城市轨道交通信号检测技术 轨道交通信号运营基础轨道交通信号基础设备及原理城市轨道交通信号运营基础第一节 轨道交通和轨道交通信号的作用一.轨道交通的作用和组成现代化的旅客运输方式有轨道交通、道路、航空、水运 等。轨道交通主要是城市轨道交通和铁路。与其他运输方式 相比，轨道交通具有运量大、快速、安全、准时、低能耗等 特点。随着我国城市化进程的快速发展和以市场经济为主导的 商务活动的日益频繁,城市交通矛盾逐渐严重，发展大容量环 保型、经济型的城市轨道交通，已成为解决大城市交通矛盾 的关键。国家产业技术政策明确指出: “在百万人以上 城市,要优先发展以轨道交通为主的公共交通系统。” 目前 我国100万人口以上的城市已发展到40余个，获得城市轨道建 设规划批复的城市已有15个，总长达1460多公里；总投资规 模约5000亿元左右，规划在1015年，2020年前建成。 轨道交通的作用和组成还有一些城市的轨道交通规划正在规划编制 中。近几年，我国对管理体制、投资方向、如何 降低工程造价、技术难题攻关以及设备国产化方 面做了大量的研究，并取得了突破性进展。随着 城市轨道交通工程造价不断降低和建设资金筹措 能力的增强，大规模修建城市轨道交通的条件已 经具备。 城市轨道交通现已进入快速发展阶段 ，在把握机遇、快速发展的同时，更应重视政策 的指导作用，因此，在可持续发展的战略指导下 ，发展城市轨道交通具有重大的现实意义。 轨道交通的作用和组成轨道交通运输设备，是完成轨道交通运输任务的物 质基础。它主要有下列几类技术设备组成：线路和沿线的各种车站：线路是列车运行的基础， 沿线的各种车站则是办理旅客运输的生产基地；而停 车场是列车、车辆集散和装备基地；城市轨道交通的 中间站，一般都不设置道岔，通称为无岔站。而在线 路两端的折返站，以及可以进行调车作业和中途折返 的中间站，必须设置道岔，这些车站可以通称为有岔 站。在有岔站为了对道岔、信号进行联锁控制，所以 也将这些车站称为联锁集中站。供电和电力牵引：它是轨道交通的基础动力，尤 其在现代电气化时代，轨道交通的任何部门都离不开 电力。城市轨道交通的牵引电流一般采用直流1500伏 ，而铁路基本上都采用交流电力牵引。 轨道交通的作用和组成车辆是轨道交通牵引和载客工具，城市轨道 交通以不同的车辆编组运行，编组的车辆组 合成为列车。在车辆维护基地，完成车辆的 修理与整备，保持列车、车辆的完好和正常 运用。列车的头部和尾部为带有司机室的车 辆，信号的车载设备一般都设置于司机室及 其车辆的底部。轨道交通的通信、信号设备：通信信号 设备轨道交通的神经系统，也是确保轨道交 通正常运行的耳、目，特别是信号系统是保 证行车安全和提高运输效率的专用设备。 轨道交通信号的作用 城市轨道交通运输的基本任务是安全、准时、高 效率、高密度地运送旅客。影响轨道交通运输安全的 因素很多，可分为轨道交通外部因素和内部因素。外 部因素，又可分为人为因素和自然灾害两部分。人为 因素中诸如：旅客携带危险物品、不法分子破坏等； 自然灾害有暴雨、强风、洪水、地震，塌方落石等。 内部因素，主要表现为设备的不良和违章作业两大方 面，所以影响轨道交通运输安全的因素非常复杂，而 且发生的地点和时间又是随机的。因此，必须采用可 靠的“信号”设备来指挥列车运行，以确保列车的安全 运行。从原始的“烛光信号”，到现代化的列车自动控 制（ATC）系统，是长期的实践、经验的积累、不断 改进和发展成的成果。 轨道交通信号的作用在运输的实践中，即使轨道交通线路，桥梁、 车辆等设备良好的情况下，也会发生列车冲突和颠 覆事故。造成列车冲突的原因是两列或多列列车， 同时占用同一个空间，或是由于道岔位置不正确， 而导致列车驶入不允许进入的空间。另外，列车速 度超过了线路的限制速度，也会引起颠覆事故。为 了行车保证安全，把线路划分成若干轨道区段，每 一个轨道区段内，只允许有一列列车按规定速度运 行。如何保证一个轨道区段只有一列列车运行呢？ 所以在所划定的轨道区段入口处，设置防护信号机 ，以指挥列车能否驶入该轨道区段。轨道交通信号的作用n信号的开放，必须检查线路空闲、道岔位置正 确、防止错误操作等相关的制约条件，将安全 技术与控制技术结合，构成轨道交通的信号安 全系统，一般将铁路的信号系统包括：车站“ 联锁设备”、站间区间“闭塞设备”、对所管辖 区域进行集中控制和监督的“调度集中设备”； 城市轨道交通的信号系统，统称为列车自动控 制（ATC）系统，ATC系统由列车自动监控（ ATS）子系统、列车自动防护（ATP）子系统、 列车自动运行（ATO）子系统组成。轨道交通信号的作用n在铁路的信号系统中，是以设置于轨旁的地面信 号机作为“主体信号”，以其不同颜色的灯光显示 ，向司机发出不同的行车命令，完全由司机操纵 列车的运行；而感应到驾驶室的车载“机车信号” ，它只作为“辅助信号”，它向司机提供各种用于 驾驶的“参考信息”。信号机显示进行信号，允许 列车驶入信号机所防护的轨道区段；信号机显示 禁止信号，则不准列车驶入信号机所防护的轨道 区段。当安全技术设备和信号机的控制设备发生 故障时，应立即显示禁止信号，以禁止列车驶入 信号机所防护的轨道区段。 轨道交通信号的作用n这就是铁路信号系统中的“故障导向安全”原则 ，换言之，轨道交通信号系统必须满足：“故障 导向安全”的要求。在城市轨道交通中，由于采 用闭环自动控制系统，所以可以实现“无人驾驶 ”，尽管在现阶段还设有司机，然而由于已经设 置了完整的ATC系统，所以在ATC系统完好的情况 下，司机并不参与列车的运行操纵。因此城市轨 道交通的信号系统中，可以不设地面信号机，而 根据车载的机车信号“速度信号”和“距离信 号”，自动地控制列车的运行。至于线路上设置 的地面信号机，只是对非ATC控制的列车，或ATC 控制列车在ATC系统失效时，作为列车的运行凭证 。轨道交通信号的作用n轨道交通信号在轨道交通运输中的地位和作用n在城市轨道交通系统包括：线路、车辆、供电、 通信、信号、环控、售检票等子系统，在运营管 理人员的协调下，共同完成着旅客输送任务，实 现旅客的位移，形成“人公里”。这就是城市轨道 交通运输所形成的产品，它蕴含着各个子系统所 创造的价值。在城市轨道交通中，信号系统担负 着保证行车安全、指挥列车运行的重要任务。n城市轨道交通信号系统的作用主要是： 轨道交通信号的作用n1. 确保列车运行的安全轨道交通信号系统是指挥列车安全运行的关键 设备，只有在列车运行前方的轨道区段没有列车占 用（列车进路空闲）、道岔位置正确、敌对或相抵 触的信号没有建立等条件满足，才允许向列车发出 允许列车前行的信号，所以列车只要严格按照信号 的显示运行，就能够确保列车的安全运行；反之， 如果列车不遵循信号的显示运行（违章运行），将 导致事故，在城市轨道交通运输中，确保旅客的旅 途安全，比什么都重要。所以信号系统担负着确保 运输安全的重要使命，有了信号系统的保障，可以 杜绝和减少列车运行事故、而且可以降低事故等级 、缩小事故损失和承担事故的转移。 轨道交通信号的作用2. 提高轨道交通的运行效率信号设备在轨道交通建设中的投资尽管很少，但是 对于提高行车效率起着极其重要的作用。在轨道交通的铁路建设中，用于通信、信号的投 资不到总投资的5，但其效益占铁路运输总效益的 25%以上。在城市轨道交通中，由于采用了先进的信 号系统，使列车的行车间隔大大缩短，可以达到2分 钟，甚至小于2分钟的运营间隔，提高行车密度，缩 短列车停站时分，由计算机系统根据设定的列车运行 时刻表，自动、安全地指挥列车按列车运行图运行。 据有关资料统计，铁路信号的单线自动闭塞系统，在 组织追踪运行的条件下，可提高通过能力25%-30； 而复线自动闭塞系统，可以提高通过能力1-2倍； 轨道交通信号的作用n采用调度集中系统，在不增加车站到发线的情 况下，提高通过能力12-24。足以可见， 现代化的信号系统，对于提高行车效率有着无 可比拟的作用。换言之，如果信号系统失灵， 或信号停用，将导致列车自动行车指挥系统处 于瘫痪状态，只能靠调度人员“人工” 指挥 列车运行，不仅增加了调度人员的劳动强度， 行车安全更是难以保证，当然也导致行车效率 极低，其损失难以估量。 轨道交通信号的作用3. 信号系统是轨道交通现代化信息技术综合应用 的集中体现我国城市轨道交通信号系统中，已经普遍 采用基于计算机实时控制的列车运行自动控制 （ATC）系统，该系统由列车自动监控（ATS） 子系统、列车自动保护子（ATP）系统、列车自 动运行子（ATO）系统。列车运行自动控制系统 是自动控制技术、计算机技术和数据通信技术 在信号系统中的集中体现，也可以说是现代化 信息技术在轨道交通信号系统的综合应用。 轨道交通信号的作用n世界信息技术的最新成果迅速地在轨道交通信号 系统中得到应用，我国城市轨道交通（地铁、轻 轨等）在近20年来得到迅速发展，而其信号系统 随着信息技术的不断发展也产生了“革命性”的变 化，原来设置于轨旁的“地面信号”已有“车载信号 ”所替代，其“信号”的内容，已发生根本性的变化 ，它不再是用“颜色”显示不同的速度等级，而由 车载信号直接接收列车运行的“目标速度”、“目标 距离”或“进路地图”，并且由车载计算机，直接控 制列车的自动运行，实现列车在车站的程序定位 停车和自动超速防护； 轨道交通信号的作用随着数字编码技术的不断发展，模拟技术的信号 系统，已被数字信号系统所替代，这一点在信号系 统的“轨道电路”技术发展中尤为突出，模拟轨道 电路中，只能向列车传送有限的“固定信息”，而 利用数字编码轨道电路可以向列车传送各种不同的 “变量”，以实现列车运行的自动控制；光纤传输 通信技术和无线通信技术，都在信号系统中得到应 用，尤其是近几年，基于无线通信的列车自动控制 （CBTC）系统，也已经在国内几个特大城市的轨道 交通信号系统中采用，这将对信号系统产生“革命 性”的变化，为信号系统中废除传统的“轨道电路 ”和“地面信号”、为进一步缩短行车间隔，真正 实现“无人驾驶”的列车自动运行，奠定了基础。 轨道交通信号的作用轨道交通信号系统的基础技术，当然 离不开上述自动控制、计算机、通信系 统、数据传输等理论性很强的课程，但 是，由于信号系统的特殊性，它还有一 些“特有”和“专用”的检测设备和运营相 关的基础知识，这正是本课程阐述的重 点。 轨道交通线路简述 n一、线路的组成线路是列车运行的通路。它由轨道和下部建筑两部分组 成。轨道(也称上部建筑) 由钢轨、轨枕、道床、道岔和 联结零件、防爬设备等组成。n 道床是铺设在路基面上的道碴(碎石或砂子)层，其作 用是将轨枕传下来的压力均匀地传给路基，排除轨道中 的雨水，阻止轨枕移动和缓和车轮对钢轨的冲击，使轨 道具有足够的弹性。而城市轨道交通的停车场也采用道 碴道床。但是正线的道床，一般都采用钢筋混凝土的“ 整体道床”，整体道床中预制钢筋组成排流网，将牵引 形成的迷流，经迷流收集网回流到牵引变电所的负极， 以减缓隧道洞体和道床中的钢结构骨架的电化腐蚀。利 用钢轨作为信号系统轨道电路的传输通道，所以钢轨材 质和道床结构对轨道电路参数影响很大，当然对道床结 构也有相应的要求。 轨道交通线路简述n轨枕是钢轨的支座，用它保持钢轨的位置、方向及 轨距。轨枕按制造材料分有木枕和钢筋混凝土枕两 种；在曲线处除用轨枕保持轨距外，还加装有轨距 杆，使调整好的轨距不变。不论采用哪一种轨枕， 对轨道电路而言，都要求它对钢轨有较好的电气绝 缘，而且轨距杆设于两根钢轨之间，也必须有良好 的电气绝缘。我国普通轨枕的长度为2.5m，道岔用 的岔枕和桥梁上用的桥枕，其长度有2.6-4.85m等多 种。每公里线路上铺设轨枕的数量，一般在1440 1840根之间。 轨道交通线路简述轨道交通线路简述n钢轨是承受列车车轮传来的力并把此力传给轨枕 ，引导列车按一定方向运行。因而它应