城際軌道交通信號系統(tǒng)設計方案探討

劉文君

摘 要： 城際軌道有助于緩解城市帶、人口密集區(qū)的交通壓力，其具體工作則需要在多重技術的聯(lián)合支持下進行?；诖?，本文以城際軌道交通信號系統(tǒng)設計要求作為出發(fā)點，給出城際軌道交通信號系統(tǒng)設計方案，并通過模擬實驗對方案的可行性進行評估，以期驗證相關理論，為后續(xù)城際軌道交通信號系統(tǒng)設計工作的具體開展和優(yōu)化提供必要的參考。

關鍵詞： 城際軌道；交通信號系統(tǒng)；自動化；通信模式

前言：城際軌道交通屬于軌道交通的一個新興類別，可視作鐵路和城市軌道交通的一種延伸，主要用于解決城際間交通問題。城際軌道交通的發(fā)展將為城市居民在兩個相鄰城市之間的生活和工作提供一種新型模式，該交通模式實際進行工作時，則需要交通信號等系統(tǒng)的支持，鑒于該系統(tǒng)與其他交通系統(tǒng)在工作內容方面存在差異，無法簡單套用一些現(xiàn)有模式，針對性的進行設計方案探討十分必要。

一、城際軌道交通信號系統(tǒng)設計要求

（一）高度自動化

城際間軌道交通與一般意義上的公路交通、鐵路交通存在顯著區(qū)別，公路交通、鐵路交通發(fā)展歷史較長，同時，公路交通面臨市區(qū)限速等管理內容，鐵路交通運輸里程長、功能范圍也更大，這意味公路交通和鐵路交通起都可以在固有信號模式下得到規(guī)范管理，而城際間軌道交通功能性強，往往只針對旅客運輸，模式化程度高，因此管理方式、交通信號系統(tǒng)設計也需具有針對性，采用高度自動化的系統(tǒng)更為妥當。

（二）具備控制功能

控制功能是城際軌道交通信號系統(tǒng)的基本功能，其是指在軌道交通的具體工作中，根據(jù)實際情況給定信號，使相關工作能夠有序進行。比如在軌道交叉處，兩列列車同時接近，交通信號系統(tǒng)可以針對這一情況變更信號，其中某一列列車收到信號后減緩速度，使兩列列車能夠先后通過。控制功能是交通信號系統(tǒng)的基本功能，在現(xiàn)代條件下可以進一步完善和提升。

（三）具備監(jiān)控功能

監(jiān)控功能是城際軌道交通信號系統(tǒng)的核心功能之一，在高度信息化的管理調價下，應用監(jiān)控功能可以優(yōu)化系統(tǒng)的能力，使其發(fā)揮更多、更大的作用。具體來說。監(jiān)控功能是指城際軌道交通信號系統(tǒng)對運行的列車進行實時監(jiān)控，了解其速度狀況、載客狀況等，同時自動向連鎖設備下達列車進路命令，使列車按規(guī)定的運行圖時刻表駕駛列車運行。提升運行的規(guī)范性和安全性。

（四）具備多環(huán)境適應性

多環(huán)境適應性是是城際軌道交通信號系統(tǒng)設計的附加要求，是指系統(tǒng)應該能夠適應不同工作環(huán)境，確保給定適當?shù)男盘?，滿足城際軌道交通的要求。如傳統(tǒng)模式下的交通信號系統(tǒng)在面對磁場干擾時可能出現(xiàn)傳輸速度慢、信號失真等問題，新的城際軌道交通信號系統(tǒng)應具備更好的抗干擾能力，以應對磁場環(huán)境。此外，系統(tǒng)在一些高濕度、溫度環(huán)境下工作能力也需加以考慮。

二、初步設計方案與模擬實驗

（一）初步設計方案

初步設計方案的核心內容是設計車載和基站連接系統(tǒng)，并應用有線和無線兩種通信方式進行控制活動?；痉矫?，以固定距離為間隔進行建設，其核心設施以計算機為基礎、傳感器以及輸出系統(tǒng)、線路作為輔助，建設為城際軌道交通信號系統(tǒng)一體機。通過集成技術將各個功能模塊融合在一起，計算機系統(tǒng)對相關程序進行記憶，并負責分析傳感器收集的信息，根據(jù)信息下達各類指令；傳感器負責收集各類信息，其通過線路與基站和計算機實現(xiàn)連接，廣泛分布在軌道各地；輸出系統(tǒng)負責執(zhí)行計算機下達的命令，其核心是信號發(fā)射器，當計算機判斷某列車應當減速前行時，指令會首先下達給輸出系統(tǒng)，信號發(fā)射器將信息以固定頻率進行發(fā)射，對應列車接受到該信息，即可執(zhí)行減速命令。線路是連接各個模塊的設施，也是有線通信的主要工具。車載系統(tǒng)方面，同樣以計算機為基礎，以信號接收設備、濾波器、信號加強器和輸出系統(tǒng)作為輔助。計算機負責識別信號接收設備接收的信號、并據(jù)此下達指令；濾波器和信號加強器負責強化信號，以便于讀取和識別；輸出系統(tǒng)負責對信號進行轉化，使其能夠通過數(shù)字化設備直接顯示。以上為城際軌道交通信號系統(tǒng)設計初步設計方案的基本內容。

（二）模擬實驗

1.實驗內容與過程

模擬實驗主要針對設計內容進行，為求了解其可行性，通過計算機建立了模型系統(tǒng)，選取信號接收時間、信號可辨識度、系統(tǒng)環(huán)境適應性作為觀察的主要指標。在實驗過程中，選取的可變參數(shù)包括磁場環(huán)境、基站距離、通信方式、列車速度四個方面。在標準環(huán)境下，信號接收時間為0.5s、準確率為100%、適應性為良好[1]。

實驗共進行四組，第一組實驗中，磁場環(huán)境默認為良好（無干擾），分別調整基站距離為0.5倍、1倍、2倍；調整通信方式為有線、無線；列車速度為0.5倍、1倍、2倍，對信號接收時間、信號可辨識度、系統(tǒng)環(huán)境適應性進行觀察。

第二組實驗中，默認基站距離不變，分別調整磁場環(huán)境為微弱干擾、中等干擾、強干擾；調整通信方式為有線、無線；列車速度為0.5倍、1倍、2倍，對信號接收時間、信號可辨識度、系統(tǒng)環(huán)境適應性進行觀察。

第三組實驗中，默認通信方式不變，分別調整磁場環(huán)境為微弱干擾、中等干擾、強干擾；調整基站距離為0.5倍、1倍、2倍；列車速度為0.5倍、1倍、2倍，對信號接收時間、信號可辨識度、系統(tǒng)環(huán)境適應性進行觀察。

第四組實驗中，默認列車速度不變，分別調整磁場環(huán)境為微弱干擾、中等干擾、強干擾；調整基站距離為0.5倍、1倍、2倍；調整通信方式為有線、無線，對信號接收時間、信號可辨識度、系統(tǒng)環(huán)境適應性進行觀察。

2.實驗數(shù)據(jù)和分析

四組實驗過后，發(fā)現(xiàn)城際軌道交通信號系統(tǒng)設計方案的可行性良好，但在部分參數(shù)調整的情況下，其信號接收時間、信號可辨識度、系統(tǒng)環(huán)境適應性存在一定變化，所獲數(shù)據(jù)如表1所示。

表 1 實驗數(shù)據(jù)

通過實驗發(fā)現(xiàn)，在磁場環(huán)境良好的情況下，城際軌道交通信號系統(tǒng)能夠短時間內快速接收到信號，且信號的可辨識度最高，其他參數(shù)的變化則會延長接收時間，且降低信號的可辨識度。環(huán)境適應性方面，所有實驗結果都呈現(xiàn)良好趨勢。綜合來看，城際軌道交通信號系統(tǒng)初步設計方案具有較高的可行性[2]。

三、結果分析

（一）城際軌道交通信號系統(tǒng)初步設計方案的優(yōu)勢

1.系統(tǒng)能夠獨立工作

初步設計方案下，城際軌道交通信號系統(tǒng)以基站和車載系統(tǒng)作為基礎進行工作，通信方式也是多樣的，換言之，系統(tǒng)的工作相對獨立，不依賴于固定線路，這是系統(tǒng)的突出優(yōu)勢之一。當無線方式由于強干擾無法進行時，有線通信依然能夠進行，確保系統(tǒng)可以較為有序的進行工作。

2.設備之間的高效反應

基礎的一體化設備和車載設備之間的反應在強干擾下也依然可以在1.5s之內完成，這體現(xiàn)了城際軌道交通信號系統(tǒng)初步設計方案的高效率優(yōu)勢。列車在實際運行中，可能面對一些突發(fā)情況，如路面破損等，高效的反應可以保證交通信號系統(tǒng)及時將信息傳輸給車載設備，避免危險發(fā)生[3]。

3.多種通信模式

城際軌道交通信號系統(tǒng)初步設計方案為系統(tǒng)設計了有線通信和無線通信兩種方式，能夠更好的滿足通信需求，提升通信能力以及系統(tǒng)工作的有效性，這也是初步設計方案的優(yōu)勢之一。

（二）城際軌道交通信號系統(tǒng)初步設計方案的不足

1.抗磁場干擾能力較差

在模擬實驗中，當磁場干擾較大時，系統(tǒng)雖然依然能夠接受信號、保持適應性，但接收時間和信號辨識率均出現(xiàn)下降，這體現(xiàn)了系統(tǒng)抗磁場干擾能力較差的不足。尤其是無線通信模式下，后續(xù)工作中設法進一步提升濾波能力、抗干擾能力非常必要。

2.通信的穩(wěn)定性有待提高

通信穩(wěn)定性是指在各類環(huán)境下、不同通信模式下信號傳輸?shù)挠行院头€(wěn)定性。模擬實驗中，當列車速度較高、基站距離較遠、磁場干擾較大時，有線通信和無線通信均出現(xiàn)了穩(wěn)定性下降的問題。后續(xù)工作中，可以通過太高通信線路高度、繞過干擾源等方式應對該問題。

總結：通過進行城際軌道交通信號系統(tǒng)設計方案探討，了解了相關基本內容?？傮w來看，城際軌道交通信號系統(tǒng)設計要求包括高度自動化、具備控制功能、具備監(jiān)控功能、具備多環(huán)境適應性四個方面。在此基礎上給出初步設計方案，并通過構建模型進行實驗，證明了方案的可行性。系統(tǒng)具有能夠獨立工作、設備之間的高效反應等優(yōu)勢，但也存在一定的不足。后續(xù)工作中，應用上述理論有助于城際軌道交通信號系統(tǒng)的設計?！?/p>

參考文獻

[1]習潔. 基于LTE技術的軌道交通信號CBTC綜合承載網(wǎng)絡方案設計與研究[J/OL]. 電子技術與軟件工程，2017，（10）：42-43（2017-07-04）.

[2]涂繼亮，程若發(fā)，潘洪亮. 認知不確定性條件下軌道交通信號系統(tǒng)關鍵設備維修方案決策[J/OL]. 計算機應用研究，2018，（04）：（2017-04-01）.

[3]鄭生全. 市郊軌道交通信號系統(tǒng)方案研究市郊軌道交通信號系統(tǒng)方案研[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通，2011，（04）：89-92+125.