通信技術的交通信號控制系統研究

秦婷婷

（江西路通科技有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

當前我國發展汽車保有量不斷增加，使城市內的交通擁堵變得愈發嚴重。城市交通軌道信號控制系統設計和應用能夠緩解城市交通擁堵的問題，提高道路交通通行效率和質量。在交通信號控制系統中使用5G 無線通信技術，能夠達到立體化、規?；?、高效率的要求，不僅能夠解決城市擁堵問題，還能夠縮短列車行駛間距，提高車輛通行效率。對交通信號控制系統的應用內容進行分析、明確通信技術的應用方法，對提高交通通行的質量有很重要的幫助。

1 城市軌道交通信號系統的發展情況

城市軌道交通信號系統經過長時間的發展，通過改進人工控制、設備控制，信息系統控制，形成了完善的安全信息系統。現代軌道交通信號系統應用與傳統機械、電子信號設備有著很大差異，該系統包含車站信號、進路信號、列車控制技術、通信信號、列車自動調度技術等，屬于非常完善的安全跟蹤系統。以往的鐵路信號系統功能較為單一、分散控制、獨立運行效果較差，而現代信息技術的應用，逐步形成完善的大型集成信號顯示系統，并通過應用集中部署、數據通信等系統，構建出完善的安全系統。

當前我國很多大型城市內的鐵路無線通信系統有如下幾種：無線AP、漏纜傳輸、感應回路。無線AP系統建設成本較低，安裝作業較為方便，且傳輸距離較長，但受外界因素影響較大。漏纜傳輸方式的穩定性較高，其他因素干擾性不強，能夠實現較大范圍內鋪設應用，但是目前沒有達到列車與車站的雙向傳輸。CBTC 系統是目前我國主要信號系統維護基礎，利用城市軌道交通工作內容對列車調度使用，準確記錄列車運行狀態、運行數據等。

列車安全技術、媒體信息技術應用到軌道交通系統內，不斷進行信號點式和連續傳輸、列車與車站雙向傳輸，滿足系統運行和控制的要求[1]。

2 智能化背景下城市軌道交通信號系統應用技術

2.1 無人駕駛技術應用

無人駕駛也就是全自動化駕駛技術，是在城市軌道系統內增加自動駕駛系統，保證列車運行的安全性，降低運行成本。自動駕駛通行時，列車會自動喚醒，開啟全面自檢，合格后即可運行到終點。每次循環完成后，車輛行駛的各項數據信息傳輸到鐵路系統內，并快速進入到自動休息狀態。軌道交通全自動化模式包含DTO 模式、有人值守模式、UTO 無人值守模式。UTO 無人值守模式能夠保證系統自動化運行，解決列車中傳感器異常情況，達到系統穩定運行的效果。運行模式概述如下：

首先，采集全部軌道交通通行數據信息，對整體運行狀況實施監控和管理，結合運行情況對列車通行進行控制。列車性能自我控制與喚醒是耦合，根據計劃方案開展，給遠方發射信號，通過核心處理器實現多種硬件信號的命令傳輸，列車和ATS 系統會監控喚醒。

其次，利用數據通信系統、信息網絡系統以及其他系統協調運行，落實整體監測和控制。在無人駕駛系統運行中，應采取靜態試驗的方式對前、后鎖閉以及管道等進行動態性試驗檢測，如車門、制動器、空調、照明等系統。

最后，車輛自動化運行，隨時掌握突發情況，做好系統全面管理。車輛系統、地面系統都會應用冗余技術，車輛系統能夠完成傳感器與繼電器等運行，并構建出完善的監管體系，發揮出無人駕駛技術的優勢，達到安全性標準[2]。

2.2 軌道交通信號系統互通互聯

合理應用人工智能技術，軌道交通信號系統能夠達到互聯互通的效果。列車交通信號中互通互聯的物聯網系統，轉變傳統單一廠商的ATC 設備通信，使列車、車站、站點資源共享應用，使調度與運行更加順暢。這一系統的連接應用，使多個廠家的列車在不同廠家的鐵路上運行。互通互聯的實現，要通過先進通信技術，發揮出CBTC 系統的優勢，實現車輛與車站雙向通信。因為不同廠家CBTC 系統數據傳輸接口有差異，不能保證車輛運行，無法達到CBTC 系統通信的要求，不能滿足互聯互通的效果，所以，互聯互通系統的運行要有明確的標準，統一功能和基礎，確保系統達到正常運行標準，最終實現萬物互聯，給軌道交通智能化運行提供基礎[3]。

2.3 車—車通信的軌道交通信號系統

在今后的長期發展中，隨著車輛與站點通信模式的發展，CBTC 系統將不斷應用到實踐中。通過CBTC 系統實現系統通信，確保列車和地面點穩定傳輸信息，數據傳輸效率和質量不斷提高，保證列車的安全性。同時，CBTC 系統是車輛自動行駛的基礎，在列車通行時，能夠提高傳輸信號的質量，管理和維護的成本較低。通過提升列車系統性能，落實靈活調整，使安全數據可以穩定地雙向傳輸。應用CBTC 系統后，不需要應用計算機控制的聯鎖系統CI，只需要進行站臺門和軌道的信號機控制即可。對車—車的通信信號系統應用CBTC 系統后，快速地使列車控制器與列車ATS 監控系統增加算法，改變傳統通信模式，達到信號智能化控制的效果，其他車輛可以快速確定實時位置，計算確定車輛速度、制動曲線，提高車輛系統站點準確性[4]。

3 系統軟件設計

系統框架設計需要了解系統組成部分，其中列車信號控制子系統對系統線路進行合理的布置，對列車通行時間做出合理的調整，及時掌握問題，最終滿足使用要求。在系統中，通過應用UDP/IP 協議實現系統控制，也需要利用信號系統達到系統功能的要求[5]。

3.1 無線通信程序

在該系統設計環節，以套接字作為主要的技術內容和形式，使軟件通信功能的效果和系統功能得以實現。目前來說，所應用的套接字包含以下兩種類型[6]：

3.1.1 數據報套接字

數據報套接字是應用比較普遍的套接字形式，具備無連接的特點，應用雙向數據流記錄的方式，但是不能確保信號傳輸到達到安全的要求，也不能按照某個順序傳輸。

3.1.2 數據流套接字

數據流套接字不能記錄雙向數據流邊界，但是能夠確保信號傳輸達到穩定、有序的要求。目前所應用的套接字多是服務器/客戶端類型，根據系統設置的數據，合理劃分和使用，包含客戶端與服務器兩個部分。應用服務器之后，可以穩定連接等待狀態的客戶端，把請求信號直接輸入到服務器一端，再通過服務器一端將反應后的信號傳輸到客戶端[7]。

3.2 列車自動監控子系統

列車自動監控子系統是將數字信息內容應用5G通信系統發射出去，并利用5G 通信數據車載信息標識掌握系統的列車通行信息，同時掌握列車行駛速度、臨時位置信息、自動監控系統等。監控系統包含下述幾個部分：車載單元、雷達單元、MMI 單元等。

車載單元包含通信、應答器等部分，該結構的作用是測定列車行駛速度、行駛位置，對車輛進行參數的自動化監控，管理人員可隨時掌握列車的通行狀態，根據實際情況做出改進和調整，促進列車的安全性。雷達單元是以雷達技術作為基礎，快速測定列車行駛速度，根據需要進行列車穩定狀態檢測。而應答器是重要的通信部件，為整個系統提供通信道路，達到信息共享和使用的要求。MMI 單元是目前最常見的人機交互界面，列車駕駛人員能夠及時了解列車的狀態信息，通過自檢確定列車是否存在故障，一旦發生異常，系統會自動進行轉換使用，保證行駛的穩定性、可靠性，避免列車行駛中發生安全事故[8]。

3.3 列車自動駕駛子系統

合理使用列車自動駕駛子系統，能夠達到自動化運行的標準和要求。系統利用計算機發送指令，控制列車的啟動、牽引、制動等動作，隨時監測系統情況，根據系統的實際情況做出調整，保持列車處于正常的速度、狀態，準點到達目的地。該系統的工作原理如下：通過速度算法實現信號的傳輸和控制，自動化執行系統發送的牽引指令、制動指令，隨時根據需要調整列車狀態，符合自動化的要求。

3.4 列車信號控制子系統

列車在正常行駛的過程中，自動化控制必須通過信號來實現，所以信號控制子系統是重要的組成部分，由軌旁設備與車載設備構成。列車自動化控制子系統能夠實現系統運算和控制，把列車在行駛環節的信息傳輸給控制系統，結合行駛位置信息，快速完成自動化控制。同時，利用信號系統可以給自動駕駛系統傳輸數據信息，再通過列車信號控制子系統進行核心存儲單元的控制，應用這一核心單元給自動監控子系統、列車自動駕駛子系統傳輸信號，再根據列車位置信息發出指令，隨時掌握變化信息。

在位置信息中，固定信息是道岔位置、信號機位置、線路坡度、車站位置等信息，變化信息是列車速度、牽引力、制動力等。這些信息能夠反映出列車的實際情況，加強控制才能滿足實際使用的要求。此外，利用列車自動監控子系統與自動駕駛子系統，可以實現信息交換和使用，將全部信息存儲到系統內，技術人員通過對比這些信息，掌握列車行駛的情況，分析是否存在故障，保證車輛安全，提高系統控制能力和水平。列車監控子系統給列車自動駕駛子系統傳輸穩定、可靠的信息，如位置信息、通行方向、停車授權等，并利用信號控制系統將獲取的信息調整為信號命令，從而掌握列車的通行狀態、故障信息，運營管理者能掌握列車通行情況，保證列車行駛的安全性[9]。

4 交通信號控制系統發展趨勢與發展建議

4.1 發展趨勢分析

我國城市化高速發展，軌道交通系統建設和運行能夠緩解交通路段擁堵的情況。采取人工智能+5G信息化技術，軌道交通信號系統傳輸速度加快，運行更具穩定性與安全性，還能滿足無人駕駛的要求。在具體使用中，信息化建設有很多問題存在，應進一步改革與完善。軌道交通信號系統是目前列車控制的關鍵系統，如果基礎建設和標準缺乏統一性，將造成信息利用率下降，資源浪費嚴重，且不能達到規范化、標準化管理需要。因此，軌道交通系統未來發展趨勢如下：

第一，增加感知層。利用高頻、藍牙技術、傳感器等設備獲取信息，快速識別外部物體，達到智能控制效果，防止存在風險。

第二，提高網絡層。通過系統內部實現有線通信、無線通信，實現信息和系統交互使用，促進數據快速傳輸。

第三，增強數據層。數據層進行系統聯合管理，把數據傳輸給相關部門和單位，使系統可以穩定運行。

第四，增加平臺層。利用大數據技術，創建云計算平臺，有序處理數據信息，提高信息數據安全性，達到信息交互性要求。

第五，提高應用層。通過列車的運行、制造訂單等，加強公司管理，提高管理水平。

第六，完善展示層。城市軌道交通用戶進行互聯互通，使內部、外部訪問更加便利，系統運行效率提升[10]。

4.2 發展建議

城市軌道交通信息系統未來的發展，應從下述幾個方面出發進行：

第一，感知層。該系統傳感器元件數量較多，利用合理技術獲得大量信息，實現系統控制。

第二，網絡層。通過有線、無線實現信息傳輸和共享，提高通信水平。

第三，數據層。該層的作用是處理全部數據信息，給每個子系統提供必要的數據支撐。

第四，應用層。包含生產、服務、管理等部分，包含整個系統的運行情況，構建出符合城市軌道系統運行需要的軌道交通網絡體系，便于內部通信和外部人員訪問。

只有全面落實信息技術的應用，建設完善的信息系統，創新信號控制系統，才能使城市軌道交通系統運行更加穩定、安全，實現無人駕駛，為交通事業發展做出貢獻。

5 結語

綜上所述，隨著現代社會科學技術發展，5G 無線通信技術成為新技術的代名詞，將該技術應用到軌道交通信號控制系統內，能夠提高系統的工作效率，改善系統功能，保證系統的安全性與可靠性。未來發展中，加強先進通信技術的應用，融入計算機、網絡系統，可以監測列車的行駛動態，達到智能化監控與管理的效果，為列車監控與管理提供良好基礎。由此可見，通信技術的應用有非常廣闊的前景，在交通信號控制中優勢明顯，必然會取得更大的成績。