基于通信的城市轨道交通轨旁信号的分析

刘志水

（株洲中车时代电气股份有限公司，湖南 株洲 412000）

随着国内城市建设进程的加速和城市人口居住数量的不断增多，城市轨道交通以其稳定可靠、节能且不受外界干扰等特点，被广泛应用。基于通信的城市轨道交通轨旁系统是国内最先进的轨道交通控制系统，并且被很多发达国家所借鉴用做其城市的轨道交通项目中。而基于通信的列控系统轨旁是城市轨道交通控制的关键环节，其系统的模拟仿真不但可以模拟进路排布、列车行驶等运行场景，给出系统测试所需要的科学依据，还可以对列车群控制和行车压力进行测试。所以，城市轨道交通轨旁设计具实际意义。

1 轨道交通信号模拟技术国内外研究现状

轨道交通信号模拟技术在国外发生较早，获取的经验较多，当下，国外已经完善的系统有，日本研发的UTRAS (Universal TrainSimulator)系统、美国卡耐基梅隆大学轨道研究中心开发的TOM(TheTrainOperations Model)系统，欧洲ORTHSTAR公司研发的Trainstar系统，西门子公司研制的VICOS T&S仿真系统等。UTRAS系统是根据日本新干线而设计的，该系统可以组建列车运行模型、研究列车运行驶延误和计算列车运行效率，TOM系统是一个全面的轨道交通分析系统，其基本作用多为对列车能耗及其供电性能和列车稳定运行安全和效率的评估，Trainstar属于机车驾驶的辅助仿真系统，其主要的设计结构是将导航原理和列车模拟技术相互融合，其重点在于大幅度降低列车能耗、加大列车的操作和稳定性，顺便可以对列车的制动和牵引行为进行预测；VICOS T&S系统的最大优势在于驾驶室界面的真实感较强，其作用是对列车司机进行培训。

国内在基于通信的轨道交通信号模拟技术的究最近一个时期发展较为迅速，很多研究机构和专家都在进行紧密的研究。其基本的研究有北京交大提出的CTCS-3仿真测试平台；西南交大提出的基于多质点列车模型的牵引模拟软件；国内铁路通信集团和北京理工大学联合发起的对上海地铁线开发的列车自动运行仿真系统；中国铁道科学研究院通信信号所对于广州地铁七号线路开发的城市轨道交通列车自动运行仿真。

2 基于通信的城市轨道交通轨旁信号的分析

2.1 城市轨道交通轨旁信号模拟平台设计结构和特点

基于通信的城市轨道交通轨旁信号模拟平台主要的作用是将通信技术和城市轨道交通轨旁有机的相结合，并对轨道线路的外部环境、轨旁设备的基础配置、组织行车安全、车辆参数的设置状态进行还原，由此为设计出高效的城市轨道交通轨旁系统奠定坚实的基础。

城市轨道交通轨旁系统要具有较高的稳定性和安全性，可以在地面和车载间进行实时通信，并可以计算列车最优运行线路，保障了列车运行效率和安全性。大部分的城市轨道交通轨旁系统主要由(车载、联锁、ATS、ATO、综合维护和检测、区域控制器)等多个子系统组成，并且该系统可以利用通信来实现设备间的通信，将基于通信的城市轨道交通轨旁定义为五层。

（1）中央控制层：控制中心设施。

（2）通信层：配备控制中心和车站层设施间的核心通信网络，并将其提供给无线通信网络。

（3）车站层：具体的是说车站硬件设施房中的设施，其中包含车站ATS，CBI，ZC等。

（4）道旁层：该层面主要是说安置在轨旁的硬件设施，其中包含应答机、信号机、转辙机。

（5）车载层：该层面是说车载可靠性的网络设施，其中包含车载（ATP、ATO）等。

基于通信的城市轨道交通轨旁系统对安全需求性极高，而且系统设计需要满足EN-50128，EN-50129，EN-50126的要求。而联锁系统、区域控制器、车载的需求条件是SIL4级阵70，并且需要采用半形式化方式来进行开发，在其开发中需要遵循的制度为：要详细描述软件的原则和功能，不能出现分叉，加大抽象表述程度，利用面向对象，并且要采用模板，降低人为的错误，减少开发周期。图1为城市轨道交通轨旁系统结构图。

2.2 通信技术下的轨旁信号显示模式转换特点

在基于通信的城市轨道交通轨旁中，列车控制子系统、联锁子系统都具有通信控制与后备两种主要模式能够实现任意转换。而由通信控制子系统和其联锁相互协调可以完成模式的转换条件，控制子系统可以配备实时的模式信息，并传输给联锁子系统，由联锁子系统进行决定轨旁信号的点灯模式。在通信控制和联锁子系统选取相同的模式时，城市轨道交通轨旁系统会依据选用模式运行。在通信控制和联锁子系统选取不同的模式时，会处理低级的模式，如此可以充分的保障系统的稳定运行。可以从如下的两个方面进行阐述。

（1）选取通信控制模式，联锁会依据通信控制下的技术条件，所组建的进路不对区段空闲进行监测，通信控制系统会将运行方向、移动授权等信息发送给车载的系统，列车会通过通信控制子系统的移动授权运行，轨旁信号会处于灭灯和点灯两种不同的模式。

（2）后备模式的选取，联锁会依据后备模式下联锁技术条件，监控进路下的轨道区域的空档，并能充分的迎合其他进路的联锁条件，可以开放轨旁信号，由联锁保障运行的时段间隔，列车会依据轨旁信号显示运行，轨旁信号此时会处于点灯状态。

图1 城市轨道交通轨旁系统结构图

3 结语

基于通信的城市轨道交通轨旁系统，会依据先进的通信和计算机技术对列车进行连续的控制，降低运行时段的间隔，提升列车的运行效率。在当前，国内对其客运交通领域进行改革，针对列车的客运专线，信号机灵敏度不高的问题，比如车载设备出现问题，或者没有安装列车自动防护设备，会依据站间的闭塞模式进行行驶。在这种情况下，需要进行对城市轨道交通轨旁信号进行分析，先分析城市轨道信号模拟技术国内外研究状态，对轨旁信号系统需求进行分析，给出基于通信的城市轨道交通系统设计结构和其特点，对城市轨道交通轨旁信号显示模式转换特点进行分析，有效地满足城市轨道交通系统安全稳定运营要求。

参考文献：

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[2]徐霄.城市轨道交通无人驾驶信号系统设计需求分析[J].城市轨道交通研究,2016,19(z1).

[3]汪小勇.城市轨道交通自动化车辆段和停车场的关键功能分析[J].铁道通信信号,2016,52(2):53-56.