城市轨道交通ATS系统设计-控制中心CATS子系统设计.doc

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1、 摘 要列车自动监控（ATS）系统主要由控制中心列车自动监控（CATS）子系统和车站列车自动监控（LATS）子系统等设备组成，主要实现对列车运行的监督和控制，辅助行车调度人员对全线列车进行管理。它在提高运输效率和保障列车运行安全方面起到了极其重要的作用。然而在实际运营系统上对控制中心CATS子系统进行研究和测试有很大困难，因此有必要用计算机仿真模拟的手段对其进行研究。本文首先介绍了城市轨道交通及其信号系统，然后分析了城市轨道交通分散自律ATS系统的结构、原理和功能，在对控制中心CATS子系统进行功能需求分析的基础上，结合分散自律中设备分散、功能分散、危险分散的理念，划分了车站监控界面、下发中心

2、列车时刻表、列车进路控制、列车追踪等功能模块。系统运用VB 6.0软件可视化程序设计的思想、方法及面向对象技术实现了车站站场的铺画和实时显示，以及对站场信号设备、列车运行及其进路的实时监控，并利用Access数据库技术对列车时刻表进行了仿真模拟。ATS仿真系统直观清晰地展现了全线列车运行全过程，客观而真实地测评ATS系统性能是否满足客户要求、方便培训工作人员、改进列车运行调整方法、改变ATS系统的研究角度。它将对推进ATS系统的研究有着积极的意义。控制中心CATS子系统的软硬件均具有模块化的结构特性，为今后系统的硬件扩展和软件升级提供了便利的条件。关键词：城市轨道交通；控制中心CATS；软件设

3、计；VB 6.0- I -AbstractAutomatic Train Supervision(ATS) system is mainly composed of CATS(Central Automatic Train Supervision) in the control center and LATS(Local Automatic Train Supervision) in the station, etc, and its main function is to supervise and control train operation. It can also help Traf

4、fic Dispatcher to manage all the trains on lines. Therefore, ATS system plays an important role in improving transport efficiency and ensuring the safety of train running. However, it is very difficult to research and test in the real and working Railway Transportation System, so it is necessary to

5、research CATS subsystem by computer simulation.Firstly this paper introduces Urban Mass Transit and its Signal System, then it analyses the structure, principle and functions of the Distributed Autonomous ATS system. After analyzing the required functions of CATS subsystem and combine with the conce

6、pt of equipment distributed, function distributed and dangerous distributed from Distributed Autonomous, the paper divides them into several modules, such as the supervision interface of the station, receiving Train Timetable to LATS, train routes control, train tracing, etc. By using the software V

7、B 6.0, CATS subsystem achieves the functions of station-drawing, displaying, supervising signal equipments, train operation and train routes based on the ideas and methods of visual programming and Object-Oriented technology. In addition, it simulates Train Timetable based on database Access.The ATS

8、 simulation system exhibits the whole process of the operation of all the trains on the railway clearly. And it makes the evaluation of the capability of the ATS more objective and genuine, the training more convenience and the method of adjustment more reasonable and simple. It will play a very imp

9、ortant role in the development of ATS system. The software and hardware of CATS subsystem have modularized structure characteristic which provides convenient conditions for hardware expansion and software upgrade in the future.Key words：Urban Mass Transit, CATS subsystem, Software design, VB 6.0- V

10、-目 录摘 要IAbstractII1 城市轨道交通及其发展11.1 概述11.1.1 城市轨道交通的特点11.1.2 城市轨道交通的分类21.2 城市轨道交通的发展及现状41.3 城市轨道交通信号系统61.3.1 城市轨道交通信号系统的特点61.3.2 城市轨道交通对信号系统的要求72 列车运行自动控制（ATC）系统92.1 系统综述92.2 列车自动防护（ATP）子系统102.2.1 ATP的基本概念102.2.2 ATP的系统组成112.3 列车自动驾驶（ATO）子系统122.3.1 ATO的基本概念122.3.2 ATO的系统组成122.4 列车自动监控（ATS）子系统142.4.1

11、ATS的基本概念142.4.2 ATS的系统组成143 分散自律ATS系统设计193.1 ATS系统基本原理193.2 ATS基本运行模式223.3 ATS系统主要功能233.4 控制中心CATS子系统设计说明263.4.1 设计要求263.4.2 设计思路274 VB平台使用介绍284.1 VB软件介绍284.2 本设计相关介绍295 控制中心CATS子系统设计315.1 需求分析315.2 登陆模块325.2.1模块功能325.2.2模块设计325.3 用户权限管理模块345.3.1模块功能345.3.2模块设计345.4 站场显示和管理模块365.4.1模块功能365.4.2模块设计36

12、5.5 进路显示和控制模块385.5.1模块功能385.5.2模块设计395.6 列车追踪和车次号显示模块415.6.1模块功能415.6.2模块设计415.7 列车运行数据记录模块435.7.1模块功能435.7.2模块设计435.8 用户登录信息记录模块445.8.1模块功能445.8.2模块设计445.9 时刻表编辑和下发模块455.9.1模块功能455.9.2模块设计465.10 列车实迹运行图模块485.10.1模块功能485.10.2模块设计48结 论49致 谢50参 考 文 献51附录 主要程序代码52兰州交通大学毕业设计（论文）1 城市轨道交通及其发展现代城市的发展表明城市交通

13、在城市发展与城市化进程中起到了极其重要的作用。根据国内外的发展经验，改善城市交通紧张状况最行之有效的方法就是发展高层次、立体化、大运量的快速轨道交通系统，充分发挥公共交通的优势，促进城市交通与经济、社会、环境的协调发展。1.1 概述作为城市公共交通系统的一个重要组成部分，在中国国家标准城市公共交通常用名词术语中，城市轨道交通定义为“通常以电能为动力，采取轮轨运转方式的快速大运量公共交通之总称”。目前，城轨交通已经形成市郊铁路、地铁、轻轨、单轨以及磁悬浮列车等多种类型并存与发展的状态。1.1.1 城市轨道交通的特点随着城市与城市交通的快速发展，城市轨道交通近年来发展迅速。目前建设与发展城市轨道交

14、通系统已成为世界各国解决城市交通问题的首选方案，其关键在于城市轨道交通具有传统的地面常规交通法师没有的优势。具体表现在以下几个方面1：(1) 运量大：由于采用现代化的轨道交通运行方式，从理论上讲运量可以较大幅度地提高（依据列车编组、车辆载客量、发车间隔时间等要素确定）。地铁单向每小时最大运送能力可以达3000070000人次，轻轨交通在600030000人次之间，而公共电车、汽车仅为8000人次。(2) 速度快：由于采用先进的电动车组动力牵引方式，并且具有良好的线路条件、自动监控体系以及可靠的安全保障措施，因此城市轨道交通系统列车运行速度都比较高。目前，地铁列车的最高运行速度一般都达到80km

15、/h以上，而有的甚至能达到120km/h，旅行速度基本可达3045km/h，在城市轨道交通各种运输方式中是最快的。(3) 能耗低：由于是大运量集团化客运系统，且采用了多项高新技术，按每运送一位乘客的能源消耗评价，是其他任何一种城市轨道交通运输方式所无法比拟的，并且对能源的适应性也相当强。(4) 污染少：城市轨道交通一般采用电牵引动力方式，又是大运量高速度集约化列车运行方式，因此每运送一位乘客所产生的污染微乎其微，堪称“绿色交通”。这点对于现代都市可持续发展最为关键的环境保护而言，带来了极大的长远利益。(5) 可靠性高：由于城市轨道交通线路一般都是在地下或高架，即使在地面也与其他交通工具隔离，互

16、不干扰。如果是建在地下隧道内的线路，则受气候影响的程度微乎其微。因此，城市轨道交通是城市客运交通方式中可靠性最高的一种。尤其在上下班高峰时段，地面交通拥挤不堪时，对于时间观念极强的现代城市交通行为而言，其优势是明显的。(6) 舒适性佳：城市公共客运交通方式的舒适性主要表现在环境质量和拥挤度两个方面。在城市轨道交通系统中，环境质量较佳，不论是车站的候车环境，还是车厢内的乘车环境，均有现代化的环境控制措施来保障；拥挤度则因轨道交用运行的准点和较短的间隔时间，可望得到较佳的调整。(7) 占地面积少：城市轨道交通充分利用了城市空间，节省了宝贵的土地资源，每位乘客完成交通行为所占的道路面积是最少的。城市

17、轨道交通也带来了新产业的发展，比如沿线土地开发等。同时，还具有城市布局合理、市民生活便利、增添现代都市景观等附加效应。因此，无论是在经济发达的国家与地区，还是在发展中国家和地区，城市轨道交通均成为改善和发展城市交通的主要手段。但是城市轨道交通也存在一定的局限性，如建设费用高，建设周期长，技术含量高，建设难度大；一旦有自然灾害尤其是火灾，乘客疏散困难，容易造成人员伤亡。城市轨道交通系统建成后就难以迁移和变动，不像地面公共交通可以机动地调整路线和设置站点，以满足乘客流量和流向变化的需要，其运输组织工作远比地面公共交通复杂。1.1.2 城市轨道交通的分类城市轨道交通因发展迅速且各国选择的技术政策不一

18、，目前尚没有完全统一的分类标准。根据城市轨道交通基本技术特征的不同，主要有市郊铁路、地铁、轻轨、单轨、自动导向交通系统和磁悬浮系统等类型1。(1) 市郊铁路（Urban Railway）市郊铁路也称通勤铁路（Commute Rail），是连接城市市区与郊区、城市核心区与周围几十千米甚至更大范围的城镇的铁路，主要服务于人口密度相对较低的郊区。市郊铁路一般与干线铁路相接，故通常采用干线铁路的技术标准，但其功能与干线铁路不同。市郊铁路通常由电气或内燃机车牵引，轮轨导向，线路长度一般在40km/h以上，站间距离较大，旅行速度较高。市郊铁路运行速度比干线铁路低，但其启动和制动加速度远高于干线列车，略低于

19、地铁列车。市郊铁路站间距离约13km。一般情况下，市郊铁路线路的列车平均运行速度可达40km/h以上，最高运行速度可达100km/h以上，个别城市可达250km/h以上。市郊铁路最显著的特点是可提供高质量的运输服务。在铁路运输发达的国家和地区，市郊铁路是旅客运输的主要组成部分。在东京、伦敦、巴黎等世界著名城市都建有较大规模的市郊铁路运输网络。(2) 地铁（Metro,Underground or Subway） 地铁是各国繁荣大城市市区公共交通系统的最佳选择，最近30年以来发展迅速，成为城市活动的命脉。城市地铁的客流量在客流高峰时，占了城市客流量的很大比重，如果地铁停运，整个城市几乎陷于瘫痪。

20、地铁是由电气牵引、轮轨导向、车辆编组，运行在全封闭的地下隧道内，或根据城市的地形特征和具体条件，部分区段运行在地面或高架线路上的大容量快速轨道交通系统。地铁未必都在地下，有的地铁地下线路仅占一部分，大部分是地面和高架线路，有的全高架线路也称为“地铁”。地铁具有运量大、速度快、安全、准时、舒适等特点，是较为普遍的城市轨道交通形式。(3) 轻轨（Light Rail Transit，LRT）一般地，轻轨是指列车或车辆对轨道施加的载荷相对于市郊铁路或地铁较轻的城市轨道交通系统。它是从旧式有轨电车系统发展演变过来的，早期的轻轨系统一般都是直接对旧式有轨电车系统改建而成，20世纪70年代后期一些国家开始

21、修建全新的现代轻轨系统。世界各国轻轨系统存在多种技术标准并存发展的情况，技术标准较高的轻轨接近于轻型地铁，技术标准相对较低的轻轨则接近于有轨电车。轻轨一般要求有一定比例的线路与其它交通方式完全隔离，这也是它不同于有轨电车之处。轻轨线路设计比较灵活，因地制宜，即可修建在市区街道上，也可修建在地下隧道或高架桥上。现代轻轨系统具有行车速度快、乘坐舒适、噪声低等优点。在欧美的一些城市，轻轨已经成为了最常见的轨道交通形式。(4) 单轨（Monorail）单轨又称为独轨，是列车或车辆在单一轨道梁上运行的城市轨道交通系统。它与传统的钢轮钢轨运输系统完全不同，是一种采用特制的车辆与专用轨道组合而成的交通工具。

22、单轨系统通常有两种类型。一种是跨座式车辆系统，其轨道梁通常用预应力混凝土做成；另一种是悬挂式车辆系统，其轨道梁通常用钢材制成。两种形式的单轨车辆都是采用橡胶轮胎来承载的，而且要配置相应的橡胶轮系，实现车辆的平衡和稳定。因此，车辆的转向架结构较为复杂，一个跨座式车辆的双轴转向架，在很小的空间内就要配置10个橡胶轮胎。单轨系统属于中低客运量的交通工具，尤其是悬挂式单轨车辆，客运能力很低。单轨系统运输能力和灵活性都不及地面轻轨系统，而造价远高于地面轻轨系统，除日本外，大多数国家均将它用作游览观光。(5) 自动导向交通（Automatic Guideway Transit，AGT）自动导向交通系统是一

23、种狭义的新交通系统。通常把由电气牵引，具有特殊导向，计算机控制，自动驾驶的胶轮车辆单车或数量编组，运行在专用轨道梁上的中运量运输系统，称为新交通系统。自动导向交通系统与其它交通方式形成立体交叉，故对其它交通方式不产生影响，有特殊的专用车道，采用橡胶轮，混凝土道床，电力牵引，特殊的车下侧受电方式，无人自动驾驶，其运行速度一般在30km/h左右。自动导向交通系统具有工程造价低，运行噪声小，占地面积小，旅客乘坐舒适，能适应陡坡急弯等特点。(6) 直线电机驱动车辆系统（Linear Motor Car System）直线电机（又称为线性电机）驱动车辆系统是20世纪80年代由加拿大研制开发而成，它是利用

24、直线电机原理，安装在车辆上作为驱动装置的一种新型交通系统。由于车辆底部转向架上不再安装传统的牵引电机，因而可减小车轮直径、降低车辆高度，车辆自重也大大减轻。直线电机列车占用的隧道建筑断面小、爬坡能力强。直线电机驱动车辆系统仍为钢轮钢轨系统，列车编组与行车密度可根据城市容量来确定。(7) 磁悬浮系统（Maglev System）磁悬浮系统是一种利用电磁悬浮原理将列车悬浮在导轨上，直线电机驱动列车运行的轨道交通运输方式。它是一种新型的采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动的轨道交通系统，从根本上克服了传统列车轮轨黏着限制、机械噪声和磨损等问题，具有爬坡能力强、运行噪声小、安全舒适、能耗低、污染少等特点。

25、1.2 城市轨道交通的发展及现状城市轨道交通的诞生和发展已有100多年的历史。自1863年世界第一条地铁在英国伦敦建成通车到1899年，有英国的伦敦和格拉斯哥、美国的纽约和波士顿、匈牙利的布达佩斯、奥地利的维也纳以及法国的巴黎等5个国家共计7个城市率先建成了地铁。1900年至1924年，在欧洲和美洲又有9座大城市相继修建了地铁，例如西班牙的马德里，德国的柏林、汉堡以及美国的费城等。1925年至1949年，期间经历了第二次世界大战，地铁建设处于低潮，但仍有日本的东京、大阪，前苏联的莫斯科等少数城市修建了地铁。第二次世界大战以后，1950年至1974年的24年间，世界地铁建设蓬勃发展，在此期间，意

26、大利的罗马、米兰，加拿大的多伦多、蒙特利尔，日本的名古屋、横滨，韩国的首尔以及中国的北京等约30座城市相继建成地铁。1975年至1995年的20年时间，地铁建设在原有基础上取得了巨大的进展。世界上有30多座城市在此期间建成了地铁，美洲有华盛顿、温哥华等9座城市，欧洲有里昂、华沙等9座城市，亚洲则更多，有香港、上海、天津、神户等16座城市。具有一定代表性的项目有华盛顿地铁、香港地铁、上海地铁等。图1.1 世界地铁系统数量随时间增长情况从图1.1可以看出，在20世纪50年代至90年代期间，世界范围内的城市地铁有了迅速的发展。其主要原因之一是在战后和平发展为主流的年代里，亚洲、拉丁美洲、东欧等城市化

27、进程加快，数百万人口的城市不断增加；二是发达国家中的小汽车剧增与城市街道有限的通过能力之间的矛盾日益突出，导致空气严重污染，使这些城市面临着如何在较长的距离内，以最有效而快速的方式来运送大量乘客的问题。目前，世界上建成的城市轨道交通系统的城市已经多达100多个，并从过去单一的地铁发展到市郊铁路、轻轨、单轨、直线电机驱动的轨道交通及磁悬浮等多种类型。其中以市郊铁路、地铁、轻轨的应用最为广泛，以直线电机驱动的应用最有发展潜力。世界上很多大城市的地下都已构筑起一个上下数层、四通八达的轨道交通网络。车站建筑构思新颖，富有艺术特色，并且融合现代化的商业设施和娱乐场所，构成一个和谐的整体。城市轨道交通的现

28、代化水平，已成为城市交通现代化的重要标志之一。1.3 城市轨道交通信号系统城市轨道交通系统的安全、速度、输送能力和效率与信号系统密切相关，在规划城市轨道交通的过程中，必须规划和建设与预测客流量相适应的通信信号设备。用于指挥和控制列车运行的通信信号设施，尽管其投资额在整个工程中所占的比例甚低（通常在3%以下），但对于提高通过能力、保证行车安全却有着至关重要的作用。城市轨道交通信号系统是实现行车指挥、列车运行监控和管理所需技术措施及配套装备的集合体。信号系统应确保行车安全、提高运输效率、改善工作环境、促进管理的现代化。信号系统应做到安全可靠、经济合理、适应技术的发展、逐步达到不同系统或子系统设备的

29、互用和协同工作。城市轨道交通中的信号系统是保证列车安全、快捷、正点、高密度不间断运行的重要技术装备。不同的行车密度应选择不同的信号系统，以保证工程设计既能够满足运营要求，有经济合理。信号系统的设计原则，一方面要根据用户需求确定系统的构成与规模，并适应线路的延伸扩展；另一方面还应能与相关机电系统或综合自动化系统接口或与其他机电系统集成，逐步实现机电系统的综合自动化。行车指挥中心的规模应根据路网规划、线路和机电系统规模统筹考虑，实现列车运行的统一指挥调度。城市轨道交通的运行线路应能组织独立的运行，在有利条件的地段，允许有支线或其他运行线路与本线接轨，并组织混合运行2。1.3.1 城市轨道交通信号系

30、统的特点城市轨道交通的信号系统沿袭铁路的制式，但由于其自身的特点，与铁路的信号系统有一定的区别。城市轨道交通信号系统的特点是3：(1) 具有完善的列车速度监控功能城市轨道交通所承担的客运量巨大，对行车间隔的要求远高于铁路，最小行车间隔达到90s甚至更小，因此对列车运行速度监控的要求极高。(2) 数据传输速率较低城市轨道交通的列车运行速度远低于铁路干线的列车运行速度，最高运行速度通常为80km/h，所以信号系统可以采用速率较低的数据传输系统。但是，随着城市轨道交通信号自动化技术的不断发展，对信息需求越来越多，信号系统也逐步采用速率较高且独立的数据传输系统。(3) 联锁关系较简单但技术要求高城市轨

31、道交通的大多数车站没有配线，不设道岔，甚至也不设地面信号机，仅在少数有岔联锁站及车辆段才设置道岔和地面信号机，故联锁设备的监控对象远少于铁路车站的监控对象，联锁关系远没有铁路复杂。除折返站外全部作业仅为旅客乘降，非常简单。通常一个控制中心即可实现全线的联锁功能。城市轨道交通信号自动控制最大的特点是把联锁关系和ATP编/发码功能结合在一起，且包含一些特殊的功能，如自动折返、自动进路、紧急关闭、扣车等，增加了技术难度。(4) 车辆段独立采用联锁设备城市轨道交通的车辆段类似于铁路区段站的功能，包括列车编解，接发列车和频繁的调车作业，线路较多，道岔较多，信号设备较多，一般独立采用一套联锁设备。(5)

32、自动化水平高由于城市轨道交通的线路长度短，站间距离短，列车种类较少，行车规律性很强，因此它的信号系统中通常包含自动排列进路和运行自动调整的功能，自动化强度高，人工介入极少。1.3.2 城市轨道交通对信号系统的要求现代城市轨道交通的主要运行特点是行车密度高、站间距离短及行车间隔时间短。新建（或改建）地下铁路与轻轨铁路的载客高峰期的行车间隔最小可达90s，甚至更小。如此短暂的行车间隔对城市轨道交通信号系统的自动化程度提出了较高的要求3。(1) 严格的安全保障措施在城市轨道交通的信号系统中，功能被划分为“安全相关”和“非安全相关”两大类，两者之间有一个严格的控制层次，即“安全相关”类功能不依赖于“非

33、安全相关”类功能，而“非安全相关”类功能不能超越“安全相关”类功能。实现“安全相关”类功能的设备必须严格按照“故障-安全”原则设计，普遍采用硬件或软件冗余及安全编码技术，并且具有自检功能。对软件的安全性也要进行严格的测试。(2) 高效率的可用性为了满足短暂的行车间隔的要求，一般采用以车-地通信为基础的超速防护系统最为妥当，其中包括应用移动自动闭塞系统。为了保证在硬件设备故障时仍不影响列车运行，一些关键部件应采用冗余方式，同时还可考虑采用备用系统。为了保证高效率的行车组织，现代的城市轨道交通信号系统中都包括列车自动监控系统，实现运行管理及调度指挥自动化。该系统不仅能使运行人员在控制中心内一目了然

34、地监视整条线路的列车运行状况，而且在运行计划一旦偏离正常情况时，能及时地进行纠正和控制。(3) 用高度自动化手段确保安全准点运行由于城市轨道交通的行车间隔非常短，所以必须采取高度自动化的手段来保证列车安全准点运行。目前的城市轨道交通信号系统已能实现有实用意义上的自动驾驶，及列车进路的排列，列车的启动、加速、惰行、制动，开闭车门以及终点的折返等自动进行。这既可最大限度地提高效率，防止人为因素造成的事故与贻误，又可实现最大限度上的平稳和节能驾驶。(4) 联锁设备的相对简单由于城市轨道交通的大多数车站为无岔站，除停车场外，道岔数量很少；又因为采用了以车-地通信为基础的超速防护体系，所以通常可不设预告

35、信号机和进站信号机，从而使联锁设备的控制对象数量较少，联锁条件也较为简单。目前的城市轨道交通信号系统中，通常十余个车站仅设置一套联锁设备。车辆段的联锁设备则是独立设置的。(5) 向旅客提供“友好界面”为了缩短列车停站时间和改善运输服务，要求城市轨道交通信号系统具有提供准时停站位置的功能，即要求列车停站时车门的位置与规定地点相对准，误差距离较小。在现今的技术条件下，此差值可控制在20cm内。此外，在每个车站上及列车车厢内均应以醒目的方式向乘客显示必要的向导信息，乘客信息系统的应用也越来越普遍。图1.2 城市轨道交通信号系统组成目前，先进的城市轨道交通信号系统通常由列车自动控制ATC（Automa

36、tic Train Control）系统和联锁IS（Interlocking System）系统两大部分组成，用于列车运行控制、行车调度指挥、信息管理和设备维护等，是一个高效的综合自动化系统。城市轨道交通信号系统组成如图1.2所示。- 59 -2 列车运行自动控制（ATC）系统随着工业化程度的提高，世界城市人口急剧膨胀，对城市轨道交通的载客能力提出了越来越高的要求。如果能将最小列车间隔从4min缩短为2min，则同样的线路、同样的车辆就可以使载客能力提高一倍。列车运行自动控制（ATC）系统能最大程度地确保列车运行安全，缩短行车间隔，提高运输效率，减轻运营人员的劳动强度，而且ATC系统运用了当代

37、许多重要的科技成果，技术含量高。目前，ATC系统已成为城市轨道交通运行控制系统中最重要的组成部分。列车自动控制（ATC）系统是城市轨道交通信号系统重要的组成部分，它实现行车指挥和列车运行自动化，能最大程度地保证列车运行安全，提高运行效率，减轻运营人员的劳动强度，发挥城市轨道交通的通过能力。ATC系统将机车信号作为主体信号，信号的含义发生了质的变化，传递给列车的是具体的速度或距离信息。根据与先行列车之间的距离和进路条件，在车内连续地显示出容许的速度信息，或给出按设定的运行条件达到该容许速度的距离信息。根据上述信息ATC系统自动控制列车运行速度，进行超速防护，以达到自动调整列车间隔的目的，并实现列

38、车在车站内精确的定位停车。同时，ATC系统还可实现对运行列车的实时监督及运行信息的管理4。2.1 系统综述列车自动控制ATC（Automatic Train Control）系统包括三个子系统：列车自动防护ATP（Automatic Train Protection）系统、列车自动驾驶ATO（Automatic Train Operation）系统以及列车自动监控ATS（Automatic Train Supervision）系统。ATC系统包括五个原理功能：ATS功能、联锁功能、列车检测功能、ATC功能和PTI（列车识别）功能1。(1) ATS功能：可自动或由人工控制进路，进行行车调度指挥，

39、并向行车调度员和外部系统提供信息。ATS功能主要由位于OCC（控制中心）内的设备实现。(2) 联锁功能：响应来自ATS功能的命令，在随时满足安全准则的前提下，管理进路、道岔和信号的控制，将进路、轨道电路、道岔和信号的状态信息提供给ATS系统。联锁功能由分布在轨旁的设备实现。(3) 列车检测功能：一般由轨道电路完成。(4) ATC功能：在联锁功能的约束下，根据ATS的要求实现对列车运行的控制。ATC功能可分为三个子功能：ATP/ATO轨旁功能、ATP/ATO传输功能以及ATP/ATO车载功能。ATP/ATO轨旁功能负责列车间隔和报文生成；ATP/ATO传输功能负责发送感应信号，它包括报文和ATC

40、车载设备所需的其它数据；ATP/ATO车载功能负责列车的安全运营、列车自动驾驶，且给信号系统和司机提供接口。(5) PTI功能：是通过多种渠道传输和接收各种数据，在特定的位置传给ATS，向ATS报告列车的识别信息、目的号码和乘务组号和列车位置数据，以优化列车运行。我国新一代的城市轨道交通运行控制系统均采用先进的ATC系统，它包括ATP、ATO和ATS三个子系统。目前国内还没有成熟的国产ATC系统，各城市已建成和在建的城市轨道交通运行控制系统分别采用了德国西门子、法国阿尔斯通和美国USSI等公司的具有ATC功能的信号系统。从我国目前的使用情况看，可以采用的ATC系统主要有两种4。(1) 连续式A

41、TC连续式ATC系统是指基于数字音频轨道电路的列车控制系统，该系统采用准移动闭塞技术，控制模式为一次曲线，可实现ATC的全功能。其优点是工作稳定，可实现90s行车间隔。其缺点是设备专用，备件采购不便，受制于人；设备数量多，维护工作量大；价格高。(2) 点式ATC点式ATC系统是指基于点式设备（查询应答器）的列车控制系统，该系统采用阶梯式速度控制曲线实现对列车的速度控制。采用点式ATC系统的线路可实现列车自动驾驶。该系统的优点是设备简单，安装灵活，维护方便，可靠性高，投资少。缺点是行车间隔大，自动化程度不高。2.2 列车自动防护（ATP）子系统ATP子系统（以下简称ATP系统）是保证行车安全、防

42、止列车进入前方列车占用区段和防止超速运行的设备。ATP负责全部的列车运行保护，是列车安全运行的保障。ATP系统执行以下安全功能：速度限制的接收和解码、超速防护、车门管理、自动或手动模式的运行、司机控制台接口、车辆方向保证、永久车辆标识。2.2.1 ATP的基本概念ATP即列车运行超速防护或列车运行速度监督。ATP系统的功能是对列车运行进行超速防护，对与安全有关的设备实行监控，实现列车位置检测，保证列车间的安全间隔，保证列车在安全速度下运行，完成信号显示，故障报警，降级提示，列车参数和线路参数的输入，与ATS、ATO及车辆系统接口并进行信息交换。ATP系统不断将来自联锁设备和操作层面上的信息、线

43、路信息、前方目标点的距离和允许速度信息等从地面通过轨道电路等传至车上，从而由车载设备计算得到当前所允许的速度，或由行车控制中心计算出目标速度传至车上，由车载设备测得实际运行速度，依此来对列车速度实行监督，使之始终在安全速度下运行。当列车速度超过ATP装置所指示的速度时，ATP的车上设备就发出制动命令，使列车自动地制动；当列车速度降至ATP所指示的速度以下时，可自动缓解。而运行操作仍由司机完成。这样，可缩短列车运行间隔，可靠地保证列车不超速、不冒进。ATP是ATC的基本环节，是安全系统，必须符合故障-安全的原则。2.2.2 ATP的系统组成采用轨道电路传送ATP信息时，ATP系统由设于控制站的轨

44、旁单元、设于线路上各轨道电路分界点的调谐单元和车载ATP设备组成，并包括与ATS、ATO和联锁设备的接口设备。常见的ATP系统有点式ATP和连续式ATP。点式ATP系统的基本结构如图2.1所示。图2.1 点式ATP系统基本结构连续式ATP系统利用数字音频轨道电路，向列车连续地发送数据，允许连续监督和控制列车运行。对于ATP，由轨道电路反映轨道状态，传输ATP信息，在轨旁无需其他传输设备。当轨道电路区段空闲时，发送轨道电路检测电码。当列车占用时，向轨道电路发送ATP信息。轨道旁的轨道电路连接箱内（发送、接收端各一个）仅有电路调谐用的无源元件，包括轨道耦合单元及长环线。车载ATP设备完成命令解码、

45、速度探测、超速下的强制执行、特征显示、车门操作等任务。车载ATP设备包括：两套ATP模块（信号处理器和速度处理器）、两个速度传感器和两个接收天线、车辆接口、驾驶室内的操作和控制单元（MMI）等。车载ATP设备根据地面传来的数据（由ATP天线接收）与预先存储的列车数据计算出列车实时最大允许速度。将此速度与来自速度传感器测得的列车实际运行速度相比较，超过允许速度时，报警后启动制动器。借助于MMI，司机可以按照ATP系统的指示运行。MMI包括司机显示功能、司机外部接口两个子功能。司机显示功能向司机显示实际速度、最大允许速度、目标距离、目标速度，ATP设备的运行状态，以及列车运行时产生的重要故障信息，

46、在某些情况伴有音响警报。司机外部接口包括允许按钮、车门释放按钮以及确认按钮。2.3 列车自动驾驶（ATO）子系统ATO子系统（以下称为ATO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，包括列车自动折返，根据控制中心指令自动完成对列车的启动、牵引、惰性和制动，送出车门和屏蔽门同步开关信号，使列车按最佳工况正点、安全、平稳地运行。2.3.1 ATO的基本概念ATO系统为非故障-安全系统，其控制列车自动运行，主要目的是模拟最佳司机的驾驶，实现正常情况下高质量的自动驾驶，提高列车运行效率，提高列车运行的舒适度，节省能源。ATP系统是城市轨道交通列车运行时必不可少的安全保障

47、，ATO系统则是提高城市轨道交通列车运行水平（准点、平稳、节能）的技术措施。ATO系统采用的基本功能模块与ATP系统相同。和ATP系统一样，ATO系统也载有有关城市布置和坡度的所有资料，以便能优化列车控制指令。ATO系统还装有一个双向的通信系统，使列车能够直接与车站内的ATS系统接口，保证实现最佳的运行图控制。当列车处于自动驾驶模式下，车载ATO系统运用牵引和制动控制，实现列车自动运行。2.3.2 ATO的系统组成虽然各公司的ATO系统结构不尽相同，但ATO系统的基本组成是共同的。ATO系统都由轨旁设备和车载设备组成。ATO轨旁设备通常兼用ATP轨旁设备，接收与列车自动运行有关的信息。ATO车

48、载设备由设在列车每一端司机室内的ATO控制器（包括司机控制台）及安装在列车每一端司机室车体下的两个ATO接收天线和两个发送天线组成，还包括ATO附件，这些附件用于速度测量、定位和司机接口。ATO车载设备通常和ATP车载设备安装在一个机架内。列车自动驾驶闭环控制框图如图2.2所示。图2.2 自动驾驶闭环控制框图ATO系统具有一个双向通信系统，通过车载ATO天线和地面ATO环线允许列车直接与车站内的ATS连接，可以实现最佳的运营控制，完成下列ATO功能：程序停车、运行图和时刻表调整、轨旁/列车数据交换、目的地和进路控制功能。ATO还具有定位停车系统，为列车提供精确的位置信息。包括车底部的标志线圈和对位天线，以及每个车站ATC设备室内的车站停车模块和沿每个站台设置的一组地面标志线圈。ATO系统的功能不考虑故障-安全