多樣化城市軌道交通中信號技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展

凌祝軍、師秀霞

浙江眾合科技股份有限公司

多樣化城市軌道交通中信號技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展

凌祝軍、師秀霞

浙江眾合科技股份有限公司

城市軌道交通包括地鐵、輕軌、單軌、市域鐵路、城際鐵路、磁懸浮和有軌電車，呈現(xiàn)多樣化的發(fā)展趨勢，推動信號技術(shù)不斷創(chuàng)新，通過應(yīng)用并優(yōu)化計算機、通信和數(shù)字技術(shù)，實現(xiàn)軌道交通安全性、可靠性、效率和運營能力的提升。

軌道交通，多樣化，信號技術(shù)，創(chuàng)新與發(fā)展

前言

城市長遠和可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)建立以多樣化軌道交通為主軸的綠色交通體系，包括大運量地鐵、中運量輕軌、跨坐式和懸掛式單軌、城際快速鐵路、市郊的市域快速線和中低速磁懸浮、便捷的現(xiàn)代有軌電車等，以滿足不同規(guī)模城市、城郊之間、城市之間運送旅客的需求和經(jīng)濟、社會發(fā)展的需求。

今年的哥本哈根全球CBTC大會，以“優(yōu)化乘客管理”、“互操作性（互聯(lián)互通）”、“無人駕駛技術(shù)”、“全生命周期資產(chǎn)管理”等方面，探討了多樣化城市軌道交通的信號技術(shù)發(fā)展，達到“推動創(chuàng)新、提升運能、建設(shè)智能的多樣化城市軌道交通體系”的目的。

國內(nèi)外多樣化城市軌道交通的發(fā)展

多樣化城市軌道交通的發(fā)展擴大了城市的規(guī)模，同時，又縮短了城市的距離，實現(xiàn)了長三角、珠三角、京津冀等多個經(jīng)濟圈。我國“十二五”規(guī)劃明確提出：“優(yōu)先發(fā)展公共交通，完善城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)和公共交通場站，有條件的大城市和城市群地區(qū)要把軌道交通作為優(yōu)先領(lǐng)域，超前規(guī)劃，適時建設(shè)?！敝?014年末，全國22個城市共開通城市軌道交通運營線路長度3173公里。其中，地鐵2361公里，占74.4%；輕軌239公里，占7.5%；單軌89公里，占2.8%；現(xiàn)代有軌電車141公里，占4.4%；磁浮交通30公里，占0.9%；市域快軌308公里，占9.7%；APM 4公里，占0.1%。[1]

世界上第一條地下鐵路于1863年在英國倫敦通車，此后歐美城市紛紛借鑒，國際上城市軌道交通得到了較快發(fā)展。經(jīng)過一個多世紀的發(fā)展，倫敦地鐵包括了地下鐵（UNDERGROUND）、地上鐵（OVERGROUND）、碼頭區(qū)輕軌電車（DLR）和電車連線（TRAMLINK）等多種形式的軌道交通，其中地下鐵有11條線路，運營里程達到402公里；地上鐵有6條線路，運營里程86公里；DLR運營里程40公里，設(shè)有6條分支；電車連線有4條線路，運營里程28公里。

法國巴黎的交通之便堪稱世界之最，軌道交通歷史悠久。巴黎市區(qū)有三種軌道交通系統(tǒng)：第一種是市中心四通八達的地鐵，有14條線路；第二種是通往周邊郊區(qū)和衛(wèi)星城的近郊快速鐵路，有5條線路；第三種為在市區(qū)周邊行駛的有軌電車。

多樣化軌道交通中信號技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展

在城市軌道交通多樣化的發(fā)展進程中，信號技術(shù)作為其中的安全核心部件，也在不斷的創(chuàng)新與發(fā)展，通過應(yīng)用并優(yōu)化計算機、通信和數(shù)字技術(shù)，實現(xiàn)軌道交通安全性、可靠性、效率和運營能力的提升。

基于先進通信平臺的信號技術(shù)

2012年以來，深圳地鐵多次發(fā)生的民用3G熱點設(shè)備干擾CBTC系統(tǒng)車-地?zé)o線通信，導(dǎo)致列車緊急制動，造成列車晚點而影響旅客出行，產(chǎn)生較大的社會影響。為了從根本上解決車地通信受擾問題，保證信號系統(tǒng)可靠工作，工業(yè)和信息化部經(jīng)過長期的調(diào)研工作，基于TD-LTE的抗干擾能力強、可維護性優(yōu)、組網(wǎng)方式選擇靈活、支持更高的移動性、支持QoS技術(shù)等優(yōu)勢特點，于2015年2月發(fā)布了“關(guān)于重新發(fā)布1785—1805MHz頻率無線接入系統(tǒng)頻率使用事宜的通知”，即工信部無【2015】65號文，明確了軌道交通可使用該頻段的頻率資源。眾合科技等多家單位在杭州地鐵4號線等載客運營線路上完成了基于LTE通信技術(shù)的CBTC信號系統(tǒng)測試，并同時進行了信號、PIS和CCTV的綜合承載測試，通過測試，驗證了基于LTE的先進通信技術(shù)與CBTC系統(tǒng)有良好的適配性，無線網(wǎng)絡(luò)具有實時性好、可靠性高、穩(wěn)定性強、丟包率低、越區(qū)切換中斷時間短且成功率高等優(yōu)點，采用A、B雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)增加了系統(tǒng)可靠性、可用性，采用專用頻段可有效避開WIFI公共頻段干擾，確保了城市軌道交通的安全可靠運行。

多樣化軌道交通的互操作性設(shè)計

多樣化的城市軌道交通運營中，逐漸提出了城市間跨線運營、城市與市郊之間以及城市與城市之間互聯(lián)互通的要求，從而滿足建設(shè)和運營資源共享的需求。

信號系統(tǒng)互操作性設(shè)計即要求一條線路的車載設(shè)備在多條線路間運營，并且能實現(xiàn)同一條線路上，不同車載設(shè)備的混跑運營。LTE通信技術(shù)在信號系統(tǒng)中的應(yīng)用，為互操作性設(shè)計提供了橋梁基礎(chǔ)，但是，實現(xiàn)軌道交通信號系統(tǒng)的互聯(lián)互通不僅僅是各相關(guān)子系統(tǒng)之間的接口聯(lián)通實現(xiàn)數(shù)據(jù)互傳，安全仍是最基本的核心保障：

互操作性設(shè)計首先需要實現(xiàn)安全需求在不同車載設(shè)備和軌旁設(shè)備間分配的標準化，并確保安全功能的完整性；

互操作性設(shè)計應(yīng)實現(xiàn)車載設(shè)備與軌旁設(shè)備的接口標準化；

互操作性設(shè)計應(yīng)實現(xiàn)不同線路之間軌旁設(shè)備與軌旁設(shè)備的接口標準化；

互操作性設(shè)計應(yīng)實現(xiàn)多線列車的統(tǒng)一調(diào)度和協(xié)同指揮；

互操作性設(shè)計應(yīng)實現(xiàn)信號系統(tǒng)與其他系統(tǒng)（如車輛）接口的標準化。

無人駕駛及相關(guān)技術(shù)在不同形態(tài)軌道交通中的應(yīng)用

不同形態(tài)的軌道交通系統(tǒng)，均是從解決城市客流運輸能力角度出發(fā)，列車運行控制從完全依賴司機的目視行車，到非自動的列車運行防護、半自動列車運行、無人駕駛的列車運行，直到無人駕駛的全自動列車運行，自動化程度逐級提高。如表1所示列車運行控制系統(tǒng)自動化運行等級的說明。

全自動無人駕駛系統(tǒng)可以很方便的實現(xiàn)7×24h的全天候運營，能適用于地鐵、輕軌、市域鐵路等多樣化的城市軌道交通系統(tǒng)中，提供更高的安全性、可用性、可靠性和可維護性、更高的運營效率、更好的運營靈活性、更大的運營能力、更少的運營維護成本，為乘客提供更舒適、便捷的出行，使城市軌道交通更具公共交通吸引力。

表1：列車運行控制系統(tǒng)自動化運行等級說明表

多樣化軌道交通的網(wǎng)絡(luò)化運營與綜合自動化指揮

目前，軌道交通系統(tǒng)中通過列車自動監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對列車的行車指揮和監(jiān)控，并實現(xiàn)和綜合監(jiān)控系統(tǒng)接口獲取電力等其它系統(tǒng)的信息，通過人工交互信息對軌道交通進行指揮和監(jiān)控，造成資源浪費，并且經(jīng)過多次的信息轉(zhuǎn)發(fā)或轉(zhuǎn)述，也帶來了反應(yīng)速度慢、處理不及時的問題。

城市軌道交通的多樣化以及全自動無人駕駛系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，要求形成以行車指揮為核心的綜合自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)城市中各線的全網(wǎng)絡(luò)化運營與綜合監(jiān)控和調(diào)度指揮，不區(qū)分行車調(diào)度、電力調(diào)度或環(huán)控調(diào)度等專業(yè)，對多條線路的運營狀況進行統(tǒng)一的監(jiān)視和控制。無論是正常運營還是應(yīng)對突發(fā)事件時，由于人機界面統(tǒng)一、信息共享、各系統(tǒng)和設(shè)備綜合聯(lián)動，能快速反應(yīng)，迅速處理，提高管理的自動化程度。主要體現(xiàn)在如下兩方面：

1.正常的綜合自動化指揮采用統(tǒng)一界面，以列車自動監(jiān)控、電力監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)控設(shè)備為核心，實現(xiàn)與PIS、ATO/ATP系統(tǒng)的接口，進行集中的數(shù)據(jù)采集和控制，并將數(shù)據(jù)納入綜合信息處理平臺，提供以列車運行為核心的綜合運營指揮平臺。同時，在系統(tǒng)投入運營和結(jié)束運營時，可以根據(jù)時刻表自動控制線路上的設(shè)備打開和關(guān)閉，實現(xiàn)節(jié)能運營。

2.突發(fā)事件自動聯(lián)動處理通過信息的集中處理，實現(xiàn)各相關(guān)設(shè)備的聯(lián)動，并自動或提示人工給出操作提示，快速處置突發(fā)事件，減少不利影響。當某條線路的設(shè)備故障時，可以通過綜合自動化指揮系統(tǒng)，快速指揮疏散乘客，并通過廣播等系統(tǒng)通知其他線路的乘客，可有效避免更多的乘客擁堵和滯留；當出現(xiàn)火災(zāi)等緊急情況時，可以自動啟動通風(fēng)、滅火裝置，并控制列車停車或跳停，自動指揮乘客疏散，降低人身和財產(chǎn)損失。

多樣化軌道交通信號系統(tǒng)應(yīng)用實例

BiTRACON型城市軌道交通列車運行控制系統(tǒng)，是眾合科技通過學(xué)習(xí)歐洲先進信號技術(shù)，根據(jù)國際及國內(nèi)相關(guān)標準及行業(yè)規(guī)范，綜合工程實施經(jīng)驗，研制出的具有完全知識產(chǎn)權(quán)的CBTC信號系統(tǒng)（基于通信的列車控制系統(tǒng)）。BiTRACON系統(tǒng)基于公司自主研發(fā)、通過SIL4級安全認證的、車地一體化的異構(gòu)安全平臺，系統(tǒng)采用具有互操作性的歐洲標準通信協(xié)議，適用于地鐵、輕軌、市域線路、城際鐵路、有軌電車、單軌等多樣化的城市軌道交通系統(tǒng)，該系統(tǒng)由列車自動監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）、車載控制器（CC，含車載ATP和ATO）、區(qū)域控制器（ZC，軌旁ATP）、計算機聯(lián)鎖子系統(tǒng)（CBI）、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（DCS）等組成。

BiTRACON系統(tǒng)形成了基于可變?nèi)哂嘟Y(jié)構(gòu)的高可靠性車載與軌旁系統(tǒng)設(shè)計、功能與邏輯可重構(gòu)的車地通用安全計算機平臺，具備高安全性、高可用性、高可靠性和互操作性的特點，可以實現(xiàn)“互聯(lián)互通”，通過科技部科研支撐計劃的研究與開發(fā)，實現(xiàn)了基于無人駕駛的全自動列車運行控制功能。

結(jié)束語

綜上所述，國際化的大城市無一是通過單一的軌道交通解決城市交通的主要問題，在城市中心區(qū)域，地鐵是高效的公共交通工具之一，在市郊之間，可以采用市域線路，將郊區(qū)與城市中心聯(lián)通，在郊區(qū)及二三線人口密度較少的城市，建設(shè)低成本的現(xiàn)代有軌電車實現(xiàn)較大規(guī)模的客流運輸，在山區(qū)、旅游勝地，建設(shè)單軌來滿足坡度大、轉(zhuǎn)彎半徑小、滿足觀光等需求，通過建設(shè)智能的多樣化城市軌道交通體系，更好地為城市經(jīng)濟建設(shè)服務(wù)，同時，滿足人們對交通的多樣化需求，有效解決交通擁堵問題。創(chuàng)新推動發(fā)展，信號技術(shù)在大容量實時通信、互操作性、智能全自動駕駛、網(wǎng)絡(luò)化運營與綜合自動化指揮等方面，為多樣化的軌道交通系統(tǒng)提供安全保障和智能控制。

[1]城市軌道交通2014年度統(tǒng)計分析報告,中國城市軌道交通信息第2期（總第10期）,2015.5.4

[2]EN 62267-2009 Automated Urban Guided Transport–Safety requirements