城市轨道交通信号与通信系统任务二：列车自动防护(ATP)系统
城轨ATP系统的数据通信与传输技术
城轨ATP系统的数据通信与传输技术随着城市轨道交通的发展，城轨ATP（Automatic Train Protection）系统的数据通信与传输技术越来越受到关注。
本文将探讨城轨ATP系统中的数据通信和传输技术，并分析其在城轨交通中的重要性。
一、ATP系统概述ATP系统是城轨交通系统中的一种列车自动保护装置，其主要功能是确保列车在运行过程中的安全性和可靠性。
ATP系统通过不断获取列车运行状态、监控轨道条件，以及与车站和信号系统进行通信，实现列车自动控制和保护。
二、数据通信技术1. 硬件设备城轨ATP系统的数据通信涉及了多个硬件设备，包括车载终端设备、通信设备和信号系统设备等。
车载终端设备用于检测列车状态、记录运行数据和与车站进行通信，通信设备则负责实现车载设备与车站和信号系统之间的数据传输，信号系统设备则接收并处理这些数据。
2. 通信协议城轨ATP系统的数据通信使用的是特定的通信协议，常见的有CAN（Controller Area Network）和Ethernet等。
CAN协议是一种广泛应用于车辆领域的通信协议，它具有速度快、可靠性高的特点，适合于车辆内部数据的传输；而Ethernet协议则适用于车载设备和车站之间的数据传输，其优势在于传输速度快、带宽大。
三、数据传输技术1. 无线传输城轨ATP系统中，无线传输技术被广泛应用于数据的传输。
无线传输技术包括无线电通信和无线局域网等。
无线电通信可以实现车载设备与车站之间的远程通信，保证数据的实时性和可靠性；无线局域网则可以实现车站内各设备之间的数据传输，提高车站内部数据的处理效率。
2. 光纤传输光纤传输技术是一种高速、长距离数据传输的技术，其在城轨ATP 系统中具有重要作用。
通过光纤传输技术，可以实现车站之间的数据传输，提供更快速、更稳定的数据传输通道，确保数据的及时性和准确性。
四、数据通信与传输技术的重要性城轨ATP系统的数据通信与传输技术在城轨交通中扮演着重要的角色。
ATP列车自动防护系统
原理和功能列车自动防护（ATP）ATP是整个ATC系统的基础。
ATO和A TS子系统都依托于ATP子系统的工作。
列车自动防护系统（ATP）亦称列车超速防护系统，其功能为列车超过规定速度时即自动制动，当车载设备接收地面限速信息，经信息处理后与实际速度比较，当列车实际速度超过限速后，由制动装置控制列车制动系统制动。
ATP自动检测列车实际运行位置，自动确定列车最大安全运行速度，连续不间断地实行速度监督，实现超速防护，自动监测列车运行间隔，以保证实现规定地行车间隔。
列车自动驾驶（ATO）列车自动驾驶是一种完整的闭环自动控制系统，即列车一方面检测本列车的实际行车速度，另一方面连续获取地面给予的最大允许车速，经过计算机的解算，并依据其他与行车有关的因素如机车牵引特性、区间坡道、弯道等，求得最佳的行车速度，控制列车加速或减速，甚至制动。
在列车自动驾驶系统中，司机起监督作用，因此要求这种系统获得最大允许车速的信道和求解最佳速度的机车计算机等，要有更高的可靠性和实用性。
目前列车自动操纵已应用在地下铁道和市郊或两市之间直达的客运干线上。
随着微型计算机技术飞速发展，我国已经自主研发完成故障-安全型的列车自动操纵系统。
ATO辅助ATP工作，接受来自ATP的信息，其中有ATP速度指令、列车实际速度和列车走行距离。
此外还从ATS 子系统和地面标志线圈接受到列车运行等级等信息。
根据以上信息，ATO通过牵引/制动线控制列车，使其维持在一个参考速度上运行；并在设有屏蔽门地站台准确停车。
自动监控系统（A TS）：列车自动监督(ATS)列车自动监督主要是通过计算机来组织和控制行车的一套完整的行车指挥系统。
ATS 将现场的行车信息及时传输到行车指挥中心，中心将行车信息综合后，适时无误的向现场下达行车指令，以保证准确、快速、安全、可靠。
ATS功能：自动进行列车运行图管理，及时调整运行计划，监控列车进路，自动显示列车运行和设备状态，完成电气集中联锁和自动闭塞的要求，自动绘制列车实际运行图，车站旅客导向，车辆检修期的管理，列车的模拟仿真等。
ATP列车自动防护系统
列车司机显示屏（人机界面）
显示屏
(3)速度传感器 信号系统通常在列车上装有一个或多个速 度传感器，安装在列车的车轴上，用于计算列车的运行速 度和列车运行距离及列车运行方向的判定。列车的运行速 度，还可以用雷达进行测定，但速度传感器技术成熟，测 速精度高，安装使用简单方便，因此被广泛使用。
(4)列车地面信号接收器 列车地面信号接收器，安装在 列车底部，用于接收从轨道上传来的信息，这些信息可 以由地面轨道电路发送，或由安装在地面的专门设备如 应答器发送给列车。列车地面信号接收器，根据所接收 的信息格式、容量和处理速度等因素，可以设计为感应 线圈，或其他形式，以保证列车在一定的运行速度下能 及时接收和处理所收到的信息。列车地面信号接收器的 性能要求：抗机械冲击能力强，有很好的抗电磁干扰能 力，信息接收误码率低，不丢失信息。
图中横坐标表示距离值，纵坐标表示列车运行速度值。
图8—5速度距离模式曲线
图8—5速度距离模式曲线
图8．5中，列车自动防护系统根据运营计划，使列车从O点减速运行到D1点。列车自动防护系 统根据各种数据，计算出列车从O点运行到前方D2点的区段内，各处所需的运行速度，并向列车的 牵引和制动系统发出指令，控制列车按照速度距离模式曲线所绘制的速度值平滑稳定地从在0点减 速运行到前方D2点。
4．车辆安全停靠站台 城市轨道交通中，列车停靠站台时，需要列车完全停稳不动，确保乘客安全上下车。列车自
动防护系统会检测列车的速度和列车所处的位置，保证列车在站台区域内安全停靠。
5．列车车门控制 城市轨道交通中，列车左右两侧 都有车门，列车停靠站台后，列车 自动防护系统会控制列车开启靠近 站台的车门，保证乘客安全上下车。
在每个区段，如果列车运行速度超过了在该运行区段所对应的最大速度值，列车自动防护系统会 向列车的制动系统发出常用制动命令，列车的制动系统对列车施加制动力，使列车 运行速度在系统所设定的时间内，降到允许的运行速度范围内，以保证列车安全运行；如果列车运 行速度持续超过该运行区段所对应的最大速度值，在持续的时间超过系统设定的时间 后，列车自动防护系统将对列车实施紧急制动，强制列车停车，以防止意外事故的发生。
关于列车自动防护(ATP)系统的功能
关于列车自动防护（ATP）系统的功能它的主要功能有：一、列车定定位的任务就是确列车在路网中的地理置。
通常，ATP系统都是利用查应答器及测速电机和雷达完成列定位的。
安装在线路上某些位的应答器用于列车物理置的检测，每个应答器发送一个包识别编号（ID）的答器报文，由列车接收。
在ATP车载计算机单元的线路数据库存有应答器的位置，这样列车就知它在线路上的确切位。
由测速电机和雷达执行车位移测量。
列车定位误差来自应答器检测精度、答器安装精度和位移测量度。
二、速度和离测量列车实际运速度是施行速度控制的依据，速度量的准确性直接影响速度控制效果。
列位置直接关系到列运行的安全，通过确定列车实际位置，才能保证列车之间的运间隔，以及能够在抵障碍物或限制区之前停下或速。
三、ATP督功能ATP监督负责保证列车行的安全。
各监督功能管列车安全的一个方面，并在它自己权限内产生紧急制动；所有的监督能，在信号系统范围内提供了最可能的列车防护。
各种监督功能间的操作是独立的，且同时进行ATP监督包括速监督、方向监督、车监督、紧急制动监督、后退监督报文监督、设备监督等。
四、超速防城市轨道交通中的速度限制分两种：一种是固定速度制，如区间最大允许速度、车最大允许速度；另种是临时性的速度限制例如线路在维修时临时置的速度限制。
固定限是在设计阶段设置，ATP车载设备都储存着整条线路上的固定限速信息。
五、停车点防护停车点有时就危险点，危险点在任何情况都是不能越过的，因为会导致危险情况。
例站内有车时，车站起点即是必须停车点在停车点的前方通常还设置一防护段，ATP系统通过算得出的紧急制动曲线即以该护区段入口点为基础，保证列车不越入口点。
有时也可在入口点处设置一个车滑行速度值（如5km/h）一旦需要，列车可在此基上加速，或者停在危点前方。
免费论下载中心六、列间隔控制列车间隔控制是一种既能保行车安全（防止两列车发追尾事故）又能提高行效率（使两列车间隔最短）的信号念。
任务二：列车自动防护(ATP)系统
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1）．轨道电路 城市轨道交通信号系统，轨道电路除了具有表示列车
是否占用轨道的功能外，还可以向线路上实时发送列 车运营所需的信息，由列车接收和处理。 • 轨道电路所发送的信息，其容量大，有利于列车的车 载系统对列车进行实时控制。
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因信号系统的处理能力和制式不同，轨道电路所发送的信 息量可有所不同，一般来讲，轨道电路所发送的信息可以 有以下内容：
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1.点式叠加方式 •ATP系统以点式叠加方式控制列车运行速度， 其速度距离曲线呈阶梯状，称Байду номын сангаас阶梯曲线。
图中列车受到制动力的作用，减速运行。 列车从某点O处以不超过S1的速度值运行， 在运行到D1点时，对列车施加一定的制动 力，使列车允许运行的最大速度值从S1速 度值降为S2速度值；列车从D1点运行到D2 点处，在这一区间，列车运行的最大允 许速度值为S2；在D2点，再次对列车施加 制动力，使列车减速运行。
任务二：列车自动防护(ATP)系统
培训目标 了解ATP的基本组成 了解ATP的基本原理 掌握ATP的主要功能
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一、ATP概述
城市轨道交通的信号控制系统中，ATP系统是信号控制系统 非常重要的组成部分，它为列车行驶提供安全保障，有效降低 列车驾驶员的劳动强度，提高行车作业效率。 如果没有列车自动防护系统，列车的行车安全需要由列车驾 驶员人工来保障，这样会造成列车驾驶员过度疲劳，产生安全 隐患，对行车作业效率也会带来负面影响。 因此在城市轨道交通中，尤其是在运营作业繁忙的线路上， 信号控制系统中设置列车自动防护系统是非常必要的，它是行 车作业的安全保障和体现。
列车自动防护ATP系统
信号与通信概论 第5章列车自动防护（ATP）系统 9
①固定限速。固定限速是在设计阶段设置的。 车载ATP和ATO设备都储存着整条线路上的固定限 速区信息。速度梯降级别为1 km/h。它决定了 “目标距离”工作模式下的可能给出的最优行车间 隔。
信号与通信概论 第5章列车自动防护（ATP）系统 18
5.3.5TOD显示功能
TOD是信号系统和司机的接口（见图22），借助于TOD，司机能够按照ATP系统 的指示安全运行。TOD向司机显示列车的实 际速度、目标速度、最大允许速度以及ATP 设备的运行状态。另外TOD还显示列车运行 时产生的重要故障信息，在部分情况下还有 音响警报功能。
测距一般是通过测速和轮径完成的，同过测速设 备获得车轮旋转的次数，考虑运行方向和车轮直径来 计算走行距离。测距系统使用两个传感器测量数据， 为了保证安全，当两个数据不一致时，取其中的最大 值。列车定位也是通过测距完成的，在有轨道电路的 线路上，将轨道电路的分割点作为列车绝对位置，列 车的实际位置可以通过绝对位置加测距距离得出，同 时考虑到列车空转／打滑的情况，每隔一段距离应对 列车实际位置进行校核。
信号与通信概论 第5章列车自动防护（ATP）系统 4
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。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。
信号与通信概论 第5章列车自动防护（ATP）系统 21
信号与通信概论 第5章列车自动防护（ATP）系统 22
②临时限速。限制速度在某些条件下（施工现 场、临时危险点）可以被降低。临时速度限制区段 的范围总是限制在一个或多个轨道电路。在紧急情 况下，通过特殊速度码，可立即将任何一段轨道电 路上的速度设置为25km/h。如果需要设置临时性 限速区，可以在地面安装应答器。这些应答器允许 以5 km/h为一个阶梯，降到25 km/h。在带有允许 临时速度限制编码的轨道电路里，可通过设置信标 来实施。
城市轨道交通信号系统ATC、ATS、ATO、ATP介绍
城市轨道交通信号系统ATC、ATS、ATO、ATP介绍城市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设备。
城市轨道交通信号系统通常由列车自动控制系统（Automatic Train Control，简称ATC）组成，ATC系统包括三个子系统：—列车自动监控系统（Automatic Train Supervision，简称ATS）—列车自动防护子系统（Automatic Train Protection，简称ATP）—列车自动运行系统（Automatic Train Operation，简称ATO）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。
一、列车自动控制系统（ATC）分类1、按闭塞布点方式：可分为固定式和移动式。
固定闭塞方式中按控制方式，又可分为速度码模式（台阶式）和目标距离码模式（曲线式）。
2、按机车信号传输方式：可分为连续式和点式。
3、按各系统设备所处地域可分为：控制中心子系统、车站及轨旁子系统、车载设备子系统、车场子系统。
二、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和目标距离码模式。
1、速度码模式（台阶式）如北京地铁和上海地铁1号线分别引进的英国西屋公司和美国GRS公司的ATC系统均属此类ATC系统，该系统属70～80年代的产品，技术成熟、造价较低，但因闭塞分区长度的设计受限于最不利线路条件和最低列车性能，不利于提高线路运输效率。
固定闭塞速度码模式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，从控制方式可分成入口控制和出口控制两种，从轨道电路类型划分可分为有绝缘和无绝缘轨道电路两种。
城市轨道交通信号系统ATC、ATS、ATO、ATP介绍
城市轨道交通信号系统ATC、ATS、ATO、ATP介绍城市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设备。
城市轨道交通信号系统通常由列车自动控制系统（Automatic Train Control，简称ATC）组成，ATC系统包括三个子系统：—列车自动监控系统（Automatic Train Supervision，简称ATS）—列车自动防护子系统（Automatic Train Protection，简称ATP）—列车自动运行系统（Automatic Train Operation，简称ATO）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。
一、列车自动控制系统（ATC）分类1、按闭塞布点方式：可分为固定式和移动式。
固定闭塞方式中按控制方式，又可分为速度码模式（台阶式）和目标距离码模式（曲线式）。
2、按机车信号传输方式：可分为连续式和点式。
3、按各系统设备所处地域可分为：控制中心子系统、车站及轨旁子系统、车载设备子系统、车场子系统。
二、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和目标距离码模式。
1、速度码模式（台阶式）如北京地铁和上海地铁1号线分别引进的英国西屋公司和美国GRS公司的ATC系统均属此类ATC系统，该系统属70～80年代的产品，技术成熟、造价较低，但因闭塞分区长度的设计受限于最不利线路条件和最低列车性能，不利于提高线路运输效率。
固定闭塞速度码模式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，从控制方式可分成入口控制和出口控制两种，从轨道电路类型划分可分为有绝缘和无绝缘轨道电路两种。
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1）．轨道电路 城市轨道交通信号系统，轨道电路除了具有表示列车
是否占用轨道的功能外，还可以向线路上实时发送列 车运营所需的信息，由列车接收和处理。 • 轨道电路所发送的信息，其容量大，有利于列车的车 载系统对列车进行实时控制。
2019/7/7
因信号系统的处理能力和制式不同，轨道电路所发送的信 息量可有所不同，一般来讲，轨道电路所发送的信息可以 有以下内容：
2019/7/7
2、车载设备主要组成 l 车载ATP模块 l MMI l 车载天线
（接收轨道电路或应答器上传的信息）
l 速度传感器
（计算列车的运行速度、运行距离、运行方向的判断）
l 列车接口电路
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速度传感器 • 信号系统通常在列车上装有一个或多个速度传感器
，安装在列车的车轴上，用于计算列车的运行速度 和列车运行距离及列车运行方向的判定。 • 列车的运行速度，还可以用雷达进行测定，但速度 传感器技术成熟，测速精度高，安装使用简单方便 ，因此被广泛使用。
如果列车运行速度持续超过该运行区段所对应的最大速度 值，在持续的时间超过系统设定的时间后，ATP系统将对列 车实施紧急制动，强制列车停车，以防止意外事故的发生。
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图为阶梯曲线
阶梯曲线控制速度的方式所需要的硬件结构简单，容易实现。 图中列车以不超过S1速度值运行，运行速度从S1变为S2时，使得 列车的运行速度发生突变，这时强烈的减速会给列车上的乘客一 种冲击，容易产生不适感。速度变化越大，冲击感越强，不利于 旅客乘车的舒适度。
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图为：阶梯曲线
列车运行在O～D1区段，允许运行的最高速度为S1； 在D1～D2区段，允许运行的最高速度为S2； 在D2～ D3区段，允许运行的最高速度为S3。
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在每个区段，如果列车运行速度超过了在该运行区段所对 应的最大速度值，ATP系统会向列车的制动系统发出常用制 动命令，列车的制动系统对列车施加制动力，使列车运行速 度在系统所设定的时间内，降到允许的运行速度范围内，以 保证列车安全运行；
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1.点式叠加方式 •ATP系统以点式叠加方式控制列车运行速度， 其速度距离曲线呈阶梯状，称为阶梯曲线。
图中列车受到制动力的作用，减速运行。 列车从某点O处以不超过S1的速度值运行， 在运行到D1点时，对列车施加一定的制动 力，使列车允许运行的最大速度值从S1速 度值降为S2速度值；列车从D1点运行到D2 点处，在这一区间，列车运行的最大允 许速度值为S2；在D2点，再次对列车施加 制动力，使列车减速运行。
任务二：列车自动防护(ATP)系统
培训目标 了解ATP的基本组成 了解ATP的基本原理 掌握ATP的主要功能
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一、ATP概述
城市轨道交通的信号控制系统中，ATP系统是信号控制系统 非常重要的组成部分，它为列车行驶提供安全保障，有效降低 列车驾驶员的劳动强度，提高行车作业效率。 如果没有列车自动防护系统，列车的行车安全需要由列车驾 驶员人工来保障，这样会造成列车驾驶员过度疲劳，产生安全 隐患，对行车作业效率也会带来负面影响。 因此在城市轨道交通中，尤其是在运营作业繁忙的线路上， 信号控制系统中设置列车自动防护系统是非常必要的，它是行 车作业的安全保障和体现。
这些信息以数字编码的方式，顺序排列，放在一个信息 包里。列车收到信息后进行译码和实时处理，实时控制列 车运行状态。
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2）．点式应答器 • 应答器向线路保存有列车的行车信息，在列车经过时，由安装
在列车车底的感应接收装置（车载天线）从中读取或接收信息 ，对这些信息进行综合分析处理。 • 点式应答器中所包含的信息，包括有线路位置、列车运行距离 、基本线路参数、速度限制等信息,这些信息固化在应答器。 • 应答器可分为有源应答器和无源应答器。 • 有源应答器向线路实时发送信息，由列车接收； • 无源应答器，只有在列车经过时，由列车从应答器中读取信息 。
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列车接口电路 • ATP系统的车载设备通过车载ATP模块与列车进
行接口，车载ATP模块将控制信息通过接口电路 传送给列车，同时车载ATP模块通过接口电路从 列车获得列车运行的状态信息。
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人机界面
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三、列车自动防护系统基本原理
ATP系统控制列车运行速度有两种基本方 式: 1.点式叠加方式 2.速度距离模式曲线方式
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二、ATP系统的组成
ATP系统是故障-安全系统 由轨旁设备和车载设备组成 1、ATP轨旁（地面）设备 1）.轨道电路 2）.点式应答器
从广义上讲，ATP系统应包括处理列车行车安全逻辑的所 有设备，因此，联锁设备也可以归结为ATP系统范畴，与车载 设备一道完成对列车的控制和安全防护功能。
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2.速度距离模式曲线
列车受到制动力的作用，使列车减速运行，速度-距离图形曲 线形状是连续平滑的曲线，这种列车速度控制方式称为速度距 离模式曲线方式，如图所示。
图为速度距离模式曲线
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图为离模式曲线
图中，ATP系统根据运营计划，使列车从O点减速运行到D1 点。ATP系统根据各种数据，计算出列车从O点运行到前方 D2点的区段内，各处所需的运行速度，并向列车的牵引和制 动系统发出指令，控制列车按照速度距离模式曲线所绘制的 速度值平滑稳定地从在0点减速运行到前方D2点。
• (1)轨道电路基本信息 • 如轨道电路的长度、坡道和曲线参数，所用的载波频率，
轨道电路的编号等。 (2)线路速度 • 是指该轨道区段线路上受坡道和曲线等因素的影响，列车
所允许运行的最大速度。 (3)目标速度--列车到达下一目标时，列车的运行速度。
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• (4)运行距离 列车到达下一目标时所需走行的距离。 • (5)列车运行方向 指明列车上行运行或下行运行。 • (6)载波频率 列车接收下一个信息的载波频率。 • (7)道岔定反位 列车前方经过道岔的定位或反位。 • (8)列车停站信号 指示列车处于停站状态。 • (9)备用信息位 预留用作其他的信息使用。