軌道交通信號系統(tǒng)建設(shè)前期的方案研究

王小強(qiáng)

（天津市軌道交通運(yùn)營集團(tuán)，天津 300222）

1 閉塞方案

準(zhǔn)移動閉塞的理論基礎(chǔ)來源于數(shù)字信號技術(shù)，而移動閉塞的理論基礎(chǔ)來源于無線通信技術(shù)。在行車規(guī)則上它們有著各自的表現(xiàn)形式：一是準(zhǔn)移動閉塞的閉塞分區(qū)固定位置和長度，每個(gè)分區(qū)只能被一列車占用，列車間隔按后續(xù)列車在當(dāng)前速度下所需的制動距離，加上安全余量計(jì)算和控制。二是移動閉塞沒有預(yù)先設(shè)置的閉塞分區(qū)，列車間隔是動態(tài)的，并隨前車的移動而移動，以列車的實(shí)際運(yùn)行速度和列車位置動態(tài)計(jì)算相鄰列車間的安全距離。

圖1準(zhǔn)移動閉塞和移動閉塞的速度曲線可以看出：準(zhǔn)移動閉塞列車制動的起點(diǎn)可以延伸，但終點(diǎn)總是某一閉塞分區(qū)的邊界處，根據(jù)目標(biāo)速度和目標(biāo)距離隨時(shí)調(diào)整的列車可行車距離，是“跳躍式”的；移動閉塞列車制動的起點(diǎn)和終點(diǎn)均是動態(tài)的，根據(jù)目標(biāo)速度和目標(biāo)距離隨時(shí)調(diào)整的列車間隔，是“連續(xù)式”的。

圖1 準(zhǔn)移動閉塞和移動閉塞的速度曲線

與準(zhǔn)移動閉塞相比，移動閉塞有著更好的靈活性和更小的行車間隔，具備更大的運(yùn)行調(diào)整能力，這也是移動閉塞成為目前城市軌道交通信號系統(tǒng)主流閉塞方案的原因。

2 后備系統(tǒng)方案

目前國內(nèi)各家成熟的信號系統(tǒng)均具備正線完整的CBTC 系統(tǒng)（ATS，ATP，ATO）和計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖（CI）系統(tǒng)，并進(jìn)行信號單獨(dú)組網(wǎng)，配備集中監(jiān)測系統(tǒng)。車輛段采用計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備和集中監(jiān)測設(shè)備，試車線裝設(shè)與正線相同的設(shè)備，其聯(lián)鎖受車輛段信號樓的控制，這樣的方案成為目前軌道交通信號系統(tǒng)最流行的主系統(tǒng)方案。

然而，信號系統(tǒng)的后備降級模式設(shè)計(jì)卻各地不一，多以采用輔助計(jì)軸設(shè)備的聯(lián)鎖級降級、采用點(diǎn)式應(yīng)答器的點(diǎn)式ATP 降級、更具備ATO 功能的點(diǎn)式ATO 降級三種方案進(jìn)行配置。圖2與圖3分別為聯(lián)鎖降級模式與點(diǎn)式ATP 降級模式的閉塞方式和速度曲線對比。

聯(lián)鎖降級模式：采用站間閉塞方案，行車安全由司機(jī)保證。

點(diǎn)式ATP 降級模式：適用于車載ATP 設(shè)備正常、車地通信系統(tǒng)故障情況下，通過有源信標(biāo)向車載設(shè)備報(bào)告前方進(jìn)路情況，列車根據(jù)速度曲線駕駛列車，駕駛模式為ATP 監(jiān)控下的人工駕駛模式，行車安全由信號系統(tǒng)保障。

圖2 聯(lián)鎖降級模式

圖3 點(diǎn)式ATP降級模式

點(diǎn)式ATO 降級模式：在降級系統(tǒng)具備點(diǎn)式ATP 功能的基礎(chǔ)上，配合車載ATO 系統(tǒng)功能，可實(shí)現(xiàn)降級模式下的ATO 功能，使列車運(yùn)行更具有靈活性和高效性。表1將以上三種后備降級模式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比對。

表1 三種后備降級模式的優(yōu)缺點(diǎn)比對

3 車地通信方案

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（DCS）系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)CBTC 列車控制與運(yùn)行的關(guān)鍵子系統(tǒng)之一，它不僅要實(shí)現(xiàn)地面設(shè)備之間，車地間實(shí)時(shí)、連續(xù)、雙向、可靠的數(shù)字報(bào)文信息傳輸，更要考慮與其他線路的互聯(lián)互通功能和選擇最優(yōu)的數(shù)據(jù)加密技術(shù)和抗干擾能力。為保證車地?zé)o線通信不中斷，要求無線覆蓋的區(qū)域無線基站布置不應(yīng)有盲區(qū)，并考慮一定的重疊區(qū)，以保證無線通信的無縫漫游。

目前，國內(nèi)的軌道交通信號無線設(shè)計(jì)方案多采用LTE 的無線技術(shù)，主要用于承載CBTC 業(yè)務(wù)，綜合承載網(wǎng)絡(luò)與車輛智能管理系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)等。通常無線系統(tǒng)的傳輸媒介有無線天線、漏纜、交叉感應(yīng)環(huán)線、波導(dǎo)管四種，在結(jié)合考慮通信傳輸速率、覆蓋范圍、可維護(hù)性、工程造價(jià)等幾個(gè)重要的因素后才能選出適合項(xiàng)目工程的無線傳輸媒介方式。表2中對這四種傳輸媒介進(jìn)行特性比對。

表2 四種傳輸媒介的特點(diǎn)對比

對無線傳輸媒介的選擇方案，國內(nèi)目前比較認(rèn)可的方式為漏纜與無線天線的組合形式：正線、出入段線采用漏纜進(jìn)行覆蓋，試車線采用定向天線或漏纜覆蓋，列檢庫、咽喉區(qū)可采用分布式天線進(jìn)行覆蓋，其他不適合漏纜覆蓋區(qū)域宜采取定向天線覆蓋。

4 智能運(yùn)維方案

近年來，隨著軌道交通行業(yè)的大發(fā)展，智能運(yùn)維系統(tǒng)受到各地鐵公司的青睞。信號智能運(yùn)維是整個(gè)信號系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和維護(hù)的輔助工具，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)，完成對信號系統(tǒng)所有設(shè)備狀態(tài)的集中監(jiān)視和報(bào)警、對故障定位和統(tǒng)計(jì)、管理維修作業(yè)，以實(shí)現(xiàn)預(yù)防故障發(fā)生，提高系統(tǒng)維護(hù)管理水平。信號智能運(yùn)維方案的設(shè)計(jì)包含維護(hù)支持和集中監(jiān)測兩個(gè)部分。

CBTC 信號系統(tǒng)具有完善的自檢和自診斷功能，各子系統(tǒng)均具備獨(dú)立的自診斷模塊，盡可能將故障和異常定位到板級。在各集成子系統(tǒng)接口完全開放的條件下，這些診斷信息被發(fā)送給維護(hù)支持系統(tǒng)進(jìn)行管理和處理。維護(hù)支持系統(tǒng)作為非安全系統(tǒng)應(yīng)獨(dú)立組網(wǎng)，與信號系統(tǒng)安全網(wǎng)隔離，維護(hù)系統(tǒng)故障均不會影響被監(jiān)測設(shè)備的正常工作。維護(hù)支持系統(tǒng)具有智能化管理功能，對信號系統(tǒng)的各設(shè)備進(jìn)行維護(hù)信息分析，根據(jù)分析結(jié)果，提出對信號設(shè)備的維護(hù)管理計(jì)劃的建議，并以可視化圖形方式展示各子系統(tǒng)各設(shè)備的健康度情況。此外，它還能智能的提供設(shè)備的維護(hù)指導(dǎo)，為用戶的維護(hù)維修提供技術(shù)支持。系統(tǒng)將整個(gè)維護(hù)管理的流程“電子化”，對維護(hù)管理的過程進(jìn)行智能化的管理。

5 轉(zhuǎn)轍機(jī)缺口監(jiān)測方案

隨著各城市網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營的深入，高密度的行車安全要求不斷被提升。轉(zhuǎn)轍機(jī)作為信號系統(tǒng)運(yùn)行中最關(guān)鍵又是最薄弱的設(shè)備，其狀態(tài)的穩(wěn)定性要求也在不斷被提升。道岔維護(hù)對技術(shù)人員水平要求較高，缺口監(jiān)測工作要消除不直觀、高誤警，解決對道岔的有效科學(xué)養(yǎng)護(hù)問題，增加缺口監(jiān)測系統(tǒng)是必要的。缺口監(jiān)測也屬于信號運(yùn)維支持與集中監(jiān)測的范疇，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)警功能，以提前預(yù)判來降低故障率。目前，國內(nèi)國鐵的客運(yùn)專線，杭州2和4號線、長沙2號線、北京昌平線、上海11號線、蘇州2號線、南京1號線等多個(gè)城市項(xiàng)目都投入了缺口監(jiān)測系統(tǒng)。

缺口監(jiān)測系統(tǒng)通過安裝紅外攝像頭采用圖像模式識別技術(shù)，直觀的記錄道岔設(shè)備的運(yùn)動狀態(tài)，將數(shù)據(jù)傳送到前端微機(jī)監(jiān)測平臺。采集的缺口圖像，在光纜或備用信號電纜上采用低帶寬傳輸技術(shù)，長距離傳輸視頻至主機(jī)，利用特有的圖像自動測量和識別技術(shù)，得到缺口偏移量數(shù)據(jù)，存儲、統(tǒng)計(jì)并超限告警。

對于缺口檢測方案的配置，應(yīng)充分考慮成本因素。建議對出入段線咽喉道岔與正線終點(diǎn)折返道岔、大小交路折返道岔進(jìn)行配置，其他非常用道岔可不必進(jìn)行配置。