轨道交通信号系统

浅谈城市轨道交通信号系

统

Lastrevisionon21December2020

浅谈城市轨道交通信号系统

学生姓名：1

学号：1

专业班级：1

指导教师：1

西安铁路职业技术学院

摘要

城市轨道交通是缓解现代城市交通压力的重要方式。近年来，我国各大城市纷纷

加快了轨道交通的投资与建设，以此提高城市公共交通运输能力缓解地面交通压力。

在地铁工程建设与发展中,轨道交通系统作为大容量公共交通工具,其安全性直接关系

到广大乘客的生命安全,信号系统是城市轨道交通的重要基础设施之一，作为保证列车

安全、正点、快捷、舒适、高密度不间断运行的重要技术装备在轨道交通系统中有着

举足轻重的地位，同时也是关系到列车行驶安全的关键。现就城市轨道交通信号系统

进行简要论述，主要介绍信号系统的构成、功能、控制模式、在我国的应用情况以及

存在的不足和发展对策。

关键词：轨道交通；信号系统；现状；发展趋势

目录

1城市轨道交通信号的发展

轨道交通信号的发展背景

轨道交通通起源于英国，最早的列车指挥是由一位带绅士礼帽、穿黑大衣和白裤

子的铁路员工骑马在前引导运行的，他边跑边以各种手势发出信号指挥列车的前进和

停止。

为确保安全，人们开始研究使用固定的信号设备：用一块长方形的板子，横向线

路是停车信号，顺向线路是行车信号。可是顺向线路的板子实际上很难观察，故又在

顶端加块圆板。当必须在晚间开车时，就以红色灯光表示停车信号，白色灯光表示行

车信号。

1841年，英国人戈里高利提出用长方形臂板作为信号显示，装设在伦敦车站，这

是铁路上首次使用臂板式信号机。而慢慢随着科技的发展出现了色灯信号机渐渐代替

了臂板信号机，直到现在的列车自动控制系统。

轨道交通信号的发展现状

众所周知，城市轨道交通系统因基建成本高，往往采用高速度、高密度方式运

营，这样就必须依靠先进的通信信号设备来进行控制和管理。城市轨道交通的信号系

统，已从早期的固定闭塞发展到了准移动闭塞，正在向移动闭塞方向发展。传统的信

号系统即以地面信号显示为依据，司机按行车规则操纵列车运行。现代信号系统有６

个基本目标：以安全的方式控制列车有条件地前进；使本列车与前行车或股道尽头保

持安全距离；防止出现列车冲突进路；使列车能够按要求的时间间隔运行；使列车能

够按时刻表速度运行，以便最大程度地避免危及安全的各种干扰；保证关键点闭锁在

正确位置。目前世界各国的城市轨道交通信号系统大都采用列车自动控制系统（ＡＴ

Ｃ），已基本上满足上述基本目标。

我国轨道交通的ATC系统目前大多采用进口设备，主要来自德国SIEMENA、英国

WESTINGHOUSE、美国US&S、法国ALSTON等公司。国产信号系统由于多种原因尚未形成

完整的产品，近年来ATP系统等开始逐步在正线得到应用。

城市轨道交通的发展趋势

当下我国城市轨道交通建设正处于高速发展阶段，各种各样交通信号系统纷纷踏

入中国轨道交通市场，那么如何选择先进、安全、可靠、经济、使用性的信号系统成

为了当前我国城市轨道交通的一项重要课题。当前国外主流的城市轨道交通通信系统

主要有数字轨道电路系统、分析模拟轨道电路系统和基于通信的列车运行控制系统模

式，我们要结合国内外各类轨道交通信号的优缺点，寻找出适合我国国情的城市轨道

交通信号系统，在未来城市轨道交通系统国产化建设才是正确的发展方向。城市轨道

交通国产化，不仅能降低建设成本（国产的CBTC比引进国外的系统造价低20％），而

且能降低运营成本，更重要的是促进我国城市轨道交通技术水平的大幅提升，有利于

人才培养。并且参与国际竞争。

那么，参与技术服务，国内硬件加工，逐步吸收熟悉国外技术是首要的。其次，

通过技术引进，掌握系统功能单元间接口协议和技术标准，最后要积极跟踪并参与

CBTC的研究。

城市轨道交通的信号系统，已从早期的固定闭塞发展到了准移动闭塞，正在向移

动闭塞方向发展。传统的信号系统即以地面信号显示为依据，司机按行车规则操纵列

车运行。现代信号系统有六个基本目标：以安全的方式控制列车有条件地前进；使本

列车与前行车或股道尽头保持安全距离，防止出现列车冲突进路；使列车能够按照要

求的时间间隔运行；使列车能够按时刻表速度运行，以便最大程度地避免危及安全的

各种干扰，保证关键点锁闭在正确位置。

ATP的主要作用是根据故障-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；ATO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；ATS的主要作

用是监督列车状态、产生列车时刻表、自动调整列车运行时刻和保证列车按时刻表正

点运行、生成运行报告和统计报告、向旅客向导系统提供信息等。

由于通信技术的发展，ATC系统中ATS子系统的功能也越来越强，已不仅仅是传统

意义上的“列车自动监督”，ATS子系统正在向集成化方向发展；维修管理更加重要为

了提高系统的可靠性、减少维护费用，信号系统的监控管理以及维修管理信息系统都

非常重要。

2城市轨道交通系统的构成及功能

列车自动监控子系统（ATS）

ATS系统由控制中心、车站、车场以及车载设备组成。ATS系统在ATP系统的支持

下完成对列车运行的自动监控，实现以下基本功能：

（1）通过ATS车站设备，能够采集轨旁及车载ATP提供的轨道占用状态、进路状

态、列车运行状态以及信号设备故障等控制和监督列车运行的基础信息。

（2）根据联锁表、计划运行图及列车位置，自动生成输出进路控制命令，传送至

车站联锁设备，设置列车进路、控制列车停站时分。

（3）列车识别跟踪、传递和显示功能。系统能自动完成正线区段内列车识别号

（服务号、目的地号、车体号）跟踪，列车识别号可由中央ATS自动生成或调度员人

工设定、修改，也可由列车经车—地通信向ATS发送识别号等信息。

（4）列车计划与实迹运行图的比较和计算机辅助调度功能。能根据列车运行实际

的偏离情况，自动生成调整计划供调度员参考或自动调整列车停站时分，控制发车时

间。

（5）ATS中央故障情况下的降级处理，由调度员人工介入设置进路，对列车运行

进行调整，由ATS车站完成自动进路或根据列车识别号进行自动信号控制，由车站人

工进行进路控制。

（6）在计算机辅助下完成对列车基本运行图的编制及管理，并具有较强的人工介

入能力。通过设在车辆段的终端，向车辆段管理及行车人员提供必要的信息，以便编

制车辆运用计划和行车计划。

（7）列车运行显示屏及调度台显示器，能对轨道区段、道岔、信号机和在线运行

列车等进行监视，能在行调工作站上给出设备故障报警及故障源提示。

（8）能在中央专用设备上提供模拟和演示功能，用于培训及参观。能自动进行

运行报表统计，并根据要求进行显示打印。

（9）能在车站控制模式下与计算机联锁设备结合，将部分或所有信号机置于自动

模式状态。

（10）向通信无线、广播、旅客向导系统提供必要的信息。

列车自动防护子系统（ATP）

ATP系统由地面设备、车载设备组成，监督列车在安全速度下运行，确保列车一旦

超过规定速度，立即施行制动，主要实现以下功能：

（1）自动连续地对列车位置进行检测，并向列车发送必要的速度、距离、线路条

件等信息，以确定列车运行的最大安全速度。提供列车速度保护，在列车超速时提供

常用制动或紧急制动，保证前行与后续列车之间的安全间隔，满足正向行车时的设计

行车间隔和折返间隔。对反向运行列车能进行ATP防护。

（2）确保列车进路正确及列车的运行安全。确保同一径路上的不同列车之间具有

足够的安全距离，以及等防止列车侧面冲撞。

（3）防止列车超速运行，保证列车速度不超过线路、道岔、车辆等规定的允许速

度。

（4）为列车车门的开启提供安全、可靠的信息。

（5）根据联锁设备提供的进路上轨道区间运行方向，确定相应轨道电路发码方

向。

（6）任何车—地通信中断以及列车的非预期移动（含退行）、任何列车完整性电

路的中断、列车超速（含临时限速）、车载设备故障等均将产生安全性制动。

（7）实现与ATS的接口和有关的交换信息。

（8）系统的自诊断、故障报警、记录。

（9）列车的实际速度、推荐速度、目标速度、目标距离等信息的记录和显示。具

有人工或自动轮径磨耗补偿功能。

列车自动驾驶子系统（ATO）

ATO子系统是控制列车自动运行的设备，由车载设备和地面设备组成，在ATP系统

的保护下，根据ATS的指令实现列车运行的自动驾驶、速度的自动调整、列车车门控

制。

（1）自动完成对列车的启动、牵引、巡航、惰行和制动的控制，以较高的速度进

行追踪运行和折返作业，确保达到设计间隔及旅行速度。

（2）在ATS监控范围的入口及各站停车区域（含折返线、停车线）进行车—地通

信，将列车有关信息传送至ATS系统，以便于ATS系统对在线列车进行监控。

（3）控制列车按照运行图进行运行，达到节能及自动调整列车运行的目的。

（4）ATO自动驾驶时实现车站站台定点停车控制、舒适度控制及节省能源控制。

（5）能根据停车站台的位置及停车精度，自动地对车门进行控制。

（6）与ATS和ATP结合，实现列车自动驾驶、有人或无人驾驶。

信号ATC系统依据控制方式以及信息传输方式的不同，系统结构组成和配置方

式也完全不同，在工程设计中选择何种配置，须根据行车组织、车辆性能、车站规

模、线路条件等，以安全性、可靠性为基本原则，兼顾成熟性、经济性、合理性，以

发挥最大效能为目标，并需适当考虑先进性等。

三个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，实现地面控制与车上控制结合、现

地控制与中央控制结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列

车驾驶自动化等功能为一体的列车自动控制系统。

联锁系统

在铁路车站上，为了保证机车车辆和列车在进路上的安全，有效利用站内线

路，高效率地指挥行车和调车，改善行车人员的劳动条件，利用机械、电气自动控制

和远程控制、计算机等技术和设备，使车站范围内的信号机、进路和进路上的道岔相

互具有制约关系，这种关系称为联锁。为完成联锁关系而安装的技术设备称为联锁设

备。

（1）联锁的基本内容

防止建立会导致机车车辆相互冲突的进路；必须使列车或调车车列经过的所有道

岔均锁闭在与进路开通方向相符合的位置；必须使信号机的显示与所建立的进路相符

合。进路上各区段空闲时才能开放信号；进路上有关道岔在规定位置时才开放信号；

敌对信号未关闭时，防护该进路的信号机不能开放。同时这三点也是联锁最基本的三

个个技术条件，只有在满足了这三点条件，联锁才能成立，列车进路与调车进路才能

安全进行。

（2）联锁设备

控制车站的道岔、进路和信号机，并实现它们之间的联锁关系的设备，称之为联

锁设备。联锁设备是轨道交通的重要信号设备，用来在车站和车辆段实现联锁闭塞关

系，建立进路，控制道岔的转换和信号机的开关，以及进路解锁，以保证行车安全。

联锁设备分为正线车站联锁设备合车辆段联锁设备。联锁设备早期为机械联锁，后来

发展成为继电器集中联锁。随着3C技术的快速发展，计算机联锁已经成为联锁设备的

主要发展方向。

结论

城市轨道交通信号系统是技术含量高，行车指挥自动化和保障安全的重要技术装

备，就现在我国的情况而言，城市轨道交通是人们普遍会选择的交通出行方式，安全

是我们首要考虑的问题，就目前而言，我国在世界的大发展中还是处于较为落后的局

面。对我国城市轨道交通现代信号国产化进程滞后的现状，必须引起高度关注，尽快

提高我国信号装备的技术水平，取长补短，吸取国外先进经验，发展具有中国特色的

城市轨道交通现代信号系统，使中国的轨道交通通信信号系统处于国际的前沿。

致谢

本文是在王静老师的精心指导和支持下完成的，所以首先要感谢我的论文老师王

静。通过老师的精心指导以及我这一阶段的努力，我的毕业论文《浅谈城市轨道交通

通信系统》终于完成了，这同时也意味着大学三年的生活即将结束。

在大学阶段我在学习上和思想上都受益非浅这除了自身的努力外与各位老师、同

学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。在本论文的写作过程中我的导师王静老师

倾注了大量的心血从选题到开题报告从写作提纲到一遍又一遍地指出每稿中的具体问

题严格把关循循善诱在此我表示衷心感谢。同时感谢我的爸爸妈妈焉得谖草言树之背

养育之恩无以回报你们永远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际我的心情

无法平静从开始进入课题到论文的顺利完成有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无

言的帮助在这里请接受我诚挚谢意。

参考文献

〔1〕肖宝弟.对我国城市轨道交通信号系统发展战略的思考.[J].现代城市轨道交通,2004

〔2〕何蕾.城市轨道交通运营管理.[M].北京：中国铁道出版社，2007

〔3〕徐金祥.城市轨道交通信号基础.[M].北京：中国铁道出版社，2014

〔4〕颜景林.城市轨道交通设备.[M].成都：中国铁道出版社，2004

〔5〕吕永宏.刘红燕.3种城市轨道交通控制系统.[J].甘肃科技：，2008

〔6〕张唯.铁道运输设备.[M].北京：中国铁道出版社，2002

〔7〕张凡.钱传贤.城市轨道交通概论.[M].成都：西南交通大学出版社，2007

〔8〕林瑜筠.城市轨道交通信号设备.[M].北京：中国铁道出版社，2006

〔9〕魏晓东.城市轨道交通自动化系统与技术.[M]北京：电子工业出版社，2011

〔10〕赵祎.地铁CBTC信号系统.〔DB/OL〕2010

〔11〕蔡爱华季锦章.地铁信号系统的现状及发展趋势.电子工程师.[J]2000