列车运行自动控制(ATC)系统
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列车自动控制系统(ATC)
列车自动控制系统(ATC)
制作人ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ吕森、雷科
列车自动控制系统(ATC)
ATC系统综述
ATC系统的组成和功能
ATC系统的工作原理
一、ATC系统综述
ATC系统是在机车信号和列车自动停车装置基础上 发展起来的，后续列车根据与现行列车间的距离及 进路条件，在车内连续地显示出容许的速度信号， 并按该信号自动地控制列车运行。该系统取消了传 统的地面信号，而将机车信号变为主体信号，指示 列车应遵守的速度；系统能可靠地防止由于驾驶员 失误而冒进信号或追尾等事故。ATC是一套完整的 控制、监督、管理系统。
三、ATC系统的工作原理
轨旁设备通过车站数据传输系统与车站ATC系统 相连；车站的ATC系统通过ATP子系统发出列车 检测命令检查有无列车，并向车上送出ATP限速 命令、门控指令及定位停车的位置指令。车上 ATC系统通过ATP命令的数据和译码，控制列车 的运行和制动，完成定位。
谢谢观看
ATS 定位系统
ATO ATP
驱动、制动 控制设备
测速 传感器
列车数据
三、ATC系统的工作原理
位于管理级的ATS模块较多地采用软件方法实施 联网、通信及指挥列车安全运行；发送和接收各 种行车命令的ATP系统确保列车的安全运行；车 载ATP设备接收轨旁ATP设备传递的信号指令经 校验后送至ATO完成部分运行的功能
5、ATC功能
在联锁功能的约束下，根据ATS的要求实现列车运 行的控制。ATC功能有三个子功能：ATP／ATO轨 旁功能、ATP／ATO传输功能和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车载设备所需的其他数据；车载设备所需 的其他数据；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。
制作人ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ吕森、雷科
列车自动控制系统(ATC)
ATC系统综述
ATC系统的组成和功能
ATC系统的工作原理
一、ATC系统综述
ATC系统是在机车信号和列车自动停车装置基础上 发展起来的，后续列车根据与现行列车间的距离及 进路条件，在车内连续地显示出容许的速度信号， 并按该信号自动地控制列车运行。该系统取消了传 统的地面信号，而将机车信号变为主体信号，指示 列车应遵守的速度；系统能可靠地防止由于驾驶员 失误而冒进信号或追尾等事故。ATC是一套完整的 控制、监督、管理系统。
三、ATC系统的工作原理
轨旁设备通过车站数据传输系统与车站ATC系统 相连；车站的ATC系统通过ATP子系统发出列车 检测命令检查有无列车，并向车上送出ATP限速 命令、门控指令及定位停车的位置指令。车上 ATC系统通过ATP命令的数据和译码，控制列车 的运行和制动，完成定位。
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ATS 定位系统
ATO ATP
驱动、制动 控制设备
测速 传感器
列车数据
三、ATC系统的工作原理
位于管理级的ATS模块较多地采用软件方法实施 联网、通信及指挥列车安全运行；发送和接收各 种行车命令的ATP系统确保列车的安全运行；车 载ATP设备接收轨旁ATP设备传递的信号指令经 校验后送至ATO完成部分运行的功能
5、ATC功能
在联锁功能的约束下，根据ATS的要求实现列车运 行的控制。ATC功能有三个子功能：ATP／ATO轨 旁功能、ATP／ATO传输功能和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车载设备所需的其他数据；车载设备所需 的其他数据；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。
列车自动控制系统ATC
四、信号系统基本功能
1、 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。
三、移动闭塞ATC系统
移动闭塞方式的ATC系统通常采用无线通信、地面交叉感应环线、 波导等媒体，向列控车载设备传递信息。列车安全间隔距离是根据最大 允许车速、当前停车点位置、线路等信息计算得出，信息被循环更新， 以保证列车不间断收到即时信息。 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，并距此计算出每一列车 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，实现 完全防护的列车双向运行模式，更有利于线路通过能力的充分发挥。 移动闭塞ATC系统在我国还未有应用实例，国外能提供此类系统的公 司有：阿尔卡特公司交叉感应电缆作为传输媒介的ATC系统，在加拿大 温哥华“天车线”和香港KCRC西部铁路等应用，技术比较成熟，但交 叉感应轨间电缆给线路日常养护带来不便；美国哈蒙公司基于扩频电台 通信的移动闭塞应用在旧金山BART线，其系统结构、系统运用尚不成 熟；阿尔斯通公司基于波导传输信息的移动闭塞正在新加坡西北线试验 段安装调试。
列车运行控制系统的五个级别
列车运行控制系统的五个级别一、列车运行控制系统的五个级别列车运行控制系统是保障列车安全运行的重要设备，它通过控制列车的速度、位置和运行模式，确保列车在轨道上的稳定运行。
根据功能和安全性等方面的不同，列车运行控制系统可以分为五个级别，分别是ATC、ATO、CBTC、CTBC和ETCS。
二、ATC（Automatic Train Control）级别ATC是列车运行控制系统的最基本级别，它主要通过信号系统和车载设备实现对列车的自动控制。
在ATC级别下，列车通过接收信号系统发出的信息，控制列车的速度和位置，以确保列车在规定的区间内安全运行。
ATC级别适用于高速铁路等需要保证列车安全运行的场所。
三、ATO（Automatic Train Operation）级别ATO是在ATC基础上进一步发展的列车运行控制系统级别。
ATO级别在保证列车安全运行的基础上，更加注重列车的运行效率和准点性。
相比于ATC级别，ATO级别的列车运行更加自动化，列车的运行速度和位置更加精确可控。
ATO级别适用于城市轨道交通等高密度、高频率的线路。
四、CBTC（Communications-Based Train Control）级别CBTC是一种基于通信技术的列车运行控制系统级别，它通过车载设备和地面设备之间的通信，实现对列车的精确控制。
CBTC级别不仅可以控制列车的速度和位置，还可以实现列车的精确停站、车辆调度和列车间的安全距离控制等功能。
CBTC级别适用于复杂的轨道交通系统，如地铁、轻轨等。
五、CTBC（Communication-Based Train Control）级别CTBC是一种基于通信技术的列车运行控制系统级别，它在CBTC的基础上进一步发展，主要用于高速铁路系统。
CTBC级别通过车载设备和地面设备之间的通信，实现列车的精确控制和列车间的安全距离控制。
CTBC级别的列车运行更加高效、精确和安全，适用于高速铁路等需要高速、高频的线路。
列车运行自动控制(ATC)系统方案
01
02
03
高效性
ATC系统需要具备高效的 控制能力，能够实现对列 车运行的精确控制，提高 列车运行效率。
安全性
系统需要保证列车运行的 安全，通过自动监测和预 警功能，及时发现并处理 潜在的安全隐患。
智能化
ATC系统需要具备智能化 的决策能力，能够根据实 际情况自动调整列车运行 策略，优化运行效果。
当前列车运行中存在效率不高的 问题，如列车晚点、运行速度不 稳定等，影响了乘客的出行体验
。
安全问题
列车运行中存在一定的安全隐患， 如人为操作失误、设备故障等，需 要通过技术手段进行改进和优化。
智能化水平不足
当前列车运行控制主要依赖人工操 作，智能化水平较低，难以满足未 来城市轨道交通的发展需求。
自动控制(ATC)系统需求
02
ATC系统架构设计
整体架构设计思路
基于分布式控制系统
实现列车运行的高效、安全和可靠控 制。
模块化设计
各功能模块独立设计，降低系统复杂 性和耦合度，提高可维护性。
分层架构设计
将系统划分为物理层、数据链路层、 网络层、传输层和应用层，便于管理 和维护。
关键功能模块划分
列车自动防护（ATP）模块
故障诊断机制及预警处理流程
故障诊断机制
结合实时状态监测数据和历史数 据，采用模式识别、统计分析等
方法进行故障诊断。
预警处理流程
根据故障诊断结果，制定相应的 预警处理流程，包括预警级别设 定、预警信息发布、应急处理措
施等。
远程故障诊断系统
建立远程故障诊断系统，实现列 车运行状态的远程实时监测与故 障诊断，提高列车运行安全性。
安全性保障措施
列车运行安全监测
城市轨道交通通信信号系统—ATC系统
ATC系统是城市轨道交通信号系统最重要的组成部分，它实现以下功能： （1）行车指挥和列车运行自动化； （2）最大限度地保证列车运行安全； （3）提高运输效率； （4）减轻运营人员的劳动强度； （5）发挥城市轨道交通的通过能力。
• ATC系统主要包括中央设备、 地面设备、车载设备三部分。
思考题
ATP系统用于列车运行速度监督、列车运行超速防护，是保 证行车安全、防止列车进入前方列车占用区段和防止超速运 行的设备。
ATP系统的主要作用：
（1）对列车运行进行超速防护 （2）实现列车位置检测 （3）保证列车间的安全间隔 （4）故障报警、降级提示 （5）列车参数、线路参数的输入 （6）与ATS、ATO系统进行信息交互 （7）停车点防护和列车车门控制。
专业术语
• OCC：operating control center，控制中心 • 对全线列车运行、电力供应、车站设备运行、防灾报警、环境监
控、票务管理及乘客服务等地铁运营全程进行调度、指挥和监控 的中心。
专业术语
是英文Positive Train Identification的缩写, 即列车定位识别 • 该系统主要由车载和轨旁两部分组成, 实现列车-地面的信息单向
传输。 • 运行过程中，每辆列车唯一的列车编号通过PTI传输到地面设备。
专业术语
• 惰行模式就是利用车辆自身的惯性进行滑行,是一种有效节约能 源的运行模式,
练习1：下列各项与ＡＴO、ＡＴP、ＡＴS有对应关系？
实现对列车运行的 ， 辅助行车调度人员对全线列 车运行进行管理。
01
用于实现“ ”，即用地面信息实现 对列车驱动、制动的控制 ，以及列车自动折返等。
OCC
思考题
• 1.实现列车位置检测的信号设备是什么？ • 2.如何保证列车间的安全间隔？
列车自动控制系统(ATO)
轨道交通信号系统是保证列车运行安全，实现行车指挥和列车运行现代化，提高运输效率的关键系统，由列车自动控制系统（Automatic Train Control，简称ATC）组成。
ATC系统共分三个子系统，分别是列车自动行车监控系统（ATS）、列车自动运行系统（ATO）、列车自动防护子系统（ATP），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。
其中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，能够采集轨道旁及车载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.列车计划与实际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.通过显示终端，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。
在轨道交通调度指挥中心，整个大屏显示系统以ATS列车自动监控系统为主要人机界面，其全局信号显示方式经历了三个阶段。
第一阶段，传统的马赛克表盘显示方式，操作困难，显示不够灵活；第二阶段，计算机显示终端显示方式，往往因为分辨率不够导致无法完整显示整个系统；第三阶段，大屏可视化系统显示方式，可满足超大分辨率图像的高速显示。
轨道交通信号_ATC
移动闭塞线路拓扑结构示意图
四、不同结构的ATC系统
点式：应答器 ATC
根据车地信息传 输方式（TWC）
连续式：轨道电路、
电缆或无线
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1、点式ATC系统
在欧洲干线铁路及城市轨道交通中应用十分广泛。
上海轨道交通5号线采用德国西门子公司的点式ATC
系统。
主要优点：采用无源、高信息容量的地面应答器，
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应答查询器（TI及应TI天 线负责与轨旁信标通信并 确定列车的轨道位置，处 理信标发出的消息并传送 给车载控制器）
•.A型应答器（无源设备） • (1)用于确定列车位置 • (2)当一辆列车驶过应 答器，它会收到一条标识应 答器的消息
•.B型应答器（有源设备） • (1)信号机B信标（安装 于信号机旁与信号机相联锁） • (2)进路B信标（安装于 道岔前，指示是否需要侧向速 度通过道岔）
2、模拟式无绝缘轨道电路的ATC
• 上海轨道交通1号线的ATC是从美国GRS公司引 进的，是一种典型的频分制速度码系统。
运行方向
F1=2625Hz F2=2925Hz F3=3375Hz F4=4275Hz 阻抗联接器
速度命令 2250Hz 发送F1+2Hz 接收F4+3Hz
速度命令 2250Hz 发送F4+3Hz 接收F3+2Hz
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表7-1 不同调制频率含义（载频2250Hz）
速度命令是指列车运行至 某轨道区段，出口端的目 调制频率 6.83Hz 8.31Hz 10.10Hz 12.43Hz 含义 限速20km/h 限速30km/h 限速45km/h 限速55km/h
标速度。
速度命令根据与先行列车 相隔几个闭塞分区（列车 间的间隔距离）和线路条 件等确定。
列车运行自动控制(ATC)系统分析
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（3）列车运行控制
1)列车进入系统的自动控制
2)站台控制
3)“跳停”（指列车在该站不停车的功能）
4)下一车号的设定
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（四）时刻表控制功能 时刻表控制功能仅供调度员使用，以管理和调整在
线时刻表和计划时刻表，计划时刻表是指：准备投入 在线控制的时刻表，而在线时刻表是指：正投入在线
控制的时刻表。调度员选择时刻表管理员所创建的某
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（二）列车的描述功能
列车描述包括三部分内容：即车次号、司机号和列
车号，它们各有五位数组成。
其中车次号的前三位为运行号，后二位为目的地号，
运行号是运行列车的标识，是系统把列车和时刻表相联
系的基础，也是系统控制和表示列车的基础。
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目的地号指明列车运行的终点站，它是系统触发车 站信号控制的重要参数，据此可以为列车自动排列进 路。在运行过程中，系统将各次列车的目的地号，传 送给车站信号设备，以控制列车进路，所以车次号是 列车描述中很重要的部分。 司机号由司机在车上人工输入，并通知调度人员， 说明哪一位司机在操纵哪一列车。 列车号的设置，是为了使系统跟踪列车的运行，从 而产生车辆运行里程报告。
ATC系统的组成
控制中心是指挥整条线路列车运行的智囊，由 ATS子系统来完成这个功能，也可以理解为控制 中心只有ATS 子系统；联锁集中站的信号设备， 具体执行控制中心的操纵指令，负责列车的安全 运行，完成与列车的信息交换，所以联锁集中站 具有ATC 系统的三个子系统，也就是由ATS、 ATP、ATO 三个子系统相配合，来完成这些功能。
ATS子系统
列车自动监控（ATS）子系统，是指挥列
车运行的监控、监督设备。它主要完成列 车的调度和跟踪、列车进路的控制和表示、 系统状况、报警信息的显示和记录，统计 汇编、系统仿真和诊断。
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功能
（1）集中控制功能 （2）集中显示功能 （3）列车运行时刻表管理功能 （4）运行数据记录与统计功能 （5）仿真功能 （6）监测与报警功能
ATS系统设备
ATP——列车自动防护子系统
ATP子系统是ATC系统的核心和关键。 ATP子系统具有实现列车的间隔控制、超速防护、
进路的安全监控、车门和站台屏蔽门的控制等功 能。
转换 （8）记录运行信息
ATS——列车自动监控子系统
ATS子系统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运行进行管理。
它给行车调度人员显示全线列车的运行状态，监 督和记录运行图的执行情况，在列车因故偏离运 行图时及时做出反应（提出调整建议或者自动修 整运行图）。
通过ATO的接口，向旅客提供运行信息通报（列 车到达、出发时间、运行方向、中途停靠站 名……）。
当检测到列车的速度为零，列车向地面送出列车 停站信号，列车收到开门信息，使相应的门控继 电器动作；
司机按压与门控继电器相对应的门控按钮后，才 可打开列车车门。
不同闭塞制式的ATC系统
按闭塞制式，城市轨道交通ATC可分为：固定闭 塞式ATC系统、准移动闭塞式ATC系统和移动闭 塞式ATC系统。
ATP轨旁功能
负责列车安全间隔和生成报文 ，完成任务对列车安全运行授 权许可的发布和报文的准备
1 列车安令间隔功能
保持列车之间的最小安全距 离，发出运行授权。在进路 已经排列，联锁功能中才发 出列车运行授权.
2 报文生成功能
完成整理数据、准备和格式 化要传送到ATP车载设备的 报文，并决定传输方向。 .
ATS子系统根据联锁信息，列车自动办理进路。用 以指挥和监督列车的运行。它根据列车运行计划， 制定实时运行图，指挥列车的运行，包括办理列 车进路，控制列车发车时间，改变运行区间的模 式等；同时实时收集列车运行信息及线路的各种 信息，包括车次号、目的地号。由控制中心计算 机系统进行实时跟踪，并显示在中心表示盘上。
ATP的主要功能 3.ATP车载功能
设备监 督功能
报文监 督功能
后退监督
监督功能
紧急制动 监督功能
车门监 督功能
方向பைடு நூலகம் 督功能
速度监 督功能
车次多次交换信息保证停车位置准确
当列车进入站台区域，站台区段轨道电路的ATP接 收器检测到列车到达车站；
列车到达停车点，经列车ATO系统确认，保证列 车的制动；
（1）固定闭塞ATC系统 固定闭塞速度码模式（台阶式）ATC是基于普通
音频轨道电路，轨道电路传输信息量少，对应每 个闭塞分区只能传送一个信息代码。
目标距离码模式（曲线式）一般采用音频数字 轨道电路，或音频轨道电路加电缆环线或音频轨 道电路加应答器，他们具有较大的信息传输量和 较强的抗干扰能力。
列车运行自动控制(ATC)系统
➢什么是ATC系统
为了适应城市轨道交通的发展，用一种能实现列车 速度自动控制和列车运行间隔自动调整的新的信号 系统来替代，这就是列车运行自动控制（ATC）系 统。
ATC系统
ATC系统：列车按地面传送的速度（或距离）信息， 自动控制列车运行的信号设备。
后续列车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，或按设定 的运行条件达到容许速度的距离信息。
根据上述信息，列车自动地控制运行速度，进行 超速防护，确保列车高效、安全的运行。
城市轨道交通ATC系统的特点
传统信号系统是通过设置在地面的色灯信号机来 传递不同的行车命令，这种制式基本上是依赖司 机进行速度控制和调整，依靠司机保证行车安全。
ATC系统将机车信号作为主体信号，传递给列车的 信号是具体的速度或距离信息，列车按调度人员 设置的时刻表，实现自动运行、自动折返、自动 调整停站时分，以及运用程序定位实现列车在车 站的停车控制。
ATC 系统的组成
ATC 系统的设备组成 现场轨旁设备、车载信号设备、控制中心及车站信
号设备 ATC系统的功能组成 ATO、ATS、ATP
ATC系统控制框图
ATS系统
监控作用，相当于控制中心本身，在出现故障时，由 控制中心替代 功能：收集，绘画列车运行信息
指挥列车运行，包括进路安排 调整列车运行
1.固定闭塞 2.准移动闭塞
3.移动闭塞
（1）固定闭塞ATC系统 固定闭塞ATC系统是指基于传统轨道电路的自动
闭塞方式，闭塞分区按线路条件经牵引计算来确 定，一旦划定将固定不变。列车以闭塞分区为最 小行车间隔，ATC系统根据这一特点实现行车指挥 和列车运行的自动控制。固定闭塞ATC系统又可分 为速度码模式（台阶式）和目标距离码模式（曲 线式）。
ATP系统
防护作用 功能：监督列车运行速度，检查列车位置
监督车门和屏蔽门开关 道岔区段检查进路安全
ATO系统
自动运行 功能：自动运行
定点停车 开关车门
中央控制室
功能
（1）停车点防护 （2）速度监督与超速防护 （3）列车间隔控制 （4）测速与测距 （5）车门控制 （6）其他功能：紧急停车、给出发车命令、列车倒退控
机车装上ATO后，就可用2种方式运行：手动或自 动
司机人工驾驶+ATP系统＝手动驾驶
ATO系统自动驾驶+ATP系统＝自动驾驶
ATO系统是提高城市交通列车运行水平的技术措 施
功能
（1）停车点的目标制动 （2）打开车门 （3）列车从车站出发 （4）列车加速 （5）区间内临时停车 （6）限速区间 （7）司机手动驾驶及由ATO系统驾驶之间可在任何时候
ATP的设备组成
速度 表
凤缸压力 表
ATO 按钮
控制列车 牵引方向
牵引、零位、 制动、快制
广州地铁一号线司机室操控台
紧急 制动
主控钥匙
ATP的主要功能
主要功能：检测列车位置、停车点防护、超速防 护、列车间隔控制（移动闭塞时）、临时限速、 测速测距、车门控制、记录司机操作。
轨旁 功能
传输功能
车载功能
制
车载ATC
ATO——列车自动运行子系统
ATO子系统主要用于实现“地对车控制”，即用 地面信息实现对列车驱动、制动的控制。
使用ATO子系统后，可以使列车经常处于最佳运 行状态，避免了不必要的、过于剧烈的加速或减 速，因此明显提高了乘坐的舒适度，提高了列车 准点率及减少轮轨磨损。
ATO子系统与列车的再生制动相配合，可以节省 电能的消耗。