城市轨道交通闭塞区间技术研究_城市轨道闭塞区间设计
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湖南铁道职业技术学院毕业设计
2012届毕业设计说明书
课题名称：城市轨道交通闭塞区间
技术研究设计
专 业 系 轨 道 交 通 系 班 级 城轨092 学生姓名 贺鑫 指导老师 傅宗纯
完成日期 湖南铁道职业技术学院毕业设计
附：毕业设计任务书格式
2012届毕业设计任务书
一．课题名称：
轨道交通区间闭塞技术研究
二．指导老师：
傅宗纯
三．设计内容与要求 1.课题概要
区间闭塞是保证区间行车安全以及提高区间运输效率的一种重要技术。随着列车运行速度越来越高、行车密度越来越大，轨道交通对区间闭塞技术的要求也越来越高。
到目前为止，铁路区间闭塞技术的发展大致经历了六个阶段：电报或电话闭塞、路签或路牌闭塞、半自动闭塞、自动闭塞[1]、准移动闭塞及移动闭塞[2][3]。（准）移动闭塞技术已在高铁及部分城市的地铁中被广泛采用。而自动闭塞是对半自动 闭塞技术的总结和完善，同时又是（准）移动闭塞技术的基础，在闭塞技术的发展中起到承上启下的作用。可以说，只有在准确深入理解自动闭塞技术的基础上，才有可能真正理解（准）移动闭塞。
轨道电路技术是区间闭塞技术的基础和关键。从传统的有绝缘节轨道电路到先进的无绝缘节轨道电路，轨道电路的功能经历了从单纯的检测轨道占用到既能检测轨道占用又能发送行车信息的转变。研究轨道电路技术是理解先进的区间闭塞技术的前提。
通过对此课题的学习和设计，使学生掌握区间自动闭塞技术的发展历程及工作原理，培养学生利用所学基本理论和自身具备的技能来分析问题的能力，提高学生运用所学专业知识并结合具体情况解决实际问题的能力。同时从我国的生产实际出发，激发学生利用自身具备的知识和技能认真工作、报效祖国的爱国热情，提升学生的职业责任感和荣誉感，增强学生分析和解决问题的自信心。
2.设计内容与要求
1）了解区间闭塞技术的种类及发展历程。
2）对比分析半自动闭塞与自动闭塞技术的工作原理及其优劣。
3）分析准移动闭塞的工作原理，并对比分析准移动闭塞与自动闭塞技术的优劣。
4）分析移动闭塞的工作原理，并对比分析准移动闭塞与移动闭塞的优劣。5）分析无绝缘轨道电路的工作原理，对比分析法国UM71与我国ZPW2000无绝缘轨道电路的优劣。湖南铁道职业技术学院毕业设计
四．设计参考书
[1] 佟立本主编.铁道概论（第五版）[M].北京：中国铁道出版社，2006.[2] 林瑜筠主编.铁路信号新技术概论（修订版）[M].北京：中国铁道出版社，2005.[3] 林瑜筠主编.铁路信号基础[M].北京：中国铁道出版社，2006.[4] 张铁增主编.信号工[M].北京：中国铁道出版社，2002.五．设计说明书内容
1.封面 2.目录
3.内容摘要（200—400字左右，中英文）4.引言
5.正文（设计课题，内容与要求，设计方案，原理分析，设计过程及特点）6.设计图纸 7.结束语
8.附录（图表，材料清单，参考资料）
六．设计进程安排
第1周：资料准备与借阅，了解课题思路。第2周：了解区间闭塞技术的发展历程。
第3-6周：对比分析半自动闭塞与自动闭塞技术的工作原理及其优劣；分析准移动闭塞的工作原理，并对比分析准移动闭塞与自动闭塞技术的优劣；分析移动闭塞的工作原理，并对比分析准移动闭塞与移动闭塞的优劣；分析无绝缘轨道电路的工作原理，对比分析法国UM71与我国ZPW2000无绝缘轨道电路的优劣。
第7周：检查，完成说明书，打印，装订。第8周：毕业答辩准备及答辩。
七．毕业设计答辩及论文要求 1.毕业设计答辩要求
答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文.专题报告等必要资料交给指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。
学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题任务，目地和意义，所采用的原始资料或参考文献，设计的基本内容和主要方法，成果结论和评价。
答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论，知识，设计与计算方法实验方法，测试方法，鉴别学生独立工作能力，创新能力。
2.毕业设计论文要求 湖南铁道职业技术学院毕业设计
文字要求：说明书要求打印（图纸除外），不能手写。文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。
图纸要求：按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程文字书写。
曲线图表要求：所有曲线，图表，线路图，程序框图，示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。湖南铁道职业技术学院毕业设计
摘要
（宋体小二号，加粗，居中，段落前后各一行，字间加2字符的空格，固定行距
20磅）
本实训项目设计说明书针对城市轨道交通闭塞区间技术进行研究，了解闭塞区间的发展历程，了解半自动闭塞与自动闭塞技术的工作原理及其优劣。了解准移动闭塞的工作原理，并对比分析准移动闭塞与自动闭塞技术的优劣。分析移动闭塞的工作原理，并对比分析准移动闭塞与移动闭塞的优劣。分析无绝缘轨道电路的工作原理，对比分析法国UM71与我国ZPW2000无绝缘轨道电路的优劣。重点研究移动闭塞技术的工作原理、系统结构、功能、优劣以及在城市轨道交通中的应用；移动闭塞系统列车组合定位导航技术；移动闭塞条件下地铁车辆的运行优化以及城市轨道交通移动闭塞系统后备模式的研究。
（宋体小四号，固定20磅行距，段前0.5行，首行缩进2字符）关键词：闭塞区间
半自动区间
自动闭塞 移动闭塞
（关键词：宋体小四，加粗）（具体词：宋体小四，词间加2字符空格）
加分页符 湖南铁道职业技术学院毕业设计
Pick to
This training program design specifications for urban rail traffic block interval technology research, understand block in the course of development of interval, understanding the semi-automatic block and automatic block technology principle of work and its quality.Understand the working principle of moving-like block, and comparative analysis of moving-like block and automatic block technology of the pros and cons.Analysis of the moving block work principle, and comparative analysis of moving-like block and moving block of the pros and cons.No insulation track circuit analysis of the working principle, comparative analysis in China and France UM71 ZPW2000 no insulation track circuit of the pros and cons.Key research moving block technology the working principle, system structure, function, actor and application in urban rail transit;Moving block system train combination orientation navigation technology;Moving block under the conditions of metro vehicle operation optimization of urban rail transit and moving block system back-up mode.湖南铁道职业技术学院毕业设计
目录
（宋体小二号，加粗，居中，段落前后各一行，字间加2字符的空格，固定行距
20磅）
第１章 城市轨道交通闭塞区间概述.........................................................................................................3 1.1 城市轨道交通概述（标题：宋体四号，加粗，固定行距20磅，段前0.5行，大纲级别2级）.............................................................................................................................................3 1.2 城市轨道交通闭塞区间的功能„„„„„„„„„„„ 1.3 城市轨道交通闭塞区间的组成1.4 城市轨道交通闭塞区间的发展 1.5 城市轨道交通区间技术应用 第2章
移动闭塞系统
1.2 设计内容与要求.............................................................................................................................3 第n章 心得体会.........................................................................................................................................4 参考文献.........................................................................................................................................................4 附□□表（图、件）.....................................................................................................................................4（目录自动生成，宋体五号，加粗，固定行距20磅）
加分页符 湖南铁道职业技术学院毕业设计
第１章 城市轨道交通闭塞区间概述
（楷体小二号，加粗，居中，段落前后各一行，固定行距20磅，大纲级别1级）
1.1城市轨道交通概述
一 城市轨道交通的定义和特点
城市中，使用车辆在固定导轨上运行并主要用于城市客运的交通系统称为城市轨道交通。国家标准《城市公共交通常用名词术语》（GB5655---1999）中，将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。”
城市轨道交通是城市公共交通的一个重要组成部分，随着城市的不断发展，它逐渐成为城市主要的交通工具。它以其鲜明的特点，赢得了城市管理者和市民的青眯，成为“城市交通的主动脉。”它的特点包括以下几点。安全
城市轨道交通大部分与地面隔离，其特定的路权方式使系统安全可靠。此外，因为城市轨道交通具有运量大的特点，人们在设计、建设、管理以及资金的投入方面，对其安全也特别重视。快捷
城市轨道交通的线路条件不受地面环境影响，并且有良好的控制系统，速度快。准时
城市轨道交通在其专用的轨道上行驶，在可靠技术下，按照运营计划行驶，一般都会正常准时运营。舒适
城市轨道交通都有良好的环控体系和候车环境，乘车舒适性好。5 运量大
城市轨道交通的车厢空间大，一列城市轨道交通列车可载1400人以上。6 无污染（或少污染）
城市轨道交通的动力是电能，没有污染。7 占地少，不破坏地面景观 湖南铁道职业技术学院毕业设计
城市轨道交通的线路主要在地下，占用城市地面面积少，不会破坏地面景观。
但是，城市轨道交通也存在如建设投资大、路网结构不易调整、运营成本高、条件技术要求高等缺点。
二 城市轨道交通的类型
按照不同的标准，城市轨道交通（简称城轨）可以划分成不同的类型。如按轨道空间位置划分，可分为铁道、地面铁路和高架铁路；按铁道形式划分，可分为重轨铁路、轻轨铁路和独轨铁路；按服务区域划分，可分为市郊铁路、市内铁路和区域快速铁路等。由于目前各国对城市轨道交通的划分尚未有统一的标准，造成城市轨道交通的类型也不是很明确。1 地铁
地下铁道交通（简称地铁）是一种在城市中修建的快速、大运量的轨道交通，通常以电力牵引，其单向高峰小时客运能力可达30000人次以上，它的线路通常设在地下隧道内，也有的在城市中心以外区域从地下转到地面或高架桥上。目前世界上一些著名的特大城市，如纽约、伦敦、巴黎、莫斯科、东京、北京、上海等，均已形成一定的城市轨道（简称城轨）交通规模和网络，且以地铁为主干，延伸到城市的各个方向。地铁具有以下特征；
（1）全部或大部分线路建于地面以下。（2）建设费用大、周期长、成本回收慢。
（3）行车密度大，速度高。
（4）客运量大，一般在高峰时单向客运量为3～7万人次∕h。（5）地铁列车的编组数决定于可量和站台的长度，既安全，又舒适。
（6）地铁车辆的消声减振和防火均有严格要求，既安全，又舒适。
（7）供电的制式主要有直流750V第三轨受电或直流1500V架空线受电。2 轻轨
城市轻轨铁路（简称轻轨）泛指高峰时单向运量在1万～3万人次∕h的中等运量的轨道交通系统。轻轨是在老式的地面有轨电车的基础是发展起来的，在西欧、北美等地已经成为城市公共交通投资的主流。湖南铁道职业技术学院毕业设计
轻轨与一般的铁路相比，具有以下特征：
（1）线路可以为地面、地下和高架混合型，一般与地面道路完全隔离，用半封闭或全封闭专用车道。
（2）建设费较少，每公里线路造价仅为地铁的1∕5～1∕2.（3）中等运量，每小时单向运输能力一般为2万～4万人次，介于地铁和公共汽车之间。
（4）轻轨车辆有单节4轴车、双节单绞6轴和3节双绞8轴车等。（5）对车辆和线路的消声喝减振有较高要求。
（6）供电制式以直流750V架空线（或第三轨）供电为主，也有部分采用1500V和直流600V供电。市郊铁路
市郊铁路是指城市市区与郊区、尤其是远郊区联系起来的长距离城市轨道交通系统。它主要为短途、通勤的旅客提供运输服务，故也称为通勤铁路（commuter rail）或地区铁路（regional rail）。现在其概念范围也在扩大，包括了城际间直达的高速铁路，俗称“快轨”。
和其他的轨道交通形式相比，它具有如下特点：（1）站间距大
（2）速度快，最高速度可达100km∕h以上。
（3）建设成本低，一般每公里线路造价大约是地铁的1∕10～1∕15。（4）运量大，单向运送能力高达60000～80000人次∕h。4 独轨
独轨铁路简称独轨，是指车辆在一般轨道上运行的一种轨道交通系统。通常分为跨坐式和悬挂式两种类型。前者车辆的走行装置跨骑在走行轨道上，其车体重心处于走行轨道的上方。后者车体悬挂于可在轨道梁上行走的走行装置的下面，其重心处于走行装置的下面。
独轨交通的优点是：
（1）线路多架于空中，可充分利用城市空间，适宜于在大城市的繁华中心区建设，具有交通和旅游观光的双重作用。
（2）线路结构简单，建设费用低，为地铁的1∕3左右。湖南铁道职业技术学院毕业设计
（3）能实现大坡度和小半径曲线运行，可绕行城市的建筑物。（4）一般采用轻型车辆，列车编组为4～6辆。
（5）走行装置采用空气弹簧和橡胶轮结构，并采用电力驱动，故运行噪声低，无废气，乘坐舒适。独轨铁路交通的缺点是：
（1）能耗大。由于其走行装置采用橡胶轮，它与混凝土轨面的滚动摩擦阻力比钢轮轨大，故其能耗比一般轨道交通大约大40％，且有轻度的橡胶粉尘污染。
（2）远能较小。一般每小时单向最大客运量为1.2万人次。（3）独轨线路不能与常规的地铁、轻轨等接轨。
（4）道岔结构复杂，笨重，转换时间较长，从而延长了列车折返时间。（5）列车运行至区间时若发生事故，疏散和救援工作困难。
三 城市轨道交通系统的组成城市轨道交通系统由车辆、供电系统、通信系统、信号系统、自动售检票、暖通空调、屏蔽门、自动扶梯和电梯、防火、灭火系统、给排水、综合监控系统组成。车辆
城市轨道交通的车辆是用来运输旅客的工具，按有无动力可分为两大类：拖车（T），本身无动力牵引装置；动车（M），本身带有动力牵引装置。在运营时城轨列车一般采用动托结合、固定编组的电动列车组形式。城轨车辆不仅要有良好的牵引、制动性能，保证运行安全、正点、快速；同时又要有良好的旅客服务设施，使旅客感到舒适、文明、方便。
2供电系统
城市轨道交通供电电源一般取自城市电网，通过城市电网一次电力系统和轨道交通供电系统实现输送或变换，最后以适当的电压等级的电流形式供给用电设备。通信系统
城市轨道交通的通信系统是传递语言、文字、数据、图像等多种信息的综合业务数字系统。它包括：数字传输、电话交换、高度电话、有线和无线图像、有线广播、时钟、电源等设备系统。湖南铁道职业技术学院毕业设计 信号系统
城市轨道交通的信号系统是保证列车运行安全和提高线路通过能力的重要设备。以前列车运行，主要是驾驶员根据色灯信号（红、黄、绿）进行操作。而城市轨道交通具有高密度、短间隔、站距短和快速等特点，其信号系统也从传统的方式，即以地面信号的显示传递行车命令，驾驶员按行车规则操作列车的运行的方式，发展到按地面发送的信号自动监控列车速度和自动调整列车追踪间隔的方式。实现这一方式的关键设备是列车自动控制系统ATC（Automatic Train Control System）。其他
自动售检票、暖通空调、屏蔽门、自动扶梯和电梯、防火、灭火系统、给排水、综合监控系统等环控设备，在保证乘客有一个良好的候车环境达到同时，更保证了乘客能够安全、快捷地乘坐列车。
1.2城市轨道交通闭塞区间的功能
1.3 城市轨道交通闭塞区间的组成 湖南铁道职业技术学院毕业设计
1.4 城市轨道交通闭塞区间的发展
1.5 城市轨道交通区间技术应用 湖南铁道职业技术学院毕业设计
第2章 移动闭塞系统
移动闭塞的概念虽然很早就提出了，但是受当时技术条件的限制，国内外的研究都仅限于实验室阶段。到了二十世纪八十年代，计算机、通信、控制等3C技术迅猛发展，人们又重新开始对移动闭塞系统进行研究。目前，在城市轨道交通领域比较有代表性的移动闭塞系统主要有Alcatel的SelTrac MB系统Alstom的URBALIS 300系统、Bombardier的CITYFLO*650系统、GE的AATC系统、Siemens的Meteor系统等等。目前投入商业运营的移动闭塞系统的车一地数据通信多采用感应环线(Inductive Loop)方式，部分线路也采用无线扩频(Radio Frequency)方式。
2．1城市轨道交通信号系统
2．1．1城市轨道交通信号系统简介
2．1．1．1城市轨道交通信号系统的发展史
在城市轨道交通信号系统一百多年的历史中，共经历了两个发展阶段。在20世纪60年代以前，城市轨道交通信号系统基本上沿袭了大铁路的信号系统，由信号机、联锁设备、轨道电路、闭塞设备、机车信号、自动停车以及调度集中等传统的信号设备组成的。这是城市轨道交通信号系统的第一阶段——传统信号系统阶段。
随着工业化程度的提高，世界城市人口急剧膨胀，从而对城市轨道交通的载客能力提出了越来越高的要求。缩短行车间隔是提高载客能力最有效的方法之一。自上世纪70年代起，世界上一些著名的信号厂商，如英国的WestingHouse、德国的Siemens、日本的Hitachi等相继推出新颖的列车自动控制系统(AutomaticTrain Control，简称ATC)。这是城市轨道交通信号系统的第二阶段——现代信号系统阶段，这一时期的信号系统以ATC系统为核心。
最早的ATC系统采用固定闭塞卷q式，利用音频轨道电路来实现列车定位、速度码的传输，采用阶梯式速度曲线来控制列车。采用这种方式的列车控制系统控制精度不高，舒适度较差。此外，由于闭塞分区长度的划定按照最长列车、满载、最高允许速度、最不利制动率及最小列车运行闻隔时间等最严格条件设计，影响了行车效率。
到了本世纪初，ATC系统已经从基于轨道电路的固定闭塞系统发展到了采用先进的CBTC技术的移动闭塞系统。目前，基于感应环线(inductive loop)的移 湖南铁道职业技术学院毕业设计
动闭塞系统经过十几年的发展在技术上已经趋于成熟，Alcatel、Siemens、Bombardier等国际信号厂商已经开发了基于无线通信技术的移动闭塞系统，并已在San Francisco Airport People Mover、I．as Vegas Monorail等多条线路上投入使用。
2．1．1。2城市轨道交通信号系统的特点
城市轨道交通信号系统和大铁路信号系统有着许多相似的地方，但也存在 着一些不同之处，主要反映在以下一些方面：
1、城市轨道交通运行闻隔短、行车密度大。高密度的运行是城市轨道交通系统的主要特点。为此，信号系统需努力追求最小的行车间隔以保证高密度的运行。
2、系统性强、集成度高。城市轨道交通信号系统表现出很强的系统性系统的集成度高，各子系统关系也更加紧密，信息交换更加频繁，只有在各子系统的密切配合下，才能保证列车高密度的安全运行。此外，作为整个城市轨道交通系统的一个子系统，与通信等其他予系统结合非常紧密。
3、高安全性和高可靠性。城市轨道交通信号系统对安全性、可靠性的要求非掌高，设备大多采用双机热备、三取二等冗余结构。
4、信息的应变速度快、信息量大，这主要是为了满足行车密度大、站问距离短的需求。
5、自动化程度高。相比大铁路，城市轨道交通信号系统的自动化程度较高，可以实现AT0，甚至无人驾驶。2．1．2列车自动控制系统
列车自动控制系统(Automatic Train Control，简称ATC)是现代城市轨道交通信号系统的核心，是城市轨道交通系统中保证行车安全、缩短列车运行间隔、提高列车运行质量的先进控制设备。系统采用通信、计算机、控制等先进技术来实现对列车自动控制的各项专用功能，在全世界的许多城市轨道交通线路中已经投入使用。随着新技术的发展，不同制式的胛c系统相继研制成功，安全性、可靠性和系统功能日臻完善。
A1E系统主要包括列车自动保护子系统(AutomaticTrainProtection，简称 ATe)、列车自动监督予系统(Automatic Train Supervision，筒称ATS)、列车自 动运行子系统(Automatic Train Operation，简称AID)三个子系统，是一套完熬 湖南铁道职业技术学院毕业设计 的集控制、监督、管理于一体的系统。ATP子系统为整个ATC系统的安全核心，负责列车间的安全分隔、超速防护等；位于管理级的ATS子系统负责完成行车指挥等功能；ATO子系统结合ATP和ATS子系统完成列车的牵引、制动、停车等基本操作。3个子系统既相互独立又相互联系，完整的ATC系统能确保列车安全、快速、短间隔她有序运行。ATC系统设备分布于控制中·t=i,(CentralContr01)，轨旁(Wayside)以及车上(Vehicle)，其系统框图如图2．1所示。湖南铁道职业技术学院毕业设计
图2．1^Tc系统框图
在控制中心内，有控制台、调度员工作站等设备，其控制及表示信息通过数据传输系统与车站的ATC系统相连；轨旁通过车站数据传输系统与控制中心相连，通过车一地通信系统与车载设备通信；车载ATC系统通过轨道电路等方式接收来自轨旁的命令，然后控制列车的运行及制动，完成列车定位停车。图2．1是一种分布式的ATC系统，一般常见于固定闭塞系统以及准移动闭塞系统中，此外还有一种集中式的ATC系统，常应用于移动闭塞系统。2．1．3城市轨道交通信号系统的闭塞制式
目前，用于城市轨道交通信号系统的闭塞制式主要有两种：固定闭塞和移动闭塞。(1)固定闭塞系统
固定闭塞系统(Fixed—block system)--般都基于轨道电路传输信息，列车以 闭塞分区为最小行车间蕊。固定闭塞系统传输的信息量少，对应每个闭塞分区只能传送一个信息代码，即该区段所规定的最大速度码或入M／出口速度命令码列车速度监控采用的是闭塞分区入口／出口检查方式，当列车的出口速度大于本区段的入口／出口速度命令码所规定速度时，车载设备便启动常用制动系统，将列车速度降低到限制速度以下：如果常用制动仍未达到减速的要求，列车即实施紧急制动停车，实现列车超速防护。为了进一步保障列车的安全，在停车点前方设置一个闭塞分区。即保护区段。如图2．2为固定闭塞系统采用的阶梯式列车运行模式曲线。湖南铁道职业技术学院毕业设计
图2．2阶梯式列车运行模式曲线图
由于固定闭塞系统的ATP采用阶梯式控制方式，对列车运行控制精度不高，降低了列车运行的舒适度。此外，固定闭塞分区的划分依赖于特定列车的性能，对线路上有不同性能的列车时，为保证安全，只能按最不利的条件设计，影响运行效率也不适应今后列车类型的变更。该技术属于二十世纪八十年代水平，英国的Westinghouse公司、美国的GRS公司分别用于北京地铁l号线、上海地铁1号线的ATC系统属于此种类型。
按照对列车的最终控制方式，固定闭塞系统被分为阶梯式的速度曲线控制方式、速度．距离模式曲线控制方式两种。其中，前者是传统的固定闭塞系统，而后者称之为准移动闭塞系统。
准移动闭塞系统一般采用数字式音频无绝缘轨道电路来实现，其主要技术特点如下：
1、线路划分仍采用若干固定的闭塞分区；
2、一个闭塞分区仍只能由一列列车占用；
3、列车间隔为若干闭塞分区，列车制动起点根据列车实时速度距离计算，生成速度．距离制动曲线，终点是前方列车占用闭塞分区的边界；
4、采用连续曲线速度控制方式，只需要一定长度的保护距离(距离前行列车占用闭塞分区的边界)：
准移动闭塞采用的制动安全原理如图2．3所示 图2．3准移动闭器安全原理图
图23最上部的曲线①为列车最大安全速度曲线，由线路、限界、车长等条件所确定；曲线②为紧急制动触发线，一旦列车速度达到此速度，列车马上实施紧急制动，系统设计应保证发出紧急制动后不会触到最上部的曲线①；曲线◎为列车紧急制动后实际运行轨迹；最下部的曲线④为列车常用制动曲线。
由于采用数字式的音频无绝缘轨道电路作为列车占用检测和ATP信息传输媒介，因而具有较大的信息传输量和较强的抗干扰能力。通过轨道电路的发送设备向车载设备提供目标速度、目标距离、线路条件(曲线半径、坡道等数据)等信息，车载设备结合车辆性能数据计算，并调整出适合本列车运行的速度／距离曲线，湖南铁道职业技术学院毕业设计
保证列车在速度，距离曲线下有序运行，提高了线路的利用率。采用速度／距离模式曲线的列控方式，提高了列车运行的平稳性，列车追踪运行的最小安全间隔较固定闭塞短，对提高通过能力有利。ATS、ATP予系统与ATO予系统结合性较强，ATC系统技术成熟。因ATP车载设备具有智能化功能，放使用的兼容性好，车辆有可能适应于不同线路运行的需要，或者可以使不同的车辆在同一线路上实现混跑。该技术属于二十世纪九十年代水平，德国Siemens为广州1、2号线提供的信号系统、美国US&S为上海2号线、天津津滨轻轨提供的信号系统都属于这种制式。(2)移动闭塞系统
移动闭塞信号系统(Moving．block Signaling System)中没有闭塞分区的概 念，列车安全间隔距离是根据最大允许车速、当前停车点位置、线路等信息计算得如，信息被循环更新，以保证列车不问断收到“即时”信息。
移动闭塞系统通常采用无线通信、感应环线、泄露电缆等传媒方式，在轨旁和车载设备之间实现高速、大容量的实时信息传输。
移动闭塞ATC系统是利用列车和地面间的双向数据通信设备，使地面信号设备可以得到每一列车连续的位置信息，并据此计算出每一列车的运行权限，动态更新发送给列车，列车根据接收到的运行权限和自身的运行状态，计算出列车运行的速度曲线，实现精确的定点停车。
在国内，目前已经建成的城市轨道交通中，仅武汉轻轨采用了移动闭塞系统，该系统为Alcatel的基于感应环线的SelTrac$40系统。正在修建的广州鲰铁3号线也将采用该系统，而广州地铁4号线很可能采用西门子公司为其提供的基于无线通信的移动闭塞系统。与准移动闭塞系统、固定闭塞系统相比，移动闭塞系统在系统的安全性、可靠性以及线路通过能力等方面有着较大优势，表2．】是三种闭塞制式在各方面的一个比较。固定闭塞准移动闭塞移动闭塞 l系统结构较复杂较复杂简单
地面设备数量多较多少 占用机房空间大较大较小 信息量小较大大 功能简单较完善完善 湖南铁道职业技术学院毕业设计
节能差较好好 旅客舒适度差一般好 可扩展性较好较好好
列车控制模式分级速度台阶模式曲线模式曲线 维修工作量较多较少较少
薪老系统衔接接口复杂接口较简单接口简单 工期长较短短，但受车辆制约 后备模式不需配备不需配备需配备 生命周期成本高高低
技术应用情况成熟较成熟尚未成熟 2．2移动闭塞系统简介 2．2．1移动闭塞系统概念 表2．1三种闭塞制式的比较
移动闭塞是相对于固定闭塞而言的。该系统没有固定的闭塞分区，其闭塞分区的长度随着线路条件的变化而变化，并随着先行列车的运行而移动，故称之为移动闭塞(MovingBlock)。
移动闭塞系统通常采用基于通信的列车控制(Communications．Based TrainControl，简称CBTC)'技术来实现。移动闭塞系统和CBTC系统从本质上讲是 一致的，是从不同角度来命名该信号系统；前者是根据信号系统韵制式命名，后者则是从系统所采用技术手段来命名。
关于cBlrC系统，IEEE 1474．1．1999中给出了其定义：利用高精度的、不 依赖于轨道电路的列车定位技术，实现连续的、大容量的双向车一地数据通信，拥有执行安全功能的车载及轨旁处理器的一种连续式的自动列车控制系 统。
2．2．2移动闭塞系统原理
根据是否考虑先行列车的列车速度，移动闭塞系统可以分为两种：
1、考虑先行列车速度的移动闭塞系统(MB—V方式、相对速度方式)这种方式是根据先行列车的位景和速度进行间隔控制的，简称为MB-V方式，其列车间隔如图2．
420 湖南铁道职业技术学院毕业设计
所示。
图2．4粕·V方式移动闭塞的列车闻隔
假设：先行列车与后续列车的最小行车间隔为L，两者的速度、减速度及空走时间分别为Vl、V2、向、卢：、r。、z：，安全距离为△L，图2．4中，假设了V|=V2=V一；同一线路上一般采用同一型号的列车，故q=f：=z；式2．1中A为先行列车紧急制动减速度，芦：为后续列车常用制动减速度；缸为安全距离，通常根据线路情况取固定值，如50m。
2、不考虑先行列车速度的移动闭塞系统(MB-K方式、相对位置方式)这种方式不考虑先行列车的速度，只考虑先行列车的当前位置，简称为MB—K方式，其列车间隔如图2．5所示。
图2，5 MB—Vo方式移动闭塞的列车间隔
从式2．
1、式2．2可以看到，采用相对速度方式由于考虑了追踪列车制动过程中前行列车的走行距离，所以列车行车间隔较小，有利于提高线路的通过能力。但是，采用该方式同时会加大行车的危险性，一旦车载设备故障，两车相撞的概率大大增加。因此，就要求ATC系统有更高的可靠性、安全性。目前，现有的移动闭塞大多采用相对位置方式。2．2．3移动闭塞系统结构
目前，移动闭寨系统可以分为两种类型：中央集中式移动闭塞系统和分散式移动闭塞系统。无论哪种结构的移动闭塞系统，线路都被划分成若干个联锁区，每一个联锁区又由几个相邻的车站及其中的线路组成。通常情况下，设备集中站的车站控制单元(中央集中式移动闭塞系统)或车站联锁设备(分散式移动闭塞系统)可以控制该联锁区内所有的道岔、信号机等设备；菲设备集中站的车站控制单元(中央集中式移动闭塞系统)或车站联锁设备(分散式移动闭塞系统)仅需控制该车站的屏蔽门、防淹门、车站紧急停车按钮等设备。
在中央集中式的移动闭塞系统中，联锁计算机和ATP／ATO设备高度合成，组成中央控制单元。ATC模式下，中央ATS系统向中央控制单元发出控制命令，中央控制单元根据系统内部存储的静态数据(如线路情况、车辆数据等)结合从车站控制单元、车一地数据通信系统等收集来的动态信息，进行联锁运算；然后向车站控制单元发出道岔控制命令，经车一地数据通信系统向列车发出移动授权。ATC模式下，该结构的移动闭塞系统的联锁功能由中央控制单元、车站控制单元共同完成。中央集中式的移动闭塞系统如图2．6(a)所示。湖南铁道职业技术学院毕业设计
图2．6(a)中央集中式移动闭塞系统结构示意圈 图2．6(b)分散式移动闭塞系统结构示意图
图2．6∞为分散式的移动闭塞系统，该系统将安全功能和非安全功能分开，关键功能进行部分和全部分散，以提高系统的可用性。在该系统中，中央ATS系统将列车运行计划发送到车站ATS系统，车站ATS系统再根据列车运行计划产生控制命令，控制道岔。在中央ATS系统故障或其通信系统故障的情况下，车站ATS仍可以依照已经存储的列车运行计划继续控制列车进路，指挥列车运行。对于分散式的移动闭塞系统，设备集中站的联锁系统可控制该联锁区所有的道岔、信号机，车站ATS系统与ATP／ATO设备相连。2．3移动闭塞系统的功能
一个完整的移动闭塞系统应该具有ATP、ATO、ATS三个子系统的功能。2．3．1 ATP功能
移动闭塞系统需具备双向的列车自动保护(AutomaticTrain Protection)功 能。ATP予系统包含了ATC系统中负责安全列车运行的安全性功能，需满足“故障．安全”原则，通常由车载设备和地面设备来组成，其主要功能包括： a、列车定位及速度、方向检测
列车定位及速度、方向检测是移动闭塞系统最基本的ATP功能之一。移动闭塞系统通常采用环线、无线等方式来实现定位功能，精度可控制在土0．25．±6．25m。列车的速度、方向检测可采用测速发电机、加速度计等设备来完成，所测速度精度需控制在4-0．5—4-2knl／h。b、列车的安全分隔
根据实时计算的结果，移动闭塞系统会对拥有车载设备的列车发送一个移动授权限制(MAL)命令。移动授权限制的计算建立在先行列车的位置、制动曲线等因素的基础之上。通常情况下，根据系统给定的安全制动模式，能使列车安全地停车至MAL的末尾的速度为该时刻列车的允许速度。c、超速防护
采用移动闭塞系统的城市轨道交通由于行车间隔小、密度大，所以信号系统必须为其提供超速防护功能。d、零速检测
零速检测的目的在于验证列车在采取制动措施后是否已经停车。如果失败，列车 湖南铁道职业技术学院毕业设计
将采取紧急制动。
如果探测到列车连续超过2秒内速度在1km／h-3km]h以下，则认为列车‘‘零速”，已经停车。e、门控联锁
移动闭塞系统允许车门打开的条件如下：
1、列车速度为“零速”；
2、常用制动已经实旖；
3、列车门处于乘客上下车区；
4、车门位于允许下车侧。f、紧急制动
紧急制动是列车最大减速度的制动，是列车最后的“惩罚性”停车措施。列车采取紧急制动措施的情况有：
1、当列车速度超过ATP允许的最大速度曲线：
2、系统中某些设备故障；
3、站台紧急停车按钮等紧急制动装置激活。
与常用制动不同，紧急制动为“不可逆”制动。重新启动后，只有系统检测到ATP条件正确，才允许为该列车排列进路。g、进路联锁
同其它信号系统一样，移动闭塞系统需提供进路联锁功能。在进路设置完毕且锁闭的情况下，列车才会被授予进入该联锁区的移动权限。
除上述这些功能之外，移动闭塞系统具备的ATP功能有：倒溜保护、末轨检测、列车的完整性检铡、限速防护、对紧急停车装置的监测等。2．3．2 AT0功能
ATO予系统是自动控制列车运行的设备，由车载设备和地面设备组成，结合ATS和ATP子系统完成以下功能： a、速度控制
在ATP、ATS功能的范围内，移动闭塞系统为所有列车提供完整的自动运行功能。根据线路情况、临时限速等，移动闭塞系统控制列车的巡航速度、加速、减速等。湖南铁道职业技术学院毕业设计
b、站台自动停车功能
含有ATO功能的移动闭塞系统需提供列车在站台的自动停车功能。该功能提供～系列自动站台位置功能。
1、通常情况下，列车自动停车到站台开门区的中心位置。如果需要，可以指定其他位置。
2、如果站台较长，移动闭塞系统将支持多点停车。
3、如果站台足够长、可以容纳第二辆列车驶入并停车，移动闭塞系统可为其提供自动操作和保护。
4、一旦先行列车离开，移动闭塞系统方允许后续列车驶入车站。c、车门操作
移动闭塞系统在列车到达车站停车后，能自动的打开和关闭列车乘客门。通常情况下，ATO会发出一个声音信号提示司机或列车长手动关闭车门。2．3．3 ATS功能 a、列车监视和追踪功能
移动闭塞系统要求对线路中的每一一列车进行实时地监视和追踪，并将列车的车次、进路、时刻表、状态等相关数据发送至调度员工作站，同时显示在运营中心的大屏幕上。b、运行图功能
移动闭塞系统需提供运行图的制定、在线调整、显示、打印等功能。运行图通常定义了一天当中线路运营所使用的服务模式和级别。每个运行图由若干时间段构成，这些时间段为一天当中不同时间内的班次定义了调整模式(如到达时间和运行线)。一个运行班次是运行图中的一个时间段，列车必须按此运行。运行图对各服务级别之间的转换进行了定义，使得列车在一天当中可以进入、退出和继续运营。调度员可根据运营的实际情况随时调整运行图，以更好的满足运营要求C、进路控制功能
移动闭塞系统要求ATS子系统能为列车自动建立进路，并根据实际情况随时调整列车的运行。d、优化节能功能
节能是移动闭塞系统一个特点。用户可以定义整个系统的运行策略以减少能量的消耗。这些策略包括最大化的惰行、使用最小的加速度、尽可能多地使用再生制 湖南铁道职业技术学院毕业设计
动等等。e、站台停车功能
移动闭塞系统可以灵活的处理各种需求的站台停车情况，具体功能如下：
1、下一站停车：ATS功能应当允许一列列车或一组列车直接停在某一特定站，即使该列车的运行图原本要求跳过这一站。
2、扣车：ATS功能要求可以在某一特定车站扣停某一列车并禁止该车车门自动打开。
3、跳停：ATS功能要求系统可以跳过某一特定车站，即使运行图要求其在该站停车。
f、旅客信息显示系统(PIIS)接口
PIIS是移动闭塞系统的ATS功能之一。根据列车的运行报告，向旅客信息显示系统提供列车的目的站、下一站站名、到达时间等信息。g、故障报告
移动闭塞系统要求系统内所有设备的状态实时报告给中央的ATS系统。如果发生故障，系统将根据故障等级发出报警，以提示调度员进行排查。除上述功能外，移动闭塞系统还可以提供临时限速、建立人工进路等功能。2。4移动闭塞系统车一地通信方式
由IEEE关于CBTC系统的定义可知：移动闭塞系统必须实现轨旁与列车间的连续的、大容量的、双向数据传输。传统的轨道电路、应答器等装置很难满足这个要求，必须寻求更为先进的通信手段来实现。目前，实现移动闭塞系统车．地数据通信的方式主要有以下几种：
1、感应环线(Illductive Loop)
交叉感应环线是目前移动闭塞系统中最成熟的车．地通信技术，Alcatel公司的Seltrac MB系统、Siemens公司的Meteor系统采用了该技术。感应环线沿整个轨道线路铺设，一根位于轨道中央，一根位于钢轨的腰部下方，每隔一定的距离交叉一次。
列车经过每个环线交叉点时，车载设备可以检测到环线内信号的相位变化，并对相位变化的次数进行计数，从而确定列车运行的距离，达到对列车粗定位的目的。环线交叉点的相位变化原理图见图2．7。湖南铁道职业技术学院毕业设计
圈2．7环线交叉点相位变化原理
2、泄罐同轴电缆(Leaky Coaxial Cable)泄漏同轴电缆(Leaky Coaxial Cable)通常又简称为泄漏电缆或漏泄电缆，其结构与普通的同轴电缆基本一致，由内导体、绝缘介质和开有周期性槽孔的外导体三部分组成。电磁波在泄漏电缆中纵向传输的同时通过槽孔向外界辐射电磁波；外界的电磁场也可通过槽孔感应到泄漏电缆内部并传送到接收端。目前城市轨道交通信号系统采用的泄漏电缆的频段主要为2．4GHz左右，与其它车一地通信技术相比，泄漏同轴电缆技术具有信号覆盖均匀，尤其适合地铁隧道等狭小空间、节省频带资源等特点。同时，泄漏电缆开槽要求尺寸严格、价格比较昂贵，限制了该技术的应用。
3、波导管
泄漏波导因为波导自身具有较强的结构特性，通常沿钢轨或隧道顶部铺设，传输损耗较小，高频下可达80011j，无反射，场强均匀。其缺点是波导的体积较大、安装精度要求较高。
缝隙波导与泄漏波导有相同的优缺点，但采用等距离的缝隙波导天线后，可以使该天线同时成为列车位置的记数基准，可采用非接触方式进行列车定位，精度较高。
4、无线扩频电台
该方法采用了目前移动通信领域比较先进的无线扩频技术。扩频技术基于香农定理，在发送端将待传送的数据用扩频码(通常采用伪随机序列)进行编码，从而实现频谱的扩展；在接收端则用相同的扩频码进行解调，恢复出原始数据。目前，采用该技术的有GE公司的AATC系统、Siemens公司的Meteor系统、Alcatei公司的Seltrac MB系统等等。图2．8为GE公司在美国旧金山BART所采用的AATC(AdvancedAutomaticTrainContr01)系统。该系统由轨旁电台、车载电台共同组成了一个无线通信网络。在可靠性和安全性方面，无线系统与有线方式比较，要差得多。为此，无线系统通常需要采用冗余覆盖，覆盖率高达100％。这种冗余是一种自愈式的结构，当其中一个电台故障时，系统可以重新组织，并自动向运营控制中心报告故障电台的位置或编号，从而不会对线路运营带来圈2．8 70,TC系统
此外，无线扩频技术还可以用来实现列车定位功能。轨旁电台的位置固定不变，且线路设计时经过精确测量并录入线路数据库。所有电台都由同步时钟确 湖南铁道职业技术学院毕业设计
同步，根据轨旁电台与车载电台之间信息的传输时间就可以很精确地计算列车的位置，实现列车定位功能。目前的采用该方式的列车定位系统定位精度可以达1．8m。
2．5典型移动闭塞系统简介 2．5．1^Icarel的SoItrac糟系统
Alcatel公司的Seltrac MB系统是基于感应环线或无线扩频技术的移动闭塞系统。该系统可以分为3个层次：管理层、操作层和执行层，其中仅管理层为非安全性层。Scltrac MB系统的系统结构示意图见图2．9所示。位于运营控制中心的SMC主要完成ATS功能，负责对列车自动控睾4系统进行全面的协调管理，为非安全性设备。
VCC位于操作层，主要负责信号系统的安全运行，同时还完成中央ATP、AT0和联锁功能。在SMC系统要求时，VCC将发出列车分隔、速度命令、进路以及道岔控制等命令。VCC通过交叉感应环线或无线通信系统与车载ATC设备VOBC进行通信，从而控制列车运行。该设备为安全性设备，采用三取二冗余结构。STC设备是该系统的安全性轨旁子系统。主要完成控制区域内道俞、屏蔽门、防淹门等设备的控制和蓣督。
车载VOBC是ATC系统与车辆系统之间的接口，每列车前后各一套，互为备用；主要负责完成车载列车的AT0和ATP功能。图2．9 seItrao船系统的系统结构示意图
该系统采用中央集中式联锁和ATP／ATO高度集成方式，设备构成简单，可靠性高，调试简单、工期较短。但是由于没有独立的联锁设备，所以一旦VCC、感应环线等设备故障，系统就会瘫痪，影响正常运营。2．5．2 AIs'tom的URBALIS 300系统
Alstom公司的URBALIS 300系统采用了波导管为车．地信息传输媒介，载频在2．5GHz，数据传输的波特率为1Mbit／s。该系统采用SACEM列车运行控制系统，列车定位采用各种信标为线路位置基准，通过波导裂缝和编码里程计连续计算列车位置；联锁设备采用VIP 2微机联锁，为双机热备系统，可驱动和监视转辙机、屏蔽门等现场设备；各设备集中站的联锁设备采用VIP 2安全通信链路进行联锁数据交换；ATS系统由中央ATS、设备集中站ATS、车辆段ATS组成，采用冗余局域网进行通信。该系统采用分散式结构，将安全功能与非安全功能分离，可用性较高；采用波导管数据传输方式频带较宽、传输速率高，不仅实现了车．地双向通 湖南铁道职业技术学院毕业设计
信，而且能传输车载设备状态信息、视频、声音等信号：轨旁设备简单且多为无 源设备，维护工作量小。
该系统存在以下问题：波导管需要在轨旁铺设，由于波导管与车载天线间有严格的距离限制，所以安装精度要求较高；采用硬件叠加方式提高可靠性和安全性，造成设备数量、种类繁多，给维修带来许多不便。2．5．3 Siemens公司的RF Meteor系统
Siemens公司的Meteor系统目前已经从IL(Inductive Loop，感应环线)系统升级到了RF(Radio Frequency，无线)。该系统采用无线扩频电台技术来实现车．地数据通信，目前正在美国纽约的NYCT采用。圉2．10 NYCT所采用的移动闭塞系
图2．10为Siemens公司在纽约NYCT上采用的移动闭塞系统结构图。该系统将线路划分为若干个区域，每一个区域由区域控制器集中控制。一个区域内通常含有若干个定向扩频天线，邻近的几个天线又组成一个无线通信单元(cell)。轨旁天线从列车接收到数据信息后，发送至轨旁的无线处理器(WTU)，再经轨旁网络发送至区域控制器；区域控制器根据列车发酗的信息结合本地数据库信息发布控制命令，该控制命令逆向发送至轨旁天线，车载设备通过车载天线获得信息，从而控制列车运行。该系统采用移动闭塞制式，极大的提高了线路的通过能力，是列车控制更加灵活、精确；采用冗余结构、容错技术，可靠性、安全性较高；轨旁设备少，维修工作量小。但是，由于所采用的2．4GHz为IsM公用频段，污染较为严重，安全性较差。虽然采用了各种加密技术，但仍有待提高
（标题：宋体四号，加粗，固定行距20磅，段前0.5行，大纲级别2级）
（正文：宋体小四号，固定行距20磅，段前0.5行）
1.2 设计内容与要求
（正文：宋体小四号，固定行距20磅，段前0.5行）湖南铁道职业技术学院毕业设计 湖南铁道职业技术学院毕业设计
第n章 心得体会
（楷体小二号，加粗，居中，段落前后各一行，固定行距20磅，大纲级别1级）
经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个专科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有指导老师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个毕业设计是难以想象的。
在这里首先要感谢我的指导老师傅宗纯老师。傅老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从外出实习到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计等整个过程中都给予了舒心的指导。我的设计较为复杂繁琐，但是傅老师仍然细心的纠正设计中的错误。除了佩服傅老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我以后的学习和工作。
然后还要感谢大学三年来所有的老师，为我打下专业基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。
感谢我的室友们，从遥远的家来到这个陌生的城市里，维系着寝室那份家的润洽。三年了，仿佛就在昨天。三年里，我们没有红过脸，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟没有吵过嘴，没有发生上大学前所担心的任何不开心的事情。
感谢我的爸爸妈妈，焉得暖草，言树的心愿。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。
在毕业设计即将完成之际，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的谢意！
（正文：宋体小四号，段前0.5行，首行缩进2字符，固定行距20磅）
加分页符 湖南铁道职业技术学院毕业设计
参考文献
（楷体小二号，加粗，居中，段落前后各一行，固定行距20磅，大纲级别1级）［1］×××.工厂供配电技术：电子工业出版社，2004 ［2］×××.工厂常用电气设备手册：水利电力出版社，2004（宋体小四号，段前0.5行，固定行距20磅）
加分页符
湖南铁道职业技术学院毕业设计
附 表（图、件）
（楷体小二号，加粗，居中，段落前后各一行，固定行距20磅，大纲级别1级）
对需要收录于论文中且又不适合书写于正文中的附加数据、资料、详细公式推导、计算机程序等有特色的内容，可做为附录排写。
„„
（宋体小四号，段前0.5行，固定行距20磅，首行缩进2字符）
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