移动闭塞信号系统介绍
一、信号闭塞的基本概念
所谓闭塞就是指利用信号设备把铁路线路人为地划分成若干个物理上或逻辑上的闭塞分区，以满足安全行车间隔和提高运输效率的要求。
目前，信号闭塞原则是按照ATP/ATO制式来划分的，基本上可以分为三类，即：固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞。
二、各种信号闭塞制式在城市轨道交通中的发展应用
目前在城市轨道交通中使用的信号系统一般称之为ATC 系统，大多应用于80km/h以下的轨道交通工程中。ATC 系统主要由ATP 、ATO 、计算机联锁以及ATS 四个子系统构成，其ATP/ATO制式主要有两种：
第一，基于多信息移频轨道电路的固定闭塞，采用台阶式速度控制模式，属二十世纪八十年代技术水平，其列车运行间隔一般能达到180秒。西屋公司、GRS 公司分别用于北京地铁、上海地铁一号线的ATP 、ATO 系统属于此种类型； 第二，基于数字轨道电路的准移动闭塞，采用距离/速度曲线控制模式的ATP/ATO系统，属二十世纪九十年代技术水平，其列车运行间隔一般能达到90～120秒。西门子公司在广州地铁一号线使用的LZB700M 、US ＆S 公司在上海地铁二号线使用的AF-900以及我国香港地区机场快速线（最高速度达135km/h）使用的阿尔斯通公司SACEM （ATP/ATO）信号系统均属于此种类型。
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● 上述两种列车控制模式均为基于轨道电路的列车控制系统。基于轨道电路的速度－距离曲线控制模式的ATP/ATO系统，采用“跳跃式”连续速度－距离曲线控制模式，“跳跃”方式按列车尾部依次出清各电气绝缘节时跳跃跟随。采用在传统轨道电路上叠加信息报文方法，即把列车占用/空闲检测和ATP 信息传输合二为一，它们的追踪间隔和列车控制精度除取决于线路特性、停站时分、车辆参数外还与ATP/ATO系统及轨道电路的特性密切相关，如轨道电路的最大和最小长度、传输信息量的内容及大小、轨道电路分界点的位置等。 由于基于轨道电路的ATC 系统是以轨道区段作为列车占用/空闲的凭证，地－车通信是通过钢轨作为信息发送的传输媒介。这种方式存在以下几方面缺陷： （1）列车定位精度由轨道区段的长度决定，列车只占用部分轨道电路就认为全部占用，导致列车定位精度不高。 （2）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化牵引回流的干扰，难以实现大信息量实时数据传输。 （3）交通容量受到轨道区段划分的限制，传统ATC 系统很难在每小时30对列车的基础上有较大的突破。 （4）传统ATC 速度控制曲线追随性较差。 （5）行车间隔越短，轨旁设备越多，导致维修困难，运营成本高。
随着通信技术的快速发展，为了解决上述缺陷，近年来国际上几家著名的信号系统制造商如加拿大阿尔卡特公司、法国的阿尔斯通公司、美国的通用电气公司、德国的西门子公司、英国的西屋公司等纷纷开展了基于“通信”的移动闭塞系统的研究开发，它代表了城市轨道交通领域信号系统的一种发展趋势。
基于“通信”的移动闭塞信号系统经过多年的研究、开发与应用，与基于轨道电路的准移动闭塞信号系统相比具有以下优点：
（1）可缩短行车间隔时间（列车运行间隔可达到75～90秒），特别是对整条线路追踪能力紧张的车站起关键作用。
● （2）提供实时追随的ATP 连续速度曲线控制功能。
● （3）由于信息传输独立于轨道电路，受外界各种物理因素干扰小，运行可靠，设备调试和维护成本将大大降低。
● （4）轨旁及车载设备之间提供双向高速大容量实时数据通信链路，因此可实现实时遥控列车牵引曲线和停站时间。
● （5）控制中心或任一车站均可遥测车载设备运行状态及故障信息，甚至可传输车载视频及音频信号，为实现无人驾驶准备条件。
● （6）灵活的列车控制方式有利于提供最佳服务，降低能耗。
三、移动闭塞的原理
移动闭塞基本原理为:线路上的前行列车经ATP 车载设备将本车的实际位置，通过通信系统传送给轨旁的移动闭塞处理器，并将此信息处理生成后续列车的运行权限，传送给后续列车的ATP 车载设备。后续列车与前行列车总是保持一个“安全距离”。该安全距离是介于后车的目标停车点和确认的前车尾部之间的一个固定距离。在选择该距离时，已充分考虑了在一系列最坏情况下，列车仍能够被安全地分隔开来。（原理图见下页）
四、移动闭塞信号系统的通信实现方式
基于“通信”的移动闭塞信号系统车地通信的主要方式有：
● （1）感应环方式；
● （2）波导方式；
● （3）无线或无线扩频方式。
● （4）漏缆方式；
五、阿尔卡特SelTrac S40“移动闭塞”列车自动控制系统
1、系统概况
为广州市轨道交通三号线提供的SelTrac S40“移动闭塞”列车自动控制（ATC ）系统是基于以通信为基础的SelTrac 移动闭塞系统，它通过感应环线通信系统来提供列车与地面间的通信。本系统能够满足三号线运营能力的要求，即正线区段按6辆列车编组，最小行车间隔105秒运行。SelTrac S40系统正线追踪间隔（包括大石站非折返列车与折返列车之间的追踪间隔）按6辆编组列车90秒设计。 该ATC 系统设备的主要构成参见以下的系统结构网络图。
2、缩写释义
● SMC —系统管理中心；
● VCC —车辆控制中心；
● STC —车站控制器系统；
● VOBC —车载控制器系统；
● TOD —司机显示盘
● LWS —车站工作站
● CO —中央操作员
● SRS —运行图调整服务器
● IBP —车站控制盘
● MCS —主控系统 ●
3、三号线信号系统与一、二号线信号系统不同点的比较
● 线路复杂程度，功能定位，运输组织方式不同。
三号线线路走向为Y 形线，体育西路站位于Y 形的交叉点，时刻表的编辑及运输组织都比一、二号线情况复杂，特别在故障情况下，调度组织显得尤为重要。此外，由于三号线线路长（主线28.77Km ，支线7.56Km ），平均站间距离大（2.06Km ）。因此三号线设计为快速线，最高运行速度达到120公里/小时，旅行速度大于
58.77Km/h，支线旅行速度约47.22Km/h，即主线在满足最小运行间隔105秒的情况下，可基本将每小时断面所需的列车数控制在34对以下；支线在满足最小运行间隔105秒的情况下，可基本将每小时断面所需的列车数控制在11对以下。
三号线的功能定位为规划引导型，而一、二号线为交通疏导型；
基于以上两点原因，三号线的运输组织将主要会从三个方面考虑：从时间上划分为三个阶段，即初期（2010年）、近期（2017年） 、远期（2032年） ；运营交路上从初期的主、支线的大小两个交路到近、远期的三个交路；在列车编组方面将根据不同时期的具体情况按照三节或三、六节混合的列车编组方式进行。总之，三号线将会比一、二号线采用更为灵活的运输组织方式。
● 信号制式不同；
三号线为移动闭塞信号系统，而一、二号线为准移动闭塞信号系统。
● ATC 系统的组成方式、功能实现方式不同；
三号线信号ATC 系统为中央集中式，一、二号线信号ATC 系统为分散式； 三号线信号ATC 系统的中央设备除实现ATS 功能外，还负责实现主要的ATP 功能和联锁功能；车站设备只负责基本的联锁功能并完成与轨旁设备及其它机电设备的接口功能。而一、二号线信号ATC 系统的中央设备只实现ATS 功能，其它功能由车站及车载设备完成。
● 新增功能；
列车的联挂/解编：
Seltrac 移动闭塞系统完全能够支持在VCC 监控下，在ATC 控制区域内对两辆3节编组的列车进行联挂或者将一辆6节编组的列车解编为两辆3节编组的列车。需要强调的是，列车联挂/解编过程需要ATC 系统及车辆的能力和功能相互配合工作，部分联挂/解编功能的完成还需依赖于车辆的设计。
① VCC 监控下的联挂过程：
在ATC 区域内完成对3节编组的列车进行联挂作业时，每列车上至少有一个VOBC 是正常工作的。
❑ 第一列车将进入SMC 指定的允许进行联挂和解编作业的区域。一旦第一列车就
位，第二列待联挂的列车将接近并停靠在距第一列车最小“安全距离”的地方。 ❑ 第一列车的司机将列车设置在“OFF ”模式，第二列车的司机在这时将列车设置
为限制的人工模式，在此模式下，VOBC 允许列车以低速将车向前开动以进行列车联挂。
❑ 中央调度员CO 将首先通过VCC 命令列车进行联挂。
❑ 第二列车的司机驾驶列车以低于限速的速度前进，直到两列车相遇并联挂在一
起。
❑ 一旦列车联挂完成，在VCC 数据库中以及列车硬件将自动对列车进行从新配
置。VOBC 持续地同VCC 进行通信并报告新的列车长度。
❑ 位于中央驾驶室的司机将驾驶室设为“OFF ”模式。新的6节编组列车的司机进入
新车前部的机车室。随后司机将新机车的选择开关设为“自动”模式。
中央调度员为该车命令分配一条进路，或从时刻表中分配一个运行班次。列车将按照SMC 的命令继续运行。
② VCC 监控下的解编过程：
解编过程与联挂过程相似，但顺序相反。
中央调度员通过SMC 将6节编组的列车排路到指定的解编区域。列车自动进入
解编区域并停车。
第二个司机登上即将成为单独的新车的前端驾驶室。
前车司机将模式开关设为“OFF ”。
中央调度员CO 在VCC 上命令列车解编。
司机按下驾驶控制盘上的“解编”按钮（由车辆供货商提供）以使6节编组的列车
从中间脱开。一旦解编完成，列车硬件将自动对列车进行重新配置。VOBC 将继续同VCC 保持通信并报告每列车新的车长。
前部3节编组的列车司机将列车置入“限制的人工”驾驶模式并人工驾驶列车，以
限制速度（
司机将模式选择开关变为“自动”。
中央调度员从时刻表中为列车选择分配一个运行班次，然后列车继续运行。 此时，另一辆3节编组的列车司机将该车设置为“自动”模式。SMC 为列车分配一
个班次，列车继续正常运行。
● 传统功能方面的几个不同点；
● 后备模式不同；
❑ 部分后退（降级）模式；
中央SMC 故障，VCC 正常时的部分后退模式；
在SMC 完全故障或VCC 与SMC 连接中断后，VCC 控制模式提供基本的ATC 运营。当VCC 和SMC 间通信中断时，VCC 就进入了VCC 控制模式。
在此模式下，系统提供全部的ATP/ATO功能，VCC 自动地获取运行线的分配，并据分配的运行线进行自动进路控制。VCC 自动获取的运行线将保持在SMC 未故障前对每一列车原有运行线（包含在常用的16条运行线中）的分配。
列车通过VCC 与VOBC 之间的通信接收所分配的运行线。知道了运行线号码的列车可以通过车载数据库查得行车目的地。通过与STC 的通信，VOBC 可以知道当前站的ID 号，并因此能够在车上广播有关下一站的信息。对位环线将向工作站提供有关列车运行线分配的信息，因此系统可以在站内广播下一站及目的地的有关信息。这里需要说明的是：停站时间是固定的（缺省值），信息广播将在列车进站完成对位后进行。
中央VCC 故障， SMC 正常时的部分后退模式；
在该后退运营下，VOBC 到LWS 的通信使列车可以自动排列进路，包括自动折返进路以及车站和车上的旅客信息的控制。
司机通过触摸屏输入列车运行线分配命令及其身份验证信息。
数据从VOBC 通过STC 传送到LWS ，然后送到SMC 。
当前站的站名通过LWS 传送到VOBC 。
根据当前站的站名和所分配的运行线信息，VOBC 从其数据库中获得下一站的站名和目的地信息，并用以提供车上公告。
通过LWS 和VOBC 在车站的通信，SMC 根据闭塞占用原理在整个系统中跟踪列❑
车运行。
在该后退模式下，SMC 通过呼叫相应的STC 来自动为列车排路。
STC 根据信号原理，在安全的前提下，命令转动相应的道岔，开放相应的信号机。
❑ 完全后退（后备）模式；
在SMC 及VCC 全部发生故障的完全后退模式下，进路的控制是通过LWS
的人工命令来控制STC ，即在车站的LWS 上由车站操作员人工命令排列进路。在这种后退模式下，STC 根据信号原理，在安全的前提下，命令转动相应的道岔，开放相应的信号机。
❑ 驾驶模式不同；
ATO 模式 ：分为ATO 自动关门和ATO 人工关门两种（通过转换开关控制）； ATP 倒车模式 ：ATC 系统允许在人工保护模式下不超过5m 的一次倒车（通过
操作ATP 倒车开关）。
OFF 模式 ：当两驾驶室的模式开关都处于„OFF ‟位置时，VOBC 将进入该模式。
这种模式下，紧急制动生效、驾驶室的显示被禁止。列车在这种状态下不能移动。 VOBC 继续和VCC 保持通信，并维持定位、跟踪和监视功能。
❑ 车载信号设备不同；
三号线信号车载设备（VOBC ）采用了二取二双机热备的安全冗余技术，进一步提高了系统的可用性。此外，该车载设备（VOBC ）在单机故障情况下，可由中央操作员对故障机进行远程复位。
❑ 试车线控制方式不同；
三号线位于试车线上的道岔直接由车辆段联锁系统控制和监视，ATC 系统对该道岔不予控制和监督，但对试车线控制权的“获取”和“释放”进行安全地监督。试车线由正线ATC 系统控制，并拥有实际ATC 控制系统的所有功能。
❑ 运行图调整功能不同；
三号线有一个相等运行间隔调整模式，该模式是一二号线不具备的。在该模式下，列车的运行不倚赖于运行图，只要操作员指定运行线和行车间隔，就可以继续正常运营。运行间隔调整模式主要在出现突发事件，需要增加或删减服务时使用。运行间隔调整模式还可以在所有列车的运行都大大落后于运行图的不利情况下用来快速解决串车问题。当运行间隔调整结束时，运行图重新恢复（如果调度员没有取消该运行图的话）。
❑ 接口不同；
与主控系统的接口；接口设备为中央背投显示屏和车站IBP 控制盘。
信号SMC 系统通过通信服务器向MCS 系统提供下列信息：
实时的实际列车位置信息（包括列车的实时位置信息、区间运行时分、停站时分等）
列车阻塞信息（产生的原则同二号线）
信号系统重要的故障信息
在每天正式运营前，传送当天的计划时刻表
回应MCS 每0.5s 对SIG 与MCS 之间的通道检测。
信号SMC 系统通过通信服务器接收MCS 系统提供的下列信息：
MCS 传送的SCADA 牵引供电信息
每天收车后，接收全天的实际客流信息
与通信网络的接口；一、二号线为OTN 网（分别为150M 和600M 带宽容量），
三号线为SDH 网（2.5G 带宽容量）。
❑ 其它方面的不同；
正线信号机的显示不同：蓝色—ATC 自动控制状态，无引导信号显示； 正线采用了LED 显示信号机新设备；
正线采用了12号道岔（侧向限速45Km/h），双机牵引，电液转辙机等新设备、
新技术；
正线采用了阿尔卡特计轴轨道电路设备；
4、三号线信号系统在运营维护方面的不利因素及可能存在的问题 ❑ 线路里程长，区间跨度大，轨旁设备多，造成维护工作量和人员需求量增加，特别是汉溪～市桥隧道区间长达6.18公里，对今后的设备抢修工作非常不利； ❑ 中央VCC 一旦发生故障，将对运营产生很大的影响（其中VCC1：沥窖～番禺广场6个站，VCC2：天河客、广州东～ 大塘12个站）；
❑ 体育西路站（Y 形交叉点）和大石站（大小交路交汇站）在特定故障情况下的行车客运组织将会比较困难。