列车自动控制系统
列车自动控制（automatic train control，ATC）系统是城市轨道交通列车的核心技术，也是城市轨道交通信号系统最重要的组成部分，如图1-23所示。它实现了行车指挥和列车运行自动化，最大限度地保证了列车运行安全，提高了运输效率，发挥了城市轨道交通的通过能力。
图1-23 列车自动控制系统
1.ATC系统
列车自动控制系统是对列车运行的全过程或部分作业实现自动控制的系统，是通过获取地面信息和命令来控制列车运行，并及时调整与前行列车之间必须保持的距离，以保证列车按照空间间隔制运行的技术方法。
（1）ATC系统的组成。ATC系统由列车自动防护（automatic train protection，ATP）系统、列车自动驾驶（automatic train operation，ATO）系统和列车自动监控（automatic train supervision，ATS）系统三个子系统组成，简称“3A”子系统。各子系统之间相互支持，实现对列车的控制，保障列车行驶的安全和运输效率的提高。
ATC系统设备分布于控制中心、车站、轨旁设备及列车中。ATC列车自动控制系统框图如图1-24所示。
图1-24 ATC列车自动控制系统框图
（2）ATC系统的功能。ATC系统包括5个基本功能：ATS功能、联锁功能、列车检测功能、ATC功能和列车识别（positive train identification，PTI）功能。
①ATS功能。ATS功能可自动或人工控制进路，进行行车调度指挥，并向行车调度员和外部系统提供信息。ATS功能主要由位于控制中心（operating control center，OCC）内的设备来实现。
②联锁功能。联锁功能响应来自ATS功能的命令，在满足安全准则的前提下，管理进路、道岔和信号的控制，将进路、轨道电路、道岔和信号的状态信息提供给ATC系统。联锁功能由分布在轨旁的设备来实现。
③列车检测功能。列车检测功能一般由轨道电路或相应的计轴设备等装置完成。
④ATC功能。在联锁功能的约束下，根据ATS的要求实现对列车运行的控制。ATC功能有3个子功能：ATP/ATO轨旁功能、ATP/ATO传输功能和ATP/ATO车载功能。ATP/ATO轨旁功能负责列车间隔控制和报文生成；ATP/ATO传输功能负责发送感应信号，包括报文和ATC车载设备所需的其他数据；ATP/ATO车载功能负责列车的安全运营、列车自动驾驶，并且为信号系统和列车司机提供接口。
⑤列车识别功能。PTI功能通过多种渠道传输和接收各种数据，在特定的位置传给ATS，向ATS报告列车的识别信息、目的号码、乘务组号和列车位置数据，优化列车运行。
（3）ATC系统的分类。城市轨道交通ATC，按闭塞制式可以分为固定闭塞式ATC、准移动闭塞式ATC和移动闭塞式ATC，按通信方式可以分为点式ATC和连续式ATC。
2.ATC的子系统
（1）ATP子系统。ATP子系统是保证行车安全、防止列车进入前方列车占用区段和防止列车超速运行的设备。ATP子系统不断将来自联锁设备和操作层面上的信息、线路信息、前方目标点的距离和允许速度信息等从地面通过轨道电路等传至车上，从而由车载设备计算得到当前允许的速度，或由行车控制中心计算出目标速度传至车上，由车载设备测得实际运行速度，依此来对列车速度实行监督，使之始终在安全速度下运行。当列车速度超过ATP装置所指示的速度时，ATP车载设备就发出制动命令，使列车自动制动；当列车速度降至ATP所指示的速度以下时，可自动缓解。
①ATP子系统的组成。ATP子系统主要由3个部分组成，即用以实现控制列车运行的车载设备、用以产生控制信息的轨旁设备、轨旁与车载两方互通信息的中间传输通道。ATS子系统负责监督和控制ATP子系统，联锁系统和轨道空闲检测装置为ATP提供基层的安全信息，ATP的控制对象是列车。
ATP子系统的车载设备主要包括车载主机、司机状态显示单元、速度传感器、列车地面信号接收器、列车接口电路、电源和辅助设备等。
ATP子系统的核心设备安装在列车上，但是它所需要的主要信息都来自轨旁设备。根据城市轨道交通信号系统的不同制式，列车自动防护系统轨旁设备可以设置点式应答器、轨道电路或计轴器，向列车传递有关信息。安装在列车上的设备接收并处理这些信息。
②ATP子系统的功能。ATP子系统主要有以下功能：
a.速度监督与超速防护。
b.测速与测距。
c.车门与站台安全门的控制。
d.列车检测。
e.停车点防护。
f.提供人机界面（man machine interface，MMI）。
g.折返/改换驾驶室。
（2）ATO子系统。ATO子系统主要用于实现“地对车控制”，即利用地面信息实现对列车驱动、制动的控制，包括列车自动折返，根据控制中心指令自动完成对列车的启动、牵引、惰行和制动，送出车门和站台安全门开关信号，使列车以最佳工况安全、正点、平稳地运行。
ATO子系统实现列车自动驾驶，需要ATP和ATS子系统提供支持。ATP向ATO提供列车运行的速度、线路允许速度、目标速度和目标距离，以及列车当前所处位置等基本信息；ATS向ATO提供列车运行作业和运行计划。
①ATO子系统的组成。ATO子系统由轨旁设备和车载设备组成。
ATO轨旁设备通常也用作ATP轨旁设备，接收与列车自动运行有关的信息。地面信息接收、发送设备和轨道环线都属于ATO轨旁设备。这些轨旁设备，如点式应答器、轨道电路能够接收来自列车ATO车载天线发送的信息，也能够把ATS有关信息通过轨道环线或其他轨旁设备发送到列车上，由列车ATO车载设备进行接收并处理。地面信息接收、发送设备通常安装在线路旁，但是其调谐控制部分通常安装在信号设备室内，轨道环线则安装在线路上。
ATO车载设备由设在列车每一端司机室内的ATO车载控制器（包括司机控制台）、安装在列车每一端司机室车体下的两个ATO接收天线和两个ATO发送天线组成，还包括ATO附件，这些附件用于测量速度、定位和给司机提供接口。ATO车载设备通常和ATP车载设备安装在一个机架内。
②ATO子系统的功能。ATO子系统的功能分为基本控制功能和服务功能。
基本控制功能包括自动驾驶、自动折返、自动控制车门开闭等功能。自动驾驶又包含自动调整列车运行速度、停车点的目标制动、从车站自动发车、区间内临时停车等。
服务功能包括列车位置功能、允许速度功能、巡航/惰行功能、PTI支持功能等。
（3）ATS子系统。ATS子系统主要用于实现对列车运行及所控制的道岔、信号等设备运行状态的监督和控制，为行车调度人员显示出全线列车的运行状态，监督和记录运行图的执行情况，在列车因故偏离运行图时及时做出调整，辅助行车调度人员完成对全线列车运行的管理。
ATS在ATP和ATO子系统的支持下，根据运行时刻表完成对全线列车运行的自动监控，可自动或由人工监督和控制正线（车辆段、停车场、试车线除外）列车进路，并向行车调度员和外部系统提供信息。
①ATS子系统的组成。ATS子系统由控制中心设备、车站设备、车辆段设备、PTI设备及列车发车计时器等组成。
a.控制中心设备。控制中心设备是ATS的核心，用于状态表示、运行控制、运行调整、车次追踪、时刻表编制、运行图绘制、运行报告、调度员培训、与其他系统对接等。ATS控制中心设备主要包括中心计算机系统、综合显示屏、调度员和调度长工作站、运行图工作站、培训/模拟工作站、绘图仪、打印机、维修工作站、局域网、不间断电源（uninterruptible power supply，UPS）及蓄电池。控制中心设备组成如图1-25所示。
图1-25 控制中心设备组成
b.车站设备。车站设备由ATS分机及车站现场控制工作站组成。c.车辆段设备。车辆段设备由ATS分机及车辆段终端组成。
d.PTI设备。PTI设备是ATS车次识别及车辆管理的辅助设备，由地面查询环路和车载查询器组成。
e.列车发车计时器（train depart timer，TDT）。TDT设备设于各站，为列车运行提供车站发车时间、列车到站晚点情况的时间指示，提示列车按计划时刻表运行。
②ATS子系统的功能。ATS子系统具有下列主要功能：列车运行情况的集中监视和跟踪；列车运行的自动记录；时刻表自动生成、显示、修改并优化；自动排列进路，按行车计划自动控制道旁信号设备以接发列车；列车运行自动调整；列车运行和设备状态自动监视；调度员操作与设备状态记录、运行数据统计及报表自动生成；运输计划管理、输出及统计处理；实现沿线设备及列车与控制中心之间的通信；列车车次号自动传递；车辆修程及乘务员管理；系统故障复原处理；列车运行模拟及培训；乘客向导信息显示。