交通信号与控制教研室轨道交通控制导论课程性质与要求本课程是高等院校交通信号与控制（自动化）专业本科生的专业技术基础课程。通过该课程的学习使学生了解轨道交通系统的种类、特点及作用，理解与轨道交通信号控制系统紧密相关的线路、机车车辆、牵引供电等系统的基本概念和原理，掌握轨道交通信号控制系统的基本功能和工作原理，为后续课程的学习打下坚实的基础。第一章轨道交通系统综述第一章轨道交通系统综述第一章轨道交通系统综述第一章轨道交通系统综述1、轨道交通系统的特点和作用 （1）定义通过轨道线路引导列车前进或转向的交通运输系统，以区别于公路、水运、航空、管道等其他运输方式。 （2）分类铁路、城市轨道交通、磁悬浮等。第一章轨道交通系统综述第一章轨道交通系统综述（3）特点铁路：运量大、成本低、速度快、安全可靠、全天候运输、受气候影响小、环保等。城市轨道交通：大众运输系统、城市市区或郊区、电力驱动、独立于其他交通系统、班次频密等。磁悬浮：速度高、污染小、安全可靠、占地少等。第一章轨道交通系统综述第一章轨道交通系统综述（4）铁路的作用国民经济大动脉；全国沟通联系的纽带；国民经济建设的先行产业。第一章轨道交通系统综述第一章轨道交通系统综述（5）轨道交通的发展及现状铁路:1825年第一条铁路在英国诞生；1876年国内第一条铁路（淞沪铁路）由英国人修建；1905年詹天佑主持修建了京张铁路；至1949年全国运营里程近2.2万公里；第一章轨道交通系统综述第一章轨道交通系统综述至2006年底，运营里程7.7万公里，其中复线2.5万公里，电气化2万公里；“十一五”期间，新建1.7万公里，客运专线7000余公里，既有线复线8000公里，既有线电气化改造1.5万公里，2010年总里程将达9万余公里，快速客运网总规模达2万余公里。中长期铁路客运专线规划“四纵四纵”客运专线客运专线l北京上海：北京上海：全长1318公里，纵贯京津沪三市和冀鲁皖苏四省，连接环渤海和长江三角洲两大经济区 。l北京武汉广州深圳：北京武汉广州深圳：全长约2260公里，连接华北和华南地区。武汉至广州段全长995公里，2005年6月开工 。l北京沈阳哈尔滨（大连）：北京沈阳哈尔滨（大连）：全长约1700公里，连接东北和关内地区。秦皇岛至沈阳段400公里已于2003年建成 。l杭州宁波福州深圳：杭州宁波福州深圳：全长约1600公里，连接长江、珠江三角洲和东南沿海地区。 中长期铁路客运专线规划“四横四横”客运专线客运专线l徐州郑州兰州：徐州郑州兰州：全长约1400公里，连接西北和华东地区。已开工建设郑州至西安段455公里 。l杭州南昌长沙：杭州南昌长沙：全长约880公里，连接华中和华东地区 。l青岛石家庄太原：青岛石家庄太原：全长约770公里，连接华北和华东地区。已开工建设建设石家庄至太原段205公里。 l宁汉蓉（南京武汉重庆成都）：宁汉蓉（南京武汉重庆成都）：全长约1600公里，连接西南和华东地区。已开工建设南京至合肥段、武汉至合肥段、宜万段、成遂渝段。 线路名称长度（km）开通时间武广客运专线968.52010年京津城际铁路1152008.8.1郑西客运专线456.62009.7石太客运专线189.92009.5合武、合宁客运通道525.82008年底宁温福厦门客运通道855.52009年底广珠城际铁路1172009年广深客运专线1052009年哈大客运专线904.52011年京沪高速铁路13002013年已批准的客运专线项目已批准的客运专线项目第一章轨道交通系统综述第一章轨道交通系统综述城市轨道交通世界第一条地铁1890年英国伦敦建成；法国巴黎地铁1900年建成；我国第一条地铁北京地铁1号线1969年10月1日建成通车；目前，国内建有地铁的城市有北京、天津、香港、上海、广州、深圳、南京、武汉；杭州、沈阳、成都、哈尔滨的地铁项目也已获批；“十五”期间，城市轨道交通投资近2000亿元，“十一五”期间，还将投资2000亿元，将兴建1500公里地铁。第一章轨道交通系统综述第一章轨道交通系统综述磁浮交通：磁浮列车的构想最早由德国工程师赫尔曼肯佩尔在1922年提出。德国和日本已拥有自己的磁浮列车，建成了完善的试验线路，最高时速达500km/h。上海磁浮示范线2003年1月开通运营，是世界第一条商业运营线路，采用德国技术。我国从70年代开始磁浮列车的研究，1995年第一台载人磁浮列车试验成功。第一章轨道交通系统综述第一章轨道交通系统综述2、轨道交通运输系统组成一个由机车车辆、铁道线路、桥梁隧道和站场等基础设备组成的庞大系统，其基本任务是：运送旅客和货物。设备组成（1）线路和车站（2）机车车辆及其修理整备设备（3）通信、信号设备第一章轨道交通系统综述第一章轨道交通系统综述第一章轨道交通系统综述第一章轨道交通系统综述3、轨道交通信号系统的组成（1）影响运输安全的因素外部因素人为破坏、自然灾害；内部因素违章作业、设备不良；4.28胶济铁路特别重大事故；7.31重大事故；荣家湾特别重大事故；第一章轨道交通系统综述第一章轨道交通系统综述（2）铁路信号的定义狭义：铁路信号是指示列车行车和调车作业的命令，指示列车运行安全条件，对列车运行速度和运行间隔进行控制的理论、方法和技术装备的总称。广义：铁路信号是保证行车安全、提高运输效率的重要技术装备，是以电子技术、网络通信技术、计算机技术和现代控制技术为手段构成的一门综合性、实用性很强的应用学科，它所研究的理论、方法和技术设备都是围绕着提高安全和效率这一主题开展的。第一章轨道交通系统综述第一章轨道交通系统综述（3）信号控制系统组成 信号、联锁、闭塞设备的总称；车站、区间、驼峰、道口、列控、机车信号、行车调度指挥；第一章轨道交通系统综述第一章轨道交通系统综述4、轨道交通信号的地位和作用 （1）保证行车安全（2）提高运输效率（3）提高劳动生产率（4）改善运输人员的劳动条件（5）促进行车指挥自动化第一章轨道交通系统综述第一章轨道交通系统综述5、可靠性与安全性技术（1）可靠性保障技术可靠性定义可靠性是指在规定的条件下，规定的时间内，系统完成规定功能的概率。可靠性保障技术避错技术：防止和减少故障发生的技术；容错技术：系统的某一部分发生故障时仍使系统维持正常工作的技术，包括故障掩蔽技术和系统重组技术。第一章轨道交通系统综述第一章轨道交通系统综述（2）故障-安全保障技术定义：故障安全技术是指在任何部分发生故障及系统处于任何可能的外界环境中时系统的输出均处于安全状态。故障安全保障技术安全侧分配技术危险侧故障率最小化技术故障弱化技术第一章轨道交通系统综述第一章轨道交通系统综述6、信号系统的发展现状与趋势（1）现状信号显示制式向速差式和速度式发展机车信号向主体化发展自动闭塞制式的发展道岔转辙设备的发展第一章轨道交通系统综述第一章轨道交通系统综述列车运行控制系统的发展计算机联锁的发展行车调度指挥系统的发展（2）存在的问题技术引进与自主研发的矛盾；消化吸收与自主创新的矛盾；第一章轨道交通系统综述第一章轨道交通系统综述（3）趋势1）轨道交通发展势头迅猛2）信号控制技术跨越式发展3）系统化、信息化、网络化、智能化、通信信号一体化是方向第二章轨道交通线路第二章轨道交通线路一、轨道交通线路的组成 机车车辆走行的通路叫线路，由轨道和下部建筑组成。1、轨道轨道由钢轨、轨枕、道床、道岔和联结零件、防爬设备等组成。1）钢轨承受车轮传来的力，传给轨枕；引导列车方向；钢轨类型以每米钢轨重量表示，如70kg/m、60kg/m第二章轨道交通线路第二章轨道交通线路第二章轨道交通线路第二章轨道交通线路2）轨枕有木枕、钢筋混凝土枕两种，以保持钢轨的位置、方向和轨距，有良好的电气绝缘；3）道床轨枕压力均匀传给路基，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。第二章轨道交通线路第二章轨道交通线路2、下部建筑路基、桥梁、隧道、涵洞等组成第二章轨道交通线路第二章轨道交通线路二、线路的平面图及纵断面图 1、铁路等级铁路等级是铁路的主要技术指标之一，应根据它们在铁路网中的作用、性质、和远期的客货运量确定，共划分为三个等级。第二章轨道交通线路第二章轨道交通线路2、平面图和纵断面图（1）中线一条铁路线是以横断面上距外轨半个轨距的垂直线AB与路肩水平线CD的交点O在纵向的连线来表示的，这条纵向的连线就是铁路的中心线，称为中线。第二章轨道交通线路第二章轨道交通线路（2）平面图平面图是中线在水平面上的投影，它反映线路的直线线段和曲线线段。平面图上注明有圆曲线切线长度T、曲线长度L、圆曲线半径R、线路转向角和缓和曲线长度l。第二章轨道交通线路第二章轨道交通线路第二章轨道交通线路第二章轨道交通线路（3）纵断面图纵断面图是中线（其曲线部分展直后）在垂直面上的投影，它反映线路的平道线段和坡道线段。线路坡道的坡度用千分率表示，在纵断面图中既要注明坡道坡度。又要注明坡道长度。 i()=h/L=tan第二章轨道交通线路第二章轨道交通线路第二章轨道交通线路第二章轨道交通线路3、线路曲线对列车运行的影响 （1）限制行车速度h=11.8*V2/R(mm)h曲线外轨超高，V通过曲线时列车平均速度（km/h）;R曲线半径。最大超高不得大于150mm.速度相差悬殊时不得超过125mm.第二章轨道交通线路第二章轨道交通线路（2）增加附加阻力w=700/R (N/KN)（3）对轨距的影响直线轨距：1435mm曲线轨距：按技规要求加宽第二章轨道交通线路第二章轨道交通线路4、线路坡度对列车运行的影响（1）列车单位坡度阻力在数值上等于坡道坡度的千分值。（2）限制坡度在某一铁路区段，当牵引类型定下来以后，确定货物列车最大重量的坡度，称为限制坡度（包括坡道上的曲线附加阻力），简称限坡。第二章轨道交通线路第二章轨道交通线路5、线路曲线与信号的关系（1）影响显示距离和角度信号机最好设在直线线段上。当信号机的设置位置避不开小半径的曲线时，有必要在信号机机构内增设一块偏光玻璃，以扩大信号光束的散角。（2）曲线处的信号机必须并排设置，不允许一前一后。第二章轨道交通线路第二章轨道交通线路（3）曲线处轨距加大，信号机设置时要注意限界要求。6、线路坡度与信号的关系（1）信号机应避免设在比启动坡度大的坡道上（2）禁止把信号机设在凹形有害坡道上有害坡度：不制动容易超过最大容许速度第二章轨道交通线路第二章轨道交通线路三、铁路限界1、定义为了确保机车车辆在铁路线上安全运行，防止机车车辆撞击邻近的建筑物和设备，以及在没线临时堆放的工程材料，机车车辆间也应有一定的间隙。因此，建筑物和设备以及机车车辆本身都要规定一个不得侵入或超出的轮廓尺寸，叫限界。第二章轨道交通线路第二章轨道交通线路2、分类(1)建筑接近限界：建筑接近限界就是每一条铁路线路必须保证有最小空间的横断面，以便机车车辆安全通过。(2)机车车辆限界：规定机车车辆不同部位的宽度、高度的最大尺寸和其零部件至轨面、铁路中心线的距离。第二章轨道交通线路第二章轨道交通线路3、线间距离相邻两线路中心线之间的距离，叫做线路间距，简称为线间距。线间距离决定因素：（1）机车车辆限界（2）建筑接近限界（3）超限货物装载限界（4）相邻股道间办理作业的性质第二章轨道交通线路第二章轨道交通线路四、列车运行及分界点1、列车的概念凡已编成或连挂在一起的车列，挂有机车或动力车、并具备应有的信号、机车乘务组及车长者称作列车。2、列车分类第二章轨道交通线路第二章轨道交通线路3、车次编号铁路为了便于组织列车运行，所有在铁路各区段运行的列车都必须编定列车号码，称车次。n干线上列车向铁道部所在地的方向行驶者为上行，编成双数。n反之为下行编为单数，一对往返列车编为两个连续数字。n支线上列车向连接干线的车站行驶者为上行，反之下行。第二章轨道交通线路第二章轨道交通线路4、分界点n车站把每一条线路划分成若干个长度不等的段落，每一段线路为一个区间。车站成为相邻区间之间的分界点。n区间和分界点是组成铁路线路的两个基本环节。n分界点是车站（有配线）、线路所（无配线）及自动闭塞区间的通过色灯信号机的通称。n区间分为站间区间、所间区间及闭塞分区。第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础一、作用于列车上的力1、机车牵引力F2、列车运行阻力W3、列车制动力B第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础二、机车牵引与粘着限制1、机车牵引力的形成轮周牵引力的产生必须具备两个条件： 1）机车动轮上有动力传动装置传来的旋转力矩；2）动轮与钢轨接触，并存在摩擦作用。第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础2、指示牵引力用示功器直接从机车发动机测得的功，称为“指示功”。通常把按指示功毫无损失地传到轮周算得的牵引力，称为指示牵引力，以Fi表示，则轮周牵引力FFii3、车钩牵引力（或挽钩牵引力）作用在机车车钩上的牵引力。车钩牵引力总比轮周牵引力小，即：车钩牵引力轮周牵引力机车阻力第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础4、粘着牵引力轮周牵引力不能超过轮轨间摩擦力（即粘着力）所允许的极限值，否则将产生“空转”，将要产生而尚未产生空转时的牵引力称为粘着牵引力。其计算公式为：F1000Pgj(N)第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础三、机车牵引特性曲线机车的牵引特性是指牵引力随速度变化的曲线，无论是哪一种机车，它的最大功率是一定的，叫额定功率。NFV可见牵引力与速度成反比，把对F与V的这种要求表示在坐标上是一条双曲线，称机车的理想牵引特性曲线。第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础四、列车运行阻力1、基本阻力基本阻力是指列车在空旷地段沿平直轨道运行时所受到的阻力。引起基本阻力的因素有：a-轴颈与轴承间的摩擦阻力b-车轮与钢轨的滚动摩擦阻力c-车轮在钢轨上的滑动摩擦阻力d-冲击和震动引起的阻力e-空气阻力第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础2、附加阻力a-坡道附加阻力 wiib-曲线附加阻力 wr=700/Rc-隧道空气附加阻力3、起动阻力列车在起动时需要克服的阻力。第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础五、列车制动力1、空气制动（机车车辆闸瓦摩擦制动）利用机车上的空气压缩机产生的压缩空气作为动力，将机车车辆上的制动闸瓦压紧车轮轮箍而产生制动力；借空气压力的变化来操纵列车的制动和缓解。闸瓦抱死与粘着力限制第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础2、电气制动（机车动力制动）利用电机的可逆原理，将电力机车和电传动内燃机车动轴上的电动机变为发电机，产生电流，从而产生反转力矩，阻止车轮前进以达到制动的目的。分为电阻制动和再生制动两类。第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础3、液力制动一般应用在液力传动的内燃机车上。第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础六、合力曲线图1、列车运动状态分析(1)牵引运行：C=F-W0(2)惰行运行：CW0d(3)制动运行：C(W0dB)第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础2、合力曲线作用在列车上的合力大小和方向决定着列车运动状态，而列车运行速度又决定了合力的大小和方向。为分析列车的运动状态，就必须知道在不同速度时作用于列车的合力的变化规律。把合力与速度的关系绘成的曲线，称为合力曲线。单位合力曲线图由牵引运行、惰力运行、制动运行三条曲线组成。第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础七、列车制动距离1、列车制动包含的要素(1)列车制动距离Sb；(2)制动初速度V0；(3)列车换算制动率fh；第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础2、制动时间列车从司机看见或听见（同时施行制动）时起，到列车停车为止，所运行的时间tb。包括制动空走时间tk和制动有效时间te。tb=tk+te第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础3、制动距离的计算制动距离Sb指自司机开始施行制动到列车完全停稳所走行的距离，为制动空走距离Sk和制动有效距离Se之和。Sb=Sk+Se制动有效距离决定于列车换算制动率、制动初速度及下坡道的加算速度。第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础八、机车牵引类型1、蒸汽机车蒸汽机车是靠蒸汽的膨胀作用来作功的。当司炉把煤填入炉膛时，煤在燃烧过程中，它蕴藏的化学能就转换成热能，把机车锅炉中的水加热、汽化，形成400以上的过热蒸汽，再进入蒸汽机膨胀作功，推动汽机活塞往复运动，活塞通过连杆、摇杆，将往复直线运动变为轮转圆周运动，带动机车动轮旋转，从而牵引列车前进。蒸汽机车主要包括锅炉、汽机和走行三部分。第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础2、内燃机车内燃机车（diesellocomotive）是以内燃机作为原动力，通过传动装置驱动车轮的机车。根据机车上内燃机的种类，可分为柴油机车和燃气轮机车。按传动方式分为机械传动、液力传动、电力传动内燃机车。现代机车多采用电力和液力传动。电力传动又可分为直流、交直流和交直交电力传动内燃机车。第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础内燃机车由柴油机、传动装置、辅助装置、车体走行部（包括车架、车体、转向架等）、制动装置和控制设备等组成。工作原理：燃料在汽缸内燃烧，所产生的高温高压气体在汽缸内膨胀，推动活塞往复运动，连杆带动曲轴旋转对外做功，燃料的热能转化为机械功。柴油机发出的动力传输给传动装置，通过对柴油机、传动装置的控制和调节，将适应机车运行工况的输出转速和转矩送到每个车轴齿轮箱驱动动轮，动轮产生的轮周牵引力传递到车架，由车架端部的车钩变为挽钩牵引力来拖动或推送车辆。第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础3、电力机车电力机车本身不带原动机，靠接受接触网送来的电流作为能源，由牵引电动机驱动机车的车轮。电力机车具有功率大、热效率高、速度快、过载能力强和运行可靠等主要优点，而且不污染环境，特别适用于运输繁忙的铁路干线和隧道多，坡度大的山区铁路。基本上可以分为直-直流电力机车、交-直流电力机车、交-直-交流电力机车三类。第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础直流牵引系统的特点：起动力矩大，调速简单方便；体积大，单位输出功率的电机重量大，电刷和机械换向器维护工作量大。交流牵引系统的特点：异步电机结构简单，体积小，单位输出功率的重量轻，日常维护工作量小；可实现再生制动，减轻重量且节能；功率因数高，谐波电流小。第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础九、牵引动力的分布方式动力分散和动力集中。动力分散型的优点是,动力装置分布在列车不同的位置上,能够实现较大的牵引力,编组灵活。由于采用动力制动的轮对多,制动效率高,且调速性能好,制动减速度大,适合用于限速区段较多的线路。另外,列车中一节动车的牵引动力发生故障对全列车的牵引指标影响不大。动力分散的电动车组的缺点是:牵引力设备的数量多,总重量大。第三章列车牵引运动学基础第三章列车牵引运动学基础动力集中的电动车组也有其优点,动力装置集中安装在23节车上,检查维修比较方便,电气设备的总重量小于动力分散的电动车组。动力集中布置的缺点是动车的轴重较大,对线路不利。动车的技术发展主要表现在功率、速度和舒适性的提高、单位功率重量的降低以及电子技术的应用等方面。第六章 列车运行控制系统一、列控系统的基本概念1、列车运行自动控制系统（ATC）对列车运行全过程或一部分作业实现自动控制的系统。其特征为列车通过获取的地面信息和命令，控制列车运行，并调整与前行列车之间必须保持的距离。第六章 列车运行控制系统2、列车自动防护（ATP）实现列车停车点防护、超速防护、列车间隔控制（移动闭塞）、测速测距等功能的自动控制系统，是ATC的子系统之一。第六章 列车运行控制系统3、列车自动监督（ATS）监督列车状态、自动调整列车运行、实现时刻表操作，故障诊断及报告、数据存储/读出、与外部系统接口等功能的自动控制系统，是ATC的子系统之一。第六章 列车运行控制系统4、列车自动驾驶（ATO）实现列车起动、速度调整、惰行、信号停车/起车、车站定点停车、列车识别、故障报告、车门控制、车站屏蔽门控制、旅客信息发布等，是ATC的子系统之一。第六章 列车运行控制系统二、列控系统的发展历程1、地面人工信号2、人工闭塞系统3、基于轨道电路的闭塞系统4、出现机车信号5、自动停车系统6、基于速度码控制的列控系统第六章 列车运行控制系统7、基于速度-距离曲线控制的列控系统8、基于虚拟闭塞控制的列控系统9、基于CBTC控制的移动闭塞系统10、完全无人驾驶系统FAO第六章 列车运行控制系统三、列控系统的速度控制模式1、分级速度控制1）阶梯式阶梯式分级速度控制又分为超前式和滞后式。一个闭塞分区的进入速度称为入口速度，驶离速度称为出口速度。 第六章 列车运行控制系统超前速度控制超前速度控制方式又称为出口速度控制出口速度控制方式，也称为入口端速度检查入口端速度检查方式。给出列车的出口速度值，控制列车不超过出口速度。日本ATC采取超前式速度控制方式，采用设备控制优先的方法。如图所示，阶梯式实线为超前式速度控制线，粗虚线为列车实际减速运行线。因为列车驶出每一个闭塞分区前必须把速度降至超前式速度控制线以下，不然设备自动引发紧急制动，所以超前对出口速度进行了控制，不会冒出闭塞分区。第六章 列车运行控制系统滞后速度控制滞后速度控制方式又称为入口速度控制入口速度控制方式，也称为出口端速度检查出口端速度检查方式。给出列车的入口速度值，监控列车在本闭塞分区不超过给定的入口速度值，采取人控优先的方法，控制列车不超过下一闭塞分区入口速度值。法国TVM-300列控系统采用人控优先的方法，进行滞后速度控制。必须要增加一个闭塞分区作为安全防护区段，俗称双红灯防护。如图所示，细虚线为列车实际减速运行线，从最高速至零速的列车实际减速运行线为分段曲线组成的一条不连贯曲线组。粗虚线为撞墙后的紧急制动曲线。第六章 列车运行控制系统2）曲线式曲线式分级速度控制，根据列车运行的速度分级，每一个闭塞分区给出一段速度控制曲线，对列车运行进行速度控制。法国TVM430系统采取曲线式分级速度控制方式。如图所示，粗实线为曲线式分级速度控制线，从最高速至零速的列车控制减速线为分段曲线组成的一条不连贯曲线组合，列车实际减速运行线只要在控制线以下就可以了，万一超速碰撞了速度控制线，设备自动引发紧急制动，可以不需增加一个闭塞分区作为安全防护区段。第六章 列车运行控制系统2、目标距离-速度控制目标距离速度控制其采取的制动模式为连续式一次制动速度控制的方式，根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线，不设定每个闭塞分区速度等级。连续式一次速度控制模式若以前方列车占用的闭塞分区入口为追踪目标点，则为准移动闭塞；若以前方列车的尾部为追踪目标点，则为移动闭塞。欧洲ETCS12级、日本IATC和中国CTCS13级列控系统。不需增加一个闭塞分区作为安全防护区段。第六章 列车运行控制系统3、控制模式的比较第六章 列车运行控制系统四、列控系统的组成一般由地面设备、车载设备和车地信息传输设备组成。1、地面设备1）轨旁设备应答器：是一种能向车载子系统发送报文信息的传输设备，既可以传送固定信息，也可连接轨旁单元传送可变信息。第六章 列车运行控制系统轨道电路：具有轨道占用检查、轨道完整性检查、沿轨道连续传送地车信息功能。2）列控中心基于安全计算机的控制系统，根据地面子系统或来自外部地面系统的信息，如轨道占用信息、联锁状态等产生列车行车许可命令，传输给车载子系统，保证其管辖范围内列车的安全运行。第六章 列车运行控制系统3）地面通信网络设备2、车载设备1）列控车载设备基于安全计算机的控制系统，通过与地面子系统交换信息来控制列车运行。包括列车运行监控、测速定位、牵引制动接口等模块。第六章 列车运行控制系统2）无线系统车载设备用于车载子系统和列控中心进行双向信息传输。3、车地信息传输设备1）地面信息传输设备2）车载信息传输设备第六章 列车运行控制系统五、列控系统功能1、基本功能（1）列控系统的车载信号是列车运行的凭证；（2）按列车安全制动距离，自动调整列车运行追踪间隔；（3）防止列车运行速度超过线路允许速度、道岔侧向规定速度及列车构造速度，保证行车安全；第六章 列车运行控制系统（4）防止列车冒进关闭的禁止信号机；（5）监督列车以低于30km/h的速度进行出入库作业；（6）与机车自身速度控制系统结合，实现对列车的减速、缓解、加速的自动控制；（7）与列车调度系统结合，实现对列车的简单自动驾驶；（8）测速定位功能；第六章 列车运行控制系统（9）车载显示功能：目标速度、目标距离、允许速度、实际速度等；（10）辅助报警功能：超速、制动、缓解、故障等报警。2、其他功能（1）环境状况监督（2）列车状态检测（3）人员和设备防护第六章 列车运行控制系统六、列控系统的应用等级1、ETCS应用等级（1）ETCS应用等级0是ETCS的一种兼容功能，装备了ETCS设备的列车可以在没装备ETCS地面设备的线路上运行。第六章 列车运行控制系统（2）ETCS应用等级STM也是ETCS的兼容功能，装备了ETCS设备的列车可以在装备本国信号系统地面设备的线路上运行。车载设备需增加STM模块。（3）ETCS1级欧洲点式应答器欧洲点式应答器+欧洲环线轨道电路检查列车占用和完整性；第六章 列车运行控制系统（4）ETCS2级欧洲点式应答器+GSM-RGSM-R实施移动授权，应答器实现列车定位，无线闭塞中心检查列车完整性；（5）ETCS3级欧洲点式应答器+GSM-R+无线列车检测GSM-R实施移动授权，应答器实现列车定位，车载设备检查列车完整性；第六章 列车运行控制系统2、CTCS应用等级（1）CTCS应用等级0（简称L0）通用机车信号+列车运行监控装置，为现有系统；（2）CTCS应用等级1（简称L1）主体机车信号+安全型运行监控装置，可实现点连式超速防护；第六章 列车运行控制系统（3）CTCS应用等级2（简称L2）基于轨道传输信息并采用车地一体化系统设计，可实现行车指挥-联锁-列控一体化，区间-车站一体化、通信-信号一体化和机电一体化第六章 列车运行控制系统（4）CTCS应用等级3（简称L3）无线传输+轨道电路+点式设备（5）CTCS应用等级4（简称L4）完全基于无线传输信息，可取消轨道电路第六章 列车运行控制系统七、典型的列控系统1、法国U/T系统法国高速铁路TGV区段的列控系统，车载信号设备采用TVM300或TVM430，地对车的信息传输以无绝缘轨道电路UM71为基础，该列控系统简称UT系统。TVM300系统在1981年于巴黎一里昂首先投入使用，系统构成简单，造价较低。采用无绝缘轨道电路UM71，地对车的信息传输容量仅有18个，速度监控是滞后阶梯式的。第六章 列车运行控制系统TVM430系统在1993年于法国第三条北方线高速铁路首先投人使用。随着列车速度不断提高，时速已达320kmh，法国CS公司对模拟电路构成的UT系统进行了数字化改造：数字电路技术使设备结构小型化、模块化；采用无绝缘轨道电路UM2000，数字通信技术使车一地间的信息传输数字编码化；其速度监控方式改为分级速度曲线控制模式。第六章 列车运行控制系统2、日本ATC系统日本于1964年开通了世界上第一条高速铁路一东海道新干线。日本新干线现有的ATC系统普遍采用超前阶梯式速度监控，它的制动方式是设备优先的模式，即列控车载设备根据轨道电路传送来的速度信息，对列车进行减速或缓解控制，使列车出口速度达到本区段的要求，它没有滞后控制所需的保护区段，在线路能力上较滞后控制有所提高。第六章 列车运行控制系统数字式ATC采用目标距离一次制动模式曲线方式，车载设备根据地面轨道电路传送来的信息和各开通区间的长度，求取与前方列车所占用区间的距离，综合线路数据、制动性能和允许速度等计算出列车运行速度，若列车接近前方减速点时，即刻生成目标距离一次制动模式曲线。目标距离一次制动模式曲线缩短了制动距离，并可根据列车性能给出不同的模式曲线，提高了运输效率。第六章 列车运行控制系统3、德国LZB系统德国LZB系统是基于轨道电缆传输的列控系统，是世界上首次实现连续速度控制模式的列控系统，技术上是成熟的。1965年在慕尼黑一奥斯堡间首次运用，德国已装备了2000km铁路线，1992年开通了西班牙马德里一塞维利亚47lkm高速线。LZB是1965年以前开发的系统。它利用轨道电缆作为车一地间双向信息传输的通道，另要轨道电路来检查列车占用，轨旁设备较多，给维修带来不便。LZB以地面控制中心为主计算制动曲线，车载信号设备智能化不够，与其它列控系统兼容比较困难。第六章 列车运行控制系统4、国内列车超速防护与速度监控系统LCF型列车超速防护系统LSK型列车速度分级控制系统LKJ-93/2000型列车运行监控系统第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统第一节 列车运行图和区间通过能力一、列车运行图列车行车时刻表通常以图解法来编制，即铁路列车运行图。列车运行图是铁路运输各业务部门工作的总计划，通过列车运行图，使得铁路这部庞大的联动机协调地、昼夜不停地运转，保证铁路运输工作的正常运行，列车运行图是铁路运输工作的综合计划。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统1、列车在区段内运行的速度1）技术速度（V技），它不包括列车沿途停站时间的平均速度：2）旅行速度（V旅），它包括列车在中间站沿途停站时间的平均速度：第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统技术速度反映线路平纵断面情况、机车质量、操纵水平、停站次数和信号制度的质量。旅行速度反映技术速度和运输组织工作的质量，也是加速机车车辆周转和尽快送达货物的关键问题，是一项综合指标。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统2、列车运行图的图解表示列车运行图是运用坐标原理来表示列车运行的一种图解形式。横线为站名线，纵坐标表示距离（S），横坐标表示时间（t），用竖直线划分时间等分。斜线表示列车的运行线。上斜线代表上行列车，下斜线代表下行列车，运行线的斜率反映列车速度。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统列车运行线与站名线交点，即为列车到达、出发或通过该车站的时刻。将横坐标以10分钟为单位用细竖线加以划分，半小时格用虚线表示，小时格用粗线表示，每天18时开始到次日18时为止。K1次次，8：00由A站出发，8：29分经过B站，8：39分到达C站停车,8：43分由C站发车，8：53分到达D站；K3次次：8：50由A站出发，9：09到达B站停车，9：18分由B站出发，9：35分到达C站停车，9：39分由C站出发，9：48分到达D。1202次：8：00由C站出发，8：14分到达B站停车，8：26分由B站出发，8：38分到达D站； T22次：8：56分由D站出发，9：03分经过C站，9：13分经过B站，9：22分到达A站。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统3、列车运行图的要素及其计算列车运行图的组成要素：列车区间运行时分；列车在中间站的停站时间；机车在机务段和折返段所在站的停留时间标准；列车在技术站、客货运站的技术作业过程及其主要作业时间标准；车站间隔时间；追踪列车间隔时间。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统1）列车在区间运行时分区间运行时分根据各种列车的规定重量及列车的容许速度、列车制动力、机车车辆的构造、线路情况等因素，由机务部门采用牵引计算和实际试验相结合的方法进行查定。区间运行时分通常按车站中心线或线路所通过信号机之间的距离计算。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统2）列车在中间站的停站时间（1）进行必要的技术作业；（2）客货运作业；（3）列车的会车和越行。3）机车在机务段和折返段所在站的停留时间标准机车在折返段所在站应办理的作业有：第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统（1）在到发线上的到达作业停留时间t到；（2）机车入库走行时间t入段；（3）机车在库内整备时间t整；（4）机车出库走行时间t出段；（5）在到发线上的出发作业，停留时间t发机车在折返段所在站作业时间等于上述五项之和。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统4）列车在技术站、客货运站的技术作业时间标准（1）在到发场内办理各种列车作业的时间标准；（2）在驼峰或牵出线上编组或解体列车的时间标准；（3）旅客列车车列在配属段、折返段所在站的停留时间标准；（4）货运站办理整列或成组装卸作业时间标准。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统5）车站间隔时间车站间隔时间是指车站连续办理两列车的到达、出发或通过作业所需要的最小间隔时间。取决于：（1）区间的行车闭塞方式；（2）信号和道岔的操纵方式；（3）接近车站的线路平纵断面情况；（4）办理作业的内容；（5）车站类型。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统6）列车追踪间隔时间在自动闭塞区段或设有线路所的非自动闭塞区段，凡一个站间区间内同方向有两列或两列以上的列车，以闭塞区间或所间区间相间隔运行，称为追踪运行追踪运行。追踪运行列车之间的最小间隔时间，称为追踪列车间隔时间追踪列车间隔时间，应保证后行列车进入所间区间或几个闭塞分区之前在一个制动距离以外看见前方信号在开放状态。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统二、区间通过能力1、区段通过能力在采用一定的机车车辆和行车组织方法的条件下，一个铁路区段按照它的各种固定设备（区间、车站、机务段设备、给水设备、电气化铁路的供电设备等）在一昼夜内所能通过的列车对数或列数，称为区段的通过能力。通过能力也可用车辆数或货物吨数表示。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统2、通过能力的三种不同概念1）需要通过能力2）现有通过能力3）设计通过能力3、通过能力的计算1）区间通过能力2）车站通过能力3）机务段设备和整备设备通过能力4）电气化铁路的供电设备的通过能力第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统第二节行车调度指挥系统一、行车调度指挥概述1、运输调度的基本任务铁路运输调度的基本任务是合理使用运输设备，保证完成运输生产任务及各项技术指标，保证车流正常分布。该系统主要通过制定计划安排运输生产，通过对运输生产状态的监督，掌握生产实际情况，及时发现问题并制定运输调整措施，以预防或消除运输生产过程可能或已经发生的困难。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统2、调度指挥的组织结构1986年开始，铁道部就陆续开始了撤消铁路分局的工作，铁路分局由62个减少到41个。从1996年开始，铁道部在南昌、呼和浩特、昆明、柳州、青藏铁路公司进行试点改革，摸索铁路局直管站段的工作模式，积累改革经验。2005年3月18日，铁道部撤消所有铁路分局，实行三级管理体制，由铁路局调度所直接对所辖站段进行调度指挥。后又大规模地对现有调度台进行合并和调整。经过一段时间的优化和调整，将原18个铁路局的九千多名调度员，减少到了五千四百多人，减幅达到44%。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统2、调度指挥的组织结构（续）铁道部铁路局基层站段；调度员车站值班员列车司机（车长）铁路局管辖范围内的线路按长短不同划分为若干区段，每区段设调度台，具体调度指挥每一列列车的运行及车辆甩挂车作业。铁路局按运行图制定调度生产计划和列车运行调整计划，下达给调度台，调度台的行调人员指挥基层站段行车人员和列车司机共同完成运输任务。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统3、调度指挥手段的沿革多年来一直靠一支笔、一把尺、一张纸和一部电话来指挥行车，效率低、劳动强度大、容易出错。DMIS（调度指挥管理信息系统）采用现代计算机技术、网络技术、通信技术及数据库技术，实现了全国铁路系统内有关列车运行、数据统计、运行调整及数据资料共享、自动处理和查询，提高了运输生产效率、改善了劳动条件，也提高了信号系统的技术、管理和维护水平。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统2005年铁道部体制改革，实行铁路局直接管理站段的三级调度体系，并将DMIS和TMIS（运输管理信息系统）结合，改称TDCS（列车调度指挥系统），实现了从“信息”系统向功能更强大的“指挥”系统的飞跃。TDCS实现了自动采集列车运行时刻、自动绘制列车实际运行图、车次号自动采集和跟踪，实现了调度从计划、命令下达、实际运输到统计分析等功能，大大减轻了劳动强度，提高了调度指挥的信息化程度。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统二、TDCS系统1、TDCS系统的层次1）铁道部调度指挥中心铁道部是调度指挥的最高管理层，该层TDCS系统由高性能服务器、调度工作站、网络设备、数据库等构成，在调度大厅内，设置有大屏幕投影显示墙，提供全路运输状况的宏观显示，监视各铁路局、主要干线、路局分界口、大型客站、编组站、枢纽、车站、区间的列车运行状态、运行统计数据、重点列车及车站的列车实际运行位置和站场显示状态。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统2）铁路局调度指挥中心铁路局调度直接指挥车站运行，是系统的核心层，该层由高性能数据库应用服务器、连接车站的通信服务器、调度工作站、网络设备、功能终端、数据库等构成。铁路局TDCS系统接收各站的现场行车信息、列车信息，下达指挥信息和计划信息（阶段计划、调度命令等），并向上级系统提供基础信息。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统3）基层信息采集系统车站为TDCS的基础信息采集处理层，它由车站TDCS采集分机、车站车务终端、网络设备构成。它从信号设备及其他设备上采集有关列车运行位置、列车车次输入校核及信号设备状态等相关数据，并将上述数据传送到铁路局，同时实现站间透明，自动生成车站运输统计报表。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统2、TDCS系统的主要功能1）车次号自动跟踪和无线车次自动校核（1）列车值班员、车站值班员能够从显示屏上连续、直观地看到列车运行的实际车次，实时了解各次列车的运行状况。（2）车次号由机车运行监控装置输入，TDCS自动逻辑跟踪。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统2）实现两个“透明”（1）区段透明：调度员对其所管辖的调度区段各自动闭塞分区、车站到发线运用情况一目了然，实现了调度员直接监督车站值班员按列车运行计划正确办理接发车作业，合理安排调车作业。（2）车站透明：车站值班员不仅了解本站的实际情况，还能了解相邻两端车站和区间自动闭塞分区的列车运行情况，以合理安排接发车作业和调车作业。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统3）调度命令、日班计划网络自动下达（1）日班计划自动下达值班主任利用TDCS模板生成日班计划，下达到调度台，调度台收到后，在本台生成阶段计划。再将日班计划下达到车站。全部由网络完成。（2）调度命令自动下达调度员将各类调度命令通过网络直接下达给各车站。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统4）列车运行自动采点列车到发车站时刻的自动采集，采点准确，传递及时。接车时，列车尾部驶过警冲标的时刻作为列车到点；发车时，列车头部驶过警冲标的时刻作为发车点。5）行车日志自动生成6）列车实际运行图自动生成第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统7）列车运行方案实时调整和网络下达列车运行调整方案是直接指挥行车的重要环节，调整方案的前提是有列车运行的变化情况与准确位置和时分，在此基础上与计划实时比较，然后根据约束条件实时提出当前所需要的运行调整方案。8）分界口透明显示和统计分析各铁路局相邻铁路线的分界处的火车站，被称“分界站”或“分界口”。分界口中心站相邻5个车站构成分界口TDCS第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统9）列车早晚点自动计算与运输指标自动统计可实时地与基本图定时分进行比较，计算早晚点时分，为统计列车正点率和运行方案调整提供基础数据。10）站场实际状况、列车运行实际状况再现铁路局、车站的各级管理部门能够随时对站场实际状况、列车运行实际状况进行再现和查询，对总结、分析、提高调度指挥水平和问题的事后分析及定责提供了依据。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统第三节调度集中与行车指挥自动化一、调度集中（CTC）1、定义调度集中是调度员通过调度集中设备直接控制所管辖范围内各车站上的道岔和信号，办理列车进路，组织和指挥列车的运行；并能在调度所内直接了解现场道岔、信号和列车运行的情况，是集调度指挥管理与控制于一体的调度指挥系统。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统2、调度集中系统的发展铁路行车调度指挥系统采用CTC已有漫长的历史。美国1927年开发了第一套CTC系统，以单线无人站为控制对象，以增加区间列车运行数为目标，到1955年所有干线基本实现了CTC化。欧洲（1943）、日本（1954）开始采用CTC系统，其目标是实现车站的无人化和经营的效率化。日本3.4万公里的铁路中，调度集中区段有2.6万公里；美国一个调度中心的控制范围可达7.2万公里；法国和加拿大的铁路也实现了综合调度指挥。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统我国开展CTC的研究已有40余年的历史，广深、大秦、郑武等线装备了CTC系统而没有开通或使用。我国新一代调度集中系统分散自律调度集中系统的研究和应用才刚刚起步。青藏线、胶济线等的分散自律调度集中系统已开始运营。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统3、传统调度集中系统存在的问题1）智能化程度不高调度员没能摆脱老三件，反而将车站值班员的既有工作内容加给了调度员，加大了工作强度；另外，摆脱不开对车站值班员的依赖，不能实现运输组织的根本变革。2）交接权频度过多只对列车进行集中指挥和控制，调车作业仍由车站完成，交接权过频，手续烦杂。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统3）车次号技术不成熟传统调度集中的车次号自动输入、自动校核、自动跟踪技术未能完全解决，影响了正常使用。4）可靠性水平不高技术落后、故障频发，系统可靠性、可用性低。5）无线通信手段不能满足要求以往的无线列调不能满足调度集中系统对列车进行直接指挥的要求。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统4、分散自律调度集中的主要特点1）是智能化系统智能化就是通过计算机软硬件技术，对实际运输生产中的调度指挥工作流程进行优化处理，并转化为计算机控制程序，使运输组织指挥达到智能化、自动化，最大程度的确保列车按图运行，安全正点运行，提高运输效率。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统2）是分散自律系统即“信息集中、控制分散”系统，各站设车站自律机，接收调度员下达的阶段调整计划自主执行；没有中心控制权和车站控制权之分，只有指令不同来源之分，不存在控制权的转换问题。3）不仅面向列车作业，同时解决调车作业问题既要完成对列车作业的集中控制，也要解决沿线车站调车作业的集中控制。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统4）不但适应有人车站也适应无人车站在配套子系统（无线通信、车次号校核、无线列调、列车编组顺序电子化等）到位的情况下，可在无客货作业的中间站实现行车、调车作业无人化。5）充分体现高可靠性采用冗余系统配置和高质量的软硬件产品，使系统可靠性达到先进水平；通过故障弱化措施，突破技术误区，提高系统可用性；通过维护专家系统，实现维护工作现代化。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统6）体现标准统一原则系统基本功能统一、网络结构统一、用户协议统一、系统软硬件平台统一、无线通信接口统一、车务人机界面统一等。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统5、分散自律调度集中系统功能1）实时监视站场信号设备和列车运行状态，实现站间和区段透明显示；2）追踪列车运行位置和到发时刻，自动描绘列车实迹运行图；3）利用计算机辅助编制和调整列车运行计划，实现调度指挥计算机化；4）通过系统网络向车站下达计划和调度命令；5）通过系统网络和无线通信向机车下达调度命令、调车作业单、行车凭证和进路预报等信息；第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统6）自动编制车站行车日志，生成运统2、3报表；7）追踪列车编组状态；8）遥控所有联锁设备按钮，具备列车、调车和非正常作业人工遥控功能；9）按照列车运行计划和车站站细，由自律机自动自主控制列车进路；10）按照调车作业计划，由自律机根据机车请求和列车运行状况，自动自主控制调车进路并对调车状况进行监控和报警；第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统11）实现维修作业的综合管理和远程登、销记；12）具有完备的网络安全防护功能；13）实现TMIS和DMIS的结合和信息交换。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统6、分散自律系统尚需解决的问题1）无人车站（指行车人员）非正常条件下的接发车作业问题，研究制定CTC条件下的安全保障体系。2）保证调度员与列车司机之间可靠通信联络问题。无线列调命令可视（行车凭证）、无线调车机车信号、列车接近预告、列车停稳、调车作业通知单无线传送等子系统对无线通信在传输速率、误码率和通信时间上都提出了更高的要求。第七章轨道交通调度指挥系统第七章轨道交通调度指挥系统二、行车指挥自动化行车指挥自动化是指以铁路现代化技术设备为基础，利用信息采集装置收集列车运行的实时信息，由计算机自动进行列车运行追踪和管理，并根据未来运输变化的需要，自动制定列车运行计划，合理配备牵引动力、车辆及乘务员，传达列车运行调整信息，自动完成调度监督，提供列车进路控制手段，自动进行列车运行实迹的统计和分析。第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统一、磁浮交通的优势1、磁浮列车和轨道的无接触特点使得它克服了传统轮轨铁路速度提高的主要障碍，发展前景广阔。传统高速轮轨极限300400km/h德国436km/h日本550km/h2、磁浮交通的超高速特性使得其在长大距离的客运交通体系中具有明显的竞争优势。第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统3、磁浮列车能耗低。日本研究与实际试验结果表明，在同为500公里/小时的时速下，磁浮列车每座位公里的能耗仅为飞机的1/3，比汽车小30%。据德国试验，当Transrapid磁浮列车时速达到400公里时，其每座位公里能耗与时速300公里的高速轮轨列车持平；而当磁悬浮列车时速也降到300公里时，它的每座位公里能耗可比轮轨铁路低33%。第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统4、磁浮列车安全、舒适，维护少。德国专家评价Transrapid系列磁浮列车的安全性是飞机的20倍，轮轨列车的250倍，公路系统的700倍。磁浮列车没有车轮和铁轨的接触，以及与受电弓的机械接触，展动小，舒适性好，其工作属于无磨损运行，维修主要集中在电子设备方面，不需大量体力劳动。第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统5、磁浮交通系统还具有占地少、无污染、噪音小、列车启动快、爬坡能力强等优点。第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统二、磁浮列车的悬浮与运行原理根据悬浮机理的不同，磁浮列车可以分为电磁式（EMS）和电动式（EDS）两种。1、电磁式悬浮原理电磁式磁浮列车是利用悬浮架两侧的可控直流电磁铁与导轨间的吸力来提升车体，利用车体上的导向电磁铁对轨道侧面产生侧向吸力对车辆进行导向。电磁式悬浮的典型代表是德国的Transrapid系列列车。其悬浮原理如下：第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统在悬浮电磁铁中通入直流电流，悬浮电磁铁与轨道中的铁芯之间产生电磁吸引力将车体浮起。为使电磁提升力和车体重量保持动态平衡，保证车体和轨道之间固定的悬浮气隙，必须不断的调整悬浮电磁铁中的电流。该类型悬浮的优点在于无论列车处于何种速度甚至是停车，均能保持车体悬浮状态，但这需要对悬浮和导向进行主动控制。第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统2、电动式悬浮原理电动式磁浮列车是利用了电磁感应原理在车载超导磁体和轨道侧壁线圈之间产生相互排斥的电磁力而使列车悬浮的。电动式悬浮的典型代表是日本的MLU型系列列车，其悬浮原理如下：磁浮列车在静止或低速运行时不能悬浮，必须依靠辅助轮支撑。此时，车载超导磁体的中心线与轨道侧壁“8”字形短路线圈中心线重合，“8”字形短路线圈中上下半部线圈感应的磁通相互抵消为零，因此在“8”字形短路线圈中无感生电流和悬浮力产生。第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统当列车运行达到一定速度收起支撑轮时，车载超导磁体下沉，超导磁体中心线偏离“8”字形短路线圈中心线，因而“8”字形短路线圈中上半部线圈感应的磁通减少，下半部感应的磁通增大。由楞次定律可知，上半部线圈感应的磁场方向与车载超导磁体的磁场方向相同，下半部线圈感应的磁场方向与车载超导磁体的磁场方向相反。同极相斥产生的推力会形成一个向上的分力，异极相吸产生的吸引力也会形成一个向上的分力，一推一拉形成磁浮车的悬浮力。列车运行速度越快，感应的磁场越强，悬浮力越大，直到把列车悬浮起来。起浮速度约为100150公里小时。悬浮和导向不需要主动控制。第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统3、磁浮列车运行原理两种磁浮列车的驱动均利用的是长定子同步直线电机原理：长定子线圈沿轨道铺设，当定子线圈接通三相交流电后，产生沿轨道方向的移动电磁场，转子线圈切割电磁场，产生感应电流，从而使转子线圈在定子电磁场中受电磁力作用。这样，转子线圈和定子线圈产生沿轨道方向的直线推力，牵引列车前进。牵引力的大小取决于定子磁场的强度、转子线圈的感应电流等因素。第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统4、电磁式导向原理电磁式悬浮列车的导向系统是在车辆侧面安装导向电磁铁，当列车运行发生左右偏移时，导向电磁铁与导向轨的侧面发生相互作用，产生一种排斥力，使列车恢复到正常位置。和导向轨侧面之间保持一定的间隙。当列车的运行状态发生变化时，比如运行在曲线或坡道时，列车控制系统通过控制导向电磁铁中的电流来保持侧向间隙，从而控制列车运行在正确的方向上。第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统5、电动式导向原理电动式悬浮列车的导向系统采用三种方式：（1）在车辆上安装机械导向装置实现列车导向。这种装置通常采用车辆上的侧向导向辅助轮，使之与导向轨侧面相互作用(滚动摩擦)以产生复原力，这个力与列车沿曲线运行时产生的侧向力相平衡，从而使列车沿着导向轨中心线运行。第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统（2）在车辆上安装专用的导向超导磁铁，使之与导向轨侧向的地面线圈和金属带产生磁斥力，该力与列车的侧向作用力相平衡，使列车保持正确的运行方向。这种导向方式避免了机械摩擦，只要控制侧向地面导向线圈中的电流，就可以使列车保持一定的侧向间隙。第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统（3）利用磁力进行导引的“零磁通量”导向系统。即沿线路中心线均匀地铺设“8”字形的封闭线圈，当列车上设置的超导磁体位于该线圈的对称中心线上时，线圈内的磁场为零；而当列车产生侧向位移时，“8”字形的线圈内磁场不为零，并产生一个反作用力以平衡列车的侧向力，使列车回到线路中心线的位置。第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统三、磁浮交通系统的组成磁浮交通系统一般由线路、车辆、牵引供电、运行控制系统等四个主要部分组成。1、线路系统线路，也就是列车走行的通路，它负责引导列车前进的方向，同时承受列车载荷并将之传至地基。磁浮交通系统的线路由上部结构和下部结构组成。第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统上部结构是用于连接长定子的精密焊接的钢结构或钢筋混凝土结构的支撑梁，下部结构为钢筋混凝土支墩和基础。磁浮线路中也包含道岔设备，磁浮道岔实际上是一根连续可弹性弯曲的钢梁，由液压或电动机械驱动道岔钢梁从直股转换到弯股，从而实现线路转向。与轮轨道岔不同的是，磁浮道岔是整个轨道梁一起移动，而轮轨道岔只动尖轨和心轨，基本轨保持不动。高速磁浮线路的轨道梁上铺设了直线电机的定子铁芯，用以控制列车的牵引和制动。第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统2、车辆系统车辆是高速磁浮客运系统中最重要的部分，包括悬浮架及其上安装的电磁铁、二次悬挂系统和车厢，此外还有车载蓄电池、应急制动系统和悬浮控制系统等电气设备。悬浮架的作用是装载电磁铁，并保证列车具有顺利通过曲线和坡道的能力。与悬浮电磁铁的安装相对应，车辆悬浮架的侧面用于安装导向电磁铁，其中部分位置用于安装涡流制动器。二次悬挂系统的作用是将车厢载荷传递给悬浮架，同时通过减震装置使车辆/线路界面间的振动传递到车厢之前得到衰减。车厢是乘客的直接载体。车载电气设备包括悬浮、导向、紧急制动、车载控制系统、照明、空调和车载电源设备等。第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统3、牵引供电系统牵引供电系统主要由供电、变流、馈电电缆、轨旁开关和直线电机长定子绕组等部分组成。牵引供电系统为磁浮列车提供运行所需要的动力。第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统4、运行控制系统运行控制系统是整个磁浮交通系统正常运转的根本保障。它包括所有用于安全保护、控制、执行和计划的设备，还包括用于设备之间相互通信的设备。磁浮运行控制系统是自动控制技术、计算机技术、网络通信技术、无线通信技术、数据处理技术以及检测技术的集成，在整个磁浮交通系统中占有非常重要的地位。第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统四、磁浮交通列车运行控制系统1、列控系统在磁浮系统中的作用运行控制系统则是整个磁浮交通系统的控制器，起到了大脑和神经中枢的作用它负责整个系统的运行指挥与安全防护，保证磁浮列车的安全、可靠和高速运行。因此，运行控制系统是磁浮交通系统的核心，它是磁浮交通安全运行的根本保障。第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统2、典型的磁浮交通运控系统1）德国磁浮运控系统（1）中央控制系统主要完成磁浮列车控制系统的人机交互，操作员通过终端系统发出磁浮列车的运行指令，控制列车按照设定的命令运行。终端系统能够实时的显示列车的信息和运行状态，包括运行速度和当前位置等。磁浮列车正常运行时，不需要驾驶员的干预，完全按照事先制定好的运行计划表全自动的运行，这也就是自动运行功能。除此之外，中央控制系统也具备在线诊断功能，能够实时诊断运控系统的部件和设备的故障信息，并进行快速定位。第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统（2）分区控制系统分区控制系统的核心功能是分区安全防护，该模块负责分析来自中央控制系统发来的与安全有关的命令，然后决定该指令是否符合安全要求，只有符合安全要求的指令才能得到执行。分区防护还包括对分区内道岔、进路和列车等的防护。分区控制系统对道岔的安全控制是通过分区道岔模块实现的，它将管理道岔的各种操作模式以及道岔的安全位置等。分区牵引切断功能实现对沿线牵引系统供电的安全切断。第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统（3）车载控制系统车载运行控制系统主要包括车载安全防护功能模块和车载传输模块两大部分。运行前，检查安全运行条件；运行时，进行列车测速、定位以及速度防护；列车超速或接到停车指令后，启动涡流制动，通知分区系统切断牵引供电，实现安全停车。车载传输模块负责车地信息的传输功能。第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统（4）通信网络系统运行控制核心网分区防护通信网车地无线通信网第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统2）日本磁浮运控系统（1）运输控制系统运输控制系统由中央运输控制系统、地区运输控制系统、车载运输控制系统组成，以完成对磁浮列车系统的运输调度指挥。磁浮列车通过运输控制系统实现自动运行。中央运输控制系统和地区运行控制系统根据运行图控制列车群，而车载运输控制系统则产生每个列车的运行模式曲线，通过控制电力变换器驱动控制装置，实现列车运行控制。第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统（2）安全控制系统安全控制系统由车站安全控制系统、站间闭塞控制系统、列车速度监控、列车状态监控、列车位置检测等部分组成，用以确保列车自动运行的安全。列车运行控制的范围是安全控制系统根据列车间距、地面进路状况、供电状态以及设备是否正常来决定的。在容许的控制范围内，列车运输控制系统可以自由的控制列车运行。安全控制系统除了对列车运行状况进行监控外，当检测到将会导致危险的异常情况时，优先启动安全制动控制使列车停车。第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统（3）驱动控制系统驱动控制系统由驱动控制管理、速度控制、电机同步控制和定子段供电开关控制等组成。驱动控制系统接收来列车运输控制系统的速度指令，由速度相位控制模块产生相应频率和相位信息控制电力变换器给推进线圈供电，控制列车按照预设的速度曲线运行。系统采用边界区开闭器来分割变电站、变更闭塞分区。第十章第十章 磁浮交通系统磁浮交通系统（4）通信网络系统通信系统通过交叉感应回线和漏泄电缆实现车地无线通信，有线通信采用光纤网。