城市軌道交通信號系統新技術探討

劉凈 陳燕

摘? 要：該文簡要介紹了我國城市軌道交通的發展現狀，通過對全自動駕駛、車-車通信、互聯互通等新技術原理及特點的分析，探討其在提高行車效率、保障行車安全、降低運營成本等方面的作用。在未來的城市軌道交通的規劃建設中，要順應時代的需要，充分利用不斷發展成熟的信號系統新技術和計算機信息技術，助力城市軌道交通向智能化、自動化不斷邁進。

關鍵詞：城市軌道? 新技術? 發展? 全自動駕駛? 互聯互通? 車-車通信

中圖分類號：U239 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）09（a）-0021-03

Abstract： This paper briefly introduces the development status of urban rail transit in China. Through the analysis of new technologies such as full-automatic driving， vehicle-to-vehicle communication and interconnection， it explores its role in improving driving efficiency， ensuring driving safety and reducing operating costs. In the planning and construction of urban rail transit in the future， it is necessary to meet the needs of the times， make full use of the new technology of signal system and computer information technology， and help urban rail transit to move forward towards intelligence and automation.

Key Words： Urban rail; New technology; Development; Full-automatic driving; Interconnection; Vehicle-to-vehicle communication

近年來，伴隨著我國經濟的飛速發展以及城市化進程加速，城市軌道交通發展迅速，目前我國已經有39個城市開通了城市軌道交通線路，運營里程超5800km，客運量超200億人次，在開通城市數量、運營里程、客運量均居世界第一。信號系統作為城市軌道交通的重要組成部分，建立起零散軌旁設備之間的聯系并有效控制，保障列車運行安全，實現高效有序的行車組織。

隨著通信與計算機技術的發展，全自動駕駛、車-車通信、互聯互通等新技術逐步走上歷史舞臺，城市軌道交通向著自動化、智能化的方向邁進的。這些新技術在提升效率、降低成本上較傳統CBTC信號系統具有明顯優勢，可靠性也更高，是未來智慧城市軌道交通信號系統的發展方向。

1? 全自動駕駛FAO

1.1 全自動駕駛日常運行場景

全自動駕駛FAO是列車ATO的延伸，可分為DTO和UTO。DTO自動駕駛模式無司機但有人值守，正常情況下列車自動運行，只有在異常情況下才由值班人員介入控制。UTO自動駕駛模式既無司機也無人值守，完全自動駕駛，可有效應對大多數異常情況。

全自動駕駛的列車在庫區自動喚醒，上電后綜合自檢，自檢正常后自動行駛，經轉換軌進入正線并自動升級至CBTC按列車時刻表運行，全自動完成區間運行、到站停車、開關門作業、自動發車、自動折返等操作，完成當天運營任務后自動回庫并對位停車，上傳當天運行數據并自動斷電休眠[1]。

1.2 全自動駕駛關鍵技術

相較于CBTC系統，FAO系統設置備用控制中心，主備中心服務器及接口設備應熱備冗余;車站增設車輛監控與乘客服務功能服務器，增設車載專業FEP，與站臺門通信;車輛段設置人員防護開關，檢修庫內增設休眠喚醒應答器，車輛基地內增設無源應答器;車載設備增設輔助運行單元，測速及定位系統頭尾冗余。通過架構上的升級確保系統穩定安全運行。

全自動駕駛FAO的關鍵技術主要有以下幾種。

（1）聯動功能。TIAS高度集成ATS、CCTV、廣播聯動、站臺門、時鐘等系統，實現整個地鐵運營系統的監控和程序聯動。

（2）自動化功能。在傳統CBTC系統基礎上新增設備，實現自動化功能。實現列車運行全流程自動化，包括自動喚醒與休眠、自動出入庫、自動對標停車、自動調車、自動折返、自動庫門防護、有人區與無人區隔離、自動車輛監測與數據上報等各項操作[2]。

（3）冗余技術。全自動駕駛相關設備全部按照冗余的方式配置，包括速度傳感器、計軸設備等車載設備，軌旁聯鎖、繼電器等地面設備。

（4）軟件系統升級。全自動駕駛的功能性更強，較傳統的ATO更復雜，為保證系統的高效運行，需要更成熟穩定的軟件系統。

1.3 全自動駕駛的優勢

全自動駕駛目前逐步在實際運營中得到運用，相較于傳統ATO具有較大優勢：（1）全自動駕駛取代人工操作，大幅降低人為誤操作造成事故的可能，安全性能更佳;（2）實現列車從激活出庫、正線運行到回庫休眠的全流程自動駕駛，大幅度提高運行效率，節約能源;（3）降低司機及相關工作人員的勞動強度，減少人員數量，節約人工成本;（4）全自動駕駛FAO實現對列車車輛、信號、供電等設備的統一管理、遠程監控，實時獲取列車實時狀態信息，提升行車組織的靈活性，增強列車調度和維護功能。

2? 基于車-車通信的新型CBTC系統

在未來CBTC系統的發展中，基于車-車通信的CBTC系統必將逐漸取代基于車-地通信的CBTC系統，基于車-車通信的CBTC系統需要用到的軌道設備、涉及到的接口數量都更少，使系統結構大為簡化，集成度也更高，能夠適應當前復雜多變的運輸需求。

基于車-車通信的新型CBTC系統的車載設備集成度高，軌旁不再設置區域控制器子系統ZC和計算機聯鎖子系統CI，只需要對軌道旁站臺門和信號機等設備進行管控[3]，系統接口數量減少，復雜度大幅降低。前后車可直接通過無線通信進行位置交互，后車根據接收到的信息自動計算移動授權和速度曲線。ATS可直接與列車通信，發送進路信息給車載設備，通過對象控制器控制道岔轉換和進路鎖閉。車-車通信將原本軌旁設備的功能都集中在車載設備上，縮短了信息傳輸路徑，加速了反應時間，提高列車運行效率，具有廣闊的發展空間。

基于車-車通信的新型CBTC系統各方面性能都明顯優于傳統CBTC系統：（1）車-車通信系統的列車可直接與前后車進行信息交互，不再經過軌旁ZC，簡化了數據交互的復雜度，降低了網絡負荷，提高系統整體性能;（2）車-車通信系統取消了軌旁ZC和CI子系統，節省了空間，降低施工難度，同時減少了接口數量，維護成本也隨之降低;（3）車-車通信減少了原先車-地通信的數據交互時間，可進一步縮短列車運行間隔，加大客運量;（4）車-車通信較車-地通信減少了需傳遞的數據量，提高車載設備的響應速度，能根據前車位置快速更新速度曲線，及時調整運行狀態，確保安全。

3? 互聯互通

城市軌道交通互聯互通是指不同廠商車載設備的列車可以在不同廠商的線路上運行，其目的在于改變傳統一對一的運營模式，打通整個城市軌道交通網，實現數據和資源共享。要實現這個目標，首先要實現信號系統標準化，各廠商采用統一的標準和規范，主要包括系統功能和架構、互聯互通接口規范、軌旁設備設計和安裝原則、人機界面等的一致性。

目前我國城市軌道交通信號系統設備雖然已實現自主研發，但多數線路設備還是依賴進口，各大廠商CBTC系統因接口不一，無法實現互聯互通，造成線路中富余運能無法得到有效利用、客流分布不均衡、車輛及設備資源無法共享等問題，隨著我國城市軌道交通建設規模的不斷擴大，對城市軌道交通提出了更高的要求，為了實現資源共享與網絡化運營的目的，CBTC系統間的互聯互通必將成為未來的發展趨勢。

相較于傳統CBTC系統，互聯互通的優勢在于：（1）實現停車場、信號設備、維護設備等資源共享，有效節約成本[4];（2）實現不同線路間列車共享，提高調度靈活性;（3）統一人機界面，規范化操作，人員線路變更無需再次培訓，降低人工與培訓成本;（4）供應商統一標準，線路二、三期工程無需考慮一期工程信號系統架構及接口問題，實現公平競爭;（5）易于全市統一指揮，集中調度。

城市軌道交通信號系統互聯互通應提前規劃布局，否則在城市軌道交通網絡建立起來后，由于車型、限速、限界等問題，改造難度極大。并且信號的互聯互通只是整個城市軌道交通網互聯互通的一部分，城市軌道交通網互聯互通還包括車輛、土建、運營、維護等各個領域，各領域間相互配合才能保證整個城市軌道交通網互聯互通的實現。各地市需要根據國家統一規范以及自身實際情況，實現互聯互通的建設。

4? 結語

當今的時代是信息化的時代，智能化、自動化技術發展迅速，被廣泛運用于各行各業，隨著我國城市軌道交通的不斷發展，人們對于城市軌道交通的關注逐漸由規劃建設向運行效率、行車安全、運營成本轉移。所以在城市軌道交通的規劃建設中，要順應時代的需要，不斷發展新技術，充分利用計算機信息技術，全力推進城市軌道交通的智能化、自動化發展進程。可以預見，文中提到的新技術將是城市軌道交通信號系統未來發展的方向，隨著這些新技術的不斷成熟并成功應用，相信在不久的將來，城市軌道交通將煥發新的光彩。

參考文獻

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