城市軌道交通信號系統新技術發展應用前景

王彥駒

【摘 要】隨著我國城市規模的不斷擴大，交通行業作為人們日常出行的基本保障，成為了基礎建設的重要組成部分。在城市軌道交通蓬勃發展的進程中，要推動通信信號技術的一體化，與高技術的設備相適應，還必須培養高素質的人才隊伍。

【關鍵詞】城市軌道交通;信號系統;新技術;發展

引言

信號系統是城市軌道交通最基本的控制系統之一，是保證列車安全運行，實現列車運行自動化和行車指揮現代化，提高運營效率的關鍵系統。目前，大多數地鐵信號系統的安全措施僅限于安裝防火墻和部署殺毒軟件等初級保護，無法有效防止信息安全事件的發生。因此，提出在系統建設中，應充分考慮信號系統的功能特點，制定整體信息安全技術解決方案，以達到國家信息安全等級保護相關標準的技術要求，進而全面提升信號系統的信息安全保護水平，對保障軌道交通系統高效和安全運營具有重要意義。

1信號系統構成

城市軌道交通信號系統CBTC（基于通信的列車控制）是一種連續自動控制系統，利用高精度的不依賴于軌道電路列車定位以及大容量、雙向連續的車地數據通信，實現車載、地面的安全功能處理。其主要包括列車自動監控（ATS）子系統、列車自動防護（ATP）子系統、列車自動駕駛（ATO）子系統、數據通信子系統（DCS）、聯鎖（CI）子系統、維護支持子系統等多個子系統。ATS子系統主要實現列車自動識別、列車運行自動跟蹤和顯示，運行時刻表或運行圖的編制及管理，自動和人工排列進路，列車運行自動調整，列車運行和信號設備狀態自動監視，列車運行數據統計，列車運行實績記錄，操作與數據記錄、輸出及統計處理，列車運行、監控模擬及培訓，系統故障和故障恢復處理等。ATP子系統用來檢測列車位置，實現列車間隔控制和進路的正確排列，監督列車運行速度，實現列車超速防護控制，記錄司機操作和設備運行狀況等。ATO子系統用來啟動列車并實現站間自動運行，控制列車實現車站定點停車、車站通過和折返作業，與行車指揮監控系統相結合實現列車運行自動調整等。DCS的主要作用是在信號系統各個子系統之間傳輸數據。無線系統對于報文傳送來說是完全透明的，同時需具有防護措施，以確保網絡安全性。DCS由骨干傳輸網絡和無線通信網絡兩部分構成。骨干傳輸網絡由SDH（同步數字體系）傳輸設備和高端以太網交換機構建，傳輸設備的模塊采用冗余配置，以確保單個模塊故障不影響設備。骨干網采用雙向環形拓撲結構。CI子系統設備是保證列車運行安全，實現軌道區段、道岔、信號機之間正確聯鎖的基礎設備。其主要功能是保障上述設備的聯鎖關系正確;對正常的進路進行防護;對軌旁設備狀態進行監控，并下達命令;同時向ATS/ATP子系統提供CI子系統的設備狀態。維護支持子系統的功能包括：采集ATS及安全網的數據并存儲;集中監測系統管理;對CBTC系統的維護管理;故障報警及故障報警統計和報表。

2城市軌道交通信號系統的基本原則

安全、可靠、適用、先進和經濟，是我國城市軌道交通建設的基本原則，不管是什么子系統必須遵循。需要綜合考慮各項原則，不能片面追求先進，而不重視其他方面，尤其是不考慮經濟。目前，在各地建設城市軌道交通時，存在互相攀比的情況，不管經濟情況是否允許，總想一步到位，把全世界最先進的技術和功能都集中到擬建設的軌道交通中。要知道，城市軌道交通技術設備的現代化是應該逐步實現的，不必一步到位。即使現在一步到位，對于新建城市軌道交通線路，尤其是部分二、三線城市，必然會出現功能過剩，同時加大了維修工作量和維修成本。有些二、三線城市要求新建的城市軌道交通列車間隔按1～1.5min設計，這必然大幅度增加了車輛和信號設備的投資，而實際上運量的增長是需要時間的，在10-15年都達不到這樣繁忙的程度。在科學技術飛速發展的今天，現在先進的設備，到了10-15年大修期（計算機系統的大修周期規定為10年，一般信號設備為15年）又落后了。因此，目前根據實際情況和財力允許，選用適用的系統，屆時再更新更先進的設備也不算遲。

2城市軌道交通信號系統新技術發展前景

2.1信號系統常用故障診斷技術

當故障發生時，可以采用流程圖法將繁雜的問題簡單化，更加直觀地顯示故障問題，可以展示出人為分析故障的過程。通過排查故障，可以將故障診斷方法運用到相似的問題上，為故障分析提供方便的同時，也可以提高故障診斷的正確性以及故障解決的效率。信息融合技術是一種能處理復雜信息的綜合處理技術，雖然所處理的數據具有不同的結構和復雜的聯系，但仍能夠按照一定的規則提取出有價值的信息。將信息融合技術運用到故障診斷技術中，將一個復雜的問題分解成多個簡單的問題，從而提高解決故障的效率。

2.2利用故障診斷系統進行動態監測

故障診斷系統是一種智能診斷系統。故障診斷系統一般由信號設備故障推理機、數據庫、解答機以及圖形顯示等構成。圖形顯示的主要作用是讓該故障診斷系統能夠和外部進行數據信息的交換，數據庫是用來存放信號設備可能出現的問題的集合，它包含了以往信號設備出現的種種問題。故障推理機能夠利用數據庫當中的存有的資料信息，結合現在信號設備的運行現狀，進行故障原因的推理，找到引發故障的原因。解答機是根據系統內部所具有的數據庫資料，用來解答用戶的問題團。故障診斷系統除了能夠完成故障的發現、故障問題的分析、故障原因分析和提出故障解決方案，它還能夠在故障解決以后對整個信號設備進行監測和二次診斷，防止同樣的故障再次發生。

2.3ATO節能優化

隨著線網的全面鋪開，城市軌道交通所消耗的能源也在不斷增加。北京市2008年全市軌道交通線網的規劃用電量為6.5億度;而到了2015年，線網的規劃用電量已經達到13.9億度，8年間線網的年耗電量以每年11.4%的速度快速增長。在運營過程中，城市軌道交通系統消耗的主要能源為電能，基本不消耗其他形式的能源，列車牽引供電系統的能耗可以占到總體運營能耗的40%～50%，因此降低列車的牽引能耗是減少總體能耗與運營成本的有效途徑。ATO系統能夠實時地調整列車速度，保障列車安全、準時、舒適、節能地運行，優化ATO運行速度曲線與追蹤控制策略是實現節能運行的關鍵。目前的優化算法以單列車運行控制為主，主要有解析算法、數值算法和智能算法三種方式，但普遍無法應用于多車追蹤運行的情況。因此能夠滿足多車追蹤運行條件，并且運算速度適中的ATO節能算法是未來的研究方向，隨著全自動駕駛技術的進一步完善，算法帶來的節能效果將會更加顯著。

結束語

到目前為止，全自動駕駛技術和互聯互通技術已經在我國城市軌道交通示范工程中得到應用，車-車通信技術和信息化技術中的大數據、云計算還在探索研究之中。可以預見，這些新技術是城市軌道交通信號系統未來發展的方向，不久的將來，隨著這些技術的成熟并推廣應用，必將為智慧城市軌道交通帶來全新的變革。

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