城市軌道交通信號控制方式研究

王濤

摘要：城市軌道交通運營中信號控制的目的是提高運營效率和保障運輸安全，進行城市軌道交通信號的選型項目建設(shè)，當(dāng)前采用自動控制技術(shù)提升城市軌道交通信號控制水平，涉及列車運行控制和指揮控制。文章對城市軌道交通信號控制方式進行分析，就集中控制、分散控制等進行闡述。

關(guān)鍵詞：城市軌道;軌道交通;交通信號

引言

城市發(fā)展必不可少的基礎(chǔ)交通設(shè)施就是城市軌道交通。對于城市發(fā)展來說，做好城市軌道交通運輸?shù)目刂坪瓦\營，最重要的環(huán)節(jié)是對基礎(chǔ)設(shè)施加以管理內(nèi)控，例如交通信號的控制。

一、城市軌道交通信號控制概述

城市軌道交通在城市環(huán)境創(chuàng)建中發(fā)揮重要作用，對城市交通建設(shè)來說，做好信號系統(tǒng)的控制，能從根本上保障城市交通安全穩(wěn)定運行，最大限度地保證信號系統(tǒng)安全可靠運行必須采用高端的科研成果加以運用。

當(dāng)前城市軌道交通信號系統(tǒng)發(fā)揮的作用日益凸顯，符合現(xiàn)場情況的城市，交通信號系統(tǒng)控制方式的選擇，將助力城市軌道交通在社會發(fā)展中發(fā)揮更好的作用。伴隨著技術(shù)的發(fā)展，信號系統(tǒng)工作效率日益提升，在信號系統(tǒng)支撐下，城市軌道交通運行安全保障水平日益提升，做好城市軌道交通信號系統(tǒng)的運營維護方案，從基礎(chǔ)運營內(nèi)容進行延展，有效保證信號系統(tǒng)完成信息輸出傳遞。做好后期維護，確保運營過程中加強管理系統(tǒng)外部風(fēng)險的防控，還要進行運營方案中內(nèi)部矛盾的協(xié)調(diào)解決。

城市軌道交通信號控制過程中要將外部信號防護與內(nèi)部矛盾調(diào)控結(jié)合起來，有針對性地對特定問題加以處理，尤其是在后期運營階段。在信號控制方式方面，除了做好風(fēng)險防控，采用的技術(shù)能夠?qū)π盘栂到y(tǒng)的局限性得到突破，促進城市交通的安全長期發(fā)展。

二、城市軌道交通信號控制方式

目前城市軌道交通信號系統(tǒng)主要為基于無線傳輸通信的移動閉塞系統(tǒng)，主要包括ATS子系統(tǒng)、ATP子系統(tǒng)、CBI子系統(tǒng)、DCS子系統(tǒng)等。系統(tǒng)的控制涉及行車運行和行車指揮，各類子系統(tǒng)中又包含了列車自動控制子系統(tǒng)和列車自動運行子系統(tǒng)等，無論是集中控制還是分散控制都在信號系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。

（一）ATS子系統(tǒng)

ATS子系統(tǒng)是一套集現(xiàn)代化數(shù)據(jù)通信、計算機、網(wǎng)絡(luò)和信號技術(shù)為一體的、分布式的實時監(jiān)督、控制系統(tǒng)，ATS子系統(tǒng)通過與ATC系統(tǒng)中的其他子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合，共同完成對地鐵運營列車和信號設(shè)備的管理和控制。在運行調(diào)整控制和運行計劃中實現(xiàn)集中監(jiān)控，ATS系統(tǒng)設(shè)備集中中心和車站的數(shù)據(jù)傳輸，信息采用電纜作為通道進行信息傳輸，ATS系統(tǒng)的控制模式相對成熟，對數(shù)據(jù)更新要求高，因此計算機的負(fù)荷相對較大，故障發(fā)生后影響面較大。

集中監(jiān)視以及分布式控制方式，采用列車運行管理計劃監(jiān)督的方式，實現(xiàn)對全線的控制，列車記錄和列車運行控制，實現(xiàn)對全線列車信號控制。這一方式運營下計算機負(fù)荷小，中心和車站的數(shù)據(jù)傳輸不涉及列車運行安全信息，設(shè)備和通信故障發(fā)生時也不會影響列車全線運行。分布式控制方式采用計算機和車站之間的計算機同時運行的模式，實現(xiàn)對全線列車的計劃監(jiān)督和管理。任何車輛的計算機系統(tǒng)都可以隨時在中心計算機出現(xiàn)故障時加以代替。這種類型的信號系統(tǒng)控制方法靈活性、可靠性強，但是存在的缺陷及設(shè)備相對較多，技術(shù)較為復(fù)雜，需要軟件功能強大。

（二）ATP子系統(tǒng)

ATP子系統(tǒng)控制方式分為速度信號控制和目標(biāo)距離信號控制等。系統(tǒng)控制方式選擇需要隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展而進行優(yōu)化。如目標(biāo)距離信號系統(tǒng)控制可以選擇集中控制向分散控制室方向轉(zhuǎn)變的模式。改變由于城市軌道交通信號采用單純的集中控制系統(tǒng)容易發(fā)生實時傳輸，數(shù)據(jù)量較大，信號傳輸質(zhì)量降低等問題，防止數(shù)據(jù)傳輸安全受到影響。在目標(biāo)距離信號系統(tǒng)控制模式下，計算機的負(fù)荷較小，采用系統(tǒng)獨立的傳播媒介和通信協(xié)議，在傳輸質(zhì)量上加以提升。針對有些數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈嗜菀子绊懴到y(tǒng)功能的問題，解決了車站與控制中心之間的傳輸線路經(jīng)常發(fā)生故障的難題，保障全線列車運行。

三、城軌交通信號ATC控制方式

集中建設(shè)分散控制的系統(tǒng)以及結(jié)合自治分散控制，傳輸速率可以大幅度提升，利用骨干網(wǎng)傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)車站與控制中心之間的傳輸。按照ATC系統(tǒng)的控制方法，城市勻譴交通的信號傳輸設(shè)備具有強大的通信能力。

ATC系統(tǒng)具有強大的控制功能，可以實現(xiàn)列車自動控制及自動駕駛功能。通過車載無線傳輸設(shè)備與軌旁ATC設(shè)備、有線網(wǎng)絡(luò)及無線網(wǎng)絡(luò)，識別前方列車的運行狀態(tài)、前方進路信息，從而實現(xiàn)列車的自動控制。從控制方式而言，可以分為固定閉塞、準(zhǔn)移動閉塞、移動閉塞三種方式。通過ATC系統(tǒng)可使線路上閉塞分區(qū)、車輛性能、信號設(shè)備等性能充分發(fā)揮相應(yīng)優(yōu)勢。ATC系統(tǒng)關(guān)鍵指標(biāo)為目標(biāo)距離和目標(biāo)速度，采用分級速度控制的分級速度信號系統(tǒng)，對列車的閉塞分區(qū)進口速度進行控制，倍速分區(qū)的數(shù)量和速度等級由車輛性能、信號設(shè)備性能等決定。分解速度控制的信號系統(tǒng)，采用無絕緣軌道電路目標(biāo)距離信號系統(tǒng)的控制方式是一次模式速度曲線，向地面ATC設(shè)備發(fā)送允許列車運行權(quán)限的命令是車載設(shè)備控制列車不超過列車所獲得的運行權(quán)限，目標(biāo)距離需要提前進行計算。列車之前的運營間隔被控制，基于軌道電路的目標(biāo)距離，在設(shè)計追蹤間隔上有信號設(shè)備性能確定。

基于通信信號固定劃分的閉塞分區(qū)，追蹤列車的安全運行間隔，由線路情況和列車的運行情況確定，ATC系統(tǒng)的閉塞方式基于勻譴電路的分析速度控制方式進行構(gòu)建，又分為固定閉塞信號系統(tǒng)和準(zhǔn)移動、移動閉塞信號系統(tǒng)。

固定閉塞信號系統(tǒng)建立在通信閉塞分區(qū)內(nèi)，信號系統(tǒng)控制運行內(nèi)部有固定劃分的閉塞分區(qū)和軌道電路，介于移動閉塞和固定閉塞之間，從信號傳輸方式和系統(tǒng)能力上看，基于軌道電路的目標(biāo)控制，在追蹤列車的安全運行間隔上，確定線路，準(zhǔn)移動閉塞信號系統(tǒng)，占用列車的傳輸速度等級命令，采用多信息音頻進行階梯式分級速度控制曲線的劃分，采用移動閉塞信號系統(tǒng)，提高軌道交通的通過能力，運用一次模式速度曲線，對列車之間的安全間隔和行駛速度予以控制。后續(xù)列車可以在線路區(qū)間內(nèi)以最大允許速度進行列車的尾部位置確認(rèn)?；谕ㄐ诺囊苿娱]塞信號系統(tǒng)，采用交叉改進電纜環(huán)線和無線擴頻通信技術(shù)，實現(xiàn)信號設(shè)備可靠運營，對列車全線信息進行數(shù)字式傳輸。準(zhǔn)移動閉塞系統(tǒng)的模式速度和距離曲線運行方式縮短了列車追蹤運行間隔，追蹤列車收到和制定的速度。閉塞分區(qū)內(nèi)實現(xiàn)了變化周期的轉(zhuǎn)換。停車時間、車輛參數(shù)大小與信號控制系統(tǒng)特性密切相關(guān)，傳輸信息量的最大和最小分別與ATO系統(tǒng)和軌道電路分界點的位置有關(guān)，采用一次模式速度曲線的控制方法，縮短列車追蹤的間隔，利用先進的通信技術(shù)實現(xiàn)車地雙向通信，列車的信息傳輸速度快，定位精準(zhǔn)度高。

結(jié)語

保障城市交通有序運行需要加強現(xiàn)代城市軌道交通信號的控制。城市的交通信號控制方式和人們的出行安全是密切相關(guān)的，當(dāng)前城市，交通的信號控制、設(shè)備運行控制的發(fā)展趨勢是采用準(zhǔn)移動閉塞系統(tǒng)和移動閉塞系統(tǒng)等結(jié)合，不考慮單純選擇一種系統(tǒng)運行控制，而且在現(xiàn)代城市軌道交通建設(shè)中，列車運行和行車指揮均已經(jīng)實現(xiàn)自動控制系統(tǒng)的綜合化管控，使得列車運行控制系統(tǒng)能夠全面保證乘客安全，在實現(xiàn)列車快速高密度運行方面發(fā)揮重要作用，全面滿足現(xiàn)代化城市交通的需求。今后的研究重點是城市軌道交通信號控制技術(shù)，引領(lǐng)城市軌道交通事業(yè)不斷地向前發(fā)展。

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