城市轨道交通信号系统关键技术研究

韩新红

摘 要：为了保证城市轨道交通能够稳定运转，就需要推动信号控制朝着自动化、系统化、结构化的方向发展。如何建立起完善的信号控制体系并将其应用于实际，已然成为轨道交通领域迫切需要解决的问题之一，直接关系到系统的成本投入和维护运行。本文以目前信号系统关键技术为研究对象，希望可以促进城市轨道交通技术水平的提升，实现全面发展。

关键词：城市轨道交通;信号系统;关键技术;研究

我国近年来对于城市轨道交通发展的重视度逐步提高，投入资金、人力比较多，开始实现网络化、智能化与信息化，并且一系列先进技术的应用，比如自动驾驶、互联互通等，极大的促进城市轨道交通自动化水平的提升，为智慧城市的构建提供强有力的支持。

1 全自动驾驶FAO

1.1 全自动驾驶日常运营场景描述

城市轨道交通应用全自动驾驶系统后，列车运行更加的稳定，也会更具安全性与可靠性，可以降低运输成本，提高运行效果，是未来轨道交通技术发展的基础条件。全自动驾驶列车在开始运营前，上电会从休眠状态自动唤醒、自检、轨道转换、升级到CBTC系统、按照规定时刻表运行、自动开关门、自动折返与入库、数据传输等。

1.2 全自动驾驶自动化级别

全自动驾驶FAO包括DTO和UTO。DTO属于没有司机但是有人值守的自动驾驶模式，一般来说车辆可以自动化运行，只有在特殊条件下人员才会主动干预。UTO为全部无人驾驶模式，整个运行过程没有人员干预。在出现异常状态后，信号、车辆、监控等系统同时发挥作用，联动控制车辆系统，保证车辆和人员的安全性。

1.3 全自动驾驶的应用

1.3.1 联动功能

车辆综合自动化系统的TIAS高度集成列车自动监控ATS系统、自动化系统、广播系统、设备联动、乘客信息、门禁、站台监控等，可以让整个列车运营的各个方面信息都能够显示出来，实现程序的联动，保证系统运行更具安全性和稳定性。

1.3.2 自动化功能

信号CBTC系统中增加自动化模块，实现自动化运行效果。全自动驾驶CBTC系统与传统CBTC系统相比，系统内设置有唤醒休眠模块，地面内设置了智能化的ATP/ATO设备，其主要有如下几项功能：

（1）正线运行。自动化调节站台，完全实现自动化的发车运行，远程自动清客，还能够实现人员保护。

（2）车辆通行区域内完全自动化。自动唤醒与休眠、自动进入到车辆通行轨道内、自动洗车，实现库门的防护。

（3）应急处理。在出现紧急状况后，比如火灾、车辆碰撞等方面，可以通过远程监控系统实现设备操控，即使制止事故，并且疏散乘客，保证乘客生命安全。

1.3.3 实现全系统硬件冗余

全自动驾驶车载系统和地面系统全部都按照冗余设计的方式进行系统各个功能性的配置，车载系统可以实现车辆的全面控制，包含管理系统、速度传感器、天线等部分;地面系统有继电器、轨道联锁、轨旁ATS等。

1.3.4 软件自动化升级，系统运行稳定

全自动驾驶CBTC系统和传统CBTC系统对比分析，功能更加的完善，新增功能性好，可以和外部多个系统连接使用，实现全面监控和联动处理。这样组合成为庞大的系统，内部组成部分复杂性较高，要进行软件方面的再设计。通常来说，结合系统運行需要实现软件升级和改进，保证软件的各个功能性符合要求，以达到系统运行的需要。

2 ATS子系统控制方式

2.1 集中控制型

集中控制系统主要用于列车在运行过程中的管理，其中涵盖有车辆停靠和线路运行方案等管理内容，各部分控制功能均能通过集中控制实现。对于ATS模块来说，不管是车辆的运行状态还是车站监控资料都直接关系到运行的稳定性，通常借助光缆设备进行相关数据的交互。该类型系统整体功能上较为完善，集成度较高，无需额外的配套装置，但在运行过程中会导致系统负荷过高，同时通信质量需求较高，常常会出现装置运行异常。此外，由于集成度的原因，设备发生异常后，往往难以把控影响范围，甚至会造成系统瘫痪。

2.2 集中监控的分散控制型

主控中心将监控重点集中在列车的运行工况方面，同时针对列车的规划方案进行整体把控，对于车辆停靠以及运行动作均交由各个站点进行相应控制。由此来说，将控制进行分散，能够显著降低主控系统负荷，并且数据交互也不会影响车辆的稳定性。一旦车辆发生异常问题后，能够快速启动降级运行模式，将事故影响控制在合理范围。

2.3 自治分散型

该类型系统的出现是以计算机技术为前提，逐步应用在日常管理之中。对于列车正常的工作状态来说，主控中心可以对其进行综合管理和全面监测，把控好车辆停靠和启动状态。但随着计算机技术的不断前行，功能进一步完善，能够有效监控车辆工况，就需要对计算机设备进行综合管理，协调配合。一旦中央计算机设备发生异常，系统就可以快速跳转到备用计算机来完成控制操作，继续监测列车的整体情况。采用该系统最大优势就在于灵活可靠，但需要配备的子模块较多，提高操作的复杂程度。

2.4 ATS子系统的控制方式选择

伴随信息化水平的提升，实时监控系统也从原有的集中模式朝着分散管理发展，建立起不同的控制体系。从城市交通控制系统来看，采用集中管控的弊端就在于数据信息体量庞大，计算机设备负荷长期处于高位，且需要高质量的通信模块。此外，数据交互的安全也难以保证。目前主流的交互模式是以电缆线路为基础，搭建起专用的数据交互通路，整体上传输性能较差，难以满足系统需求。最为关键的一点在于，如果内部OCC模块出现异常，就会导致列车整体故障。

3 基于车—车通信的新型CBTC系统

当前我国所使用的城市轨道交通信号系统都为车-地通信的CBTC系统，科学技术全面发展，以该系统作为基础创新的CBTC系统必然会逐步的替代原有系统，实现系统集成化控制，减少设备数量与接口数量，复杂性也会降低，达到系统运行安全性的标准，运营和管理更加的灵活。因此，该系统是城市轨道交通系统未来发展的必然趋势。

3.1 基于车-车通信的新型CBTC系统架构

基于车-车通信的新型CBTC系统，和当前运行系统对比分析，将轨旁设备去除掉，这种方式可以使得系统组成更加的简化，并且新设置的控制器可以进行信号机、道岔、站台门等全部自动化控制。

3.2 基于车-车通信的新型CBTC系统的优势

（1）车-车通信系统内融合了各项列车控制功能，可以实现系统内耦合度的提升，实现系统交互数据复杂性降低，信号系统负荷也会下降，信息快速处理，整体性得到很大的提升。

（2）车-车通信系统轨旁取消了ZC子系统和CI子系统，设备室内空间得到缩小，接口数量减少，系统更加简单，维护与管理成本较低。

（3）车-车通信系统有效的简化车与地的通行数据，同时还能够缩短系统反应时间，车辆运行间隔也会缩短，和传统CBTC对比分析，大约缩短60 s的间隔。

（4）车-车通信系统让车和车通信实现交互性效果。后车准确掌握全车位置信息，系统计算之后会形成运行速度曲线、制动曲线，可以随时调节车辆行驶状态，保证安全性。

4 结束语

综上所述，全自动化驾驶技术以及互联互通技术被我国城市轨道交通领域广泛的应用，并且已经全面的将大数据、云计算等技术融合进去。未来发展中，必然会让城市轨道交通信号系统更具先进性，多种先进技术共同作用提高总体运行质量，给智慧城市轨道交通系统建设奠定基础。

参考文献：

[1]罗晟.城市轨道交通信号系统新技术发展应用前景[J].湖北农机化，2020（4）：36.

[2]宋鹏程.城市轨道交通信号系统的关键技术分析[J].城市周刊，2019（23）：40.