城市軌道交通信號系統(tǒng)互聯(lián)互通研究

陳彥熹

（貴陽市城市軌道交通運營有限公司，貴州 貴陽 550081）

1 城市軌道交通信號系統(tǒng)互聯(lián)

在新開地鐵線路與既有線信號系統(tǒng)不一致的情況下，開展城市軌道交通信號系統(tǒng)互聯(lián)互通研究具有重要意義。這一研究重點關(guān)注如何實現(xiàn)不同信號系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)和互聯(lián)互通，以確保城市軌道交通的高效運營和安全[1]。在系統(tǒng)改造方面，研究著眼于既有線路的信號系統(tǒng)升級和改造，包括更新既有線路的信號硬件和軟件，使其與新線路的信號系統(tǒng)兼容。同時，需要考慮如何進(jìn)行平穩(wěn)過渡，以最小化對現(xiàn)有運營的干擾和影響。

要想實現(xiàn)安全和可靠的城市軌道交通運營，要達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)。第一，互操作性。不同線路和系統(tǒng)應(yīng)具備互操作性，即能夠有效地與其他系統(tǒng)進(jìn)行通信和協(xié)調(diào)，包括列車運行、調(diào)度、信號控制以及緊急情況的處理等方面的互通能力。第二，標(biāo)準(zhǔn)化。采用行業(yè)內(nèi)廣泛接受的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以確保不同系統(tǒng)之間的兼容性。標(biāo)準(zhǔn)化有助于簡化工程建設(shè)和系統(tǒng)改造流程，降低成本，提高可維護(hù)性。第三，平穩(wěn)過渡。在引入新線路或升級信號系統(tǒng)時，需要制定詳細(xì)的過渡計劃，以最小化對現(xiàn)有運營的干擾。平穩(wěn)過渡涉及時間表的合理安排、列車運行的協(xié)調(diào)、系統(tǒng)改造的階段性實施等內(nèi)容。第四，安全性。確保信號系統(tǒng)互聯(lián)互通不會損害列車和乘客的安全，包括信號系統(tǒng)的故障容忍性、備份、應(yīng)急方案的準(zhǔn)備等，以更好地應(yīng)對可能的故障和緊急情況。

2 城市軌道交通信號結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

2.1 聯(lián)鎖系統(tǒng)

聯(lián)鎖系統(tǒng)是保證車輛行駛安全的核心要素之一。在車廂進(jìn)出口和信息交換環(huán)節(jié)，連鎖系統(tǒng)的可靠度對運輸體系的工作效能與安全性能至關(guān)重要。該系統(tǒng)可以實時捕捉并分析車輛行進(jìn)速率、位置等信息，并將結(jié)果反饋給其他車站，以便調(diào)整行車計劃，確保行程的安全[2]。通常聯(lián)鎖系統(tǒng)會使用控制器局域網(wǎng)總線（Controller Area Network，CAN）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，受外部環(huán)境的影響較小，因此站點之間的信息交互過程更加順暢，能夠有效避免安全隱患。聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在城市軌道交通中具有關(guān)鍵作用，負(fù)責(zé)傳遞列車運行期間產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)。在通信系統(tǒng)中，各子系統(tǒng)需要根據(jù)這些數(shù)據(jù)執(zhí)行相關(guān)指令，以管理和監(jiān)控列車整體情況。算法在通信系統(tǒng)中同樣具有重要作用，是支持系統(tǒng)功能運行的基石。然而傳統(tǒng)的算法在處理大量數(shù)據(jù)時效率不高，因此在未來的研究中，需要對相關(guān)的算法進(jìn)行優(yōu)化和改良，以保證數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的高效運作。列車通信系統(tǒng)如圖2 所示。

圖2 列車通信系統(tǒng)

2.3 列車自動監(jiān)控系統(tǒng)

列車自動監(jiān)控系統(tǒng)在信號系統(tǒng)中至關(guān)重要。例如，該系統(tǒng)能夠依據(jù)火車行駛的數(shù)據(jù)識別火車的狀態(tài)，且能在檢測出問題的時候給出警告。自動化監(jiān)測體系作為保障信號網(wǎng)絡(luò)連接的關(guān)鍵元素，其任務(wù)在于將火車的信息實時傳遞給分析系統(tǒng)，以便對火車的行進(jìn)情況做出綜合性評估。自動化監(jiān)測體系主要是依靠程序和行駛信息模式來處理數(shù)據(jù)，可以精確地抽取火車行駛的相關(guān)指標(biāo)，以判定火車是否存在問題。

3 信號系統(tǒng)互聯(lián)互通建設(shè)難點及問題分析

3.1 通信系統(tǒng)信號延遲

通信系統(tǒng)信號延遲是一個普遍存在的問題。這種延遲會對交通通信的質(zhì)量和安全性產(chǎn)生多方面影響[3]。隨著交通網(wǎng)絡(luò)的不斷完善和規(guī)模的擴(kuò)大，將面臨越來越多的挑戰(zhàn)。

受信號延遲的影響，列車同步管理變得日益復(fù)雜，而精確確定列車位置，并對其進(jìn)行實時控制是維持運輸通信順暢的關(guān)鍵。由于傳統(tǒng)的信息傳輸方式通常會產(chǎn)生一定程度的延遲，因此可能會使列車的位置與實際運行情況不能即時反饋到操控環(huán)節(jié)。當(dāng)大量火車同時行駛時，信號延遲可能會引發(fā)交通事故，這可能是因為工作人員沒有足夠的反應(yīng)時間。此外，目前使用的信號系統(tǒng)難以保證數(shù)據(jù)傳遞的穩(wěn)定性。系統(tǒng)一旦接收到信息，通常需要經(jīng)過多輪驗證才能實施相應(yīng)的命令。這不僅增加了列車運行的不確定性，還可能導(dǎo)致運行計劃陷入混亂。

3.2 網(wǎng)絡(luò)安全問題

城市軌道交通信號系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全是至關(guān)重要的。早期的信號設(shè)施通常依賴于國外開發(fā)的管理軟件，而后期建立的部分則采用我國提出的解決方案。受編程源頭與專利因素的影響，這2 個部分未能有效地整合在一起，而是各自獨立運行。由于2 個體系之間的兼容度不足，且其中潛藏著不少的安全隱患，嚴(yán)重威脅著網(wǎng)絡(luò)安全[4]。如果黑客利用這些安全漏洞侵入交通信號系統(tǒng)，可能會造成全城地鐵網(wǎng)絡(luò)停擺。

3.3 信息共享不理想

軌道交通中的信號系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)信息共享，從而對所有線路上的列車運行情況進(jìn)行調(diào)整和管理。我國現(xiàn)階段的軌道交通信息共享體系尚未完全成熟，存在的問題影響著通信的效率和穩(wěn)定性。目前，列車的運作信息一般由多項系統(tǒng)協(xié)同操作。此方法存在一個顯著的問題，如果信息在傳輸過程中出現(xiàn)失誤，可能會導(dǎo)致信號系統(tǒng)入癱瘓，使列車行駛的表現(xiàn)無法達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，進(jìn)而降低城市軌道交通資源的使用效益。

4 軌道交通互聯(lián)互通工程的實施對策

4.1 信號轉(zhuǎn)化技術(shù)

信號轉(zhuǎn)換技術(shù)的職責(zé)在于對各種形式的信息進(jìn)行格式的調(diào)整與轉(zhuǎn)變，便于各管理模塊及其下屬分支之間的信息交流。目前，我國眾多城市的基礎(chǔ)交通設(shè)施采用多種類型的信息管理平臺，并針對特定的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行了優(yōu)化。但若這些數(shù)據(jù)的格式不能保持一致，則無法順利地在各系統(tǒng)間進(jìn)行傳輸，進(jìn)而導(dǎo)致整體網(wǎng)絡(luò)斷層[5]。而信號轉(zhuǎn)換技術(shù)的核心任務(wù)在于調(diào)整信息形式，經(jīng)過一致性的平臺來處理數(shù)據(jù)，使不同系統(tǒng)之間能夠順利地進(jìn)行信息交流。

4.2 5G 通信技術(shù)

在城市軌道交通領(lǐng)域，5G 通信技術(shù)主要用于解決信息傳輸?shù)难舆t問題，對城市軌道交通運營有重大影響。目前，5G 通信技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)完善，其采用獨特的密碼算法以確保信息的可靠性、安全性、高速性及準(zhǔn)確性，已成為城軌交通信號體系的關(guān)鍵組成部分。未來，將重點研究如何減少因時延而產(chǎn)生的錯誤。為滿足這一需求，相關(guān)研究人員必須積極推進(jìn)基于5G的新一代無線網(wǎng)的研究與開發(fā)工作，并量身定制城市鐵路專用的5G 站點。隨著先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，我國的公共交通運輸設(shè)施將變得更加平穩(wěn)有序，從而提供更為安全、便捷的出行體驗。

4.3 數(shù)據(jù)處理技術(shù)

目前，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通常由3 個關(guān)鍵部分組成，即計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，每個部分都擔(dān)負(fù)著不同的任務(wù)。

第一，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠提供基礎(chǔ)的服務(wù)功能，允許管理人員在平臺上選擇特定的服務(wù)。根據(jù)算法需求，系統(tǒng)提供相應(yīng)的服務(wù)，有助于管理人員更有效地監(jiān)控和管理列車的運行。第二，網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸和交換。該系統(tǒng)可以確保數(shù)據(jù)在不同的系統(tǒng)和部件之間流通，以進(jìn)行信息共享和處理。第三，數(shù)據(jù)處理服務(wù)器是整個信號系統(tǒng)的核心[6]。信號其實是一種數(shù)據(jù)，信號經(jīng)過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理后，會變成特定的指令。這些指令在發(fā)布后，子系統(tǒng)能夠接收并執(zhí)行他們，從而實現(xiàn)對列車運行的集中管理。數(shù)據(jù)處理技術(shù)不限于大數(shù)據(jù)技術(shù)，還包括人工智能技術(shù)的應(yīng)用。因此，管理人員可以根據(jù)列車的運行狀況調(diào)整其運行方式，從而確保列車運行的順暢和高效，以應(yīng)對復(fù)雜的運行環(huán)境和變化。

5 結(jié) 論

隨著都市交通軌道的發(fā)展與進(jìn)步，建立信號系統(tǒng)的連結(jié)互動是重要的發(fā)展方向。各式創(chuàng)新科技已經(jīng)在信號系統(tǒng)中發(fā)揮作用，提高了其運作效能與品質(zhì)。未來，研究人員應(yīng)持續(xù)深入探究我國大城市交通信號系統(tǒng)連接互動過程中遇到的問題，并提出適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案，以優(yōu)化信號系統(tǒng)的運營效果，進(jìn)一步滿足公眾的需求。