城市軌道交通通信系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀分析

蘇嘉杰

（海南熱帶海洋學(xué)院，海南三亞572022）

1 城市軌道交通的發(fā)展歷程

自20世紀60年代，中國開始修建并建成通車的地鐵——北京一期工程的地鐵，是國內(nèi)第一條城市鐵路。到21世紀初，國內(nèi)10 個城市啟動了城市軌道交通運輸系統(tǒng)，總里程約420km。與發(fā)達國家大城市的軌道交通發(fā)展對比，差距還很明顯。從1990 至今（2021年），是我國城市軌道交通高速發(fā)展的新時期。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市綜合規(guī)模的迅速擴大，中國城市化進程的不斷加快，軌道交通的作用愈發(fā)突出。為了實現(xiàn)國產(chǎn)化，中國采用了許多新技術(shù)和設(shè)備生產(chǎn)軌道交通設(shè)備，使建設(shè)水平已經(jīng)達到了一個新的高度，地鐵已接近發(fā)達國家的先進水平。一條20km的路程，3～4年就可以通車運營。

2 我國城市軌道交通發(fā)展現(xiàn)狀分析

新型軌道交通具有經(jīng)濟、環(huán)保、高效的優(yōu)點，對提高人們的運輸能力和旅游效率起到了積極的作用。中國的軌道交通運輸主要為地鐵運營。發(fā)達國家軌道交通網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，軌道交通入口門檻低，軌道交通線路長。現(xiàn)階段，我國城市汽車保有量不斷增加，交通與城市生產(chǎn)的矛盾日益明顯，交通擁堵現(xiàn)象顯著，人們的生活和活動空間往往被壓縮。交通問題不僅影響人們的生活質(zhì)量，而且還限制了許多城市的未來發(fā)展。由于城市軌道交通不占用地面，因此其容量大，效率高。隨著交通量的增加，它可以減少擁堵，解決出行困難的問題。

此外，城市軌道交通可以減少地面車輛的數(shù)量，減少車輛排放造成的空氣污染。對提高城市整體實力和形象，消除城市結(jié)構(gòu)缺陷，具有重要作用。一般來說，城市軌道交通的建設(shè)至少需要5年時間，在此期間，有許多開放式的設(shè)計、準備、施工和運輸活動。軌道交通工程在一定程度上是城市的生命線工程，對促進產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展、城市空間建設(shè)和城市內(nèi)部結(jié)構(gòu)現(xiàn)代化具有重要作用。

3 我國城市軌道交通通信系統(tǒng)分析

城市發(fā)展軌道交通是具有固定線路、固定軌道，以及交通車輛和服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施的公共管理交通安全設(shè)施。目前，國內(nèi)城市軌道交通設(shè)備生產(chǎn)行業(yè)是創(chuàng)造型、先進型經(jīng)濟發(fā)展的典型代表。這是中國自主創(chuàng)新水平很高的高端制造業(yè)，是各國金融創(chuàng)新產(chǎn)品競爭力最強、產(chǎn)業(yè)影響力最明顯的領(lǐng)域。城市軌道交通信號控制系統(tǒng)可以讓列車之間保持安全距離，使列車的行駛安全得到保障，為乘客和工作人員提供更好的保護，使列車的行駛效率大大提升。列車的自動化控制系統(tǒng)包含很多的子系統(tǒng)，如計算機聯(lián)鎖、自動駕駛、自動防護和自動監(jiān)督系統(tǒng)。大多數(shù)西方發(fā)達國家開始將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到軌道交通管理系統(tǒng)的建設(shè)工作中，可以有效保證信息通信的及時性，為軌道交通的正常運行打下了良好的基礎(chǔ)[1]。

4 我國城市軌道交通通信系統(tǒng)運行中現(xiàn)存的問題

4.1 信號控制系統(tǒng)存在的不足

4.1.1 由于我國的軌道交通研發(fā)滯后，缺乏高端專家系統(tǒng)，系統(tǒng)大多數(shù)都是以進口為主，自主研發(fā)的相關(guān)技術(shù)不成熟，使維護成本不斷上升。由于電磁干擾、雷電、電磁信號強度減弱、信號中斷等原因，導(dǎo)致信號系統(tǒng)不能正常工作。最后，還需要重視信號的傳輸速度的問題，一旦信號傳輸被延遲了，就不能保證軌道運輸?shù)恼＿\行。此外，有時信號控制系統(tǒng)會出現(xiàn)誤報警，因此需要進一步改善信號的傳輸和操作。

4.1.2 抗干擾能力不足，工作中使用的傳感器等極度敏感的設(shè)備容易受到外界的干擾。比如，人和自然因素信息傳輸不全，使傳輸?shù)膬?nèi)容與原來的信號有所區(qū)別。再者，許多軌道交通的使用很廣泛，但信號控制系統(tǒng)還不太完美，需要進一步發(fā)展，技術(shù)也沒有那么成熟，加上很多設(shè)備我國難以生產(chǎn)，進口設(shè)備也是一筆巨大開銷。高端信息技術(shù)管理人才是我們國家迫切需要的，維護和維修系統(tǒng)也亟待解決。目前控制系統(tǒng)是國家需要攻克的難題，軌道交通信號技術(shù)還有待提高。保證信息傳輸?shù)募皶r性也很重要，延時的信號不管慢或者快，都是一樣沒意義。軌道交通信號控制系統(tǒng)中的信息最好是“實時”傳輸，其肩負的責(zé)任包括：一是勘測軌道的情況和監(jiān)測列車的運行情況。二是信息的傳輸和接收。接收和傳輸過程出現(xiàn)的錯誤是無法避免的，因此需要人工判斷和修改[2]。

4.2 軌道交通發(fā)展和定位不足

在城市規(guī)劃建設(shè)過程中，軌道交通過多強調(diào)其作為公共交通的外部因素，軌道交通信息系統(tǒng)的開發(fā)僅側(cè)重于商業(yè)服務(wù)。但是，由于城市發(fā)展需求不斷增加，軌道交通項目投資巨大，單一功能已不能滿足發(fā)展的需求，對運營管理理解不夠深入，系統(tǒng)工程的完整性也是城市軌道交通缺陷的核心，要全面進行探究[3]。資金的大力投入和建成后運營的整體性也有不小的問題，需要改進。

近年來，我國城市軌道交通通信系統(tǒng)主要包括三個部分：維持城市軌道正常運營和管理的運營通信系統(tǒng)；保證軌道交通運營過程中乘客和工作人員安全的安全通信系統(tǒng)；保證軌道交通內(nèi)部正常民用通信穩(wěn)定的公共通信系統(tǒng)。因此，革新和多元化功能的定位迫在眉睫。

4.3 軌道交通發(fā)展與城市息息相關(guān)

城市軌道交通的發(fā)展與城市息息相關(guān)，核心是三個內(nèi)容：一是城市文化內(nèi)容信息和城市歷史文化遺產(chǎn)是一個城市進步的重要基礎(chǔ)。因而，城市的進步需要與城市的內(nèi)在文化底蘊統(tǒng)一；二是安全的技術(shù)性，健全和完善軌道交通網(wǎng)絡(luò)安全管理系統(tǒng)，對軌道交通的發(fā)展起到推動作用；三是建立軌道交通，方便民眾交通出行。城市軌道交通有益于減少排放，改善環(huán)境。

4.4 智能維護的技術(shù)參數(shù)和標準仍處于試驗階段

現(xiàn)階段，我國城市軌道交通運行維護標準較少，特別是缺少設(shè)備技術(shù)評價標準。城市軌道交通運營商已經(jīng)制定了詳細的運營規(guī)則，但這些參數(shù)通常是根據(jù)設(shè)施的使用壽命計算得出，這不符合實際應(yīng)用。例如，操作標準通常規(guī)定，在行駛特定公里數(shù)后，必須拆下車輛轉(zhuǎn)向架軸承。許多公司通過相關(guān)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，車輛軸承狀況良好，不需要更換。車輛健康評估模型和行業(yè)標準不評估設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)，使相關(guān)技術(shù)參數(shù)和標準不足以將設(shè)備從計劃維護更改狀態(tài)維護，這不利于長期發(fā)展。

4.5 加強軌道交通與不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)交換，指導(dǎo)系統(tǒng)的優(yōu)化、維護和改進

所有車輛、供電、軌道、信號、通信系統(tǒng)都有專業(yè)的故障檢測、運行和維護數(shù)據(jù)。然而，這些數(shù)據(jù)通常可以形成“信息孤島”，供各系統(tǒng)專家使用。以輪軌關(guān)系為例，通過對軌道狀態(tài)的確定和分析，可以發(fā)現(xiàn)軌道識別中的錯誤和隱患，通過振動檢測在線分析軌道狀態(tài)，控制軌道系統(tǒng)的維護和維修。為行業(yè)的裝置和設(shè)施創(chuàng)建信息平臺，消除基于可靠性和監(jiān)測的靈活應(yīng)用和維護，提高維護效率并降低維護成本。對解決城市軌道交通系統(tǒng)隱患、感知和挖掘健康狀況方面發(fā)揮著重要作用。其目的是整合材料管理、工藝優(yōu)化、維護決策、運營和維護，促使行業(yè)健康、綠色、可持續(xù)的發(fā)展。例如，信號專業(yè)可以運用道岔、信號機等設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)分析保持高密度行車條件的修程修制，實現(xiàn)差異化檢修標準；軌道專業(yè)可以運用綜合檢測車的動態(tài)數(shù)據(jù)與軌道檢查的靜態(tài)數(shù)據(jù)進行復(fù)核，優(yōu)化軌道專業(yè)的修程修制；變電專業(yè)應(yīng)制定不同線路以及同線路不同負荷區(qū)域關(guān)鍵設(shè)備差異化檢修內(nèi)容；接觸網(wǎng)專業(yè)結(jié)合弓網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)分析結(jié)果優(yōu)化調(diào)整人工巡檢方式、周期和項目。通過挖掘監(jiān)測數(shù)據(jù)與設(shè)備故障的關(guān)系，制定不同線路、不同型號設(shè)備的差異化檢修模式，實現(xiàn)精檢細修和智能維保。

5 城市軌道交通通信系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展趨勢

5.1 軌道交通信號控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢

穩(wěn)定性好是硬性要求，提高信號控制技術(shù)系統(tǒng)的抗干擾能力，可以減少負面因素產(chǎn)生的影響。例如，信號數(shù)據(jù)傳輸強度不足，信號完整性差，就必須建設(shè)完整的信號控制系統(tǒng)。現(xiàn)在信號控制系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，規(guī)模大，但操作程序不完整。為此，相關(guān)政府、企業(yè)的研發(fā)管理人員應(yīng)開展信號控制信息系統(tǒng)的研發(fā)，為信號控制系統(tǒng)的有序運行提供科學(xué)技術(shù)保障[3]。我國研發(fā)人員處于全職人才培養(yǎng)階段，制定有效的人才出國留學(xué)計劃，提高通信技術(shù)人才的水平，加強信號控制研究開發(fā)的可行性。

5.2 通信系統(tǒng)的應(yīng)用是未來趨勢

我國要安排相關(guān)技術(shù)人才加快TETRA 的問題攻關(guān)，建立綜合分析系統(tǒng)要有自動監(jiān)視裝置、用車載運設(shè)施、TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)化處理相關(guān)技術(shù)與要緊公務(wù)通信網(wǎng)絡(luò)相互配合，保障通信信號的及時性與穩(wěn)定性。并且，為了推進經(jīng)濟發(fā)展的進程，政府需要大力支持新一代無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研發(fā)，進一步完善我國軌道交通方面的無線通信技術(shù)系統(tǒng)。另外，在采用MSTP 技術(shù)、ONT 技術(shù)和RPR 技術(shù)的前提下，我國應(yīng)密切整合城市軌道交通通信系統(tǒng)和信號系統(tǒng)，形成一個集通信、控制、指揮和自動傳回信號相結(jié)合的前沿現(xiàn)代化和機械化的系統(tǒng)，那么主網(wǎng)絡(luò)與城市軌道交通傳輸?shù)男畔嗷ト诤希_保信息的正確傳送、交通方面變動、保存信息和解決的高效率，讓通信變得更加可靠，提供更好的保護能力。

5.3 城市軌道交通應(yīng)與前沿技術(shù)結(jié)合

在運營客戶服務(wù)方面，要更好地利用網(wǎng)絡(luò)、5G、大數(shù)據(jù)分析和人工智能等前沿技術(shù)手段，提高乘客旅游的便利性和滿足度，減少操作成本。在城市鐵路交通中，5G 通信技術(shù)的應(yīng)用期間，要擺脫思想限制，借助5G 通信技術(shù)來控制電車活動，此外，需要從更多角度考慮建立一個完善高效的現(xiàn)代城市軌道交通的通信網(wǎng)絡(luò)體系，改善現(xiàn)代城市鐵路運輸系統(tǒng)的綜合通信質(zhì)量。為廣大旅客出行提供便捷舒適高效的通信服務(wù)，根據(jù)現(xiàn)代城市軌道運輸系統(tǒng)的綜合信息通信和服務(wù)的要求，設(shè)計一個沿著現(xiàn)代城市軌道交通發(fā)展的5G網(wǎng)絡(luò)核心網(wǎng)。

5.4 城市軌道交通的現(xiàn)代化和智能化發(fā)展是顯而易見的

中國現(xiàn)在已經(jīng)成為世界上發(fā)展最快的國家。同時由于智能科學(xué)技術(shù)的進步以及城市進程的加速，中國城市軌道交通已經(jīng)具備了自動化、智能化、綠色化、節(jié)能化的特點。以深圳地鐵建設(shè)6 號線、10 號線為例，深圳地鐵將實施生態(tài)智能設(shè)計理念，促進線路建設(shè)運營與綠色新能源和二氧化碳減排等新技術(shù)結(jié)合，積極探索環(huán)境、社會與軌道交通的協(xié)調(diào)與發(fā)展，并從綠色低碳的特點入手。如地鐵6 號線，首次設(shè)計了綜合減震降噪系統(tǒng)，通過增強U 型射線、減震、降低橋梁振動等技術(shù)手段，不僅可以降低振動和噪聲，而且還可以降低自身重量和成本。此外，考慮到綠色和環(huán)保，6 號線減少鋼筋混凝土的使用量。為了實現(xiàn)低碳環(huán)保、節(jié)能減排，建立了高性能太陽能發(fā)電系統(tǒng)。打造優(yōu)質(zhì)、可持續(xù)發(fā)展的軌道交通“深圳示范”。在云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的大力支持下，實現(xiàn)了分布式云計算平臺系統(tǒng)，成功建成10 號線。這是中國鐵路行業(yè)首次使用云計算技術(shù)整合在全線應(yīng)用再生制動能量回饋裝置。同時，6 號線和10 號線開通5G 信號隧道的全覆蓋。

5.5 我國城市軌道交通信號系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

信號系統(tǒng)是城市軌道交通的必要發(fā)展，是未來的趨勢，是一條具有中國特色的發(fā)展道路。事實上，準移動閉塞和實體閉塞已滿足中國目前城市軌道交通的信號需求。CBTC 對城市軌道信號系統(tǒng)的影響是巨大的，是助力城市發(fā)展的一環(huán)。城市軌道交通的實踐對于促進軌道交通信號系統(tǒng)的發(fā)展具有重要意義。國家和省級相關(guān)部門應(yīng)盡快制定城市軌道交通系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略，推動和支持相關(guān)負責(zé)部門完成重要的研發(fā)任務(wù)。選擇具有自主知識產(chǎn)權(quán)的列控信號系統(tǒng)，為國家科技創(chuàng)新項目提供政策選擇。在列控制式時，城市軌道交通采取穩(wěn)定的形式、梯隊的結(jié)構(gòu)，選擇合適的系統(tǒng)，使我國城市軌道交通建設(shè)快速健康發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，信號系統(tǒng)成為一種更加先進、可靠、高效、智能的系統(tǒng)。

6 結(jié)語

隨著我國城市人口數(shù)量的不斷增加，軌道交通的建設(shè)規(guī)模也隨之壯大起來。在大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等一系列先進信息技術(shù)的助力下，軌道交通通信系統(tǒng)將極大推動我國現(xiàn)代化城市的發(fā)展。