城市軌道交通信號系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

韓新紅

摘 要：為了保證城市軌道交通能夠穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，就需要推動信號控制朝著自動化、系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化的方向發(fā)展。如何建立起完善的信號控制體系并將其應(yīng)用于實際，已然成為軌道交通領(lǐng)域迫切需要解決的問題之一，直接關(guān)系到系統(tǒng)的成本投入和維護運行。本文以目前信號系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)為研究對象，希望可以促進(jìn)城市軌道交通技術(shù)水平的提升，實現(xiàn)全面發(fā)展。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;信號系統(tǒng);關(guān)鍵技術(shù);研究

我國近年來對于城市軌道交通發(fā)展的重視度逐步提高，投入資金、人力比較多，開始實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化與信息化，并且一系列先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，比如自動駕駛、互聯(lián)互通等，極大的促進(jìn)城市軌道交通自動化水平的提升，為智慧城市的構(gòu)建提供強有力的支持。

1 全自動駕駛FAO

1.1 全自動駕駛?cè)粘＿\營場景描述

城市軌道交通應(yīng)用全自動駕駛系統(tǒng)后，列車運行更加的穩(wěn)定，也會更具安全性與可靠性，可以降低運輸成本，提高運行效果，是未來軌道交通技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)條件。全自動駕駛列車在開始運營前，上電會從休眠狀態(tài)自動喚醒、自檢、軌道轉(zhuǎn)換、升級到CBTC系統(tǒng)、按照規(guī)定時刻表運行、自動開關(guān)門、自動折返與入庫、數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

1.2 全自動駕駛自動化級別

全自動駕駛FAO包括DTO和UTO。DTO屬于沒有司機但是有人值守的自動駕駛模式，一般來說車輛可以自動化運行，只有在特殊條件下人員才會主動干預(yù)。UTO為全部無人駕駛模式，整個運行過程沒有人員干預(yù)。在出現(xiàn)異常狀態(tài)后，信號、車輛、監(jiān)控等系統(tǒng)同時發(fā)揮作用，聯(lián)動控制車輛系統(tǒng)，保證車輛和人員的安全性。

1.3 全自動駕駛的應(yīng)用

1.3.1 聯(lián)動功能

車輛綜合自動化系統(tǒng)的TIAS高度集成列車自動監(jiān)控ATS系統(tǒng)、自動化系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、設(shè)備聯(lián)動、乘客信息、門禁、站臺監(jiān)控等，可以讓整個列車運營的各個方面信息都能夠顯示出來，實現(xiàn)程序的聯(lián)動，保證系統(tǒng)運行更具安全性和穩(wěn)定性。

1.3.2 自動化功能

信號CBTC系統(tǒng)中增加自動化模塊，實現(xiàn)自動化運行效果。全自動駕駛CBTC系統(tǒng)與傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)相比，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有喚醒休眠模塊，地面內(nèi)設(shè)置了智能化的ATP/ATO設(shè)備，其主要有如下幾項功能：

（1）正線運行。自動化調(diào)節(jié)站臺，完全實現(xiàn)自動化的發(fā)車運行，遠(yuǎn)程自動清客，還能夠?qū)崿F(xiàn)人員保護。

（2）車輛通行區(qū)域內(nèi)完全自動化。自動喚醒與休眠、自動進(jìn)入到車輛通行軌道內(nèi)、自動洗車，實現(xiàn)庫門的防護。

（3）應(yīng)急處理。在出現(xiàn)緊急狀況后，比如火災(zāi)、車輛碰撞等方面，可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)設(shè)備操控，即使制止事故，并且疏散乘客，保證乘客生命安全。

1.3.3 實現(xiàn)全系統(tǒng)硬件冗余

全自動駕駛車載系統(tǒng)和地面系統(tǒng)全部都按照冗余設(shè)計的方式進(jìn)行系統(tǒng)各個功能性的配置，車載系統(tǒng)可以實現(xiàn)車輛的全面控制，包含管理系統(tǒng)、速度傳感器、天線等部分;地面系統(tǒng)有繼電器、軌道聯(lián)鎖、軌旁ATS等。

1.3.4 軟件自動化升級，系統(tǒng)運行穩(wěn)定

全自動駕駛CBTC系統(tǒng)和傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)對比分析，功能更加的完善，新增功能性好，可以和外部多個系統(tǒng)連接使用，實現(xiàn)全面監(jiān)控和聯(lián)動處理。這樣組合成為龐大的系統(tǒng)，內(nèi)部組成部分復(fù)雜性較高，要進(jìn)行軟件方面的再設(shè)計。通常來說，結(jié)合系統(tǒng)運行需要實現(xiàn)軟件升級和改進(jìn)，保證軟件的各個功能性符合要求，以達(dá)到系統(tǒng)運行的需要。

2 ATS子系統(tǒng)控制方式

2.1 集中控制型

集中控制系統(tǒng)主要用于列車在運行過程中的管理，其中涵蓋有車輛?？亢途€路運行方案等管理內(nèi)容，各部分控制功能均能通過集中控制實現(xiàn)。對于ATS模塊來說，不管是車輛的運行狀態(tài)還是車站監(jiān)控資料都直接關(guān)系到運行的穩(wěn)定性，通常借助光纜設(shè)備進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的交互。該類型系統(tǒng)整體功能上較為完善，集成度較高，無需額外的配套裝置，但在運行過程中會導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)荷過高，同時通信質(zhì)量需求較高，常常會出現(xiàn)裝置運行異常。此外，由于集成度的原因，設(shè)備發(fā)生異常后，往往難以把控影響范圍，甚至?xí)斐上到y(tǒng)癱瘓。

2.2 集中監(jiān)控的分散控制型

主控中心將監(jiān)控重點集中在列車的運行工況方面，同時針對列車的規(guī)劃方案進(jìn)行整體把控，對于車輛停靠以及運行動作均交由各個站點進(jìn)行相應(yīng)控制。由此來說，將控制進(jìn)行分散，能夠顯著降低主控系統(tǒng)負(fù)荷，并且數(shù)據(jù)交互也不會影響車輛的穩(wěn)定性。一旦車輛發(fā)生異常問題后，能夠快速啟動降級運行模式，將事故影響控制在合理范圍。

2.3 自治分散型

該類型系統(tǒng)的出現(xiàn)是以計算機技術(shù)為前提，逐步應(yīng)用在日常管理之中。對于列車正常的工作狀態(tài)來說，主控中心可以對其進(jìn)行綜合管理和全面監(jiān)測，把控好車輛停靠和啟動狀態(tài)。但隨著計算機技術(shù)的不斷前行，功能進(jìn)一步完善，能夠有效監(jiān)控車輛工況，就需要對計算機設(shè)備進(jìn)行綜合管理，協(xié)調(diào)配合。一旦中央計算機設(shè)備發(fā)生異常，系統(tǒng)就可以快速跳轉(zhuǎn)到備用計算機來完成控制操作，繼續(xù)監(jiān)測列車的整體情況。采用該系統(tǒng)最大優(yōu)勢就在于靈活可靠，但需要配備的子模塊較多，提高操作的復(fù)雜程度。

2.4 ATS子系統(tǒng)的控制方式選擇

伴隨信息化水平的提升，實時監(jiān)控系統(tǒng)也從原有的集中模式朝著分散管理發(fā)展，建立起不同的控制體系。從城市交通控制系統(tǒng)來看，采用集中管控的弊端就在于數(shù)據(jù)信息體量龐大，計算機設(shè)備負(fù)荷長期處于高位，且需要高質(zhì)量的通信模塊。此外，數(shù)據(jù)交互的安全也難以保證。目前主流的交互模式是以電纜線路為基礎(chǔ)，搭建起專用的數(shù)據(jù)交互通路，整體上傳輸性能較差，難以滿足系統(tǒng)需求。最為關(guān)鍵的一點在于，如果內(nèi)部OCC模塊出現(xiàn)異常，就會導(dǎo)致列車整體故障。

3 基于車—車通信的新型CBTC系統(tǒng)

當(dāng)前我國所使用的城市軌道交通信號系統(tǒng)都為車-地通信的CBTC系統(tǒng)，科學(xué)技術(shù)全面發(fā)展，以該系統(tǒng)作為基礎(chǔ)創(chuàng)新的CBTC系統(tǒng)必然會逐步的替代原有系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)集成化控制，減少設(shè)備數(shù)量與接口數(shù)量，復(fù)雜性也會降低，達(dá)到系統(tǒng)運行安全性的標(biāo)準(zhǔn)，運營和管理更加的靈活。因此，該系統(tǒng)是城市軌道交通系統(tǒng)未來發(fā)展的必然趨勢。

3.1 基于車-車通信的新型CBTC系統(tǒng)架構(gòu)

基于車-車通信的新型CBTC系統(tǒng)，和當(dāng)前運行系統(tǒng)對比分析，將軌旁設(shè)備去除掉，這種方式可以使得系統(tǒng)組成更加的簡化，并且新設(shè)置的控制器可以進(jìn)行信號機、道岔、站臺門等全部自動化控制。

3.2 基于車-車通信的新型CBTC系統(tǒng)的優(yōu)勢

（1）車-車通信系統(tǒng)內(nèi)融合了各項列車控制功能，可以實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)耦合度的提升，實現(xiàn)系統(tǒng)交互數(shù)據(jù)復(fù)雜性降低，信號系統(tǒng)負(fù)荷也會下降，信息快速處理，整體性得到很大的提升。

（2）車-車通信系統(tǒng)軌旁取消了ZC子系統(tǒng)和CI子系統(tǒng)，設(shè)備室內(nèi)空間得到縮小，接口數(shù)量減少，系統(tǒng)更加簡單，維護與管理成本較低。

（3）車-車通信系統(tǒng)有效的簡化車與地的通行數(shù)據(jù)，同時還能夠縮短系統(tǒng)反應(yīng)時間，車輛運行間隔也會縮短，和傳統(tǒng)CBTC對比分析，大約縮短60 s的間隔。

（4）車-車通信系統(tǒng)讓車和車通信實現(xiàn)交互性效果。后車準(zhǔn)確掌握全車位置信息，系統(tǒng)計算之后會形成運行速度曲線、制動曲線，可以隨時調(diào)節(jié)車輛行駛狀態(tài)，保證安全性。

4 結(jié)束語

綜上所述，全自動化駕駛技術(shù)以及互聯(lián)互通技術(shù)被我國城市軌道交通領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用，并且已經(jīng)全面的將大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)融合進(jìn)去。未來發(fā)展中，必然會讓城市軌道交通信號系統(tǒng)更具先進(jìn)性，多種先進(jìn)技術(shù)共同作用提高總體運行質(zhì)量，給智慧城市軌道交通系統(tǒng)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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