ATP子系统基本原理Word格式文档下载.docx
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三、ATP系统的主要功能
ATP系统应具有下列主要功能：
检测列车位置、停车点防护、超速防护、列车间隔控制（移动闭塞时）、临时限速、测速测距、车门控制、记录司机操作。
以数字音频轨道电路方式的ATP系统为例，ATP系统功能可分为ATP轨旁功能、列车检测功能（负责根据各轨道区段的“空闲”或“占用”情况，检测列车的位置）、ATP传输功能和ATP车载功能。
I．ATP轨旁功能
ATP轨旁功能负责列车安全间隔和生成报文，完成对列车安全运行授权许可的发布和报文的准备，这些报文包括安全、非安全和信号信息等。
ATP轨旁功能又分为列车安全间隔功能和报文生成功能。
（1）列车安全间隔功能
列车安全间隔功能负责保持列车之间的最小安全距离，还负责发出运行授权。
只有在进路已经排列，联锁功能中才发出列车运行授权，准许列车进人进路。
当前方列车仍在进路中时，可为后续列车再次排列进路。
由ATP轨旁功能发出的运行授权根据相应的安全停车点的选择和激活而定。
这些安全停车点的选定依赖于进路内轨道区段的状态。
安全停车点的位置在信号系统的设计中确定，这方面的信息保存在ATP轨旁设备中。
位置的选定是为了在各安全停车点以外提供一安全的距离。
在列车控制中，安全距离提供了差错的限度。
这样，在ATP监督下，列车绝对不可能发生通过危险点的情况。
（2）报文生成功能
从各种ATP轨旁功能里接收请求，完成整理数据、准备和格式化要传送到ATP车载设备的报文，并决定传输方向。
这样，生成经由每个轨道区段传输的报文，然后向车载设备发出报文。
传输的报文总是与受ATP控制的接近列车运行相反的方向馈入轨道电路。
报文由变量和包含在各变量中的数据结合而成，每个变量由下列三个来源编辑而成：
编人ATP轨旁单元的固定数据，包括速度限制；
可依据进路排列和轨道区段占用状态等，从有限的预设选项中选择的可转换数据；
ATS功能的可变数据，若没有该可变数据，可使用编人到ATP轨旁单元的缺省值。
报文的长度和内容会随环境状态的不同而变化。
列车进人一段轨道区段后，立刻会生成一连串专门报文。
除其他信息以外，报文还提供列车进人该区段的时间。
这个信息必须对距离同步。
这些报文由轨道区段的状态变化而引发，并持续数秒时间。
整理完所需数据，准备完报文之后，就会将报文转换为ATP车载设备要求的一种格式。
报文转换采用了必要的编码保护协议，它确保ATP车载设备能检测到报文的错误。
报文一旦完成格式化，就被传送到ATP传输功能。
2.ATP传输功能
ATP传输功能负责发出报文信号，包括报文和ATP车载设备所需要的其他数据。
音频轨道电路电流以二进制编码顺序调制。
当音频轨道电路显示轨道区段空闲，二进制编码顺序为音频轨道电路设备内预设的顺序。
当音频轨道电路显示轨道区段占用，二进制编码顺序为ATP报文产生功能生成相应的报文。
对于每个占用的音频轨道电路产生单独的报文。
就地对车传输而言，音频轨道电路电流必须由轨道区段末端，迎着列车运行的方向注人。
对双向运行的线路，送电点及传输方向必须根据列车的运行方向转换。
转换传输方向所需的信号由ATP轨旁功能中的报文发生功能发出。
在每个要求本地再同步化的地点，提供同步定位环线。
由未调制载波连续向环线供电，载频由单独的传送器发出。
同步定位环线发出感应信号在列车经过环线时可由ATP天线接收到。
环线在预定的间隔距离后交叉，感应信号以预定的模式发生相位变化，这种变化能被车载ATP车载设备识别。
这种模式用于ATP车载设备识别时间，即为车载接收天线经过已知环线点的时间。
以这种方式就能够达到满意的再同步。
ATP传输功能的输入是来自ATP轨旁功能的要传输的报文和相应选择传输方向的控制信号。
ATP传输功能的输出：
感应信号沿着整个轨道区段连续地传输信息；
信号利用钢轨作为传输天线，以合适的传输方向发出，且只包括报文数据；
感应信号利用同步定位环线作为传输天线传输间歇的信号，这个信号提供本地再同步的精确位置信息。
这些感应信号共享一个共同的传输媒体（即轨道同列车之间的空隙），因此它形成了一个在ATP车载设备内接收的单一信号组合。
3．ATP车载功能
ATP车载功能负责列车安全运行，并提供信号系统和司机间的接口。
车载功能由下列子功能组成：
ATP命令解码、ATP监督功能、ATP服务／自诊断功能，ATP状态功能、速度／距离功能，以及司机人机接口（MMI）功能。
（1）ATP命令解码
轨旁音频轨道电路将格式化的数据传送到车上，车载ATP设备要将报文解码，以实现各种ATP功能。
（2）ATP监督功能
ATP监督负责保证列车运行的安全。
各监督功能管理列车安全的一个方面，并在它自己的权限内产生紧急制动；
所有的监督功能，在信号系统范围内提供了最大可能的列车防护。
各种监督功能之间的操作是独立的，且同时进行。
ATP监督包括：
速度监督、方向监督、车门监督、紧急制动监督、后退监督、报文监督、设备监督等。
①速度监督功能
速度监督功能是超速防护的基础，是最重要的功能。
它由7个速度监督子功能组成，每个子功能选定一个专用的以速度为基准的安全标准。
各标准即为一个速度限制，这个限制速度可以是固定的，也可以根据列车的位置连续改变或阶梯式改变。
如果实际列车速度超过允许速度加上一个速度偏差值时，列车实施紧急制动。
该偏差值可以根据安全标准进行修改，并在系统设计时确定。
各种速度偏差值在选定后在ATP车载单元中编程。
a.RM速度监督
RM速度监督以限制列车速度达到低速值为目的，这个低速值（例如25km/h）适用于RM模式。
RM速度监督在RM模式中有效，它不用于任何其他模式。
限制速度是固定的（例如不考虑列车的位置），并在系统设计时确定。
这个确定值编程在ATP车载单元中。
b.最大列车允许速度的监督
最大列车允许速度的监督以限制列车运行速度到最大允许值（就车辆允许而言）为目的。
它在SM、ATO和AR模式中有效。
速度限制是固定的，它定义在ATP车载单元中。
c.停车点的监督
停车点的监督以保证列车停在停车点（不超过停车点）为目的。
在SM、ATO和AR模式中，每当前方列车占用的轨道区段内有安全或危险停车点，该监督都有效在RM模式中，该监督无效。
按照列车至停车点的距离，列车的速度限制连续地改变，并通过一条最终为零的制动曲线实施。
ATP车载单元计算一个零目标速度的制动曲线的基础为：
列车制动性能数据以及已经接收到报文数据中明确定义的线路坡度。
d.限制速度起始点的监督
限制速度起始点的监督保证列车在起始点就按照速度限制运行。
在SM、ATO和AR模式中，当前行列车占用区段内的速度限制始点存在时有效，在RM模式中无效。
从限速始点开始，限制速度随着距列车的距离而不断地变化，并通过一个最终为非零的制动曲线实施。
制动曲线由ATP车载单元计算。
e．进入速度监督
进人速度为列车进人前方下一轨道区段的最大允许速度，它考虑到：
下一轨道区段可能存在的任何停车点、可能存在的线路速度限制起始点、下个进人速度。
因而，进人速度是一种假设，用于避免定义精确的速度和目标的位置，它位于列车占用轨道区段前方以外，这样可以减少地对车传输数据的数量。
进入速度监督是保证列车速度同下一轨道区段的最大允许速度及以后的目标一致。
这个速度监督在SM,ATO和AR模式中有效，在RM模式中无效。
f.线路允许速度的监督
线路允许速度由列车头部占用轨道区段的线路允许速度和列车其他部分仍占用的其他轨道区段的线路允许速度决定。
线路允许速度是根据列车的运行位置改变的。
ATP车载单元通过使用报文里的线路速度数据，测量运行距离以及列车的长度来确定线路允许速度。
线路允许速度监督保证列车运行速度同其所在位置的线路允许速度监督一致，在SM，ATO和AR模式中有效，在RM模式中无效。
g.没有距离同步的监督
没有距离同步的监督是提供安全速度监督，这种监督是特殊情况下不能得到距离同步，而ATP车载设备准许在SM模式或ATO模式而不是RM模式中进行操作。
这种监督方式的情况很少出现。
距离同步的丢失是由于触发紧急制动时列车不处于稳定状态时，或者列车已经在线上运行时才打开ATP车载设备电源引起的。
只有当ATP车载单元接收到授权其使用的报文时，可以使用该功能。
此项授权限制在下列情况下使用：
列车运行不存在从相邻轨道电路产生邻线干扰的危险；
列车运行前方当前占用轨道区段无停车点；
使用在当前轨道区段的固定速度限制不小于以前轨道区段的任何速度限制。
如果没有发生上述情况中任何一种，则不允许ATP轨旁设备发出授权使用这项功能的报文，且列车必须在无信号移动许可的RM模式下运行。
速度监督功能的输人包括车载速度／距离功能中的列车现行速度和位置信息，以及服务／自诊断功能中的列车数据（例如列车最大允许速度）。
速度监督功能的输出：
向司机人机接口功能提供（通过列车总线）最大允许速度和列车速度警告；
向列车制动系统提供紧急制动命令；
向服务／自诊断功能提供列车数据、状态信息、处理和记录数据（包括紧急制动的使用），以及出错的信息。
②方向监督功能
方向监督功能的作用是监督列车在“反方向”运行中的任何移动，如果此方向的移动距离超过规定值，那么就会实施紧急制动。
“反方向”运行移动距离的监督是累计完成的，以便无论是单一的移动或是在几个短距离移动中交替地被“前行”的短距离移动中断。
在SM，ATO和AR模式中，必须连续具备方向监督功能；
如果列车正在运行，那么RM模式中也可以使用方向监督功能。
方向监督功能启动时在驾驶控制中不考虑选用的方向（“前行”、“反向”或“中间位置”），不论移动是由牵引动力引起的，或是在无动力时由斜坡的滑动造成的，不论移动是故意的或是偶然的。
如果列车“反方向”运行，列车的后部可能通过保护列车的危险点；
那么列车运行将占用为下一列车提供安全距离的轨道区段。
驾驶方向的监督是限制这种占用的扩展。
在定义一个安全距离时会考虑最大占用距离，因此任何反方向驾驶中剩余的移动不会对安全造成威胁。
定义安全距离时考虑到：
当列车在坡度较大的上坡道启动时，允许列车稍微向后滑动一点；
如果列车超过正确的停车位置，允许司机向反方向实施短距离移动。
选定的距离值在ATP车载单元中编程。
方向监督功能的输入来源于车载速度／距离功能的移动距离和移动方向。
方向监督功能的输出在列车制动系统使用紧急制动实施命令，在服务／诊断功能中紧急制动实施记录数据。
③车门监督功能
如果检测到列车在移动，而车门没有锁在关闭状态，车门监督功能就会实施紧急制动，除了被抑制，车门监督功能在所有驾驶模式中都有效如果列车移动超过一定的距离（例如0.3m），或者当列车以超过特定速度的速度运行（例如“ATP零速度”），当从车门接点没有接收到“全部车门关闭”信号时，列车实施紧急制动。
作为选择，当列车速度大于某特定值时（例如5km/h），禁止实施车门监督，这是为了避免假紧急制动的执行，这个假紧急制动可能是由车门接点的断续操作（振动）引起的。
在紧急情况下，当列车停稳，司机按压紧急车门按钮阻止了车门监督功能。
这使得在车门接点故障时，也可以移动列车。
当车门监督功能以这种方式被抑制时，司机必须完全负责并保证在随后运行阶段乘客的安全。
当从车门接点再次接收到“全部车门关闭”信号，车门监督功能自动恢复。
④紧急制动监督功能
紧急制动监督功能保证接收到紧急制动报文时在最短距离内停车。
在SM，ATO和AR模式中，紧急制动监督功能连续有效，在RM模式中无效。
在站台按下紧急停车按钮，紧急停车命令会立即生成。
紧急制动发生在超过最大允许速度值（加上规定的误差）时，或者按压位于车站的紧急按钮时。
紧急制动保存在故障存储器中。
借助服务与诊断计算机可以得到记录的数据。
出现下列情况之一时，ATP车载单元实施紧急制动：
超过速度曲线的允许速度；
超过车辆的最高允许速度；
位于站台的紧急制动按钮引起的紧急停车；
传输故障，运行超过10m和5s；
启动方向错误，车辆后退；
列车运行时打开车门；
ATP车载设备全面故障。
如果列车处于停稳的状态实施了紧急制动，此功能无效。
紧急制动是以故障一安全的方式触发的。
紧急制动总是引起列车停车，然后通知司机，可以通过执行RM模式来取消紧急制动，列车继续在限制人工驾驶模式下运行。
当列车经过两个音频轨道电路的分界时，进人ATP监督模式的操作。
但如果由ATP车载单元出现全面故障引起的紧急制动，列车只能在关断模式下运行。
外部触发的紧急制动监督功能是保证在ATP车载设备没有使用ATP车载单元的位置信息，而跟随一个外部触发的紧急制动（例如由司机发出的）的监督。
在所有驾驶模式中，这个功能都有效。
实施任何紧急制动时，由ATP车载单元发出的位置信息可能由于车轮打滑而失效。
当紧急制动由外部触发时，必须通知ATP车载单元，让它采取正确的措施防止使用可能出现的错误信息。
通过监督制动系统内的接点，会探测到外部触发的紧急制动，除非列车已经停稳。
’外部触发紧急制动会引起ATP车载单元自身触发紧急制动。
如果ATP车载单元不触发本身的紧急制动，就强迫ATO车载设备进人RM模式，直到再次达到距离同步以前，SM，ATO或AR模式的操作是不可能的。
外部触发紧急制动监督功能的输人来自列车制动系统发出的紧急制动实施的警报。
外部触发紧急制动监督功能的输出发给列车制动系统的紧急制动实施命令，发给服务／诊断功能的紧急制动实施记录数据。
⑤后退监督
后退监督功能防止列车后退时超过某特定的距离。
列车后退距离的累加减去几次短暂前行的距离不能超过规定的距离（3m）。
假如超过此距离列车将通过ATP实施紧急制动，确保列车不后退。
⑥报文监督功能
报文监督功能是监测从ATP传输功能接收到的报文。
如果检测出传输报文中断持续超过规定时间（如3s），或在这个期间列车运行超过一规定距离（一般为10m），报文监督功能会触发一个紧急制动。
这个功能在SM、ATO和AR模式中有效，但在RM模式中不起作用。
报文监督功能的输人是从车载速度／距离功能中得到的列车现在的位置、从ATP传输功能产生的报文。
报文监督功能的输出发给列车制动系统的紧急制动实施命令，发给服务／诊断功能的紧急制动实施记录数据。
⑦设备监督功能
设备监督功能是用来监控ATP车载设备的正常工作，确保当设备故障时的安全，列车不经检查是不允许运行的。
一旦ATP车载设备被检测出故障，就会启动紧急制动直到列车停下来。
此时司机使用故障开关强制关闭ATP功能，然后按照控制中心的指挥人工驾驶列车。
（3）ATP服务／自诊断功能
负责采集、存储、记录、调用列车数据、状态信息，为ATP监督提供服务，完成ATP车载设备的自诊断。
（4）ATP状态功能
ATP状态功能负责根据主要情况选定正确的状态和模式。
在列车有电的情况下，ATP车载单元可能处于三种状态中的一种：
激活的、待用的、备用的。
其中备用状态是暂时的状态。
在ATP车载单元负责监督列车时．使用激活状态。
ATP车载单元监督列车的责任，取决于其中一个相关驾驶控制台的状态（“关”或“开”）。
如果两个驾驶控制台的缴一个是“开”的状态，那么ATP在RM、3M或ATO模式中进行的操作取决于ATP状态功能。
当ATP车载单元不负责监督列车时，使用等待状态。
在列车得到电源但却没有插人钥匙的情况下，即刻出现待用状态。
备用状态只是暂时的状态，当钥匙插人任何一列列车的驾驶室时，立即执行启动自检测，完成后更换为激活或待用状态。
（5）车门释放功能
车门释放功能保证当显示安全时允许打开车门，在所有的信号模式中可以连续使用此功能。
在满足下列条件时可得到车门释放指令：
列车已停在带非安全停车点的预期停车窗内；
非安全停车点对应于列车长度；
ATP车载单元接收到许可打开车门的报文。
根据站台的布置，车门释放可以在列车的任意一侧或两侧。
在特殊情况下（例如列车停在预期停车窗以外），列车停稳时司机可按下车门紧急按钮，不用考虑上述条件就可得到车门释放命令，允许列车车门的打开。
当以这种方式得到车门释放时，司机必须完全负责车门的安全操作。
在特定条件不再适用，或在紧急开门按钮给出释放的情况下，当从车门接点接收到“全部车门关闭”信号，列车开始启动（例如：
列车速度超过ATP零速度），车门释放终止。
车门释放功能的输人源于：
车载速度／距离功能的现行速度和位置、列车长度、ATP传输功能的许可车门打开的报文、紧急车门按钮。
车门释放功能的输出向ATO功能和司机人机接口功能发出车门释放指示，向车门控制发出车门释放许可。
（6）速度／距离功能
速度／距离功能基于测速单元的输人，负责测定列车的运行速度、运行距离和运行方向。
对于采用数字音频轨道电路的ATC系统，距离是根据各轨道电路的始端来测量的，并通过使用测速单元的输人和固定数据（车轮直径）来确定。
计算距离准许车轮直径、脉冲发生和车轮砧着／打滑而造成的误差。
速度／距离功能接收测速单元的输人，将当前读数的脉冲计数与先前读数和部分计算出的运行距离进行比较。
这些部分距离被累加后提供一个确切的运行距离。
通过对特定时间间隔距离部分的累加，测速功能可以确定列车的实际运行速度。
在系统设计中根据要求可提供更高的速度灵敏度，累加距离部分的时间间隔是可设置的。
从测速单元的输人提供一个渐增或渐减的脉冲计数，这个脉冲计数是测速单元根据列车移动的方向给出的。
通过对当前读数与先前读数的比较，速度／距离功能可以确定列车的运行方向。
速度／距离功能的输入：
从测速单元中获得的读数，从安全数据入口功能中获得的车轮直径数据。
速度／距离功能的输出通过列车总线用于其他ATP车载功能，ATO功能和司机人机接口功能中。
（7）距离同步功能
ATP轨旁功能记录音频轨道电路的占用情况（这个信息由列车检测功能提供），然后ATP轨旁功能向列车传送有关在报文中音频轨道电路占用经过时间的信息。
这个时间考虑到包括允许检测、列车检测功能相关的传输延误、地对车传输相关的处理和传输延误在内的余量。
一接收到ATP轨旁功能的同步化信息，距离同步化功能就通过计算在报文中消逝时间内列车运行的部分距离来计算列车前方的位置。
计算包括列车前方位置相对于第一个轮轴的调整、检测报文中延误的偏离值。
距离同步功能的输人来自ATP轨旁功能的同步化信息。
距离同步化功能的输出通过列车总线送至其他ATP车载子功能和ATO、司机人机接口功能中。
（8）本地再同步化功能
对于列车位置高精度要求，提供本地再同步化（例如停车窗和车门释放监督）。
这是通过使用预定的同步基准点（同步定位环线的交叉点）实现的。
由列车检测的同步基准点，预计位于列车已知的距离窗内，并假定列车距离的测量误差在规定限制范围以内。
一旦达到第一个同步基准点，就会精确地知道列车的位置。
在某种程度上，交叉模式的选定是由于停车点已足够地接近交叉点因而达到了所需的精度。
本地再同步功能的输人来自报文接收／同步定位环线检测功能的同步定位环线检测。
本地再同步功能的输出提供当前音频轨道电路内再同步当前位置，使得至其他ATP车载子功能和ATO功能成为可能。
（9）报文接收／同步定位环线检测功能
报文接收／同步定位环线检测功能的一个作用是从ATP轨旁功能接收、解码报文信号。
通过安装在前方列车驾驶室底部的接收天线接收报文。
当ATP车载单元一打开，此功能对各有效传输频率进行搜索，直到它识别出基于接收信号幅值的、当前列车所在的音频轨道电路使用的频率。
一旦该频率形成且接收到报文，下一音频轨道电路的音频就会从报文数据中确定。
如果报文接收功能确定在传输中出现错误，会以无效而拒收报文。
在特定时间/距离之内若没有接收到有效报文，就会触发紧急制动功能。
报文接收／同步定位环线检测功能的另一个作用是在轨道中检测同步定位环线。
检测到同步定位环线的时间很重要，它用于列车定位本地再同步中。
报文接收功能的输人来自折返功能的当前轨道电路频率以及ATP轨旁功能的报文。
报文接收功能输出报文数据，同步定位环线检测功能的输出至本地再同步功能。
（10）司机人机接口（MMI）功能
MMI提供信号系统与司机的接口。
MMI向司机显示实际速度、最大允许速度，以及ATP设备的运行状态。
另外显示列车运行时产生的重要故障信息，在某些情况伴有音响警报（例如超过了最大允许速度）。
显示信息的类型和范围取决于设备的操作规程和ATP设备的配置。
司机人机接口功能包括司机显示功能和司机外部接口。
①司机显示功能
司机显示功能向司机提供驾驶列车时所需的全部信息，包括：
实际速度；
允许速度（只在SM,ATO和AR信号模式中）；
从最大限制的ATP功能条件下推算出的目标距离／速度；
“驾驶状态”（即在牵引、惰行和制动方式下的移动）；
“运行模式”（RM,SM,ATO或AR模式）；
列车折返运行（在AR模式有效时显示，也在AR按钮按下时显示确认）；
列车停在预定停车窗以外；
车门状态显示；
向司机提供列车车门打开一侧的显示；
关门指令；
出站命令；
车辆段显示（列车在车辆
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