2019年3月18日凌晨3時許，兩列正在進行新信號系統(tǒng)測試的港鐵荃灣線列車在中環(huán)站附近相撞，所幸事發(fā)時正處于非運營時段，車上并沒有乘客。事后有議員質疑，為何當時列車上的防護系統(tǒng)未起作用。那么，這個防護系統(tǒng)究竟是何方神圣？它又是如何保障地鐵列車不會撞車的？今天，“通行線”就為大家科普一番。

地鐵如今已經成為了許多人日常通勤不可或缺的交通工具之一，乘坐地鐵的時候你是否想過它的運行安全如何保證呢？

在公路上，紅綠燈指揮車輛和行人有序通行。而在地鐵中，由什么來指揮列車有序運行呢？答案是一套龐大而穩(wěn)定的列車自動控制系統(tǒng)（Automatic Train Control，ATC）。ATC系統(tǒng)在保證列車安全運行的前提下，提高列車運行速度，壓縮列車運行間隔，控制列車更平穩(wěn)地運行，從而提升我們的乘車體驗。ATC是一個龐大的系統(tǒng)，由多個分工不同的“成員”組成，其中，列車自動防護系統(tǒng)便是保障地鐵列車安全運行的關鍵。

列車自動防護系統(tǒng)

地鐵列車不像公路上的汽車，司機通常在看到前方的障礙物后，把剎車踩到底就能在撞車之前停穩(wěn)。而在我們的地鐵中，司機在隧道中的視距通常只有幾百米甚至數(shù)十米，而且地鐵比汽車重得多，慣性非常大，當看到前方的列車或障礙物時，再剎車是根本來不及的。這時我們就需要列車自動防護系統(tǒng)（Automatic Train Protection，簡稱ATP），對列車的速度進行自動防護，一旦距離前車較近，就將限速降低，提醒司機制動剎車。一旦列車超速，就自動對列車施加緊急制動，防止列車發(fā)生脫軌、相撞等事故。

ATP系統(tǒng)設計的思路是，地面的控制中心根據(jù)線路中所有列車的位置，為每一列車分配安全的行車范圍。就如我們開車時，離前車越近，那我們速度應該減下來才不至于追尾。列車的運行速度必須低于某一限速值，這個限速值會隨著列車接近安全范圍的終點而降低，以保證在施加最大的制動力（剎車踩到底）時，列車隨時能在安全范圍終點前停穩(wěn)。

ATP系統(tǒng)如何獲取列車位置？

要想保證列車運行，地面的控制中心就必須設法獲取列車的實時精確位置。列車的定位一般不通過我們常用的GPS信息，一是因為隧道中幾乎沒有GPS信號，二是GPS服務受制于其他國家。那么如何獲取列車的實時位置信息呢？

一種常用的方法是通過應答器獲取列車實時位置信息。在列車運行的兩根軌道中間，布設了若干應答器（就是圖中黃色的盒子），其中存儲著該點準確的位置信息。列車運行過程中，會持續(xù)發(fā)出一個特定頻率的電磁波，當列車駛過應答器時，應答器被電磁波喚醒，向列車發(fā)送當前的位置信息。

列車駛過應答器后，車載計算機會利用傳感器測得的實時速度信息，計算出列車駛過應答器的距離，即列車的實時位置。由于速度傳感器存在誤差，因此在軌道中每隔一段距離就會布設一個應答器，對實時位置進行校準。通過這種應答器+測速的定位方法，列車的位置誤差不會超過10米。

列車限速是如何計算的？

列車通過2.4GHz頻段的通信（和我們經常使用的Wi-Fi頻段類似），將其實時位置傳送給地面的區(qū)域控制器。區(qū)域控制器再根據(jù)線路上所有列車的位置，為每一列車計算最遠可以運行的安全范圍（移動授權），并返回給每一列車。

地鐵列車上的車載計算機根據(jù)安全范圍終點、列車制動性能、線路坡度與彎道等數(shù)據(jù)，計算出安全制動的數(shù)學模型（即安全距離內每個位置所允許的最高速度），并作為限速顯示給司機。

一旦在某個位置超過最高速度，列車會自動切除牽引，并觸發(fā)緊急制動（自動松油門，急剎車），將車在安全范圍的終點前停穩(wěn)，保證不會撞上前方的列車。

充分的冗余以保障安全

ATP的設計必須遵循一條最重要的準則：故障導向安全原則。其含義是：當設備發(fā)生故障時，其必須使得列車運行絕對安全。

安全制動模型的建立，要將所有最不利因素考慮在內，包括列車處于失控加速狀態(tài)（在系統(tǒng)反應過程中仍處于最大加速狀態(tài)）、定位誤差達到最大、電路動作存在的時延等等，為列車的安全停車提供充足的余量，盡可能保證列車運行的絕對安全。

在列車控制行業(yè)，對ATP的安全性有嚴格的要求。每小時ATP失效并導向危險側的概率必須小于一億分之一。只有通過安全完整性等級的驗證，才能投入地鐵的商業(yè)運營。

現(xiàn)在，大家應該明白了ATP的設計原理，也清楚了地鐵列車安全運行背后的小秘密了吧。其實，在地鐵列車運行的背后還有很多你不知道的小知識，歡迎持續(xù)關注“通行線”，我們下回再聊。

作者：deidei

制圖：滴水湖W、didi7

編輯：didi7