1概述
基于无线通信的城市轨道交通信号系统，主要包括以下三大功能子系统：列车自动监控子系统，列车自动防护子系统以及列车自动驾驶子系统。三个子系统以无线信息交换网络构成闭环系统，将现地控制与中央控制、地面控制与车载控制相互结合起来，构成一个列车自动控制系统，主要以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体。
2地铁信号系统自动控制基本功能
2.1列车自动监控子系统(ATS)的功能
ATS子系统负责对列车运行的情况进行自动监控，有以下基本功能：(1)列车识别功能。ATS人机界面的轨道显示列车识别号信息，包括列车车次号及列车运行方向，中央ATS可以自动生成列车识别号，由专业人士进行修改，或由列车向ATS发送此类信息。(2)列车追踪功能。ATS子系统根据列车位置、操作员请求及列车调整请求来完成列车的创建、删除及移动操作。(3)自动排路功能。ATS列车调整子系统提供自动列车进路，利用列车时刻表中的列车目的地号来自动排列列车进路，列车根据目的地号自动沿着线路运行，根据目的地号信息自动开放进路、停站以及在停靠站开/关车门。(4)列车自动调整功能。正常运营模式下，时刻表调整能够自动控制列车运行，将列车与时刻表(由运营管理者编制)之间的偏差降至最低。(5)列车运营时刻表管理功能。行车管理人员通过时刻表编辑软件离线编制多个列车运营时刻表，同时ATS提供在时刻表中增加车次、延长列车营运时间等在线调整功能。
2.2列车自动防护子系统(ATP)的功能
ATP子系统控制列车在安全条件下行驶，主要包括以下基本功能：(1)列车定位功能。通过列车提供的速度、距离以及线路等方面信息，确定列车安全位置及非安全位置，ATP系统利用安全位置对列车进行安全防护。(2)列车追踪功能。该功能提供数据以保持安全的列车间隔，ATP子系统根据列车位置报告、道岔位置构建追踪占用地图，通过非安全位置和位置及其不确定性计算安全的列车两端位置。(3)列车移动授权功能。在车载控制器运行良好的情况下，利用ATP限制固定数据和ATP可变限制数据计算ATP运行曲线，此时系统将移动授权限定在前方列车尾部后面的安全间隔外方停车点。(4)速度监督校正功能。车载控制器对速度传感器和加速计输入的速度数据一致性进行监控，记录检测到的速度或速度传感器非常规变化信息。(5)停车位置保证功能。停车保证通过比较移动授权和当前列车位置和速度进行判断，系统接收到进路取消请求后，将延迟一段时间用以保证列车制动停车需要。(6)溜车防护功能。车在站台区域停车时，车载控制器须确保列车处于静止状态。如果系统检测到列车在没有命令的情况下有了物理位置的移动，车载控制器将实施紧急制动。
2.3列车自动驾驶子系统(ATO)的功能
ATO子系统控制列车自动运行。它在ATP系统的保护下，根据ATS发送的指令实现列车运行的自动驾驶、自动调整速度和控制车门，主要包括以下基本功能：(1)自动运行功能。ATO子系统控制列车按运行图规定的区间走行时分行车，自动完成列车启动、加速、巡航、惰行、减速和停车的合理控制。(2)列车精确停车控制功能。在ATP防护下，通过车地通信设备和轨旁设备实现自动列车精确停车控制。(3)在线列车监控功能。ATO车载控制器将列车运行的有关信息传递至ATS子系统，实现ATS子系统对在线列车实时监控。(4)节能舒适调节功能。ATS子系统根据高峰和非高峰运营时段的列车运营情况，通过ATO系统实施不同的节能运行方案，在不降低服务质量的前提下，采用适宜的速度曲线控制列车运行和保证乘客的舒适度。
3CBTC系统自动控制功能在地铁运营模式上的体现
3.1列车自动驾驶模式
在ATO和ATS控制下以及ATP防护下，列车进行自动驾驶。同时在线列车的启动、加速、巡航、惰行、制动、精确停车均由ATO子系统自动控制。而在进入ATO驾驶模式后，系统设备正常且没有人为干预，此驾驶模式将维持不变。ATO子系统开关车门和安全门(部分城市仍采用司机控制开关门模式)。当列车准备发车时，列车司机按发车按钮启动列车的自动驾驶。
3.2ATP列车人工驾驶模式
在列车司机显示器显示的ATP速度限制下，列车司机控制列车速度，ATP子系统实现列车自动防护的全部功能，站台停车以及车门及安全门的开关均由车载控制器允许的门操作模式实施控制。
3.3限制人工驾驶模式
限制人工驾驶模式是降级的驾驶模式，列车运行具有最高限速。在这种模式下，列车司机按照轨旁信号显示运行且不能超过25km/h限速。该模式在车辆段和转换轨内是正常驾驶模式。
列车运行的安全由联锁设备、ATP车载控制器、调度人员、司机共同保证。此外，站台停车精度以及车门及安全门的开关均由人工控制。
3.4点式列车驾驶模式
列车在ATP监督下安全的运行，此时ATP信息来自信号机处动态信标，系统提供包括列车超速防护功能、间隔防护功能、闯红灯防护功能和车站站台区域停车窗保护功能等。司机根据地面信号显示，利用TOD显示的速度限制来驾驶列车。在车载控制器允许的情况下，站台停车精度以及车门及安全门的开关由司机人工控制。
3.5非限制人工列车驾驶模式
非限制人工列车驾驶模式下将切断车载控制器输出，司机根据调度命令和地面信号的显示驾驶列车。列车运行的安全由联锁设备、调度人员、司机共同保证，站台停车精度、车门及安全门的开关均由人工控制，从其他运营模式切换到NRM模式时要求列车停车进行，否则列车电路会施加紧急制动。
4地铁信号系统自动控制功能发展趋势
地铁信号系统的未来发展趋势体现在以下3个方面。第一：随着通信技术的发展和计算机网络技术的进步，单一线路的ATS控制系统将向集成化程度更高的城市综合轨道交通控制系统发展，实现轨道交通网络综合监控;第二：目前国内普遍采用的ATO自动驾驶模式在列车出站时仍需要司机发出发车命令，在CBTC系统运营日渐趋于稳定后，通过系统升级等方式实现全程无人ATO驾驶功能，信号系统自动控制列车行驶，降低运营单位生产压力的同时提高社会经济效益;第三：当前各城市地铁线路间均有联络线预留，为线路间的互联互通提供了基本的物理条件，在车型、轨道线路等条件允许下，各系统承包商开放系统接口的情况下，通过升级车载控制器，CBTC列车将实现各线路间的互联互通，为更灵活的运营调度提供方便。
