列车自动驾驶ato(一)
列车自动控制系统(ATO)
轨道交通信号系统是保证列车运行安全，【列车自动驾驶ato】
实现行车指挥和列车运行现代化，提高运输效率的关键系统，由列车自动控制系统（Automatic Train Control，简称ATC）组成。【列车自动驾驶ato】
ATC系统共分三个子系统，分别是列车自动行车监控系统（ATS）、列车自动运行系统（ATO）、列车自动防护子系统（ATP），三个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，实现地面控制与车上控制结合、现地控制与中央控制结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的列车自动控制系统。
其中ATS系统由控制中心、车站、车场以及车载设备组成。ATS系统在ATP系统的支持下完成对列车运行的自动监控，实现以下基本功能。
1.通过ATS车站设备，能够采集轨道旁及车载ATP提供的轨道占用状态、进路状态、列车运行状态以及信号设备故障等控制和监督列车运行的基础信息。
2.根据联锁表、计划运行图及列车位置，自动生成输出进路控制命令，传送至车站联锁设备，设置列车进路、控制列车停站时分。
3.列车识别跟踪、传递和显示功能。系统能自动完成正线区段内列车识别号（服务号、目的地号、车体号）跟踪，列车识别号可由中央ATS自动生成或调度员人工设定、修改，也可由列车经车—地通信向ATS发送识别号等信息。
4.列车计划与实际运行图的比较和计算机辅助调度功能。能根据列车运行实际的偏离情况，自动生成调整计划供调度员参考或自动调整列车停站时分，控制发车时间。
5.ATS中央故障情况下的降级处理，由调度员人工介入设置进路，对列车运行进行调整，由ATS车站完成自动进路或根据列车识别号进行自动信号控制，由车站人工进行进路控制。
6.通过显示终端，能对轨道区段、道岔、信号机和在线运行列车等进行监视，能在行调工作站上给出设备故障报警及故障源提示。
在轨道交通调度指挥中心，整个大屏显示系统以ATS列车自动监控系统为主要人机界面，其全局信号显示方式经历了三个阶段。第一阶段，传统的马赛克表盘显示方式，操作困【列车自动驾驶ato】
难，显示不够灵活；第二阶段，计算机显示终端显示方式，往往因为分辨率不够导致无法完整显示整个系统；第三阶段，大屏可视化系统显示方式，可满足超大分辨率图像的高速显示。
列车自动驾驶ato(二)
列车自动驾驶系统(ATO系统)在地铁中的应用
【摘要】20世纪80年代以来，地铁的发展建设受到了国家及各大城市的普遍重视，其中实现列车自动驾驶功能成为技术发展的必然趋势，国内的几大城市（北京、上海、广州，天津等）已开始运行列车自动驾驶（ATO）设备全部是以高成本引进的国外成套设备，本文特针对三大城市的列车自动驾驶的系统特点进行比对分析。 【关键词】自动驾驶；自动折返；最佳运行状态；节能；惰行
1.ATO的发展概况
城市轨道交通自动化技术经历了几个发展阶段：（1）传统运行方式；（2）ATC（列车自动控制）技术，含ATP（列车自动防护）、ATS（列车自动监控）ATO（列车自动运行）三个子系统；（3）全自动无人驾驶方式，如法国的VAL系统、日本的新交通系统等。
最近一个世纪，高载客量、无人驾驶地铁的实施在技术上和经济上成为可能，从上世纪80年代以来，无人驾驶技术进入到了一个新阶段。它将自动控制、自动加速和在司机室速度显示器上形成的编码轨道电路组合起来，以使驾驶功能自动化，尽管在列车到站后最终的停车精确性上还有欠缺，但在提高乘客舒适度上已能达到预期的效果。
当然，现在ATO的发展方向很宽，但归根到底可分为两种运行制式：手动或自动。在选择自动模式时，ATO系统代替司机操纵列车牵引、制动，自动的实现列车启动加速、匀速运行、减速制动等基本驾驶功能。然而，不论是由司机驾驶还是ATO自动驾驶，都需要ATP系统执行速度监督和超速防护功能，具体的操作形式为：司机人工驾驶+ATP系统=手动驾驶；ATO系统自动驾驶+ATP系统=自动驾驶。
2.ATO系统功能简介
2.1 ATO子系统功能
列车自动驾驶系统（Automatic Train Operation）是地铁车站列车集中控制系统的一个子系统，是列车自动控制系统（ATC）中必不可少的一个重要子系统。它能模拟完成驾驶列车的任务，通过利用地面信息实现对列车牵引、制动、自动折返等运行控制，使列车经常处于最佳运行状态，提高乘客的乘坐舒适度和列车的准点率，节约能源。另外，它还提供定点停车、车门控制和给车站反馈列车定位信息等功能。ATO使列车运营降低了成本、增加运营弹性，使密集发车成为可能，是城市轨道交通进入自动化时代的可靠技术保障。具体功能如下：
●自动驾驶和目的制动：这是ATP和ATO装备的列车常规运行模式，3种基本的驾驶阶段是：加速（包括启动）、巡行和制动（包括惰行）。
●开门：ATO是根据ATP的命令自动打开车门。
●列车由车站发车
●加速
●巡航
●在正线上停车
●限速区段运行
●通过车站
●车辆段向正线发车
●从正线向车辆段发车
●列车自动折返
2.2 ATO系统工作原理
ATO子系统能保证运行时间与定点停车，还能提高运行效率，提高舒适度，减少能耗。但作为ATC的一个子系统，它的功能是要依靠ATC各子系统协调工作共同完成的，缺少ATP与ATS子系统，ATO将无法正常工作。
从运行中所起作用来说，ATO主要实现驾驶列车的功能，能进行车速的正常调整，给旅客传送信息，进行车门的开关作业，但这只是执行操作命令，不能确保安全，这就需要ATP来进行防护。ATP起监督功能，对不符合安全的情况给予防护，保证列车不超速，车门不误动。由此可见ATP系统是列车运行时必不可少的安全保障，ATO系统则是提高城市轨道交通列车运行水平（准点、平稳、节能）的技术措施。在任何时候，只要ATP系统正常的话，就应让其执行防护工作，以确保行车安全。
如图1所示，从ATP与ATO两子系统的三条制动曲线，也可明显的看出：ATP主要负责“超速防护”，起保障安全的作用，ATO主要负责正常情况下的列车高质量地运行，其中，曲线1表示列车的紧急制动曲线，由ATP系统计算及监督，曲线2表示由ATP系统计算，在驾驶室显示出来的最大允许速度，它略低于紧急制动曲线，当列车速度达到曲线2，应给出告警，曲线3是由ATO系统动态计算的制动曲线，也即正常运行情况下的停车制动曲线。
图1 三种制动曲线
由于地铁列车的运行密度越来越大，安全性要求越来越高，所以要求有ATS系统，以使列车按照设计好的时刻表准确有序地运行，并监视列车运行状态实现智能调度.
3.ATO的技术特点比较
20世纪90年代，国内已运用的三种制式ATO车载设备分别是北京地铁1号线的英国西屋公司的ATO设备、上海地铁1号线的美国GRS的ATO设备和广州地铁1号线运行的德国Siemens公司的ATO设备，下面就这三种设备的基本情况作一下介绍。
（1）北京地铁1号线的ATO设备
●ATO设备
车载设备：由设在列车每一端的司机室内的ATO控制器及安装在列车每一端的司机室车体下的两个ATO接收天线和两个ATO发送天线组成。
地面设备：在各车站设备室内设有车站ATO通信器PAC（Platform ATO Communicator）。PAC内存有至下两个站的线路信息，并通过与ATS接口，得到来自控制中心的控制命令。在各车站上下行站台以及进行ATO折返的折返线出轨道上，设有Xd或者X2环路及Rd环路。列车在车站停车期间，经联锁电路及轨道电路的有关条件控制向室外环路发送。
●ATO需求数据和传输通道
在ATO数据的获取过程中，车载ATP接受安全信息。安全信息由列车当前运行区段的AF-900轨道电路传来，采用低频脉冲调幅方式，有8种不同的调制频率，6种用于ATP速度命令，2种用于门控命令。另外，车载TWC系统接收地面的TWC信息。该信息一般为非安全控制功能数据，诸如运行等级、列车号、目的地和跳停等。该信息采用FSK调制方式，通过地面的TWC设备向列车发送。最后，车载接受到来自车载ATP、TWC的信息和标志线圈的信息。 ●控制策略
速度调节：ATO根据从ATP中获取的MSS和TS，计算列车运行速度曲线。该区相比较简单，只要计算加速转匀速，匀速转加速或制动的位置点，以保证列车运行时间不超过MSS，并且在每个轨道电路区段目标距离处速度不超过目标速度。控制器根据线路情况自动控制列车的牵引和制动运行输出，尽量使列车按运行曲线的速度来信。当列车速度超过目标速度时，ATP设备报警；当超过最大的允许速度时，ATP实施紧急制动。
车站停车：
在车站的停车位上停车时通过X2和Xd环路来实现的，列车进入车站内的环路范围后，通过地与车之间的通信，得到距离停车点的距离，进行第一次位置调整，并使速度尽量贴近预置的停车速度曲线。在Xd环路处，进行第二次也是最后一次位置调整。若需要对运行时间进行调整，ATS将给出控制命令，如惰性控制、下一站通知等命令，由ATO执行。
（2）上海地铁1号线ATO设备
●ATO设备
车载设备：主要包括主控设备，车底的ATP/TWC接收环线、TWC发送天线（TWC为车―地通信系统）、对位天线、标志线圈。
地面设备：包括ATC车站停车模块以及沿每个站台布置的一组地面标志线圈。
●ATO需求数据和传输通道
在ATO数据获取的过程中，车在ATP接收安全信息。安全信息有列车当前运行区段的AF-900轨道电路传颂，采用低平脉冲条幅方式，有8种不同的调制频率，6种用于ATP速度命令，2种用于门控命令。另外，车载TWC系统接收地面TWC信息，该信息一般是非安全信息控制功能数据，诸如运行等级、列车号、目的地和跳停等。该信息采用FSK调制方式，通过地面TWC设备向列车发送。最后，车载ATO接收来自车载ATP、TWC的信息和标志线圈的信息。
●控制策略
速度调节：ATO与ATP配合调节速度。ATP共设6个速度命令，即20、30、45、55、65、80km/h。ATC系统具有4个ATS运行等级，对应于ATP的各个速度命令有相应的修正速度。参考速度就是接收到的ATP速度命令，ATS运行等级的修正速度即定点停车速度曲线三者中最小的速度。ATO根据贵旁接受的运行等级获得的运行速度信息，并调（下转第32页）（上接第30页）节速度、加速度和程序减速度，以符合所接收的运行等级。在检出限制速度变低并在正常的制动条件下，如果车速大于现在新的限制速度，则以制动减速度0.97m/s启动常用制动。ATO子系统利用闭环反馈技术进行跳鼠，即将实际车速与参考速度之差作为误差控制量。通过牵引或制动曲线对列车实施一定的牵引力或制动力，使误差控制量为零。
车站停车：
车载ATO系统将修正程序停车取向，以符合所接收的运行等级。精确的车站停车是通过应用轨道电路ID和边界的转换以及车站的环路来实现的。应用轨道电路的ID来确定正确的停车曲线的起点。列车经过站外350米处的第一对地面标志器时，定点停车曲线便由此启动。定点停车是建立在一个固定的减速率基础上的。当ATS速度与定点停车曲线速度相同时，列车撞入定时停车控制模式，列车经过150m、25m出的地面标志器时，它离开最后停车点的距离信息被不断更新。列车经过8m出的有源地面标志器上方，并接收到由该标志器发送的信号，列车既可转为定位停车模式，实施全常制动，将车停下。车辆对位天线与地面对位天线对齐。
运行时间的调整：
主要是通过选择不同的运行等级来实现。惰行模式已经包含在运行等级中。
运行模式的改变：
ATC系统的逻辑要求是必须在列车停下前可以进行转换，否则将导致一次紧急制动。
（3）广州地铁1号线ATO系统
●ATO设备
车载设备：主要包括ATC设备机架、速度彪、控制台、ATP接收天线、PTI发送天线。
地面设备：包括车站交叉环线和PTI环线。
●ATO需求数据和传输通道
由于广州地铁采用FTGS数字频率轨道电路，因此能传送报文信息。地面传送给列车的数据信息全部经轨道电路由车载ATP接收。ATO需要的信息主要通过车载ATP获得。包括经ATP处理的信息（实际速度、运行方向、实际位置、列车长度、限速命令、制动减速度，附加信息：下一区段精度、停车位置、车站停车……），以及ATS经过ATP传给ATO的信息（车门控制、到下一站的时间、车站号、车次号、目的地号、轨道电路号）。报文由所有类型的电码按照一定的次序组成，是由轨道电路环路发送的。
●控制策略
速度调节：ATO接收来自ATP的带四个标志点的速度命令信息（包括最大速度、第一限速、第二限速和入口速度的起点、终点、速度值），计算列车要求的运行速度。ATO按照时刻表和运行需要提供三种模式曲线：最大允许曲线，常规速度曲线（较最大速度曲线下降10%），节能速度曲线（较最大速度曲线下降20%）：然后根据各种线路情况、车辆信息，计算所需牵引力或制动力，使列车到达最大加速度，总比ATP的最大允许速度曲线低一点。当超过警告曲线、则警告。
车站停车：车站内的位置调整点有多交叉的环路提供。如下图，环路的头和尾是所谓的环路边界。相对应的车站中间的环路交叉是用来确定距离的，一般的距离是6个枕木之间。另外还定义一些粗调点，它们之间的距离减少至3个枕木间距且3个一组。ATP车载设备能接收到这些交叉点，并能把每个交叉点的处理信息传给ATO。ATO计算每个交叉点间的距离，粗调点只有在期望的位置窗口内才能被识别到。假如识别到粗调点，则下一个交叉点便可用作为之同步。这些交叉点的位置以预置在ATO中。
惰行/巡航使ATO的一项辅助功能。时间充裕的话，可采用巡航/惰行来调整运行时间，节省能源。
正线上改变运行模式：在列车运行中的任一时刻，司机可以通过移动操纵杆使之脱离零位置，从而进行人工驾驶。在任何时候和任何驾驶阶段，ATO给出可以进行驾驶的显示，司机通过移动操作杆，使之进入零位置并按压ATO启动键，列车运行模式变为ATO模式。
4.总结
目前，城市交通的理想特征是：在规划上具有科学性，超前性，合理性，可调整性；再法律上具有权威性，连续性；在建设方面具有资金保障，技术先进，时机恰当的特点；在管理上具有现代化，高效率，低成本，应变强的特点。在自动驾驶系统（ATO）上，国外已研究适用于高密度城市轨道交通的列车驾驶系统，并在城市轨道交通系统中广泛应用。我国在此项技术上研究较少，为了降低地铁投资，迫切需要国内具有自主产权的适用于城市轨道交通的列车自动驾驶系统。
参考文献
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列车自动驾驶ato(三)
地铁车载信号系统浅析
【摘要】随着我国城市的飞速发展，拥有地铁的城市越来越多，地铁在人们出行中扮演的角色十分重要。地铁车载信号系统是地铁的核心控制部分，关系着地铁的稳定和安全运行。本文先是对于地铁车载信号系统做了简要阐述，然后介绍了信号系统的构成和设备模块，在此基础上说明了该系统的功能和地铁系统的集中运行模式，最后展望了地铁车载信号系统的未来发展趋势。 【关键词】地铁;信号系统;ATP;驾驶
车载信号系统是地铁控制系统的核心部分，对于列车的安全运行有着十分重要的意义。车载信号系统是一个十分复杂的系统，具备多种功能，组成信号系统的模块分工明确，各个设备模块各司其责。从最早期的音频控制到现在的数字电路控制，信号系统的发展经历了多个阶段，未来的发展趋势是通信系统被更加深入地运用到信号系统之中，并且会往无人式ATO方式和更加集成化、综合化方向发展。随着地铁车载信号系统的不断发展和完善，为地铁的长期安全运行提供了更为可靠的保障。
1.地铁车载信号系统概述
作为地铁控制系统的核心部分，地铁车载信号系统的发展之路是从最开始的固定闭塞方式到现在的移动闭塞方式，现今使用最为广泛的是基于数字轨道的ATC系统。ATC子系统分为不同的子模块，负责不同的功能，能够基本满足当今较大的客流量的要求，今后它将朝着更加智能、更加集成化的方向发展。
2.地铁车载信号系统构成和设备模块
2.1 系统组成
以广州地铁为例，其采用的是德国西门子公司的ATC系统，为了节约成本，并非所有设备都从国外采购，有些器材譬如信号机、电缆、中文继电器机柜等设备直接采用国内的优质设备。地铁车载信号系统一般有ATP子系统（自动列车保护系统）、ATO子系统（自动列车驾驶系统）、SICAS系统（西门子计算机辅助信号系统）等。
ATP（Automatic Train Protection）子系统是信号系统的核心部分。其任务为正确接收控制系统发出的限速命令，并通过清晰可靠的显示手段将命令显示出来，显示的同时确保列车运行在命令所固定的速度之下。ATP子系统设置了主模块和副模块来实现超速防护、制动保证以及车门控制等功能，两个模块互为补充。
ATO（Automatic Train Operation）子系统顾名思义可以替代人工进行智能化的地铁驾驶控制，实现驾驶中的平稳加速、车速自动调整和到站停车。
SICAS（SIEMENS Computer-Aided Signaling）是西门子计算机辅助信号系统的简称，是在SIMIMT原则的故障―安全原则之上的安全系统。其运行的结果是一旦系统发生了软件或者硬件的未知故障，系统能够自动进入一种预先已知的安全状态。该系统在经过了广泛验证和成熟运行之后，它的现代化设计和对于安全数字总线的准确使用，使得连锁系统的总量达到最小。
2.2 设备模块
车载ATP设备所采用的结构是三取二式，能够完成车头车尾自动换向功能。每列车的设备模块包含有：
（1）CC机架：在开放的支架盒里安装CC机架，每个CC机架包括ATP/ATO机箱和连接面板。
（2）应答机读取器：转向架上的应答机读取器自动关联车载控制器，共享诊断信息。
（3）速度传感器：利用数字脉冲硬件计数器来确定周期转数，得到车速。
（4）车载通信网络：移动通信系统和天线是通信网络基本组成部分。
（5）TOD司机操作设备：TOD提供驾驶员和列车控制系统的人机交互界面。
（6）加速度计：加速度计用来检测列车是否发生打滑和空转现象。
ATO系统在车载设备的使用上与ATP系统硬件设备是通用的，没有单独的设备，但是CPU是独立的。车载ATO设备的主备冗余，一旦主ATO单元发生故障，备用ATO自动切换。每列车上有2套CC，一套在头车，另一套在尾车。每一CC包括2个独立的ATO模块（主用/备用），运行CC的主ATO控制动力系统和制动系统。
ATP和ATO软件开发语言为C语言和Pascal，印制在同一块电路板之上。每个CCTE包含ATP、VO、ME和CPL模块各一个。
3.地铁车载信号系统功能
音频轨道是早期地铁系统的运行基础，但是城市的发展使得客流量不断增大，音频技术的信息量、可靠性和抗干扰性无法达到密集人群的使用需求。因此，报文式数字轨道取代了音频轨道，一般而言，报文式数字轨道具备如下系统功能。
3.1 车载ATP功能
ATP功能是强制系统安全工作，保障故障安全。列车的道岔关联、占用情况、行驶速度、追踪间隔、信号灯显示和进路安全等动作都会由ATP系统进行检查和控制。对于车门的监督、折返的确定等都在ATP功能的范畴之内。
轨旁ATP和车载ATP是两种常见的ATP形式。轨旁ATP的计算机控制系统得到轨道占用情况、最大运行速度等参数之后实时得出安全行车最小间隔，从联锁计算机等其他系统中接收命令参数之后，生成报文通过ATP天线发送出去。报文的内容包括距离速度、轨道停车等保证安全的数据。车载ATP的组成部分则是车载控制器、编码里程计、信标天线等相关外围设备。编码里程计向计算机传送出距离脉冲，车载控制器根据脉冲数据计算出地铁的实际行驶速度，再结合信标天线对接收到的报文数据进行监督，例如紧急停车、停车地点等，再把距离速度等参数送达驾驶室，供驾驶员参考。
3.2 车载ATO功能
车载ATO功能主要是指智能运行、到站停车、折返控制、车门自动开关和掌握停车时间等功能。在现代化技术的发展之下，ATO功能已经和ATP功能在设备上逐渐融合。从概念上理解ATO功能，可以分为轨旁ATO和车载ATO两种。现阶段地铁所采用的ATO功能是对列车的驾驶员行驶进行防护和辅助，列车在得到线路状况等参数之后，根据列车自身的特点和轨道坡度等即时计算得出最高效的运行路线，由驾驶员在该功能下负责启动，在信号设备产生故障时改为人工驾驶。
4.地铁运行模式
信号系统经过的长期的发展，从控制系统角度而言地铁都有着连续列车控制、点式列车控制以及联锁列车控制等不同等级。在实际中，从列车本身而言通常将列车运行状态分为如下几种。
4.1 自动驾驶
自动驾驶模式ATO是正常的操作模式，在该模式下，司机的操作简化为启动和开关车门，同时超速防护系统也会在该模式下启动。列车超速时，ATP子系统会在极短时间内发送指令给ATO系统，随后牵引电流被断开，全制动被启用。
4.2 人工驾驶
人工驾驶模式一般属于ATC系统的备用操作模式。在该模式之下，列车驾驶员在ATP子系统的监护之下完成地铁列车的基本操作如启动、定点停车等。
4.3 后退模式
当方向手柄处于“后退”位置时，列车运行后退模式开始启用。在该模式之下，驾驶员能够手动操作地铁列车后向行驶，超速防护仍然在监控当中，车速一般在5公里/小时之下。
5.发展趋势
未来地铁车载信号系统的发展趋势主要有三个方向：第一，通信网络在车载信号系统有更加广泛而深入的运用，在该趋势之下，用通信作为底层基础的AATC系统发展起来;第二，随着通信安全性和可靠性的发展、通信技术的提高和通信方式的改进，现阶段采用的站内的ATO方式即将被全路程无人ATO方式取代;第三，随着更加先进的下一代网络技术的发展和计算机计算能力的提高，单车之内的ATS系统正在慢慢向着多车、大规模的综合集成地铁控制方向靠近和发展。
参考文献
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http://m.zhuodaoren.com/shenghuo347240/
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