城市軌道交通通信系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀分析

蘇嘉杰

（海南熱帶海洋學院，海南三亞572022）

1 城市軌道交通的發(fā)展歷程

自20世紀60年代，中國開始修建并建成通車的地鐵——北京一期工程的地鐵，是國內第一條城市鐵路。到21世紀初，國內10 個城市啟動了城市軌道交通運輸系統(tǒng)，總里程約420km。與發(fā)達國家大城市的軌道交通發(fā)展對比，差距還很明顯。從1990 至今（2021年），是我國城市軌道交通高速發(fā)展的新時期。隨著經濟的快速發(fā)展，城市綜合規(guī)模的迅速擴大，中國城市化進程的不斷加快，軌道交通的作用愈發(fā)突出。為了實現(xiàn)國產化，中國采用了許多新技術和設備生產軌道交通設備，使建設水平已經達到了一個新的高度，地鐵已接近發(fā)達國家的先進水平。一條20km的路程，3～4年就可以通車運營。

2 我國城市軌道交通發(fā)展現(xiàn)狀分析

新型軌道交通具有經濟、環(huán)保、高效的優(yōu)點，對提高人們的運輸能力和旅游效率起到了積極的作用。中國的軌道交通運輸主要為地鐵運營。發(fā)達國家軌道交通網絡覆蓋面廣，軌道交通入口門檻低，軌道交通線路長。現(xiàn)階段，我國城市汽車保有量不斷增加，交通與城市生產的矛盾日益明顯，交通擁堵現(xiàn)象顯著，人們的生活和活動空間往往被壓縮。交通問題不僅影響人們的生活質量，而且還限制了許多城市的未來發(fā)展。由于城市軌道交通不占用地面，因此其容量大，效率高。隨著交通量的增加，它可以減少擁堵，解決出行困難的問題。

此外，城市軌道交通可以減少地面車輛的數量，減少車輛排放造成的空氣污染。對提高城市整體實力和形象，消除城市結構缺陷，具有重要作用。一般來說，城市軌道交通的建設至少需要5年時間，在此期間，有許多開放式的設計、準備、施工和運輸活動。軌道交通工程在一定程度上是城市的生命線工程，對促進產業(yè)鏈發(fā)展、城市空間建設和城市內部結構現(xiàn)代化具有重要作用。

3 我國城市軌道交通通信系統(tǒng)分析

城市發(fā)展軌道交通是具有固定線路、固定軌道，以及交通車輛和服務基礎設施的公共管理交通安全設施。目前，國內城市軌道交通設備生產行業(yè)是創(chuàng)造型、先進型經濟發(fā)展的典型代表。這是中國自主創(chuàng)新水平很高的高端制造業(yè)，是各國金融創(chuàng)新產品競爭力最強、產業(yè)影響力最明顯的領域。城市軌道交通信號控制系統(tǒng)可以讓列車之間保持安全距離，使列車的行駛安全得到保障，為乘客和工作人員提供更好的保護，使列車的行駛效率大大提升。列車的自動化控制系統(tǒng)包含很多的子系統(tǒng)，如計算機聯(lián)鎖、自動駕駛、自動防護和自動監(jiān)督系統(tǒng)。大多數西方發(fā)達國家開始將互聯(lián)網技術、計算機網絡技術應用到軌道交通管理系統(tǒng)的建設工作中，可以有效保證信息通信的及時性，為軌道交通的正常運行打下了良好的基礎[1]。

4 我國城市軌道交通通信系統(tǒng)運行中現(xiàn)存的問題

4.1 信號控制系統(tǒng)存在的不足

4.1.1 由于我國的軌道交通研發(fā)滯后，缺乏高端專家系統(tǒng)，系統(tǒng)大多數都是以進口為主，自主研發(fā)的相關技術不成熟，使維護成本不斷上升。由于電磁干擾、雷電、電磁信號強度減弱、信號中斷等原因，導致信號系統(tǒng)不能正常工作。最后，還需要重視信號的傳輸速度的問題，一旦信號傳輸被延遲了，就不能保證軌道運輸的正常運行。此外，有時信號控制系統(tǒng)會出現(xiàn)誤報警，因此需要進一步改善信號的傳輸和操作。

4.1.2 抗干擾能力不足，工作中使用的傳感器等極度敏感的設備容易受到外界的干擾。比如，人和自然因素信息傳輸不全，使傳輸的內容與原來的信號有所區(qū)別。再者，許多軌道交通的使用很廣泛，但信號控制系統(tǒng)還不太完美，需要進一步發(fā)展，技術也沒有那么成熟，加上很多設備我國難以生產，進口設備也是一筆巨大開銷。高端信息技術管理人才是我們國家迫切需要的，維護和維修系統(tǒng)也亟待解決。目前控制系統(tǒng)是國家需要攻克的難題，軌道交通信號技術還有待提高。保證信息傳輸的及時性也很重要，延時的信號不管慢或者快，都是一樣沒意義。軌道交通信號控制系統(tǒng)中的信息最好是“實時”傳輸，其肩負的責任包括：一是勘測軌道的情況和監(jiān)測列車的運行情況。二是信息的傳輸和接收。接收和傳輸過程出現(xiàn)的錯誤是無法避免的，因此需要人工判斷和修改[2]。

4.2 軌道交通發(fā)展和定位不足

在城市規(guī)劃建設過程中，軌道交通過多強調其作為公共交通的外部因素，軌道交通信息系統(tǒng)的開發(fā)僅側重于商業(yè)服務。但是，由于城市發(fā)展需求不斷增加，軌道交通項目投資巨大，單一功能已不能滿足發(fā)展的需求，對運營管理理解不夠深入，系統(tǒng)工程的完整性也是城市軌道交通缺陷的核心，要全面進行探究[3]。資金的大力投入和建成后運營的整體性也有不小的問題，需要改進。

近年來，我國城市軌道交通通信系統(tǒng)主要包括三個部分：維持城市軌道正常運營和管理的運營通信系統(tǒng)；保證軌道交通運營過程中乘客和工作人員安全的安全通信系統(tǒng)；保證軌道交通內部正常民用通信穩(wěn)定的公共通信系統(tǒng)。因此，革新和多元化功能的定位迫在眉睫。

4.3 軌道交通發(fā)展與城市息息相關

城市軌道交通的發(fā)展與城市息息相關，核心是三個內容：一是城市文化內容信息和城市歷史文化遺產是一個城市進步的重要基礎。因而，城市的進步需要與城市的內在文化底蘊統(tǒng)一；二是安全的技術性，健全和完善軌道交通網絡安全管理系統(tǒng)，對軌道交通的發(fā)展起到推動作用；三是建立軌道交通，方便民眾交通出行。城市軌道交通有益于減少排放，改善環(huán)境。

4.4 智能維護的技術參數和標準仍處于試驗階段

現(xiàn)階段，我國城市軌道交通運行維護標準較少，特別是缺少設備技術評價標準。城市軌道交通運營商已經制定了詳細的運營規(guī)則，但這些參數通常是根據設施的使用壽命計算得出，這不符合實際應用。例如，操作標準通常規(guī)定，在行駛特定公里數后，必須拆下車輛轉向架軸承。許多公司通過相關系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，車輛軸承狀況良好，不需要更換。車輛健康評估模型和行業(yè)標準不評估設備的技術狀態(tài)，使相關技術參數和標準不足以將設備從計劃維護更改狀態(tài)維護，這不利于長期發(fā)展。

4.5 加強軌道交通與不同領域的數據交換，指導系統(tǒng)的優(yōu)化、維護和改進

所有車輛、供電、軌道、信號、通信系統(tǒng)都有專業(yè)的故障檢測、運行和維護數據。然而，這些數據通?？梢孕纬伞靶畔⒐聧u”，供各系統(tǒng)專家使用。以輪軌關系為例，通過對軌道狀態(tài)的確定和分析，可以發(fā)現(xiàn)軌道識別中的錯誤和隱患，通過振動檢測在線分析軌道狀態(tài)，控制軌道系統(tǒng)的維護和維修。為行業(yè)的裝置和設施創(chuàng)建信息平臺，消除基于可靠性和監(jiān)測的靈活應用和維護，提高維護效率并降低維護成本。對解決城市軌道交通系統(tǒng)隱患、感知和挖掘健康狀況方面發(fā)揮著重要作用。其目的是整合材料管理、工藝優(yōu)化、維護決策、運營和維護，促使行業(yè)健康、綠色、可持續(xù)的發(fā)展。例如，信號專業(yè)可以運用道岔、信號機等設備狀態(tài)數據分析保持高密度行車條件的修程修制，實現(xiàn)差異化檢修標準；軌道專業(yè)可以運用綜合檢測車的動態(tài)數據與軌道檢查的靜態(tài)數據進行復核，優(yōu)化軌道專業(yè)的修程修制；變電專業(yè)應制定不同線路以及同線路不同負荷區(qū)域關鍵設備差異化檢修內容；接觸網專業(yè)結合弓網在線監(jiān)測系統(tǒng)分析結果優(yōu)化調整人工巡檢方式、周期和項目。通過挖掘監(jiān)測數據與設備故障的關系，制定不同線路、不同型號設備的差異化檢修模式，實現(xiàn)精檢細修和智能維保。

5 城市軌道交通通信系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展趨勢

5.1 軌道交通信號控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢

穩(wěn)定性好是硬性要求，提高信號控制技術系統(tǒng)的抗干擾能力，可以減少負面因素產生的影響。例如，信號數據傳輸強度不足，信號完整性差，就必須建設完整的信號控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在信號控制系統(tǒng)應用廣泛，規(guī)模大，但操作程序不完整。為此，相關政府、企業(yè)的研發(fā)管理人員應開展信號控制信息系統(tǒng)的研發(fā)，為信號控制系統(tǒng)的有序運行提供科學技術保障[3]。我國研發(fā)人員處于全職人才培養(yǎng)階段，制定有效的人才出國留學計劃，提高通信技術人才的水平，加強信號控制研究開發(fā)的可行性。

5.2 通信系統(tǒng)的應用是未來趨勢

我國要安排相關技術人才加快TETRA 的問題攻關，建立綜合分析系統(tǒng)要有自動監(jiān)視裝置、用車載運設施、TCP/IP 網絡化處理相關技術與要緊公務通信網絡相互配合，保障通信信號的及時性與穩(wěn)定性。并且，為了推進經濟發(fā)展的進程，政府需要大力支持新一代無線網絡系統(tǒng)的研發(fā)，進一步完善我國軌道交通方面的無線通信技術系統(tǒng)。另外，在采用MSTP 技術、ONT 技術和RPR 技術的前提下，我國應密切整合城市軌道交通通信系統(tǒng)和信號系統(tǒng)，形成一個集通信、控制、指揮和自動傳回信號相結合的前沿現(xiàn)代化和機械化的系統(tǒng)，那么主網絡與城市軌道交通傳輸的信息會相互融合，確保信息的正確傳送、交通方面變動、保存信息和解決的高效率，讓通信變得更加可靠，提供更好的保護能力。

5.3 城市軌道交通應與前沿技術結合

在運營客戶服務方面，要更好地利用網絡、5G、大數據分析和人工智能等前沿技術手段，提高乘客旅游的便利性和滿足度，減少操作成本。在城市鐵路交通中，5G 通信技術的應用期間，要擺脫思想限制，借助5G 通信技術來控制電車活動，此外，需要從更多角度考慮建立一個完善高效的現(xiàn)代城市軌道交通的通信網絡體系，改善現(xiàn)代城市鐵路運輸系統(tǒng)的綜合通信質量。為廣大旅客出行提供便捷舒適高效的通信服務，根據現(xiàn)代城市軌道運輸系統(tǒng)的綜合信息通信和服務的要求，設計一個沿著現(xiàn)代城市軌道交通發(fā)展的5G網絡核心網。

5.4 城市軌道交通的現(xiàn)代化和智能化發(fā)展是顯而易見的

中國現(xiàn)在已經成為世界上發(fā)展最快的國家。同時由于智能科學技術的進步以及城市進程的加速，中國城市軌道交通已經具備了自動化、智能化、綠色化、節(jié)能化的特點。以深圳地鐵建設6 號線、10 號線為例，深圳地鐵將實施生態(tài)智能設計理念，促進線路建設運營與綠色新能源和二氧化碳減排等新技術結合，積極探索環(huán)境、社會與軌道交通的協(xié)調與發(fā)展，并從綠色低碳的特點入手。如地鐵6 號線，首次設計了綜合減震降噪系統(tǒng)，通過增強U 型射線、減震、降低橋梁振動等技術手段，不僅可以降低振動和噪聲，而且還可以降低自身重量和成本。此外，考慮到綠色和環(huán)保，6 號線減少鋼筋混凝土的使用量。為了實現(xiàn)低碳環(huán)保、節(jié)能減排，建立了高性能太陽能發(fā)電系統(tǒng)。打造優(yōu)質、可持續(xù)發(fā)展的軌道交通“深圳示范”。在云計算和大數據技術的大力支持下，實現(xiàn)了分布式云計算平臺系統(tǒng)，成功建成10 號線。這是中國鐵路行業(yè)首次使用云計算技術整合在全線應用再生制動能量回饋裝置。同時，6 號線和10 號線開通5G 信號隧道的全覆蓋。

5.5 我國城市軌道交通信號系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

信號系統(tǒng)是城市軌道交通的必要發(fā)展，是未來的趨勢，是一條具有中國特色的發(fā)展道路。事實上，準移動閉塞和實體閉塞已滿足中國目前城市軌道交通的信號需求。CBTC 對城市軌道信號系統(tǒng)的影響是巨大的，是助力城市發(fā)展的一環(huán)。城市軌道交通的實踐對于促進軌道交通信號系統(tǒng)的發(fā)展具有重要意義。國家和省級相關部門應盡快制定城市軌道交通系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略，推動和支持相關負責部門完成重要的研發(fā)任務。選擇具有自主知識產權的列控信號系統(tǒng)，為國家科技創(chuàng)新項目提供政策選擇。在列控制式時，城市軌道交通采取穩(wěn)定的形式、梯隊的結構，選擇合適的系統(tǒng)，使我國城市軌道交通建設快速健康發(fā)展。隨著科學技術的發(fā)展，信號系統(tǒng)成為一種更加先進、可靠、高效、智能的系統(tǒng)。

6 結語

隨著我國城市人口數量的不斷增加，軌道交通的建設規(guī)模也隨之壯大起來。在大數據、物聯(lián)網等一系列先進信息技術的助力下，軌道交通通信系統(tǒng)將極大推動我國現(xiàn)代化城市的發(fā)展。