現(xiàn)代鐵路與城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)比較

胡亞波

（湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 430070）

交通總是發(fā)展的先鋒軍，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力和綜合國(guó)力的不斷提升，我國(guó)的交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)展特別迅猛，已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先行列。但與現(xiàn)下的經(jīng)濟(jì)社會(huì)需求還存在著一些不相匹配的方面，尤其表現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)覆蓋密度、覆蓋范圍廣度、高科技質(zhì)量等方面?？v觀我國(guó)社會(huì)發(fā)展歷程，在未來(lái)一個(gè)階段內(nèi)，我們務(wù)必加快交通工程的進(jìn)一步成熟化發(fā)展，而交通信號(hào)系統(tǒng)作為交通系統(tǒng)的核心指揮中心，是控制列車運(yùn)行和防護(hù)道路運(yùn)行安全的中樞系統(tǒng)。交通信號(hào)系統(tǒng)的作用主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：指揮交通運(yùn)行、確保行車安全、提高運(yùn)營(yíng)效率。其整個(gè)發(fā)展歷程，是在科技進(jìn)步、運(yùn)行發(fā)展需求、重大交通事故等相互作用下進(jìn)步發(fā)展的。鐵路與城市軌道交通系統(tǒng)是整個(gè)交通系統(tǒng)的一部分，但表現(xiàn)在具體應(yīng)用上有各有不同。

1 現(xiàn)代鐵路與城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 現(xiàn)代鐵路信號(hào)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)況

近20年來(lái)，在運(yùn)輸市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的壓力下，各國(guó)為實(shí)現(xiàn)提速、高速和重載運(yùn)輸，積極引進(jìn)采用新技術(shù)，大幅度提高了現(xiàn)代化通信信號(hào)設(shè)備的裝備水平，新型技術(shù)系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。國(guó)際鐵路聯(lián)盟更是明確規(guī)定：列車時(shí)速超過(guò)160公里/小時(shí)，就必須以車載信號(hào)作為行車憑證。我國(guó)的鐵路交通信號(hào)系統(tǒng)是基于我國(guó)實(shí)際國(guó)情，按照我國(guó)鐵路運(yùn)輸需求，在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)下推行的。按照系統(tǒng)條件和功能，劃分為 CTCS—0、CTCS—1、CTCS—2、CTCS—3、CTCS—4五個(gè)等級(jí)?；旧峡梢詫?shí)現(xiàn)適應(yīng)各種惡劣環(huán)境和氣候條件（例如：高溫、低溫、高寒、高原等）較為廣泛應(yīng)用的是CTCS—2和CTCS—3，CTCS—3主要使用在運(yùn)行時(shí)速300公里及以上的高速鐵路。另外有一條特殊路線，也是我國(guó)唯一應(yīng)用ITCS列控技術(shù)的，就是青藏線。由于地理環(huán)境的特殊性，采用了這一增強(qiáng)型列車控制系統(tǒng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閉塞、車站連鎖、列車超速防控，極大提高安全性能。

1.2 城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)況

我國(guó)城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展與我國(guó)歷史、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等的發(fā)展基本是同步的。主要經(jīng)歷了三個(gè)階段的蛻變：首先是為了軍事防空防御而修建的北京1號(hào)線（我國(guó)自主獨(dú)立建成）；接著是引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，購(gòu)置國(guó)外先進(jìn)設(shè)備進(jìn)行的城市化交通系統(tǒng)建設(shè)，這一階段使得我們處于很被動(dòng)的弱勢(shì)地位；發(fā)展至今，我國(guó)在不斷吸收學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)同時(shí)，自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)發(fā)展已初具規(guī)模，我國(guó)是世界第四個(gè)掌握CBTC核心技術(shù)的國(guó)家，自主研發(fā)的城市交通信號(hào)系統(tǒng)也逐步向全國(guó)各大城市推行使用。

2 兩大信號(hào)系統(tǒng)的相同點(diǎn)

2.1 列車停車點(diǎn)安全防護(hù)措施

鐵路和城市交通都屬于公共交通范疇，其安全性能關(guān)系著社會(huì)安全穩(wěn)定，首當(dāng)其沖。停車點(diǎn)是在列車停靠時(shí)發(fā)生危險(xiǎn)情況率較高的點(diǎn)位，安全防護(hù)措施旨在如何讓保證列車安全停靠。常見(jiàn)的防范措施有：在停車點(diǎn)前方設(shè)置一段緩沖防護(hù)距離，避免停車時(shí)因超越發(fā)生危險(xiǎn)；在此基礎(chǔ)上，以防護(hù)距離短為基數(shù)，通過(guò)計(jì)算得出相應(yīng)數(shù)據(jù)值，以數(shù)據(jù)為線，提醒列車操作人員在停車時(shí)嚴(yán)格控制，不得超越數(shù)據(jù)值。

2.2 列車的間隔控制

列車的間隔控制即通過(guò)控制列車運(yùn)行時(shí)間間隔，有效協(xié)調(diào)交通運(yùn)行，最大化發(fā)揮整體交通行性能，同時(shí)避免同條線路或交叉線路上的列車追尾現(xiàn)象。是交通信號(hào)系統(tǒng)中提高例如車運(yùn)行效率的技術(shù)手段，也是保障行車安全的重要手段。

列車的種類紛繁，用于也不盡相同，在間隔控制的手段上也并不是千篇一律的，較常見(jiàn)的運(yùn)行系統(tǒng)有以下兩種：

一是以具體的、一般的交通軌道為基數(shù)，采用固定的模式，通過(guò)閉塞方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)列出速度分級(jí)上的控制，進(jìn)而生成列車速度安全數(shù)值防護(hù)值的線象圖表。

二是針對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)字編碼軌道，在軌道電路基礎(chǔ)上，通過(guò)一次制動(dòng)模式來(lái)對(duì)列車運(yùn)行進(jìn)行把控和監(jiān)測(cè)。

2.3 速度監(jiān)測(cè)和超速提醒與防控

（1）交通道路安全很大程度上與列車速度關(guān)系緊密，過(guò)快或過(guò)慢都存在著安全隱患。常見(jiàn)的速度監(jiān)控手段主要有以下兩種：

一是固定路段速度監(jiān)控不同種類道路，不同路段的速度控制，都有明確的規(guī)定和劃分。所允許的速度最大值和速度最小值取決于路線參數(shù)，包括車流量、周圍環(huán)境等綜合因素。列車自身的最大速度值則取決于列車本身的物理屬性，無(wú)論是哪種列車，都有其固定的速度區(qū)間值，這樣的限制也是為了實(shí)現(xiàn)交通安全，避免因超速而帶來(lái)的安全隱患。

二是隱蔽性隨機(jī)性速度監(jiān)控。這種速度監(jiān)控作為輔助性手段，隨機(jī)、靈活、應(yīng)用范圍廣泛，是一種臨時(shí)性的檢測(cè)手段，例如，因氣候、季節(jié)性變化帶來(lái)交通道路安全隱患時(shí)，區(qū)間性道路維修時(shí)，臨時(shí)施工點(diǎn)周圍等等。

（2）列車超速提醒是指列車上安裝的專門的監(jiān)控列車但是否超速行駛的系統(tǒng)。系統(tǒng)是通過(guò)計(jì)算機(jī)預(yù)先設(shè)定好的程序，當(dāng)列車速度超過(guò)其安全系數(shù)上限，系統(tǒng)會(huì)緊急制動(dòng)，發(fā)出警告信號(hào)，做出保護(hù)措施并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)記錄。

2.4 測(cè)速功能

監(jiān)測(cè)列車間距離、速度的信息系統(tǒng)，是交通信號(hào)系統(tǒng)中必不可缺的重要部分，更是列車運(yùn)行中安全系數(shù)的重要保障手段。我國(guó)廣泛應(yīng)用的是我國(guó)自主研究的ATP系統(tǒng)，將測(cè)速傳感器安裝在列車輪軸上，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)量，并通過(guò)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)圖表繪制，方便相關(guān)人員查看。

2.5 交通連鎖

鐵路交通和城市軌道交通在連鎖上基本一致，主要反映在信號(hào)設(shè)備之間的相互聯(lián)系和制約，在具體應(yīng)用中范圍因?qū)嶋H運(yùn)行而靈活應(yīng)用?；疖嚿系倪B鎖一般在車站內(nèi)部，設(shè)置在較為廣闊的地方，延展面積較為局限；而城市交通軌道則穿插在人們生活之中，線路復(fù)雜，延展面積較大，在繁榮擁擠路段和僻靜寬闊段都有設(shè)置。

3 兩大信號(hào)系統(tǒng)的不同之處

3.1 高科技應(yīng)用范圍

我國(guó)的國(guó)土面積遼闊，涵蓋不同區(qū)域，這直接導(dǎo)致我國(guó)鐵路路線覆蓋區(qū)域廣、線路環(huán)境復(fù)雜多樣、信號(hào)系統(tǒng)覆蓋各不相同，更新率和更新力度相對(duì)較慢，現(xiàn)使用系統(tǒng)既有早期的老系統(tǒng)，也有現(xiàn)代化數(shù)字連鎖系統(tǒng)，不同段的鐵路路線差異較明顯。

而城市軌道交通的發(fā)展與城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展直接關(guān)系著，更新速度也相對(duì)較快，較為全面，我國(guó)現(xiàn)行的城市交通信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)本上都是國(guó)外引進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用，各城市之間的差異性不是特別明顯。兩大系統(tǒng)在行車間距上的區(qū)別較為明顯，這與其實(shí)際應(yīng)用性質(zhì)息息相關(guān)。鐵路路線一般是遠(yuǎn)程路線，行車時(shí)間較常，因此列車之間的行車間隔不會(huì)太過(guò)頻繁，間距也不會(huì)太短。而城市軌道交通作為人們?nèi)粘３鲂蟹绞?，使用重?fù)率高，列車運(yùn)行頻繁，對(duì)列車間的行車間隔要求也就較為嚴(yán)格。

3.2 行車間隔

3.3 車門控制

兩大系統(tǒng)在列車車門控制上的區(qū)別較也為明顯，城市交通每天都是高效率運(yùn)行，與人們生活節(jié)奏基本同步，且城市交通系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)開(kāi)關(guān)門的頻率非常之高且基本處于車門無(wú)人看管狀態(tài)，由列車員進(jìn)行控制操作。因此在車門控制系統(tǒng)上，城市交通信號(hào)系統(tǒng)的要求標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)高于鐵路系統(tǒng)。在ATP（列車超速防護(hù)系統(tǒng)）中隊(duì)車門的控制也是重中之重，主要避免出現(xiàn)一些不正常的開(kāi)關(guān)門狀態(tài)：如列車運(yùn)行中開(kāi)門、列車門未完全關(guān)閉時(shí)列車運(yùn)行，站臺(tái)?？繒r(shí)異常關(guān)門、列車?？繒r(shí)非靠站臺(tái)門打開(kāi)等等。

鐵路交通運(yùn)行中對(duì)車門監(jiān)控的力度相對(duì)較弱，列車?？空緯r(shí)的人員進(jìn)出，每節(jié)車廂都有列車員全程跟蹤把控，相對(duì)安全系數(shù)高一些。

3.4 中繼站

中繼站實(shí)在信號(hào)系統(tǒng)較弱的情況下，設(shè)置在站與站之間的信號(hào)系統(tǒng)。主要應(yīng)用在鐵路系統(tǒng)，鐵路系統(tǒng)作為遠(yuǎn)程運(yùn)輸系統(tǒng)，站與站之間通常間隔較遠(yuǎn)，信號(hào)強(qiáng)弱受各種因素干擾，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)在間隔較遠(yuǎn)的兩站之間信號(hào)薄弱現(xiàn)象，埋線安全隱患，因此需要在站與站間設(shè)置中繼站，設(shè)置信號(hào)系統(tǒng)。而城市軌道交通并不存在這樣的隱患和需要。

3.5 信號(hào)布局和交通路線監(jiān)控

鐵路的信號(hào)設(shè)備一般在列車的左側(cè)，而城市交通的信號(hào)設(shè)備一般在右側(cè)；鐵路的信號(hào)設(shè)備上信號(hào)種類多樣，信號(hào)燈傳遞的信息復(fù)雜多變，一般由專業(yè)人士負(fù)責(zé)記錄傳達(dá)，而城市交通的信號(hào)所傳遞信息簡(jiǎn)潔明了，城市居民皆可接受信息。

在交通線路的布局上，鐵路往往有岔道口和變道的需要，目前較為廣泛使用的是大號(hào)可動(dòng)心軌道岔，采用復(fù)合的鎖閉技術(shù)，多臺(tái)轉(zhuǎn)撤機(jī)共同牽引制動(dòng)，最大限度發(fā)揮作用保障安全。而城市軌道交通的速度相對(duì)較低、密度相對(duì)較大、地域范圍控制較嚴(yán)格，并不需要岔道機(jī)制。

4 未來(lái)發(fā)展展望

未來(lái)交通信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)該是朝著“統(tǒng)一規(guī)范、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”努力，規(guī)范化統(tǒng)一化系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)后的使用價(jià)值成倍增趨勢(shì)；系統(tǒng)連續(xù)性提高使得新舊系統(tǒng)兼容性提高；明確統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，增強(qiáng)設(shè)備互通性；公開(kāi)開(kāi)放市場(chǎng)，促進(jìn)公平化競(jìng)爭(zhēng)，使得信息系統(tǒng)設(shè)備價(jià)格和質(zhì)量最優(yōu)化。

我國(guó)已于2017年實(shí)現(xiàn)了知識(shí)產(chǎn)權(quán)完全自主的動(dòng)車——“復(fù)興號(hào)”的運(yùn)營(yíng)實(shí)行。新型的寬帶移動(dòng)技術(shù)也日趨成熟，初步實(shí)現(xiàn)了與新型鐵路交通的合并應(yīng)用。未來(lái)更為全面、安全、高水平的信息系統(tǒng)也在研發(fā)中，我國(guó)交通軌道信息系統(tǒng)將更為完善。