城市軌道交通信號系統(tǒng)新技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望研究

肖旭慧

（廣州地鐵集團有限公司，廣東 廣州 511430）

0 引言

在近些年的發(fā)展中，由于人民生活水平的提高以及我國城市化進程的不斷加快，推動著城市軌道交通的發(fā)展。截至2020年底，我國已經(jīng)有40 個城市開設了城市軌道交通線路，運營里程更是達到了6000km之長，客運量已經(jīng)遠遠超過200 億人次，我國目前開通軌道交通的城市數(shù)量、運營里程以及客運量都居世界第一。在城市軌道交通的發(fā)展中，交通信號系統(tǒng)是城市軌道交通發(fā)展非常關(guān)鍵的部分，是城市軌道交通安全有序運行的保障。在計算機通信技術(shù)發(fā)展的前提下，自動化、智能化成為城市軌道交通未來發(fā)展的趨勢，而且這些新技術(shù)的廣泛應用能夠大大提升城市軌道交通運行的效率，降低運行維護的成本，有效改善傳統(tǒng)軌道交通的運行狀況，保證城市軌道交通信號系統(tǒng)運行的可靠性，為未來城市軌道交通信號系統(tǒng)的智慧化發(fā)展奠定基礎。

1 城市軌道交通信號系統(tǒng)發(fā)展的特點及發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 城市軌道交通系統(tǒng)特點和發(fā)展現(xiàn)狀

城市軌道交通在當前的發(fā)展中不斷向著高速度、準時運營、專用軌道以及智能化，安全環(huán)保等方面發(fā)展。為了有效緩解城市道路交通的擁擠情況，要對地上以及地下的交通空間進行充分的利用，緩解城市地面擁擠、土地費用昂貴的情況。城市軌道交通的發(fā)展能夠有效帶動城市經(jīng)濟效益的提升，改善城市公共交通堵塞的情況，對城市居民的出行以及城市的快速發(fā)展有著非常重要的意義。截至目前，我國城市軌道交通總里程已經(jīng)突破6600km，仍然還處在不斷發(fā)展中。

1.2 城市軌道交通信號系統(tǒng)的簡要介紹及其發(fā)展現(xiàn)狀

安全有序的運行是城市交通穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，軌道交通信號系統(tǒng)則能夠?qū)Τ鞘熊壍赖挠行蜻\行起著良好的保障作用，所以要對城市軌道交通的有序發(fā)展做出合理的安排。例如，軌道交通信號新系統(tǒng)能夠有效提升列車運行的效率保證列車運行的安全，在列車運行的過程中，能夠?qū)α熊囘\行的時間以及線路等信號等情況進行實時的采集和監(jiān)控，對采集的信息通過計算機系統(tǒng)進行有效的分析并對其合理控制，城市軌道交通信號系統(tǒng)是非常典型的軟硬件結(jié)合的電子技術(shù)系統(tǒng)。城市軌道交通信號系統(tǒng)最根本的發(fā)展目標就是對當前城市擁擠的交通狀況進行合理的控制調(diào)度，對軌道交通行車可能產(chǎn)生的運行沖突以及潛在的風險進行有效分析改善。城市軌道交通信號系統(tǒng)是對城市交通情況進行優(yōu)化調(diào)度的系統(tǒng)，在列車運行的過程中，限號系統(tǒng)能夠?qū)α熊囋Ｅd的各方面信息進行實時的監(jiān)控，并按照合理的調(diào)度計劃對列車的運行進行爭取的引導，知道列車司機的行車決策。

在城市軌道交通技術(shù)不斷發(fā)展進步的推動下，軌道交通信號系統(tǒng)也得到了一定程度的完善，在集中式控制的基礎上向著分散式控制以及自動駕駛方向不斷轉(zhuǎn)變。在城市軌道交通當前的發(fā)展中，軌道交通提速是當前發(fā)展的主要戰(zhàn)略，在保證運行安全的前提下，提升列車的運行速度、運行密度以及運行效率等方面不斷做出努力。所以，為了保證軌道交通運行的效率以及運行安全性，要加強對軌道交通信號控制可靠性的提升。

2 軌道交通信號系統(tǒng)的功能

在近些年的發(fā)展中，城市軌道交通信號系統(tǒng)其安全運行、運營管理以及節(jié)能減排等方面都有著不同程度的提升。一方面加強信號控制系統(tǒng)控制中心以及聯(lián)鎖系統(tǒng)相應技術(shù)以及設備的完善，另一方面加強對信號傳輸途徑的多元化。通過這些部分的協(xié)調(diào)配合，為城市軌道安全穩(wěn)定運行奠定基礎。城市軌道交通信號系統(tǒng)在實際運行中有著不同的功能。

2.1 安全保障功能

軌道交通信號系統(tǒng)能夠?qū)α熊嚢踩\行已經(jīng)乘客的安全提供一定的保障。在實際運行過程中，軌道交通信號系統(tǒng)能夠為司機提供準確的指引信號，準確的對其進行道岔導向的控制，保證列車運行能夠更加合理有效，提升其于運行效率，避免發(fā)生不必要的事故。此外，軌道交通信號系統(tǒng)能夠為列車的提供持續(xù)的速度保護，能夠有效避免列車在運行過程中出現(xiàn)行車沖突的問題。在當下的發(fā)展中，列車運行乘客上下車開關(guān)門都是進行自動控制的，交通信號系統(tǒng)能夠通過對數(shù)據(jù)信息的分析，合理地控制列車運行的速度，為乘客的安全提供有效的保障。

2.2 運輸效能保障功能

城市軌道交通的運行雖然是為了給人們提供便利，改善城市交通擁擠的狀況，但是在保證城市軌道交通安全平穩(wěn)的前提下，還要考慮其經(jīng)濟效益。軌道交通信號系統(tǒng)的運用一方面能夠有效提升列車的運行速度，保證在同樣的時間內(nèi)，增加列車運行的密度，在一定程度上提升列車運行的效率，實現(xiàn)其經(jīng)濟效益；另一方面，軌道交通運輸在發(fā)展的過程中，大致經(jīng)歷了從半自動站間閉塞到站間自動閉塞、固定閉塞，在發(fā)展到準移動閉塞和移動閉塞的階段。閉塞運輸?shù)陌l(fā)展大大提升了軌道交通列車運行的時間間隔，提升了列車運行的密度，有效提高軌道交通運輸?shù)男?，同樣在一定程度上提升列車運行的經(jīng)濟效益，促進城市軌道交通運輸?shù)陌l(fā)展。

2.3 運輸管理服務功能

隨著城市軌道交通系統(tǒng)的復雜化，交通信號網(wǎng)絡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組成也越來越復雜，通過眾多的電力電子設備以及傳感器系統(tǒng)對軌道交通運行的各方面信息進行采集分析。運行管理人員能夠根據(jù)采集的實時信息，對列車的運行情況進行合理的規(guī)劃，并根據(jù)實際的運行情況制定更為合理的計劃安排，從而提升列車運行的效率、節(jié)約運行的成本。在近些年的發(fā)展中，由于智能化技術(shù)的廣泛應用，自動駕駛等技術(shù)的出現(xiàn)使得軌道交通運輸管理的水平不斷提升。

2.4 節(jié)能環(huán)保功能

當今的時代是綠色環(huán)保的發(fā)展時代，節(jié)能減排是當前社會發(fā)展的主流。城市軌道交通信號系統(tǒng)的有效應用，能夠通過對列車運行線路進行合理的安排以及對列車運行速度的合理控制，有效降低軌道交通運行過程的能源消耗，同時又能夠在一定程度上保障列車運行的安全。

3 城市軌道交通信號系統(tǒng)新技術(shù)的發(fā)展應用

3.1 交通信號網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的泛在化

城市軌道交通的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)會隨著城市的發(fā)展越來越復雜，交通信號系統(tǒng)同樣也會向著多元化方向發(fā)展，在交通信號發(fā)展多元化的過程中，列車不僅僅可以向控制中心實時反饋運行的數(shù)據(jù)信息，各列車之間也可以互相傳輸數(shù)據(jù)，增加交通信號系統(tǒng)的通信鏈路以及安全信息的冗余度。實現(xiàn)列車運行信息的閉環(huán)控制，保證列車的有序運行，提升運行效率，在交通信號網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)泛在化的過程中，各種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)以及通信技術(shù)不斷發(fā)展，對于不同的運行條件在軌道交通中也有著不同的應用，在表1 中列出了不同技術(shù)的應用特性。此外，在信號網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)泛在化的過程中還要注意以下幾點。

表1 不同通信技術(shù)的特性對比

3.1.1 提升通信網(wǎng)路的可靠性。在城市軌道交通信號系統(tǒng)的發(fā)展中，在網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)不斷復雜化的前提下，數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)目煽啃允欠浅Ｖ匾摹Ｐ滦屯ㄐ偶夹g(shù)的應用，要充分了解通信技術(shù)的特點，建立獨有的通信設備從而提升軌道交通運輸信號系統(tǒng)的可靠性。

3.1.2 有效降低信號通信信息的交互延。在當前城市軌道交通信號系統(tǒng)的發(fā)展中，對其有著規(guī)范的規(guī)定，在《城市軌道交通裝備技術(shù)規(guī)范》（CZJS/T 0028—2015）中便有著詳細的體現(xiàn)。當前城市軌道交通信號運輸?shù)陌l(fā)展要求信號傳輸?shù)难舆t要保證在150ms 以內(nèi)。在當前的信號傳輸技術(shù)中，LTE 通信技術(shù)能夠大大縮減交通信號的傳輸延遲，對于還沒有廣泛應用的5G 技術(shù)，經(jīng)實驗測得，該技術(shù)可將軌道交通信號傳輸?shù)难舆t控制在1ms 以內(nèi)，能夠有效提升城市軌道交通信號系統(tǒng)的可靠性，為軌道交通運行的安全性提供保障。

3.2 城市軌道交通信號系統(tǒng)的節(jié)能設計

節(jié)能環(huán)保作為當前社會發(fā)展的主題，在城市軌道交通信號系統(tǒng)設計的過程中也要考慮節(jié)能的目標。在保證軌道交通運輸安全穩(wěn)定的條件下，盡可能的節(jié)省運營成本，嚴格遵循節(jié)能環(huán)保的運行原則。一方面要考慮節(jié)能調(diào)度運營設計，對運行高峰時段以及非高峰時段通過對信號的調(diào)節(jié)規(guī)劃列車的運行，在滿足不同時段運營能力的前提下，又能起到節(jié)能環(huán)保的作用。另一方面要通過信號系統(tǒng)對列車運行的速度進行控制，在不同的運行模式下，列車運行所產(chǎn)生的成本有著一定的差別，圖1 為三種不同的駕駛曲線，A 曲線為趕點運行曲線，可以看出此運行模式加速率以及減速率都相對較大，運行時間相對較短。B 曲線為正常運行的駕駛曲線，各種參數(shù)相對價位適中。C 曲線為節(jié)能運行曲線，運行時間相對較長，加速都相對較小，定速巡航時間較長。

圖1 三種駕駛曲線比較圖

3.3 自動駕駛技術(shù)與互聯(lián)互通技術(shù)的應用

自動駕駛技術(shù)能夠有效促進城市軌道交通信號的發(fā)展，在當前軌道交通的發(fā)展中，自動駕駛技術(shù)能夠有效應對列車運行過程中的大多數(shù)異常情況。在列車進行通電后，列車能夠進行綜合自動檢測，在運行過程中能夠合理按照列車運行時刻表進行，自動完成區(qū)間運行。自動駕駛技術(shù)的發(fā)展使得列車在軌道交通信號系統(tǒng)的控制下，通過計算分析合理安排列車運行的速度，而且列車能夠自動反饋運行過程中的各種數(shù)據(jù)信息，方便信號控制系統(tǒng)進行分析處理，提升城市軌道交通運輸?shù)男省?/p>

當前人工智能技術(shù)以及網(wǎng)絡通信技術(shù)的發(fā)展使得城市軌道交通信號系統(tǒng)的互聯(lián)互通功能不斷增強。軌道交通信號的互聯(lián)互通是建立在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎上，互聯(lián)互通技術(shù)的良好應用能夠有效改善傳統(tǒng)單項對接的運營模式，從而有效改變城市軌道交通網(wǎng)，促進軌道交通信號數(shù)據(jù)資源的共享。但是，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，不同列車由于數(shù)據(jù)接口或者傳輸設備的不同，在數(shù)據(jù)共享的過程中可能存在一定的差異，所以要盡可能統(tǒng)一互聯(lián)互通系統(tǒng)的標準，保障城市軌道交通信號的有效共享，為城市軌道交通信號系統(tǒng)的智能化奠定基礎。

3.4 城市軌道交通信號系統(tǒng)智能運維

城市軌道交通信號系統(tǒng)在運行的過程中，需要定期對其檢查維護，保證系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定運行。為了提升運維的效率以及運維效果，需要引入新型的智能化運維技術(shù)，建立在人工智能技術(shù)以及深度學習技術(shù)上的人工智能運維系統(tǒng)能夠?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進行實時的數(shù)據(jù)處理以及結(jié)構(gòu)預測，此外還能夠通過對數(shù)據(jù)的分析進行故障的診斷以及潛在趨勢的預測分析，為軌道交通的運行安全提供保障。此外，還要加強對軌道交通信號系統(tǒng)不同體系新技術(shù)的應用，如信號系統(tǒng)感知層加強高頻以及藍牙技術(shù)的應用，信號平臺層加強大數(shù)據(jù)技術(shù)的融合等等。

4 結(jié)語

在當前的發(fā)展中，國內(nèi)城市軌道交通總里程持續(xù)保持不斷上升的趨勢，為了提升軌道交通運行的安全性與穩(wěn)定性，必須提升軌道交通運輸動態(tài)調(diào)度與信號控制之間的協(xié)調(diào)性。對于智能化、數(shù)據(jù)化等新興技術(shù)的發(fā)展，要加大城市軌道交通信號系統(tǒng)對于各項新興技術(shù)的融合，不斷增強城市軌道交通信號系統(tǒng)運行的效率以及經(jīng)濟效益，不斷優(yōu)化城市軌道交通信號系統(tǒng)。