地铁信号系统发展趋势及功能区别研究

赵平

（成都地铁运营有限公司四川 成都 610051）

地铁信号系统发展趋势及功能区别研究

赵平

（成都地铁运营有限公司四川 成都 610051）

地铁信号系统是能够实现一系列复杂功能的系统，在保证列车行车安全、高效运行过程中起着核心作用。随着社会的发展、科技的进步，地铁信号系统的发展已经趋于成熟，各种地铁信号系统在设计理念和功用等方面都越来越多的表现出了趋于差异化的特点。本文通过对地铁信号系统现状的分析（包括列车自动驾驶、自动监督、自动控制等方面），简单介绍了计算机、数字信号处理、自动控制等技术在现今的地铁信号系统中的应用，并且提出了自己的意见和建议。

地铁信号系统；差异化；自动控制；应用

1 地铁信号系统发展概况

1.1 地铁信号系统概念

地铁信号系统在城市的地铁轨道交通系统同中是一个至关重要的控制体系，地铁信号系统集列车运行控制和行车指挥于一体，具有着不可替代的作用：保证列车快速、安全、高密度、有序运行的同时保证列车和乘客的安全；提高地铁的服务质量、运营效率以及运营安全等。

1.2 地铁信号系统发展现况

在我国，随着城市快速发展，日益严峻的交通问题越来越多的得到人们的关注。而地铁作为解决交通问题的有效的办法，地铁系统已经得到广泛的应用，呈现出井喷式的发展。从20世纪50年代开始，我国地铁信号系统经过几十年的发展，已经经过了由原来的完全没有技术和人才的时代到真正做到拥有自主知识产权的时代。目前我们国内运用较多的是在无线通信的基础上开发的CBTC（列车控制系统）系统，在安全计算机联锁控制系统以及使用DCS（无线车地双向通信）系统、ATS（自动列车监控子系统）、ATC（自动列车控制子系统）等系统来实现对地铁列车运行的监控、安全防护、操纵满足运营需求。系统的网络信息化是地铁系统的最大特点，本文就此做简单介绍。

2 地铁信号系统的构成

2.1 地铁信号系统的核心

图1为列车ATC控制系统的示意图。ATC（列车自动控制）系统作为地铁信号系统的的核心，主要由以下几个相互交叉渗透的部分组成：CBI（计算机联锁系统）子系统、ATO（列车自动驾驶系统）子系统、ATP（列车自动防护系统）子系统、ATS（列车自动监控系统）子系统等。这几个主要的系统构成了一个强大的自动控制系统来实现实地控制与中央控制相互结合、地面控制与车上控制相互结合的功能，是地铁信号控制系统的核心。

图1

2.2 ATC系统各子系统功能介绍

上面已经知道ATC系统有几个相互渗透、不可分割的几个子系统组成，下面就来对这几个子系统做简单介绍。ATP（列车自动防护系统）子系统是根据设定的安全——故障原则来实现对各列车之间间距监控、列车安全门开关门的监督、列车的超速防护、进路的安全防护监控的功能，以此来确保列车的安全运行和乘客的人身安全，是ATC系统中最为关键的子系统。ATS系统是起到保证列车产生列车时刻表、实现自动调整运行间隔、保证列车按时刻表行进、对列车的状态进行监控的系统；ATO子系统的作用是实现列车在终点自动折返、列车到站后的自动停车、由站点出发时的自动运行等。

2.3 ATC系统的优劣势

当下主流采用的ATC地铁信号系统大体上能够满足当下现状中对行车密度、行车安全的要求。但其有自身的缺点：设备量大、包含设备的种类多、系统关系繁杂，系统的可靠性和安全性等方面还有许多需要完善的地方。相信随着科技的进步，ATC地铁信号系统一定会成为更智能、更安全、更可靠的信号系统。

3 对ATC地铁信号系统的要求

3.1 ATC地铁信号系统的分类

地铁的信号系统虽然在地铁的车地数据传输方式、信息量和地铁的控制方式上各有特色，大体上可以按如下分类，如图2所示。

图2

另外一种分类方法是按照各个信号设备实现的功能或者所处的区域来进行的分类，按照这种分类方法，地铁的额信号系统又可以分为：车站子系统、轨旁子系统、ATS（控制中心系统）系统和车载设备子系统等系统。

3.2 对ATC地铁信号系统的要求

地铁信号系统需要满足以下要求才能实现安全运行：地铁信号系统必须保证地铁安全运行和乘客的安全、在监控室中能够对全部的列车进行监控并且能够实现自动或者人工的调整控制、必须满足行车和运营上的要求、满足有超速防护的人工驾驶或者地铁的自动驾驶、严格按照预定的运行图（或者时刻表）进行地铁的运转、具备必须的后备/降级控制模式。

4 地铁信号系统故障对地铁运行的影响

4.1 地铁信号系统故障的严重性

地铁信号系统故障有其独特的特点：预见性较差、处理困难、影响大、种类繁多。所以地铁信号系统故障一直是阻碍地铁正常工作的因素，地铁信号系统故障会造成地铁乘坐舒适度降低、行车间隔大、造成晚点。如果系统中的关键设备发生故障更可能会造成危及行车运营和乘客安全的重大事故。

4.2 应对地铁信号系统故障的办法

地铁信号系统发生严重故障时，对地铁信号系统故障降级是处理故障时常采用的方法，而地铁信号降级模式也是一个地铁信号系统优略的一个重要的参考数据。地铁信号系统故障降级模式主要有下面几种：站间闭塞降级模式、联锁控制降级模式、以及CBTC通信故障下的点式ATP降级模式。虽然地铁信号系统的故障降级模式已经得到越来越多的应用，但是故障降级模式也有其弱点：即与正常的地铁运行模式相比较而言，这种方法会对行车的效率、行车的质量具有一定的影响。

5 列车自动监控系统（ATS系统）

5.1 ATS系统概述

ATS系统是起到保证列车产生列车时刻表、自动调整运行时间、保证列车按时刻表行进、对列车的状态进行监控的系统，在城市地铁信号系统中扮演着重要的角色。其核心的设备处于信号系统的大脑层，是一种集成度很高的指挥调度控制系统。地铁信号系统的其它子系统通过数据网络通信来实现和ATS系统的通讯，实现各系统的协调配合和数据交换。在此基础上共同协调作用在地铁的运营列车和运营设备上，完成对整个地铁系统的控制和管理。

5.2 地铁信号系统ATS子系统的设备构成

如图3为ATS子系统的设备构成图，由图中可以看到，一个完整的ATS子系统应该由以下几个部分组成：运营设备控制中心、车辆段、设备集中站、后备站以及其他工作站。除了以上所示这些部分外还有一个培训工作站也是至关重要的。培训工作站肩负着培训地铁信号系统的维修人员的重要使命。培训工作站具有完整的培训设备（包括ATC模拟系统软件，模拟系统软件能够仿真演示地铁信号系统的功能），并且能够对行调人员在紧急情况下该如何操作信号系统起到培训作用，使地铁工作人员能够在地铁信号系统故障后采取必要的措施和手段，避免出现重大的行车事故，减少经济损失。

5.3 ATS系统的功能

ATS系统主要有以下几个功能：回放功能（在制定的时间内重现地铁信号设备的状态和时间）、VR控制（VR系统的应用实现了地铁列车自动运行的调整）、时刻表、轨旁设备控制（办理开放信号和基本岔路的控制和操作）、控制权的切换（地铁信号系统的优先级从高到底依次为：人工控制或现地控制、自动控制或中央控制）、行车控制（设置列车的运行等级和运行模式等）、列车的跟踪及监控功能（事实跟踪和监视运行列车，在中央控制室的监控界面和操作界面上显示）等功能。

图3

5.4 中控室ATS系统人机界面

人机界面是ATS系统的重要组成部分，地铁站人员根据人机界面中系统菜单等方式执行ATS系统和完成其它对系统控制的操作，它具有以下几个明显的优点：视觉直观、操作方便、简洁明了等。人机界面默认显示在工作站中的窗口：报警队列、控制请求、轨道图显示窗口等。

6 地铁信号系统的发展趋势研究

6.1 地铁信号系统的发展趋势

社会的发展、城市化的需求，有力的促使了地铁信号系统的发展。纵观国际上地铁信号系统的发展，可以总结出地铁信号系统的发展趋势，它主要体现在以下的几个方面：①计算机技术和网络技术的发展促使单一的ATS系统必须向高集成化的综合性强的地铁信号控制系统发展；②网络通信技术的发展促使了地铁信号系统的改变，逐渐形成了以通信为基础的ATC地铁信号控制系统；③伴随着可靠性的提高、通信的安全性、和通信方式的多元化的实现，是地铁信号系统正在往全程无人驾驶技术的方向发展。

6.2 地铁信号系统全程无人驾驶的实现

要实现全程无人驾驶要保证以下几个条件：通信的可靠性、通信的安全性和通信的速率。这种无人驾驶的地铁列车运行模式是在不需要任何工作人员或者驾驶员的情况下运行的，而其类车的控制则由中央控制中心进行直接管理。全程无人驾驶技术实现了人力的解放，从无人驾驶技术上节省下来的人力就可以更好为旅客提供旅客迫切需要的更好的服务，就能够最大限度的提高资源的利用效率，自然而然的就实现了经济利益和运输效益的提高。

7 总结

随着城市化步伐的不断加快和城市人口的爆发式增长，城市轨道交通地铁系统在城市化的步伐中必将起着普通交通工具无法替代的作用，相应的，对地铁系统的运营能力和安全性能要求也将越来越严格。城市化的加快促进着地铁信号系统的发展，而地铁系统的发展又将反哺城市化的发展。因此未来地铁信号系统的发展方向是建立在基于通信的ATC地铁信号系统、高度集成的地铁运营控制系统之上的系统，相信地铁信号系统会伴随着技术、网络、计算机技术的发展而不断完善。

[1]傅世善.闭塞与列控概论[M].北京：中国铁道出版社，2013.

[2]李明华.铁路信号基础[M].北京信号基础，2014.

[3]刁心宏.城市轨道交通概论[M].铁道出版社，2012.

U231.8

A

1004-7344（2016）16-0120-02

2016-5-22

赵平（1985-），男，助理工程师，本科，主要从事地铁信号工作。