)答器。有源應(yīng)答器向線路實(shí)時發(fā)送信息，由列車接收；無源應(yīng)答器，只有在列車經(jīng)過時，由列車從應(yīng)答器中讀取信息。

2023/3/182023/3/18Page82、車載設(shè)備主要組成車載ATP模塊MMI車載天線（接收軌道電路或應(yīng)答器上傳的信息）速度傳感器（計算列車的運(yùn)行速度、運(yùn)行距離、運(yùn)行方向的判斷）列車接口電路2023/3/18

速度傳感器

信號系統(tǒng)通常在列車上裝有一個或多個速度傳感器，安裝在列車的車軸上，用于計算列車的運(yùn)行速度和列車運(yùn)行距離及列車運(yùn)行方向的判定。列車的運(yùn)行速度，還可以用雷達(dá)進(jìn)行測定，但速度傳感器技術(shù)成熟，測速精度高，安裝使用簡單方便，因此被廣泛使用。2023/3/18列車接口電路

ATP系統(tǒng)的車載設(shè)備通過車載ATP模塊與列車進(jìn)行接口，車載ATP模塊將控制信息通過接口電路傳送給列車，同時車載ATP模塊通過接口電路從列車獲得列車運(yùn)行的狀態(tài)信息。2023/3/18人機(jī)界面2023/3/15三、列車自動防防護(hù)系統(tǒng)基本原原理ATP系統(tǒng)控制列車運(yùn)運(yùn)行速度有兩種種基本方式:1.點(diǎn)式疊加方式2.速度距離模式曲曲線方式2023/3/15Page122023/3/151.點(diǎn)式疊加方式ATP系統(tǒng)以點(diǎn)式疊加加方式控制列車車運(yùn)行速度，其其速度距離曲線呈呈階梯狀，稱為為階梯曲線。2023/3/15Page13圖中列車受到制制動力的作用，，減速運(yùn)行。列列車從某點(diǎn)O處以不超過S1的速度值運(yùn)行，，在運(yùn)行到D1點(diǎn)時，對列車施施加一定的制動動力，使列車允允許運(yùn)行的最大大速度值從S1速度值降為S2速度值；列車從從D1點(diǎn)運(yùn)行到D2點(diǎn)處，在這一區(qū)區(qū)間，列車運(yùn)行行的最大允許速速度值為S2；在D2點(diǎn)，再次對列車車施加制動力，，使列車減速運(yùn)運(yùn)行。2023/3/152023/3/1514列車運(yùn)行在O～D1區(qū)段，允許運(yùn)行行的最高速度為為S1；在D1～D2區(qū)段，允許運(yùn)行行的最高速度為為S2；在D2～D3區(qū)段，允許運(yùn)行行的最高速度為為S3。圖為：階梯曲線線2023/3/152023/3/1515在每個區(qū)段，如如果列車運(yùn)行速速度超過了在該運(yùn)行區(qū)段所所對應(yīng)的最大速度值，ATP系統(tǒng)會向列車的的制動系統(tǒng)發(fā)出出常用制動命令，列車的制動系系統(tǒng)對列車施加加制動力，使列列車運(yùn)行速度在在系統(tǒng)所設(shè)定的的時間內(nèi)，降到到允許的運(yùn)行速速度范圍內(nèi)，以以保證列車安全全運(yùn)行；如果列車運(yùn)行速速度持續(xù)超過該運(yùn)行區(qū)段所對對應(yīng)的最大速度值，在持續(xù)的時間超過過系統(tǒng)設(shè)定的時時間后，ATP系統(tǒng)將對列車實(shí)實(shí)施緊急制動，強(qiáng)制列車停車車，以防止意外外事故的發(fā)生。。2023/3/152023/3/1516階梯曲線控制速速度的方式所需需要的硬件結(jié)構(gòu)構(gòu)簡單，容易實(shí)實(shí)現(xiàn)。圖中列車車以不超過S1速度值運(yùn)行，運(yùn)運(yùn)行速度從S1變?yōu)镾2時，使得列車的的運(yùn)行速度發(fā)生突突變，這時強(qiáng)烈的減減速會給列車上上的乘客一種沖沖擊，容易產(chǎn)生生不適感。速度度變化越大，沖沖擊感越強(qiáng)，不不利于旅客乘車車的舒適度。圖為階梯曲線2023/3/152023/3/15172.速度距離模式曲線線列車受到制動力的的作用，使列車減減速運(yùn)行，速度-距離圖形曲線形狀狀是連續(xù)平滑的曲線，這種列車速度控控制方式稱為速度度距離模式曲線方方式，如圖所示。。圖為速度距離模式式曲線2023/3/152023/3/1518圖中，ATP系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)營計劃劃，使列車從O點(diǎn)減速運(yùn)行到D1點(diǎn)。ATP系統(tǒng)根據(jù)各種數(shù)據(jù)據(jù)，計算出列車從從O點(diǎn)運(yùn)行到前方D2點(diǎn)的區(qū)段內(nèi)，各處處所需的運(yùn)行速度度，并向列車的牽牽引和制動系統(tǒng)發(fā)發(fā)出指令，控制列列車按照速度距離離模式曲線所繪制制的速度值平滑穩(wěn)穩(wěn)定地從在0點(diǎn)減速運(yùn)行到前方方D2點(diǎn)。圖為離模式曲線2023/3/152023/3/1519在上圖模式曲線的的每點(diǎn)，都對應(yīng)有有一個速度值，如如果列車運(yùn)行速度度超過了在該點(diǎn)所對應(yīng)的速度度值，ATP系統(tǒng)實(shí)時向列車的的制動系統(tǒng)發(fā)出常常用制動命令，對對列車施加制動力力，使列車運(yùn)行速速度降到模式曲線線的下方，保證列列車以允許的速度度運(yùn)行，確保列車車安全運(yùn)行；如果列車運(yùn)行速度度持續(xù)超過模式曲線所規(guī)定的速度度值，運(yùn)行在模式曲線線的上方，若所持續(xù)的時間超過系系統(tǒng)設(shè)定的時間，ATP系統(tǒng)將對列車實(shí)施施緊急制動，強(qiáng)制制列車停車，以防防止意外事故的發(fā)發(fā)生。2023/3/152023/3/1520速度距離模式控制制速度的方式，需需要比較復(fù)雜的軟軟件和硬件支持，，系統(tǒng)調(diào)試過程比比較復(fù)雜。列車平滑減速運(yùn)行行，運(yùn)行速度沒有有發(fā)生突變，列車車運(yùn)行速度控制穩(wěn)穩(wěn)定，可以有效提提高列車乘客的舒舒適度。2023/3/152023/3/1521防止列車超超速運(yùn)行是是ATP系統(tǒng)最重要要的功能，，也是城軌軌信號系統(tǒng)統(tǒng)保障列車車運(yùn)行安全全的核心。。ATP系統(tǒng)對列車車速度的有有效控制，，保持列車車速度運(yùn)行行不超過所所允許的速速度范圍，，能有效降降低列車駕駕駛員的勞勞動強(qiáng)度，，提高作業(yè)業(yè)效率，避避免人工操操作帶來的的安全隱患患．保障列列車安全運(yùn)運(yùn)行。2023/3/15四、ATP主要功能能ATP系統(tǒng)不僅僅能控制制列車運(yùn)運(yùn)行速度度，還有有其他許許多重要要功能，，它們是是列車安安全穩(wěn)定定運(yùn)行的的可靠保保障。列車自動動防護(hù)系系統(tǒng)主要要功能包包括有：：1．防止運(yùn)運(yùn)營列車車超速運(yùn)運(yùn)行運(yùn)營列車車在線路路上運(yùn)行行有多種種速度限限制，列列車運(yùn)行行速度不不能超出出速度限限制值。。2023/3/15Page222023/3/15(1)防止運(yùn)營列車車超過線路限限制速度超速速運(yùn)行城市軌道交通通中，線路在在曲線段或坡坡道處，往往往有速度限制制，運(yùn)營列車車不能超過線線路限速運(yùn)行行，否則容易易出現(xiàn)列車脫脫軌或顛覆事事件。(2)防止運(yùn)營列車車超過列車允允許最高速度度超速運(yùn)行車輛的自身構(gòu)構(gòu)造決定了車車輛所能運(yùn)行行的最大速度度，超過這個個速度值，列列車可能會出出現(xiàn)故障，危危及車輛和行行車安全。2023/3/15Page232023/3/15(3)防止運(yùn)營列列車超過道道岔彎軌限限制速度超超速運(yùn)行城市軌道交交通中，線線路上設(shè)有有道岔，在在列車通過過道岔彎軌軌時，不能能超過道岔岔彎軌限制制速度超速速運(yùn)行。(4)防止運(yùn)營列列車超過限限速區(qū)段超超速城市軌道交交通中，線線路上有故故障或作業(yè)業(yè)需要運(yùn)營營列車限速速行駛，列列車應(yīng)按運(yùn)運(yùn)營規(guī)定運(yùn)運(yùn)行。2023/3/15Page242023/3/15(5)防止運(yùn)營列車超超過臨時限速城市軌道交通中中，線路上有臨臨時作業(yè)，需要要運(yùn)營列車限速速行駛，列車應(yīng)應(yīng)按運(yùn)營規(guī)定運(yùn)運(yùn)行。(6)防止運(yùn)營列車超超過其他限速城市軌道交通中中，運(yùn)營作業(yè)需需要任何限速的的地方，列車應(yīng)應(yīng)按運(yùn)營規(guī)定運(yùn)運(yùn)行。2023/3/15Page252023/3/152.接收和處理來自自地面的信息列車運(yùn)行在軌道道上，地面軌道道電路或地面的的其他設(shè)備，將將列車運(yùn)行所需需的信息發(fā)送出出去，安裝在列列車車體上的ATP系統(tǒng)設(shè)備會實(shí)時時接收這些信息息，并對這些信信息進(jìn)行實(shí)時分分析和處理，以以及時對列車的的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)運(yùn)行速度進(jìn)行控控制。通常這些些信息中包含有有列車允許運(yùn)行行的最大速度值值、線路位置等等。2023/3/15Page262023/3/153．防止列車相撞撞城市軌道交通中中，在某條線路路上，往往會有有很多列車同時運(yùn)營營作業(yè)，ATP系統(tǒng)可以防止列車相撞，為這些平行作作業(yè)的實(shí)施提供供了安全保障，，它有效提高了了城市軌道交通通線路的利用效效率，增強(qiáng)了城城市軌道交通的的運(yùn)營能力。2023/3/15Page272023/3/15ATP系統(tǒng)可以以防止列列車相撞撞包括以以下內(nèi)容容：1)防止運(yùn)營營列車撞撞上前面面的列車車；2)防止運(yùn)營營列車進(jìn)進(jìn)入未開開通的進(jìn)進(jìn)路；3)防止運(yùn)營營列車沖沖出盡頭頭線；4)防止運(yùn)營營列車進(jìn)進(jìn)入封鎖鎖區(qū)段；；5)防止運(yùn)營營列車進(jìn)進(jìn)入發(fā)生生故障的的進(jìn)路等等。2023/3/15Page282023/3/154．車輛安安全?？靠空九_城市軌道道交通中中，列車車?？空菊九_時，，需要列列車完全全停穩(wěn)不動動，確保乘乘客安全全上下車車。ATP系統(tǒng)會檢檢測列車車的速度度和列車車所處的的位置，，保證列列車在站站臺區(qū)域域內(nèi)安全全停靠。。2023/3/15Page292023/3/155．列車車車門控制制城市軌道道交通中中，列車車左右兩兩側(cè)都有有車門，，列車停?？空九_臺后，列列車自動動防護(hù)系系統(tǒng)會控控制列車車開啟靠近近站臺的的車門，保證乘乘客安全全上下車車。2023/3/15Page302023/3/15開關(guān)車門：ATP和ATO均涉及到該功能。。ATP系統(tǒng)負(fù)責(zé)對對屏蔽門狀態(tài)