闭塞与列控

闭塞与列控概论讲义第一讲区间闭塞1闭塞制式闭塞就是用信号或凭证，保证列车按照空间间隔制运行的技术方法。空间间隔制就是前行列车和追踪列车之间必须保持一定距离的行车方法。从各种不同的角度闭塞可以有各种不同的分类，总的来说，可分站间闭塞和自动闭塞两大类。1．1站间闭塞站间闭塞就是两站间只能运行一列车，其列车的空间间隔为一个站间。按技术手段和闭塞方法又可分为：电话闭塞、路签闭塞、路牌闭塞、半自动闭塞、自动站间闭塞。电话闭塞，《技规》把它作为一种最终的备用闭塞。路签和路牌闭塞在我国已经淘汰。半自动闭塞就是人工办理闭塞手续，列车凭信号显示发车后，出站信号机自动关闭的闭塞方法。其特征为：站间或所间只准走行一列车；人工办理闭塞手续；人工确认列车完整到达和人工恢复闭塞。自动站间闭塞就是在有区间占用检查的条件下，自动办理闭塞手续，列车凭信号显示发车后，出站信号机自动关闭的闭塞方法。其特征为：有区间占用检查设备；站间或所间区间只准走行一列车；办理发车进路时自动办理闭塞手续；自动确认列车到达和自动恢复闭塞。1．2自动闭塞自动闭塞就是根据列车运行及有关闭塞分区状态自动变换信号显示，而司机凭信号行车的闭塞方法。其特征为：把站间划分为若干闭塞分区，有分区占用检查设备，可以凭通过信号机的显示行车，也可凭机车信号或列车运行控制的车载信号行车；站间能实现列车追踪；办理发车进路时自动办理闭塞手续，自动变换信号显示。从保证列车运行而采取的技术手段角度来看，自动闭塞可分两大类：传统的自动闭塞和装备列车运行自动控制系统的自动闭塞。1．2．1传统的自动闭塞传统的自动闭塞一般设地面通过信号机，装备机车信号，保证列车按照空间间隔制运行的技术方法是用信号或凭证来实现的。传统的自动闭塞通常称自动闭塞，在此因为要与装备列车运行控制的自动闭塞以区分，故首次冠以传统的自动闭塞之称。目前，传统的自动闭塞一般适用于列车最高运行速度在l60km／h及以下，它可分为：三显示自动闭塞、四显示自动闭塞、多信息自动闭塞。其实四显示自动闭塞可含在多信息自动闭塞之中，因为当前用得较多故单独提出。三显示自动闭塞就是通过信号机具有三种显示能预告列车前方两个闭塞分区状态的自动闭塞。其特征为：通过信号机具有三种显示；能预告列车前方两个闭塞分区状态；分二个速度等级，一个闭塞分区的长度满足从规定速度到零的制动距离。四显示自动闭塞就是通过信号机具有四种显示能预告列车前方三个闭塞分区状态的自动闭塞。其特征为：通过信号机具有四种显示；能预告列车前方三个闭塞分区状态；分三个速度等级，二个闭塞分区的长度满足从规定速度到零的制动距离。多信息自动闭塞也称多显示自动闭塞，是对四显示及以上自动闭塞的统称。多于四显示时，往往地面通过信号机不具备多显示的条件，而以机车信号显示为主。《铁路信号名词述语》规定的定义是：三显示自动闭塞就是通过信号机具有三种显示，能预告列车前方两个闭塞分区状态的自动闭塞；四显示自动闭塞就是通过信号机具有四种显示，能预告列车前方三个闭塞分区状态的自动闭塞。确实通过信号机具有的显示数目是作为自动闭塞制式的唯一特征，在以地面信号机作为主体信号，且机车信号显示与地面信号机显示相符的情况下，这样的表述也是比较简单和容易理解的。实际上作为自动闭塞的制式，通过信号机具有的显示数目，只是其表征之一，并非唯一特征和标识。往往由于地面通过信号机显示数目不足或增加显示数目有困难、造价高等原因，而以机车信号显示(甚至用速度显示方式)来代替或补充，这样通过信号机具有的显示数目就不能作为识别自动闭塞制式的主要标识。所以本文给出的定义补充了基本特征。三显示自动闭塞中，黄灯是注意信号，表示运行前方有一个闭塞分区空闲，一个闭塞分区的长度能满足从规定速度到零的制动距离，可以越过黄灯后再开始制动。四显示自动闭塞中，绿黄灯是警惕信号，表示运行前方有两个闭塞分区空闲，两个闭塞分区的长度满足从规定速度到零的制动距离，可以越过绿黄灯后再开始减速；黄灯是限速信号，列车越过黄灯时必须减速至规定的限速值，不然就难以保证在下一个红灯前可靠停车。实际中往往有简化的情况，例如有这样的设计方案：基本速度等级分为三级：160～115～0km／h；两个闭塞分区的长度满足从规定速度到零的制动距离；为了少改动设备，地面通过信号机保留三显示，没有绿黄灯作为警惕信号，但机车信号的绿灯分L与L1，在见黄灯前第一架显示绿灯的信号机接近区段机车信号显示L1。机车信号L1实际上就是警惕信号，只是地面信号机省了一个警惕信号。这种自动闭塞制式究竟是三显示还是四显示，假若把符合三大特征的称为典型的标准型四显示自动闭塞，那么这种自动闭塞制式可称为简化的非标准型四显示自动闭塞，因为它除了地面信号机省了一个警惕信号外，其他四显示自动闭塞的基本特征它都有。1．2．2装备列车运行控制自动的自动闭塞列车运行自动控制系统(简称列控系统)保证列车按照空间间隔制运行的技术方法是靠控制列车运行速度的方式来实现的。运行列车间必须保持的空间间隔首先是满足制动距离的需要，当然还要考虑适当的安全余量和确认信号时间内的运行距离。所以根据列控系统采取的不同控制模式会产生不同的闭塞制式。列车间的追踪运行间隔越小，运输能力就越大。从闭塞制式的角度来看，装备列车运行控制自动的自动闭塞可分为三类：固定闭塞、准移动闭塞(含虚拟闭塞)和移动闭塞。称为准移动闭塞，说明它还不是移动闭塞，所以有时仍把它归人固定闭塞，准移动闭塞的名称在铁路上较少提，在城轨交通中常用，本文为说明问题，暂按分三类讲述。固定闭塞：列控系统采取分级速度控制模式时，采用固定闭塞方式。运行列车间的空间间隔是若干个闭塞分区，闭塞分区数依划分的速度级别而定。一般情况下，闭塞分区是用轨道电路或计轴装置来划分的，它具有列车定位和占用轨道的检查功能。固定闭塞的追踪目标点为前行列车所占用闭塞分区的始端，后行列车从最高速开始制动的计算点为要求开始减速的闭塞分区的始端，这两个点都是固定的，空间间隔的长度也是固定的，所以称为固定闭塞。当采用滞后型阶梯式控制模式时，需要增加一个闭塞分区作保护区段，所以运行列车间的空间间隔就大一点，如图1所示。准移动闭塞：准移动闭塞方式的列控系统采取目标距离控制模式(又称连续式一次速度控制)。目标距离控制模式根据目标距离、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，采用一次制动方式。准移动闭塞的追踪目标点是前行列车所占用闭塞分区的始端，当然会留有一定的安全距离，而后行列车从最高速开始制动的计算点是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定的。目标点相对固定，在同一闭塞分区内不依前行列车的走行而变化，而制动的起始点是随线路参数和列车本身性能不同而变化的。空间间隔的长度是不固定的，由于要与移动闭塞相区别，所以称为准移动闭塞。显然其追踪运行间隔要比固定闭塞小一些。一般情况下，闭塞分区是用轨道电路或计轴装置来划分的，它具有列车定位和占用轨道的检查功能。如图2所示。虚拟闭塞：是准移动闭塞的一种特殊方式，它不设轨道占用检查设备，采取无线定位方式来实现列车定位和占用轨道的检查功能，闭塞分区是以计算机技术虚拟设定的。如图3所示。移动闭塞：移动闭塞方式的列控系统也采取目标距离控制模式(又称连续式一次速度控制)。目标距离控制模式根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线，采用一次制动方式。移动闭塞的追踪目标点是前行列车的尾部，当然会留有一定的安全距离，后行列车从最高速开始制动的计算点是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定的。目标点是前行列车的尾部，与前行列车的走行和速度有关，是随时变化的，而制动的起始点是随线路参数和列车本身性能不同而变化的。空间间隔的长度是不固定的，所以称为移动闭塞。其追踪运行间隔要比准移动闭塞更小一些。移动闭塞一般采用无线通信和无线定位技术来实现。如图4所示。第二讲列控系统的速度控制模式2列控系统的速度控制模式列车运行自动控制系统ATC(AutomaticTrainControl)就是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。列车运行自动控制系统(简称列控系统)是保证列车按照空间间隔制运行的技术方法，它是靠控制列车运行速度的方式来实现的。在城市轨道交通领域中，列车运行自动控制系统ATC(AutomaticTrainControl)包括三个子系统：列车超速防护系统ATP(AutomaticTrainProtection)；列车自动驾驶系统ATO(AutomaticTrainOperation)；列车自动监控系统AT(AutomaticTrainSupervision)。目前我国城市轨道交通的信号系统大部分是引进国外技术和系统，所以列控系统及其子系统的应用和名称是与国际接轨的。在我国铁路领域中，目前列车自动驾驶系统ATO的应用尚未提到日程，所以不常提及。铁路列调车作业远比城市轨道交通复杂，调度监督系统使用的历史较长，运输调度指挥系统DMIS得到大力发展目前正在集中全力发展调度集中CTC，没有把CTC的功能归入ATC。列车超速防护系统ATP是列车运行自动控制系统ATC的核心组成部分，所以通常提及的列车运行自动控制系统ATC实际上是指列车超速防护系统ATP。以下介绍的列车运行自动控制系统ATC主要也是指列车超速防护系统ATP部分。从速度控制方式角度，对列车运行自动控制分为以下几种模式：2．1分级速度控制分级速度控制：以一个闭塞分区为单位，根据列车运行的速度分级，对列车运行进行速度控制。分级速度控制系统的列车追踪间隔主要与闭塞分区的划分、列车性能和速度有关，而闭塞分区的长度是以最坏性能的列车为依据并结合线路参数来确定的，所以不同速度列车混合运行的线路采用这种模式能力是要受到较大的影响。分级速度控制又分为阶梯式和分段曲线式。(1)阶梯式分级速度控制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。超前速度控制方式又称为出口速度控制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2．1上图所示，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，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合。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。滞后速度控制方式又称为入口速度控制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，进行滞后速度控制因为在每一个闭塞分区列车速度只要不超过给定的入口速度值，就不会碰撞滞后式速度控制线，考虑万一列车失控，在本闭塞分区的出口即下一闭塞分区的入口处的速度超过了给定的入口速度值，碰撞了滞后式速度控制线，即所谓撞墙，此时触发设备自动引发紧急制动，此时列车必然会越过第一红灯进入下一闭塞分区，如此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2．1所示，粗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细虚线为撞墙后的紧急制动曲线。从上述可知，阶梯式分级速度控制，只是对每一个闭塞分区的入口速度或出口速度进行控制，对列车速度的控制不是连续的，因此地对车载所需要的信息量是较少的，TVM一300系统地对车实时传输18个信息，设备相应简单些。(2)曲线式分级速度控制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2．2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