城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)新技術(shù)探討

劉凈 陳燕

摘? 要：該文簡(jiǎn)要介紹了我國(guó)城市軌道交通的發(fā)展現(xiàn)狀，通過對(duì)全自動(dòng)駕駛、車-車通信、互聯(lián)互通等新技術(shù)原理及特點(diǎn)的分析，探討其在提高行車效率、保障行車安全、降低運(yùn)營(yíng)成本等方面的作用。在未來的城市軌道交通的規(guī)劃建設(shè)中，要順應(yīng)時(shí)代的需要，充分利用不斷發(fā)展成熟的信號(hào)系統(tǒng)新技術(shù)和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，助力城市軌道交通向智能化、自動(dòng)化不斷邁進(jìn)。

關(guān)鍵詞：城市軌道? 新技術(shù)? 發(fā)展? 全自動(dòng)駕駛? 互聯(lián)互通? 車-車通信

中圖分類號(hào)：U239 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）09（a）-0021-03

Abstract： This paper briefly introduces the development status of urban rail transit in China. Through the analysis of new technologies such as full-automatic driving， vehicle-to-vehicle communication and interconnection， it explores its role in improving driving efficiency， ensuring driving safety and reducing operating costs. In the planning and construction of urban rail transit in the future， it is necessary to meet the needs of the times， make full use of the new technology of signal system and computer information technology， and help urban rail transit to move forward towards intelligence and automation.

Key Words： Urban rail; New technology; Development; Full-automatic driving; Interconnection; Vehicle-to-vehicle communication

近年來，伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及城市化進(jìn)程加速，城市軌道交通發(fā)展迅速，目前我國(guó)已經(jīng)有39個(gè)城市開通了城市軌道交通線路，運(yùn)營(yíng)里程超5800km，客運(yùn)量超200億人次，在開通城市數(shù)量、運(yùn)營(yíng)里程、客運(yùn)量均居世界第一。信號(hào)系統(tǒng)作為城市軌道交通的重要組成部分，建立起零散軌旁設(shè)備之間的聯(lián)系并有效控制，保障列車運(yùn)行安全，實(shí)現(xiàn)高效有序的行車組織。

隨著通信與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，全自動(dòng)駕駛、車-車通信、互聯(lián)互通等新技術(shù)逐步走上歷史舞臺(tái)，城市軌道交通向著自動(dòng)化、智能化的方向邁進(jìn)的。這些新技術(shù)在提升效率、降低成本上較傳統(tǒng)CBTC信號(hào)系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢(shì)，可靠性也更高，是未來智慧城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展方向。

1? 全自動(dòng)駕駛FAO

1.1 全自動(dòng)駕駛?cè)粘＿\(yùn)行場(chǎng)景

全自動(dòng)駕駛FAO是列車ATO的延伸，可分為DTO和UTO。DTO自動(dòng)駕駛模式無司機(jī)但有人值守，正常情況下列車自動(dòng)運(yùn)行，只有在異常情況下才由值班人員介入控制。UTO自動(dòng)駕駛模式既無司機(jī)也無人值守，完全自動(dòng)駕駛，可有效應(yīng)對(duì)大多數(shù)異常情況。

全自動(dòng)駕駛的列車在庫(kù)區(qū)自動(dòng)喚醒，上電后綜合自檢，自檢正常后自動(dòng)行駛，經(jīng)轉(zhuǎn)換軌進(jìn)入正線并自動(dòng)升級(jí)至CBTC按列車時(shí)刻表運(yùn)行，全自動(dòng)完成區(qū)間運(yùn)行、到站停車、開關(guān)門作業(yè)、自動(dòng)發(fā)車、自動(dòng)折返等操作，完成當(dāng)天運(yùn)營(yíng)任務(wù)后自動(dòng)回庫(kù)并對(duì)位停車，上傳當(dāng)天運(yùn)行數(shù)據(jù)并自動(dòng)斷電休眠[1]。

1.2 全自動(dòng)駕駛關(guān)鍵技術(shù)

相較于CBTC系統(tǒng)，F(xiàn)AO系統(tǒng)設(shè)置備用控制中心，主備中心服務(wù)器及接口設(shè)備應(yīng)熱備冗余;車站增設(shè)車輛監(jiān)控與乘客服務(wù)功能服務(wù)器，增設(shè)車載專業(yè)FEP，與站臺(tái)門通信;車輛段設(shè)置人員防護(hù)開關(guān)，檢修庫(kù)內(nèi)增設(shè)休眠喚醒應(yīng)答器，車輛基地內(nèi)增設(shè)無源應(yīng)答器;車載設(shè)備增設(shè)輔助運(yùn)行單元，測(cè)速及定位系統(tǒng)頭尾冗余。通過架構(gòu)上的升級(jí)確保系統(tǒng)穩(wěn)定安全運(yùn)行。

全自動(dòng)駕駛FAO的關(guān)鍵技術(shù)主要有以下幾種。

（1）聯(lián)動(dòng)功能。TIAS高度集成ATS、CCTV、廣播聯(lián)動(dòng)、站臺(tái)門、時(shí)鐘等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的監(jiān)控和程序聯(lián)動(dòng)。

（2）自動(dòng)化功能。在傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)基礎(chǔ)上新增設(shè)備，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化功能。實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行全流程自動(dòng)化，包括自動(dòng)喚醒與休眠、自動(dòng)出入庫(kù)、自動(dòng)對(duì)標(biāo)停車、自動(dòng)調(diào)車、自動(dòng)折返、自動(dòng)庫(kù)門防護(hù)、有人區(qū)與無人區(qū)隔離、自動(dòng)車輛監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)上報(bào)等各項(xiàng)操作[2]。

（3）冗余技術(shù)。全自動(dòng)駕駛相關(guān)設(shè)備全部按照冗余的方式配置，包括速度傳感器、計(jì)軸設(shè)備等車載設(shè)備，軌旁聯(lián)鎖、繼電器等地面設(shè)備。

（4）軟件系統(tǒng)升級(jí)。全自動(dòng)駕駛的功能性更強(qiáng)，較傳統(tǒng)的ATO更復(fù)雜，為保證系統(tǒng)的高效運(yùn)行，需要更成熟穩(wěn)定的軟件系統(tǒng)。

1.3 全自動(dòng)駕駛的優(yōu)勢(shì)

全自動(dòng)駕駛目前逐步在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中得到運(yùn)用，相較于傳統(tǒng)ATO具有較大優(yōu)勢(shì)：（1）全自動(dòng)駕駛?cè)〈斯げ僮?，大幅降低人為誤操作造成事故的可能，安全性能更佳;（2）實(shí)現(xiàn)列車從激活出庫(kù)、正線運(yùn)行到回庫(kù)休眠的全流程自動(dòng)駕駛，大幅度提高運(yùn)行效率，節(jié)約能源;（3）降低司機(jī)及相關(guān)工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少人員數(shù)量，節(jié)約人工成本;（4）全自動(dòng)駕駛FAO實(shí)現(xiàn)對(duì)列車車輛、信號(hào)、供電等設(shè)備的統(tǒng)一管理、遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)時(shí)獲取列車實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，提升行車組織的靈活性，增強(qiáng)列車調(diào)度和維護(hù)功能。

2? 基于車-車通信的新型CBTC系統(tǒng)

在未來CBTC系統(tǒng)的發(fā)展中，基于車-車通信的CBTC系統(tǒng)必將逐漸取代基于車-地通信的CBTC系統(tǒng)，基于車-車通信的CBTC系統(tǒng)需要用到的軌道設(shè)備、涉及到的接口數(shù)量都更少，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，集成度也更高，能夠適應(yīng)當(dāng)前復(fù)雜多變的運(yùn)輸需求。

基于車-車通信的新型CBTC系統(tǒng)的車載設(shè)備集成度高，軌旁不再設(shè)置區(qū)域控制器子系統(tǒng)ZC和計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)CI，只需要對(duì)軌道旁站臺(tái)門和信號(hào)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行管控[3]，系統(tǒng)接口數(shù)量減少，復(fù)雜度大幅降低。前后車可直接通過無線通信進(jìn)行位置交互，后車根據(jù)接收到的信息自動(dòng)計(jì)算移動(dòng)授權(quán)和速度曲線。ATS可直接與列車通信，發(fā)送進(jìn)路信息給車載設(shè)備，通過對(duì)象控制器控制道岔轉(zhuǎn)換和進(jìn)路鎖閉。車-車通信將原本軌旁設(shè)備的功能都集中在車載設(shè)備上，縮短了信息傳輸路徑，加速了反應(yīng)時(shí)間，提高列車運(yùn)行效率，具有廣闊的發(fā)展空間。

基于車-車通信的新型CBTC系統(tǒng)各方面性能都明顯優(yōu)于傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)：（1）車-車通信系統(tǒng)的列車可直接與前后車進(jìn)行信息交互，不再經(jīng)過軌旁ZC，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)交互的復(fù)雜度，降低了網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，提高系統(tǒng)整體性能;（2）車-車通信系統(tǒng)取消了軌旁ZC和CI子系統(tǒng)，節(jié)省了空間，降低施工難度，同時(shí)減少了接口數(shù)量，維護(hù)成本也隨之降低;（3）車-車通信減少了原先車-地通信的數(shù)據(jù)交互時(shí)間，可進(jìn)一步縮短列車運(yùn)行間隔，加大客運(yùn)量;（4）車-車通信較車-地通信減少了需傳遞的數(shù)據(jù)量，提高車載設(shè)備的響應(yīng)速度，能根據(jù)前車位置快速更新速度曲線，及時(shí)調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)，確保安全。

3? 互聯(lián)互通

城市軌道交通互聯(lián)互通是指不同廠商車載設(shè)備的列車可以在不同廠商的線路上運(yùn)行，其目的在于改變傳統(tǒng)一對(duì)一的運(yùn)營(yíng)模式，打通整個(gè)城市軌道交通網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和資源共享。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，首先要實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化，各廠商采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，主要包括系統(tǒng)功能和架構(gòu)、互聯(lián)互通接口規(guī)范、軌旁設(shè)備設(shè)計(jì)和安裝原則、人機(jī)界面等的一致性。

目前我國(guó)城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備雖然已實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)，但多數(shù)線路設(shè)備還是依賴進(jìn)口，各大廠商CBTC系統(tǒng)因接口不一，無法實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，造成線路中富余運(yùn)能無法得到有效利用、客流分布不均衡、車輛及設(shè)備資源無法共享等問題，隨著我國(guó)城市軌道交通建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)城市軌道交通提出了更高的要求，為了實(shí)現(xiàn)資源共享與網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)的目的，CBTC系統(tǒng)間的互聯(lián)互通必將成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。

相較于傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)，互聯(lián)互通的優(yōu)勢(shì)在于：（1）實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)、信號(hào)設(shè)備、維護(hù)設(shè)備等資源共享，有效節(jié)約成本[4];（2）實(shí)現(xiàn)不同線路間列車共享，提高調(diào)度靈活性;（3）統(tǒng)一人機(jī)界面，規(guī)范化操作，人員線路變更無需再次培訓(xùn)，降低人工與培訓(xùn)成本;（4）供應(yīng)商統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，線路二、三期工程無需考慮一期工程信號(hào)系統(tǒng)架構(gòu)及接口問題，實(shí)現(xiàn)公平競(jìng)爭(zhēng);（5）易于全市統(tǒng)一指揮，集中調(diào)度。

城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)互聯(lián)互通應(yīng)提前規(guī)劃布局，否則在城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)建立起來后，由于車型、限速、限界等問題，改造難度極大。并且信號(hào)的互聯(lián)互通只是整個(gè)城市軌道交通網(wǎng)互聯(lián)互通的一部分，城市軌道交通網(wǎng)互聯(lián)互通還包括車輛、土建、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)等各個(gè)領(lǐng)域，各領(lǐng)域間相互配合才能保證整個(gè)城市軌道交通網(wǎng)互聯(lián)互通的實(shí)現(xiàn)。各地市需要根據(jù)國(guó)家統(tǒng)一規(guī)范以及自身實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的建設(shè)。

4? 結(jié)語

當(dāng)今的時(shí)代是信息化的時(shí)代，智能化、自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展迅速，被廣泛運(yùn)用于各行各業(yè)，隨著我國(guó)城市軌道交通的不斷發(fā)展，人們對(duì)于城市軌道交通的關(guān)注逐漸由規(guī)劃建設(shè)向運(yùn)行效率、行車安全、運(yùn)營(yíng)成本轉(zhuǎn)移。所以在城市軌道交通的規(guī)劃建設(shè)中，要順應(yīng)時(shí)代的需要，不斷發(fā)展新技術(shù)，充分利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，全力推進(jìn)城市軌道交通的智能化、自動(dòng)化發(fā)展進(jìn)程?？梢灶A(yù)見，文中提到的新技術(shù)將是城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)未來發(fā)展的方向，隨著這些新技術(shù)的不斷成熟并成功應(yīng)用，相信在不久的將來，城市軌道交通將煥發(fā)新的光彩。

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