城市軌道交通信號系統(tǒng)新技術(shù)發(fā)展前景

姜長海

(中咨泰克交通工程集團有限公司，北京 100083)

1 工程概況

北京地鐵14號線項目在實際施工設(shè)計時將安全以及可靠擺在首位，具體表現(xiàn)為：于車輛段/停車場自動運行以及信號管理等中引入大量信號技術(shù)，使用LCF-300型ATP/ATO為核心的CBTC信號系統(tǒng)，該系統(tǒng)是無線通信列車自動控制信號系統(tǒng)，能夠最大程度地保證列車的先進性以及最小間隔。

2 城市軌道交通信號系統(tǒng)的發(fā)展情況

2.1 現(xiàn) 狀

如今，國內(nèi)大部分城市軌道交通進行無線通信傳輸?shù)姆绞街饕幸韵氯N：無線AP、漏線電纜、感應(yīng)環(huán)線。這三種模式各有利弊，無線AP模式下傳輸方式耗費較低、安裝不繁瑣，然而傳輸長度較短，易受其他因素影響；相對于無線AP，漏線電纜傳輸方式不易受其他因素影響，覆蓋較廣，缺點為耗費多；感應(yīng)環(huán)線方式能夠?qū)崿F(xiàn)車以及站兩者雙向傳輸，缺點為無法對線路進行日常養(yǎng)護。

國內(nèi)主流運營線路信號采用的方案大都以CBTC方案為基礎(chǔ)，之所以大規(guī)模使用該方案，其主要原因為深受先前軌道交通建設(shè)的影響。當前我國CBTC設(shè)施大部分從外國進口，成本較高，所以下一步實現(xiàn)CBTC設(shè)備國產(chǎn)化是相關(guān)人員應(yīng)當重視的工作。

2.2 工作內(nèi)容

城市軌道交通信號系統(tǒng)具體工作內(nèi)容為對派遣列車進行合理的調(diào)度，把握列車實際運行情況，并記錄列車運行數(shù)據(jù)，從而進一步對其進行適當整理，確保列車安全運行。隨著大量媒體信息技術(shù)被運用到軌道交通中，列車逐漸實現(xiàn)自動運行，實現(xiàn)信號可點式以及連續(xù)式傳輸、列車雙向以及自動化控制。

3 城市軌道交通信號系統(tǒng)新技術(shù)的實際應(yīng)用情況

3.1 全自動駕駛FAO新技術(shù)

該技術(shù)優(yōu)勢較多，能夠彌補城市軌道交通的許多不足，比如讓列車運行性能更加優(yōu)越、有效減少運輸所需要的費用、更加安全等[1]，為軌道交通技術(shù)大趨勢。應(yīng)用FAO新技術(shù)的列車出庫并在投入運營之前，列車能夠被自動喚醒并上電自檢，隨后自動出庫于轉(zhuǎn)換軌，緊接著到正線等，具體流程如圖1所示。

圖1 全自動駕駛?cè)粘＿\營流程

全自動駕駛FAO包含兩個模式：DTO模式無需列車司機便能夠自動駕駛，但是需要專人值班看守；UTO模式能夠?qū)崿F(xiàn)無人運行，借助信息監(jiān)控以及信號系統(tǒng)等運行。該系統(tǒng)在運行過程中需要的功能如下。

1)聯(lián)動功能。聯(lián)動可以借助列車系統(tǒng)準確把握和控制地鐵實際運行情況，從整體上監(jiān)控列車運行狀態(tài)。

2)自動化功能。實現(xiàn)該功能的關(guān)鍵為在信號CBTC系統(tǒng)處添加新設(shè)備，由此保證列車正線正常運行，進而沒有人工參與也能實現(xiàn)列車全部運營路線的自動化，并有效監(jiān)控列車運行過程中的各種情況。

3)冗余技術(shù)。該系統(tǒng)在運行過程中還需要冗余技術(shù)，冗余技術(shù)能夠為列車提供更加完善的設(shè)備，去除不必要的技術(shù)，比如：車載系統(tǒng)中所配備的速度傳感器以及地面系統(tǒng)所配備的繼電器等。

4)穩(wěn)定性。和先前CBTC系統(tǒng)比較來看，全自動駕駛系統(tǒng)最大的不同之處為功能性需求增加，因此，該系統(tǒng)需較多外部接口以保證它和外部保持密切聯(lián)系，進而實現(xiàn)綜合監(jiān)視以及聯(lián)動。該系統(tǒng)龐大復(fù)雜，在涉及之時應(yīng)從軟件架構(gòu)層面入手，借助軟件升級的方法確保系統(tǒng)處于穩(wěn)定運行狀態(tài)(模塊以及層次化的軟件設(shè)計能夠保證系統(tǒng)穩(wěn)定升級并實現(xiàn)外部擴展)。

3.2 基于車-車通信的新型CBTC系統(tǒng)

現(xiàn)階段國內(nèi)城市軌道大多使用的系統(tǒng)為車-地通信CBTC，在現(xiàn)代信息技術(shù)迅速發(fā)展的背景之下，車-車通信新型CBTC系統(tǒng)會成為大趨勢，其主要原因為該系統(tǒng)能夠彌補傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)的不足，具有不可比擬的優(yōu)越性：車載設(shè)備集成度高以及系統(tǒng)接口比較少，能夠確保列車正常運行的情況下，為列車運營提供諸多可行性運輸方案[2]。

基于車-車通信新型CBTC系統(tǒng)，列車車載控制器VOBC不僅能夠與ATS通信，還能夠接收ATS發(fā)出的通信信息，借助軌旁對象控制器轉(zhuǎn)換道岔并開通進路，該系統(tǒng)還能和前行列車無線通信，準確接收前車準確的位置數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些位置數(shù)據(jù)以最快的速度計算列車移動授權(quán)以及制動曲線，改變了以前先要經(jīng)由地面軌旁算出移動授權(quán)，再借助互聯(lián)網(wǎng)傳送到車載控制器的繁瑣現(xiàn)狀，使數(shù)據(jù)傳輸更快捷，確保軌旁安全性。此外，該系統(tǒng)擁有軌旁ZC以及CI等系統(tǒng)，無需ZC以及CI子系統(tǒng)，有效節(jié)省設(shè)備空間，降低成本。

3.3 城市軌道交通信號系統(tǒng)互聯(lián)互通

CBCT系統(tǒng)為現(xiàn)階段最常使用的信號，該系統(tǒng)之所以能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)互通，其主要原因為不同類型廠商的列車可以于不同軌道上運營，形成城市軌道交通綜合運行網(wǎng)絡(luò)以及系統(tǒng)化運營，實現(xiàn)城市軌道信號資源共同享用。在使用該信號系統(tǒng)過程中應(yīng)當遵循以下標準：①使用相同的系統(tǒng)功能定義；②使用相同系統(tǒng)架構(gòu)以及功能分配、互聯(lián)互通接口規(guī)范(接口協(xié)議從物理層、協(xié)議層和應(yīng)用層必須保持統(tǒng)一)；③使用相同軌旁設(shè)計以及設(shè)備安裝原則(應(yīng)答器、信號機、計軸等安裝位置應(yīng)統(tǒng)一或兼容、DCS軌旁漏纜、天線安裝位置應(yīng)統(tǒng)一或兼容)以及一致的人機界面和操作方式，以確保為調(diào)度員以及司機帶來便利。

4 城市軌道交通信息化建設(shè)的發(fā)展前景

在城市軌道交通的六大系統(tǒng)之中，信號系統(tǒng)為主要構(gòu)成部分，是系統(tǒng)不可缺少的組成部分[3]，但是它在信息建設(shè)方面依舊存在諸多問題，具體為：缺乏先進的信息系統(tǒng)整體架構(gòu)、架構(gòu)十分落后，不符合現(xiàn)代技術(shù)的要求，效率比較低、安全防護措施不足、沒有健全的運行以及維護系統(tǒng)，加之沒有標準化管理，導致信號系統(tǒng)實際運行效率低。在對交通信息化進行架構(gòu)之時，應(yīng)從以下方面入手。

1)感知層以及網(wǎng)絡(luò)層。該系統(tǒng)的具體功能為采集相應(yīng)的信息，并借助感應(yīng)器等其他機械，通過現(xiàn)代射頻以及藍牙技術(shù)進一步識別外界物體。其中網(wǎng)絡(luò)層能夠進一步增強信息有線以及無線交流，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。

2)數(shù)據(jù)層以及平臺層。數(shù)據(jù)層的功能為：可有效統(tǒng)合整理軌道系統(tǒng)的大部分數(shù)據(jù)資源，并根據(jù)業(yè)務(wù)性質(zhì)提供不同數(shù)據(jù)信息，從而確保軌道交通信號系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)；平臺能夠充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)技術(shù)的優(yōu)勢，為軌道系統(tǒng)設(shè)置專門的云計算平臺，進而有效調(diào)整以及科學處理軌道系統(tǒng)中的多項信息，確保數(shù)據(jù)安全，達到資源共享的目標。

3)應(yīng)用層以及展示層。其中，應(yīng)用層和列車運營掛鉤，它不僅負責生產(chǎn)指揮工作，而且直接關(guān)乎乘客服務(wù)以及公司管理，具體包括軌道交通的基本建設(shè)以及管理等。展示層設(shè)置專門交通門戶網(wǎng)站，為內(nèi)部以及外部提供訪問平臺。

不僅如此，建構(gòu)城市軌道交通系統(tǒng)還應(yīng)當注意：①設(shè)置健全技術(shù)標準規(guī)范系統(tǒng)，確保技術(shù)管理標準化，增強系統(tǒng)技術(shù)力量，保證軌道系統(tǒng)運作正常規(guī)范；②設(shè)置完善的網(wǎng)絡(luò)信息安全體系，加大對交通信息系統(tǒng)的安全保護力度，從平臺以及數(shù)據(jù)等入手確保信息穩(wěn)定安全。

5 結(jié)束語

人們在建設(shè)及開發(fā)城市軌道交通信號系統(tǒng)時，要緊緊跟隨時代潮流，盡可能定時更新城市軌道系統(tǒng)技術(shù)，真正發(fā)揮現(xiàn)代計算機信息技術(shù)的實際作用，確保城市軌道交通信號系統(tǒng)朝著智能化、全自動化的方向發(fā)展，并借助大數(shù)據(jù)技術(shù)處理多種信息，達到資源共享的目標。

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