城市軌道交通信號系統新技術發展前景

姜長海

(中咨泰克交通工程集團有限公司，北京 100083)

1 工程概況

北京地鐵14號線項目在實際施工設計時將安全以及可靠擺在首位，具體表現為：于車輛段/停車場自動運行以及信號管理等中引入大量信號技術，使用LCF-300型ATP/ATO為核心的CBTC信號系統，該系統是無線通信列車自動控制信號系統，能夠最大程度地保證列車的先進性以及最小間隔。

2 城市軌道交通信號系統的發展情況

2.1 現 狀

如今，國內大部分城市軌道交通進行無線通信傳輸的方式主要有以下三種：無線AP、漏線電纜、感應環線。這三種模式各有利弊，無線AP模式下傳輸方式耗費較低、安裝不繁瑣，然而傳輸長度較短，易受其他因素影響；相對于無線AP，漏線電纜傳輸方式不易受其他因素影響，覆蓋較廣，缺點為耗費多；感應環線方式能夠實現車以及站兩者雙向傳輸，缺點為無法對線路進行日常養護。

國內主流運營線路信號采用的方案大都以CBTC方案為基礎，之所以大規模使用該方案，其主要原因為深受先前軌道交通建設的影響。當前我國CBTC設施大部分從外國進口，成本較高，所以下一步實現CBTC設備國產化是相關人員應當重視的工作。

2.2 工作內容

城市軌道交通信號系統具體工作內容為對派遣列車進行合理的調度，把握列車實際運行情況，并記錄列車運行數據，從而進一步對其進行適當整理，確保列車安全運行。隨著大量媒體信息技術被運用到軌道交通中，列車逐漸實現自動運行，實現信號可點式以及連續式傳輸、列車雙向以及自動化控制。

3 城市軌道交通信號系統新技術的實際應用情況

3.1 全自動駕駛FAO新技術

該技術優勢較多，能夠彌補城市軌道交通的許多不足，比如讓列車運行性能更加優越、有效減少運輸所需要的費用、更加安全等[1]，為軌道交通技術大趨勢。應用FAO新技術的列車出庫并在投入運營之前，列車能夠被自動喚醒并上電自檢，隨后自動出庫于轉換軌，緊接著到正線等，具體流程如圖1所示。

圖1 全自動駕駛日常運營流程

全自動駕駛FAO包含兩個模式：DTO模式無需列車司機便能夠自動駕駛，但是需要專人值班看守；UTO模式能夠實現無人運行，借助信息監控以及信號系統等運行。該系統在運行過程中需要的功能如下。

1)聯動功能。聯動可以借助列車系統準確把握和控制地鐵實際運行情況，從整體上監控列車運行狀態。

2)自動化功能。實現該功能的關鍵為在信號CBTC系統處添加新設備，由此保證列車正線正常運行，進而沒有人工參與也能實現列車全部運營路線的自動化，并有效監控列車運行過程中的各種情況。

3)冗余技術。該系統在運行過程中還需要冗余技術，冗余技術能夠為列車提供更加完善的設備，去除不必要的技術，比如：車載系統中所配備的速度傳感器以及地面系統所配備的繼電器等。

4)穩定性。和先前CBTC系統比較來看，全自動駕駛系統最大的不同之處為功能性需求增加，因此，該系統需較多外部接口以保證它和外部保持密切聯系，進而實現綜合監視以及聯動。該系統龐大復雜，在涉及之時應從軟件架構層面入手，借助軟件升級的方法確保系統處于穩定運行狀態(模塊以及層次化的軟件設計能夠保證系統穩定升級并實現外部擴展)。

3.2 基于車-車通信的新型CBTC系統

現階段國內城市軌道大多使用的系統為車-地通信CBTC，在現代信息技術迅速發展的背景之下，車-車通信新型CBTC系統會成為大趨勢，其主要原因為該系統能夠彌補傳統CBTC系統的不足，具有不可比擬的優越性：車載設備集成度高以及系統接口比較少，能夠確保列車正常運行的情況下，為列車運營提供諸多可行性運輸方案[2]。

基于車-車通信新型CBTC系統，列車車載控制器VOBC不僅能夠與ATS通信，還能夠接收ATS發出的通信信息，借助軌旁對象控制器轉換道岔并開通進路，該系統還能和前行列車無線通信，準確接收前車準確的位置數據，并根據這些位置數據以最快的速度計算列車移動授權以及制動曲線，改變了以前先要經由地面軌旁算出移動授權，再借助互聯網傳送到車載控制器的繁瑣現狀，使數據傳輸更快捷，確保軌旁安全性。此外，該系統擁有軌旁ZC以及CI等系統，無需ZC以及CI子系統，有效節省設備空間，降低成本。

3.3 城市軌道交通信號系統互聯互通

CBCT系統為現階段最常使用的信號，該系統之所以能夠實現互聯互通，其主要原因為不同類型廠商的列車可以于不同軌道上運營，形成城市軌道交通綜合運行網絡以及系統化運營，實現城市軌道信號資源共同享用。在使用該信號系統過程中應當遵循以下標準：①使用相同的系統功能定義；②使用相同系統架構以及功能分配、互聯互通接口規范(接口協議從物理層、協議層和應用層必須保持統一)；③使用相同軌旁設計以及設備安裝原則(應答器、信號機、計軸等安裝位置應統一或兼容、DCS軌旁漏纜、天線安裝位置應統一或兼容)以及一致的人機界面和操作方式，以確保為調度員以及司機帶來便利。

4 城市軌道交通信息化建設的發展前景

在城市軌道交通的六大系統之中，信號系統為主要構成部分，是系統不可缺少的組成部分[3]，但是它在信息建設方面依舊存在諸多問題，具體為：缺乏先進的信息系統整體架構、架構十分落后，不符合現代技術的要求，效率比較低、安全防護措施不足、沒有健全的運行以及維護系統，加之沒有標準化管理，導致信號系統實際運行效率低。在對交通信息化進行架構之時，應從以下方面入手。

1)感知層以及網絡層。該系統的具體功能為采集相應的信息，并借助感應器等其他機械，通過現代射頻以及藍牙技術進一步識別外界物體。其中網絡層能夠進一步增強信息有線以及無線交流，提高數據傳輸效率。

2)數據層以及平臺層。數據層的功能為：可有效統合整理軌道系統的大部分數據資源，并根據業務性質提供不同數據信息，從而確保軌道交通信號系統處于正常運行狀態；平臺能夠充分發揮大數據技術的優勢，為軌道系統設置專門的云計算平臺，進而有效調整以及科學處理軌道系統中的多項信息，確保數據安全，達到資源共享的目標。

3)應用層以及展示層。其中，應用層和列車運營掛鉤，它不僅負責生產指揮工作，而且直接關乎乘客服務以及公司管理，具體包括軌道交通的基本建設以及管理等。展示層設置專門交通門戶網站，為內部以及外部提供訪問平臺。

不僅如此，建構城市軌道交通系統還應當注意：①設置健全技術標準規范系統，確保技術管理標準化，增強系統技術力量，保證軌道系統運作正常規范；②設置完善的網絡信息安全體系，加大對交通信息系統的安全保護力度，從平臺以及數據等入手確保信息穩定安全。

5 結束語

人們在建設及開發城市軌道交通信號系統時，要緊緊跟隨時代潮流，盡可能定時更新城市軌道系統技術，真正發揮現代計算機信息技術的實際作用，確保城市軌道交通信號系統朝著智能化、全自動化的方向發展，并借助大數據技術處理多種信息，達到資源共享的目標。

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