城市轨道交通信号系统学习笔记（一）信号系统的特点

　　城市轨道交通（包括地铁和轻轨）是现代化都市的重要基础设施。它安全、迅速、舒适、便利地在城市范围内运送乘客，最大限度地满足市民出行的需要。在城市各种公共交通工具中，具有运量大、速度快、安全可靠、污染低、受其他交通方式干扰小等特点。对改变城市交通拥挤、乘车困难、行车速度下降是行之有效的。
　　而城市轨道交通系统的安全、速度、输送能力和效率与信号系统密切相关，以速度控制为基础的列车自动控制（Automatic Train Control,ATC）系统已成为城市轨道交通信号系统的共同选择。信号系统实际上已成为城市轨道交通调度指挥和运营管理的中枢神经，选择合适的信号系统，可以带来良好的经济效益和社会效益。

一、城市轨道交通的特点

　　1.城市轨道交通有别于城市道路交通的特点
　　相较于城市道路交通，城市轨道交通具有以下无可比拟的优势：
　　（1）容量大
　　地铁单向运送能力可达30000 ~70000人次/时，轻轨可达10000 ~30000人次/时，而当前大多数公共汽车、电车系统的运送能力大约在8000人次/时。所以在运载能力方面，城市轨道交通表现更为出色。在客流密集的城市建设城市轨道交通系统可有效的帮助客流集散，缓解交通压力。
　　（2）运行准时
　　城市轨道交通有自己的专用线路，与道路交通相隔离，不受其他交通工具的干扰。不会出现交通阻塞而延误运行时间，可保证乘客准时、迅速地到达目的地。
　　（3）安全
　　城市轨道交通建于地下或高架，即使在地面也与道路交通相隔离，与其他交通工具无相互干扰。除较大的自然灾害或意外，运行安全往往有充分的保障。
　　（4）利于环境保护
　　城市轨道交通通常采用电力牵引，无尾气释放。噪声小，污染轻，对城市环境不造成破坏。
　　（5）节约土地资源
　　城市轨道交通多建于地下或高架，即使在地面其占地空间也十分有限。充分利用了城市空间，节约了宝贵的城市土地资源。
　　但是，相较于城市道路交通，城市轨道交通依然存在一定的局限，如建设费用高（正线建设费用通常在数亿元/公里），建设周期长，技术含量高，建设难度大；一旦遇到较大的自然灾害，乘客疏散困难，容易造成人员踩踏事件；建成后难以迁移，无法机动地调整线路和设置站点；运输组织工作远比其他地面交通方式复杂等等。

　　2.城市轨道交通有别于铁路的特点　
　　城市轨道交通和铁路虽然同属于轨道交通系统，但其仍有以下许多不同之处：
　　（1）运营范围
　　城市轨道交通运营范围主要局限在城市市区及郊区，往往只有几十千米，而铁路通常纵横数千千米，并且连接城乡。
　　（2）运行速度
　　城市轨道交通因在城市范围内运行，站间距离短，列车运行速度通常不超过80km/h（快线不超过120km/h）。而铁路的运行速度较高，通常从100~300多km/h不等。
　　（3）服务对象
　　城市轨道交通的服务对象单一，只有市内客运服务。而铁路可提供客运、货运与客、货混运。　　
　　（4）线路与轨道
　　城市轨道交通大部分线路建于地下或高架，均为双线，各线路之间一般不过线运营。正线通常采用9号道岔，车辆段采用7号道岔，这些都与铁路有异（铁路是啥，我也不知道。哈哈）。另外城市轨道交通还有铁路没有的跨坐式和悬挂式。
　　
　　注释：通常所讲的道岔号标准称呼叫辙叉号数，这个号数可不是随便排列的，它实际上代表了辙叉角（a）的余切值，也就是辙叉心部分直角边FF和AE的比值，即N=cota=FE/AE，而N的值就为道岔号。
　　显而易见，辙叉角a越小，N值就越大，导曲线半径也越大，列车侧线通过道岔时就越平稳，允许过岔速度也就越高。所以采用大号道岔对于列车运行是有利的。但道岔号数越大，道岔就越长，造价自然就高，占地面积也多得多。因此，采用什么号数的道岔要因地制宜，因线而异。（参考自轨魅网）

　　（5）车站
　　城市轨道交通一般的车站多为正线，多数车站轨道也没有道岔，换乘站多采用立体式换乘。而铁路的车站通常有数量不等的道岔及股道，有较复杂的咽喉区，换乘也多采用平面式换乘。
　　（6）车辆段
　　城市轨道交通的车辆段不同于铁路的车辆段只有车辆检修的功能，而是类似于铁路的区段站，要进行车辆检修、停放以及大量的列车编解、接发车和调车作业。　　　
　　（7）车辆
　　城市轨道交通采用电动车组，没有铁路那样的机车和车辆的概念，也没有众多类型的车辆。
　　（8）供电
　　城市轨道交通的供电包括牵引供电和动力照明供电，牵引供电均为直流电牵引，没有非电气化铁路的说法。相较于铁路，城市轨道交通的动力照明供电尤为重要，一旦供电中断，城市轨道交通系统将陷入整体瘫痪状态。
　　（9）通信信号
　　城市轨道交通列车密度高，行车间隔短，普遍采用列车自动监控（Automatic Train Supervision，ATS）和列车自动运行（Automatic Train Operation，ATO）方式。为了迅速、准确、可靠地传递信息，城市轨道交通系统建有自成体系的独立完整的内部通信网。
　　（10）运营管理
　　城市轨道交通运营条件十分单纯，除了进、出段和折返外，没有越行，没有交汇，正线上一般没有调车作业，易于实现自动监控。

二、城市轨道交通对信号系统的要求

　　城市轨道交通，尤其是地下铁道因其固有的一些特点，对信号系统会有以下要求：
　　（1）安全性要求高
　　因城市轨道交通尤其是地下部分隧道空间小，行车密度大（甚至会达到间隔只有90s），故障排除难度大，若发生事故难以救援，损失将会非常严重。所以对行车安全的保证，即对信号系统提出了更高的安全要求。
　　（2）通过能力要大
　　城市轨道交通一般不设站线，进站列车均停在正线上，先行列车停站时间直接影响后续列车接近车站，所以要求信号设备必须满足通过能力的要求。另一方面，不设站线使列车正常运行的顺序是固定的，有利于实现行车调度自动化。
　　（站线（station track）是指在铁路车站范围内，除正线以外的其他铁路线路的统称。）
　　（3）保证信号显示
　　城市轨道交通虽然地面信号机少，地下部分背景暗，且不受天气影响，直线地段瞭望条件好。但曲线地段受隧道壁的遮挡，信号显示距离受到限制，所以在非ATP/ATO控制情况下保证信号显示同样是一个重要问题。
　　（4）抗干扰能力强
　　城市轨道交通均为直流电力牵引，要求信号设备对其有较强的抗电气化干扰能力。
　　（5）可靠性高
　　由于城市轨道交通隧道净空小，且装有带电的牵引接触网或接触轨，行车时不便下洞维修和排除设备故障，所以要求信号设备具有高可靠性，应尽量做到平时不维修或少维修。
　　注释：接触轨，是为车辆专门供电的“第三轨”。车辆通过集电装置与接触轨接触取电，接触轨外设有防护罩保障安全。根据接触面的位置不同，可分为上部授流、下部授流和侧部授流接触轨。目前，接触轨供电多采用750伏电压，也有部分采用1500伏电压。
　　（6）自动化程度高
　　城市轨道交通站间距短，列车密度大，行车工作十分频繁，而且地下部分环境潮湿，空气不佳，没有阳光，工作条件差。所以要求尽量采用自动化程度高的技术设备，以减少工作人员，并减轻他们的劳动强度。
　　（7）限界条件苛刻
　　城市轨道交通的室外设备及车载设备受土建限界的制约，要求设备体积小，同时必须兼顾施工和维护作业空间。

三、城市轨道交通信号系统的特点

　　城市轨道交通的信号系统沿袭铁路的制式，但由于其自身的特点，与铁路的信号系统有一定的区别。城市轨道交通信号系统的特点是：
　　(1)具有完善的列车速度监控功能
　　城市轨道交通所承担的客运量巨大，对行车间隔的要求远高于铁路，最小行车间隔达到90s，因此对列车运行速度监控的要求极高。
　　(2)联锁关系较简单但技术要求高
　　城市轨道交通的大多数车站没有配线，不设道岔，甚至也不设地面信号机，仅在少数有岔站及车辆段才设置道岔和地面信号机，故联锁设备的监控对象远少于铁路车站的监控对象，联锁关系远没有铁路复杂。除折返站外全部作业仅为乘客乘降。通常一个控制中心即可实现全线的联锁功能。
　　注释：联锁是指为了保证铁路车站行车和调车作业的安全，在信号机、道岔和进路之间通过技术手段建立的相互制约关系。实现这种关系的设备称联锁设备。联锁设备除了保证作业安全外，还有提高作业效率和降低劳动强度等作用。按联锁机具的设置不同分为非集中联锁和集中联锁两大类。集中联锁按使用的器件不同又分为机械集中联锁、电气集中联锁、计算机联锁等。
　　（3）车辆段独立采用联锁设备
　　城市轨道交通的车辆段类似于铁路区段站的功能，包括列车编解、接发列车和频繁的调车作业。因线路较多，道岔较多，信号设备较多，一般独立采用一套联锁设备。
　　（4）由于城市轨道交通的线路长度短，站间距离短，列车种类较少，行车规律性很强，因此它的信号系统中通常包含自动排列进路和运行自动调整的功能，自动化程度高，人工介入极少。