地鐵信號(hào)系統(tǒng)通信控制技術(shù)研究

張帆

摘? ? 要：近年來隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)不斷增長(zhǎng)，城鎮(zhèn)化建設(shè)腳步的不斷加快，人們對(duì)于地鐵出行提出了更高的要求。信號(hào)系統(tǒng)通信控制技術(shù)合理應(yīng)用作為現(xiàn)代地鐵建設(shè)運(yùn)營(yíng)過程的重中之重，是一項(xiàng)必不可缺的關(guān)鍵技術(shù)，直接關(guān)系到地鐵交通運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，促進(jìn)我國(guó)公共交通行業(yè)穩(wěn)定持續(xù)的發(fā)展。因此，現(xiàn)代鐵路部門必須加強(qiáng)對(duì)信號(hào)系統(tǒng)通信控制技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，相關(guān)工作人員要正確認(rèn)識(shí)到該項(xiàng)技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用的重要性，結(jié)合實(shí)際情況優(yōu)化設(shè)計(jì)地鐵系統(tǒng)，充分發(fā)揮出該項(xiàng)技術(shù)的價(jià)值作用。

關(guān)鍵詞：地鐵信號(hào)系統(tǒng);通信控制技術(shù)

1? 引言

隨著科技的發(fā)展以及人類對(duì)土地的充分利用，我國(guó)近年來在交通建設(shè)方面取得了豐碩成果，先后在多個(gè)大型城市建設(shè)了地鐵。在地鐵的運(yùn)行過程中，地鐵信號(hào)系統(tǒng)很好的保證了地鐵運(yùn)行的效率以及安全。就目前而言，地鐵信號(hào)系統(tǒng)中的通信控制技術(shù)取得了很大的發(fā)展，從固定閉塞式發(fā)展到了今天的移動(dòng)閉塞式，它實(shí)現(xiàn)了地鐵與地面之間的雙向通信，地鐵的實(shí)時(shí)狀態(tài)也能得到更全面的了解。這對(duì)地鐵運(yùn)行的安全和可靠都有著深遠(yuǎn)的意義，本文正是以此為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行探討。

2? 地鐵信號(hào)系統(tǒng)的概述

①地鐵信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀。現(xiàn)階段，基于數(shù)字軌道電路的準(zhǔn)移動(dòng)閉塞系統(tǒng)的使用范圍較為廣大，而列車自動(dòng)控制的基礎(chǔ)就是數(shù)字軌道電路。為了進(jìn)一步確保地鐵運(yùn)行的安全性以及控制的靈活性，很多國(guó)家都為列車配置了性能優(yōu)異的列車自動(dòng)控制設(shè)備。一般情況下，列車自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括三個(gè)子系統(tǒng)，分別是列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、列車自動(dòng)監(jiān)督系統(tǒng)以及列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)。列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)是列車自動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，可以在一定程度上維護(hù)列車的安全行駛。②常用的地鐵信號(hào)系統(tǒng)。早期的地鐵信號(hào)系統(tǒng)采用的是音頻軌道電路，隨著信息量的增多，音頻軌道的可靠性以及抗干擾性已經(jīng)無法滿足列車的使用要求，因此報(bào)文式數(shù)字軌道電路逐漸代替了音頻軌道電路?，F(xiàn)階段，世界上大多數(shù)國(guó)家使用的地鐵信號(hào)系統(tǒng)是基于數(shù)字軌道電路的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)。列車自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、列車自動(dòng)監(jiān)督系統(tǒng)以及列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)是根據(jù)故障安全原則來進(jìn)行工作的，主要用來檢查以及控制列車的運(yùn)行情況、列車的占用狀態(tài)、地面信號(hào)燈的指示情況以及列車行駛路線的安全;列車自動(dòng)監(jiān)督系統(tǒng)可以對(duì)地鐵的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)督以及控制;而列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)具備車站定點(diǎn)停車、站間自動(dòng)運(yùn)行以及自動(dòng)折返等功能。

3? 地鐵信號(hào)系統(tǒng)通信控制技術(shù)研究

3.1? 快速切換技術(shù)

快速切換技術(shù)是保證列車安全運(yùn)行的重要技術(shù)，舉個(gè)例子，AP切換時(shí)間為500ms～2s之間，如果列車速度為60km/h的話，該切換時(shí)間將造成整個(gè)控制系統(tǒng)失去列車在8.3m～33.3m的范圍內(nèi)的控制，包括列車運(yùn)行速度，位置等信息。這樣，零切換時(shí)間技術(shù)的研究與開發(fā)迫在眉睫?，F(xiàn)在通常的做法是，在列車即將進(jìn)入下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)前，使列車提前與下個(gè)節(jié)點(diǎn)建立連接。這樣，可以將切換時(shí)間控制在50ms以內(nèi)，即可以將失去控制時(shí)間壓縮在0.8米以內(nèi)，保障通訊持續(xù)不間斷。

3.2? 自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)

在實(shí)際的運(yùn)行過程中，多輛列車會(huì)同時(shí)行駛在同一條線路上，這就要求相關(guān)工作人員要實(shí)時(shí)監(jiān)控地鐵的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而在一定程度上確保地鐵的穩(wěn)定運(yùn)行。利用自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)就可以實(shí)時(shí)監(jiān)控列車的運(yùn)行狀態(tài)，從而及時(shí)對(duì)列車的運(yùn)行等級(jí)以及停站間隔進(jìn)行檢查與控制?，F(xiàn)階段，多輛地鐵運(yùn)行在同一軌道的現(xiàn)象十分常見，最有效的調(diào)節(jié)方式就是利用自動(dòng)控制技術(shù)來進(jìn)行監(jiān)察和控制。監(jiān)控系統(tǒng)可以和地鐵信號(hào)系統(tǒng)相互配合來共同進(jìn)行工作，進(jìn)而在短時(shí)間內(nèi)就可以對(duì)地鐵的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)做出判斷，從而將地鐵運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題及時(shí)進(jìn)行解決，確保地鐵可以安全可靠地運(yùn)行。

3.3? 數(shù)據(jù)通信技術(shù)

地鐵運(yùn)行過程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳輸需要運(yùn)用到先進(jìn)的數(shù)據(jù)通信技術(shù)，工作人員設(shè)置好的實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備獲取到的信息都會(huì)以數(shù)據(jù)形式傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的處理設(shè)備，通過以這種傳輸方法能夠有效避免監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息之間發(fā)生相互干擾現(xiàn)象。在地鐵運(yùn)行管理過程中，各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳輸必須以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為核心支撐，還必須科學(xué)有效利用好數(shù)據(jù)通信技術(shù)。數(shù)據(jù)通信技術(shù)在地鐵運(yùn)營(yíng)管理中主要起到的關(guān)鍵作用是實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間雙向數(shù)據(jù)的順利交換，并保障數(shù)據(jù)交換過程的安全可靠性。由此可見，數(shù)據(jù)通信技術(shù)是維持現(xiàn)代地鐵安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要內(nèi)容，相關(guān)工作人員要合理運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)加強(qiáng)對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)的高效安全管理工作。

3.4? 自動(dòng)控制技術(shù)

在地鐵自動(dòng)控制系統(tǒng)中，為實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵直接控制，需要借助兩種制式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其中的根本內(nèi)容是地鐵定位技術(shù)，它可以減少地鐵軌道設(shè)備的利用，從而在很大程度上擺脫了地鐵運(yùn)行區(qū)間的閉塞性。就目前的地鐵運(yùn)行情況而言，通過車載控制器的運(yùn)用，可以實(shí)時(shí)的發(fā)送地鐵位置信號(hào)，在對(duì)該信號(hào)進(jìn)行分析后，將反饋信號(hào)發(fā)送給車載控制器，從而實(shí)現(xiàn)地鐵運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)化，進(jìn)而保障地鐵的運(yùn)行速度在安全的范圍之內(nèi)。

3.5? 高可靠性技術(shù)

CBTC系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)使用冗余設(shè)計(jì)，并且雙網(wǎng)并行。也即基于通信系統(tǒng)的軌旁及車載網(wǎng)絡(luò)的配置都完全相同，但是這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間卻存在物理間隔，如其不同網(wǎng)絡(luò)的傳輸鏈路與供電等都互相獨(dú)立運(yùn)行，從而就在系統(tǒng)中構(gòu)造出兩個(gè)完全相同卻互相獨(dú)立運(yùn)行的通信網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)際使用階段，雙網(wǎng)同時(shí)運(yùn)行，對(duì)列車進(jìn)行控制與監(jiān)控，從而使得即使當(dāng)其中某一網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)也能保持通信的暢通，確保列車的安全行駛。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部冗余拓?fù)洌孩賳尉W(wǎng)內(nèi)部通信系統(tǒng)的骨干網(wǎng)通常都經(jīng)由光纖將SDH設(shè)備進(jìn)行連接，并構(gòu)成環(huán)狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。當(dāng)遇到骨干網(wǎng)中光纖傳輸出現(xiàn)中斷的情況時(shí)，SDH網(wǎng)絡(luò)中的快速倒換功能就會(huì)即刻開啟，從而有效避免列車的控制信號(hào)傳輸發(fā)生故障。②在車站處的交換機(jī)通常都配置兩條千兆鏈路，并與三層交換機(jī)之間產(chǎn)生互聯(lián)，這一設(shè)計(jì)就能在最大程度上避免使用單臺(tái)交換機(jī)時(shí)或產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)中斷等故障情況的發(fā)生。③軌旁AP還會(huì)與主備控制器之間建立連接，并且主備控制器之間還能在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行信息的同步，如此一來，即使主用控制器發(fā)生癱瘓，系統(tǒng)之間的傳輸也不會(huì)產(chǎn)生中斷，這樣即可避免只使用一臺(tái)無線控制器時(shí)或產(chǎn)生了單點(diǎn)故障。④在CBTC系統(tǒng)中，AP之間的部署間距一般都不超出AP可覆蓋的區(qū)域半徑，這樣一來，即使某一AP發(fā)生故障，與之相連的前以AP以及后一AP依然可以有效覆蓋AP的負(fù)責(zé)區(qū)域，從而就能確保信號(hào)的永續(xù)傳輸。⑤系統(tǒng)中所有的有線及無線通信設(shè)備都在同一網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)下，并且通過這一平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全部設(shè)備故障情況的排查、定位、修復(fù)以及其他管理職能，使網(wǎng)絡(luò)維護(hù)工作在最大程度上降至最低，從而在最短的時(shí)間內(nèi)解決網(wǎng)絡(luò)故障問題。

4? 結(jié)語

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程發(fā)展腳步的不斷加快，城市人口數(shù)量的不斷增多，地鐵將會(huì)在城市建設(shè)發(fā)展過程中承擔(dān)起較為重要交通出行角色。在地鐵建設(shè)運(yùn)營(yíng)管理中，信號(hào)系統(tǒng)通信控制技術(shù)的創(chuàng)新研究應(yīng)用至關(guān)重要，地鐵部門相關(guān)工作人員必須充分認(rèn)識(shí)到該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用的重要性，要提高對(duì)地鐵信號(hào)系統(tǒng)通信控制技術(shù)合理應(yīng)用的重視程度，熟練掌握運(yùn)用地鐵信號(hào)系統(tǒng)通信控制中的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，確保通信數(shù)據(jù)的安全穩(wěn)定傳輸，工作人員能夠根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采取有效慣例改進(jìn)措施，確保整個(gè)地鐵信號(hào)通信系統(tǒng)穩(wěn)定持續(xù)的運(yùn)行，促進(jìn)我國(guó)地鐵建設(shè)事業(yè)和諧發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王垚.地鐵信號(hào)系統(tǒng)通信控制的技術(shù)的研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（2）：105.

[2] 賈文婷.城市軌道交通列車運(yùn)行控制[M].北京：北京交通大學(xué)出版社，2012.

[3] 俞碩潤(rùn).上海地鐵信號(hào)系統(tǒng)基于通信控制的技術(shù)研究[D].復(fù)旦大學(xué)，2013.