城市軌道交通信號系統關鍵技術研究

韓新紅

摘 要：為了保證城市軌道交通能夠穩定運轉，就需要推動信號控制朝著自動化、系統化、結構化的方向發展。如何建立起完善的信號控制體系并將其應用于實際，已然成為軌道交通領域迫切需要解決的問題之一，直接關系到系統的成本投入和維護運行。本文以目前信號系統關鍵技術為研究對象，希望可以促進城市軌道交通技術水平的提升，實現全面發展。

關鍵詞：城市軌道交通;信號系統;關鍵技術;研究

我國近年來對于城市軌道交通發展的重視度逐步提高，投入資金、人力比較多，開始實現網絡化、智能化與信息化，并且一系列先進技術的應用，比如自動駕駛、互聯互通等，極大的促進城市軌道交通自動化水平的提升，為智慧城市的構建提供強有力的支持。

1 全自動駕駛FAO

1.1 全自動駕駛日常運營場景描述

城市軌道交通應用全自動駕駛系統后，列車運行更加的穩定，也會更具安全性與可靠性，可以降低運輸成本，提高運行效果，是未來軌道交通技術發展的基礎條件。全自動駕駛列車在開始運營前，上電會從休眠狀態自動喚醒、自檢、軌道轉換、升級到CBTC系統、按照規定時刻表運行、自動開關門、自動折返與入庫、數據傳輸等。

1.2 全自動駕駛自動化級別

全自動駕駛FAO包括DTO和UTO。DTO屬于沒有司機但是有人值守的自動駕駛模式，一般來說車輛可以自動化運行，只有在特殊條件下人員才會主動干預。UTO為全部無人駕駛模式，整個運行過程沒有人員干預。在出現異常狀態后，信號、車輛、監控等系統同時發揮作用，聯動控制車輛系統，保證車輛和人員的安全性。

1.3 全自動駕駛的應用

1.3.1 聯動功能

車輛綜合自動化系統的TIAS高度集成列車自動監控ATS系統、自動化系統、廣播系統、設備聯動、乘客信息、門禁、站臺監控等，可以讓整個列車運營的各個方面信息都能夠顯示出來，實現程序的聯動，保證系統運行更具安全性和穩定性。

1.3.2 自動化功能

信號CBTC系統中增加自動化模塊，實現自動化運行效果。全自動駕駛CBTC系統與傳統CBTC系統相比，系統內設置有喚醒休眠模塊，地面內設置了智能化的ATP/ATO設備，其主要有如下幾項功能：

（1）正線運行。自動化調節站臺，完全實現自動化的發車運行，遠程自動清客，還能夠實現人員保護。

（2）車輛通行區域內完全自動化。自動喚醒與休眠、自動進入到車輛通行軌道內、自動洗車，實現庫門的防護。

（3）應急處理。在出現緊急狀況后，比如火災、車輛碰撞等方面，可以通過遠程監控系統實現設備操控，即使制止事故，并且疏散乘客，保證乘客生命安全。

1.3.3 實現全系統硬件冗余

全自動駕駛車載系統和地面系統全部都按照冗余設計的方式進行系統各個功能性的配置，車載系統可以實現車輛的全面控制，包含管理系統、速度傳感器、天線等部分;地面系統有繼電器、軌道聯鎖、軌旁ATS等。

1.3.4 軟件自動化升級，系統運行穩定

全自動駕駛CBTC系統和傳統CBTC系統對比分析，功能更加的完善，新增功能性好，可以和外部多個系統連接使用，實現全面監控和聯動處理。這樣組合成為龐大的系統，內部組成部分復雜性較高，要進行軟件方面的再設計。通常來說，結合系統運行需要實現軟件升級和改進，保證軟件的各個功能性符合要求，以達到系統運行的需要。

2 ATS子系統控制方式

2.1 集中控制型

集中控制系統主要用于列車在運行過程中的管理，其中涵蓋有車輛?？亢途€路運行方案等管理內容，各部分控制功能均能通過集中控制實現。對于ATS模塊來說，不管是車輛的運行狀態還是車站監控資料都直接關系到運行的穩定性，通常借助光纜設備進行相關數據的交互。該類型系統整體功能上較為完善，集成度較高，無需額外的配套裝置，但在運行過程中會導致系統負荷過高，同時通信質量需求較高，常常會出現裝置運行異常。此外，由于集成度的原因，設備發生異常后，往往難以把控影響范圍，甚至會造成系統癱瘓。

2.2 集中監控的分散控制型

主控中心將監控重點集中在列車的運行工況方面，同時針對列車的規劃方案進行整體把控，對于車輛停靠以及運行動作均交由各個站點進行相應控制。由此來說，將控制進行分散，能夠顯著降低主控系統負荷，并且數據交互也不會影響車輛的穩定性。一旦車輛發生異常問題后，能夠快速啟動降級運行模式，將事故影響控制在合理范圍。

2.3 自治分散型

該類型系統的出現是以計算機技術為前提，逐步應用在日常管理之中。對于列車正常的工作狀態來說，主控中心可以對其進行綜合管理和全面監測，把控好車輛?？亢蛦訝顟B。但隨著計算機技術的不斷前行，功能進一步完善，能夠有效監控車輛工況，就需要對計算機設備進行綜合管理，協調配合。一旦中央計算機設備發生異常，系統就可以快速跳轉到備用計算機來完成控制操作，繼續監測列車的整體情況。采用該系統最大優勢就在于靈活可靠，但需要配備的子模塊較多，提高操作的復雜程度。

2.4 ATS子系統的控制方式選擇

伴隨信息化水平的提升，實時監控系統也從原有的集中模式朝著分散管理發展，建立起不同的控制體系。從城市交通控制系統來看，采用集中管控的弊端就在于數據信息體量龐大，計算機設備負荷長期處于高位，且需要高質量的通信模塊。此外，數據交互的安全也難以保證。目前主流的交互模式是以電纜線路為基礎，搭建起專用的數據交互通路，整體上傳輸性能較差，難以滿足系統需求。最為關鍵的一點在于，如果內部OCC模塊出現異常，就會導致列車整體故障。

3 基于車—車通信的新型CBTC系統

當前我國所使用的城市軌道交通信號系統都為車-地通信的CBTC系統，科學技術全面發展，以該系統作為基礎創新的CBTC系統必然會逐步的替代原有系統，實現系統集成化控制，減少設備數量與接口數量，復雜性也會降低，達到系統運行安全性的標準，運營和管理更加的靈活。因此，該系統是城市軌道交通系統未來發展的必然趨勢。

3.1 基于車-車通信的新型CBTC系統架構

基于車-車通信的新型CBTC系統，和當前運行系統對比分析，將軌旁設備去除掉，這種方式可以使得系統組成更加的簡化，并且新設置的控制器可以進行信號機、道岔、站臺門等全部自動化控制。

3.2 基于車-車通信的新型CBTC系統的優勢

（1）車-車通信系統內融合了各項列車控制功能，可以實現系統內耦合度的提升，實現系統交互數據復雜性降低，信號系統負荷也會下降，信息快速處理，整體性得到很大的提升。

（2）車-車通信系統軌旁取消了ZC子系統和CI子系統，設備室內空間得到縮小，接口數量減少，系統更加簡單，維護與管理成本較低。

（3）車-車通信系統有效的簡化車與地的通行數據，同時還能夠縮短系統反應時間，車輛運行間隔也會縮短，和傳統CBTC對比分析，大約縮短60 s的間隔。

（4）車-車通信系統讓車和車通信實現交互性效果。后車準確掌握全車位置信息，系統計算之后會形成運行速度曲線、制動曲線，可以隨時調節車輛行駛狀態，保證安全性。

4 結束語

綜上所述，全自動化駕駛技術以及互聯互通技術被我國城市軌道交通領域廣泛的應用，并且已經全面的將大數據、云計算等技術融合進去。未來發展中，必然會讓城市軌道交通信號系統更具先進性，多種先進技術共同作用提高總體運行質量，給智慧城市軌道交通系統建設奠定基礎。

參考文獻：

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