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篇(1)

[關鍵詞]城市軌道交通；信號系統(tǒng)；關鍵技術(shù)；分析

城市軌道交通信號系統(tǒng)在當今社會中發(fā)揮著重要的作用，是軌道交通發(fā)展中必不可少的科研成果。隨著科技信息技術(shù)高速發(fā)展，列車對信號系統(tǒng)要求越來越高，不僅表現(xiàn)在安全方面，同時還表現(xiàn)在效率方面，都需要信號系統(tǒng)具有較強的技術(shù)基礎，為此，下文對城市中城市軌道交通信號系統(tǒng)的關鍵技術(shù)進行深入研究。

1城市軌道交通信號系統(tǒng)

1.1城市軌道交通信號系統(tǒng)在生活中的作用

城市軌道交通在實際運行中具有舒適性、不間斷性、準點性等特點，基于城市軌道交通的這些特點，在城市軌道交通系統(tǒng)中采用軌道交通信號系統(tǒng)能夠?qū)⑿盘栐O備的作用充分發(fā)揮，達到事半功倍的效果。從世界上先進的軌道交通運營中發(fā)現(xiàn)，只有高水平的信號系統(tǒng)，才能夠在交通中實現(xiàn)提高列車運行的效率，并且安全性能比較高[1]。

1.2城市軌道交通信號系統(tǒng)特征

第一，城市軌道交通中所承擔的客流量比較多，基于安全角度考慮，對于行車之間的最小行車間距要求比較高，進而對列車的速度監(jiān)控提出了較高的要求，其主要的目的就是為了實現(xiàn)列車運行中的安全保障。第二，對城市軌道交通運輸速度進行分析，城市軌道交通運行中的實際速度與鐵路干線相比，數(shù)值上相差很多，所以，在實際的城市軌道交通信號系統(tǒng)中，不需要數(shù)據(jù)傳輸較快的信號系統(tǒng)，只需要傳輸速度較低的系統(tǒng)就可以實現(xiàn)信號傳輸功能；第三，由于在城市中，列車的運行間隔比較小，運行中所展現(xiàn)的規(guī)律性比較強[2]。

2城市軌道交通信號系統(tǒng)設計情況

由于我國在城市軌道交通信號系統(tǒng)研發(fā)中起步比較晚，與國際水平間存在一定的距離。在城市軌道交通信號系統(tǒng)建設階段，由于在各項技術(shù)上，外商對信號系統(tǒng)設計的核心技術(shù)掌握著主動權(quán)，因此，在國內(nèi)市場中，不得不對信號系統(tǒng)進行比較長時間的調(diào)試；在信號系統(tǒng)的運營階段，進口設備在實際運行與維護上存在很多障礙，一些比較輕微的故障就需要外援，并且設備在實際運行中的風險比較大；在建設階段，對于網(wǎng)絡化比較復雜的城市，存在多種形式的信號系統(tǒng)，因此，在實際的信號系統(tǒng)投入使用中，要想實現(xiàn)多元化網(wǎng)絡系統(tǒng)的實際使用，需要在多種線路中進行線路互聯(lián)，但是該種方式在某種程度上嚴重影響了資源的共享[3]。

3基于LTE技術(shù)的城市軌道交通信號系統(tǒng)技術(shù)分析

3.1LTE技術(shù)概述

LTE技術(shù)是當今比較適用的交通信號技術(shù)，該項技術(shù)在實際城市軌道交通信號系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)高傳輸速率，低時延，并支持信號系統(tǒng)中的多種功能，支持廣播組的播出業(yè)務，具有無線接入架構(gòu)。LTE技術(shù)的主體性能為：在20MHz頻譜帶寬條件下，技術(shù)系統(tǒng)能夠提供上行、下行分別為100Mb/s和50Mb/s的峰值速率。實現(xiàn)的城市軌道交通覆蓋率達到了100Km。為了實現(xiàn)更加優(yōu)化的功能，LTE系統(tǒng)中采取一種網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)，集成了適用于寬帶移動傳輸?shù)谋姸嘞冗M技術(shù)。LTE技術(shù)優(yōu)勢有很多，能夠?qū)崿F(xiàn)傳輸效率高、頻譜使用靈活等功能[4]。

3.2LTE技術(shù)與WLAN技術(shù)性能對比

第一，在項目干擾方面，LTE技術(shù)能夠申請比較專業(yè)的頻段，有效避免外部設備的信號干擾，并且由ICIC來解決系統(tǒng)內(nèi)部干擾。但是WLAN技術(shù)在該方面采用的是開放性的頻段，信號很容易受到外部的干擾。從技術(shù)的可維護性上進行分析，LTE技術(shù)在網(wǎng)元上的數(shù)量比較少，實現(xiàn)無線覆蓋距離比較遠，城市軌道交通軌旁設備之間的距離比較大。在WLAN技術(shù)下，其信號覆蓋距離比較短，每200米就需要設置無線設備，后者在維護比較困難；從移動性上進行分析，LTE自動頻率校正技術(shù)性能比較高，能夠保證信號平穩(wěn)。而WLAN只適合于低速環(huán)境；從技術(shù)的服務質(zhì)量上進行分析，LTE技術(shù)支持優(yōu)先級的設置，能夠保證信號系統(tǒng)的無線傳輸，但是WLAN技術(shù)卻不能實現(xiàn)信號系統(tǒng)的優(yōu)先級。

3.3LTE信號系統(tǒng)在城市軌道交通中應用

隨著科技不斷發(fā)展，LTE技術(shù)在城市軌道交通中的應用越來越廣泛，LTE技術(shù)在諸多個城市軌道交通中應用。信號系統(tǒng)主要涉及的問題就是安全，無線信息系統(tǒng)要想實現(xiàn)穩(wěn)定性以及可靠性，對于信息系統(tǒng)的要求比較高。信號系統(tǒng)在進行通訊傳輸時實時性要求比較高，而在PIS系統(tǒng)中，無線通信傳輸要求比較低，但是在寬帶方面的需求比較大。兩者在技術(shù)需求上的方向不同，因此，不能單一的將PIS系統(tǒng)中的LTE技術(shù)靈活應用到城市軌道交通信號系統(tǒng)中來[5]。2014年，在北京地鐵指揮中心的支持下，多家信號廠商對LTE技術(shù)在信號系統(tǒng)中的實際應用進行現(xiàn)場測試，希望能夠通過專業(yè)的技能檢測，促進城市軌道交通信號技術(shù)發(fā)展。在現(xiàn)場測試中，具有代表性的廠商有華為、中興、普天等，通過這些廠商對LTE技術(shù)的實際測試，得出結(jié)論，并提出LTE技術(shù)在信號系統(tǒng)中應用的測試結(jié)果：第一，從延時方面，其傳輸時延的測試結(jié)果為10~25ms，其中最長的延時為106.5ms；第二，從信號方面，信號丟包率上下行均為0.005%以下；切換延時為34~46ms左右，其中最長時間為135ms；15MHz頻寬的平均吞吐量為，上行11Mb/s，下行19Mb/s。在實際的測量下，LTE技術(shù)能夠完全滿足信號系統(tǒng)在無線傳輸中的要求。在頻率信息選擇上，工信部了與無線接入系統(tǒng)頻率使用的相關事宜，對城市中軌道交通的申請使用提供支持以及肯定，換言之，城市軌道交通單位可以使用該頻段，并獲取得該頻段的使用權(quán)。民用手持設備中，對于信號的頻段占位將不會影響頻段的使用。與WLAN的開放頻段相比，專用頻段能夠有效緩解外部信息的干擾。LTE技術(shù)逐漸成為移動通信發(fā)展中的關鍵技術(shù)，在城市軌道交通信號系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。

4結(jié)論

本文中所介紹的城市軌道交通信號系統(tǒng)，在軌道交通行業(yè)發(fā)展中作用突出，是城市軌道交通的主力軍。在科技不斷發(fā)展的進程中，城市軌道交通信號系統(tǒng)與科技相結(jié)合，逐步實現(xiàn)智能化與科技化。本文立足于城市軌道交通信號系統(tǒng)的作用、特點，針對目前我國城市軌道交通信號系統(tǒng)的發(fā)展近況，對相關問題進行分析，為信號系統(tǒng)中的關鍵技術(shù)的發(fā)展研究提供了一定的幫助。

[參考文獻]

[1]劉曉娟.城市軌道交通CBTC系統(tǒng)關鍵技術(shù)研究[D].蘭州交通大學,2009.

[2]王飛杰.城軌CBTC智能調(diào)度指揮系統(tǒng)關鍵技術(shù)的研究[D].北京郵電大學,2011.

[3]闞庭明.城市軌道交通乘客信息系統(tǒng)關鍵技術(shù)研究[D].中國鐵道科學研究院,2013.

[4]王東.軌道交通信號系統(tǒng)仿真測試與驗證技術(shù)研究與應用[D].浙江大學,2014.

篇(2)

關鍵詞　基于通信的列車控制，移動閉塞，信號系統(tǒng)

基于通信的列車控制(簡為CBTC)技術(shù)，利用先進的通信、計算機技術(shù)，突破了固定閉塞的局限，實現(xiàn)了移動閉塞，技術(shù)和成本上較傳統(tǒng)的信號系統(tǒng)有明顯的優(yōu)勢。該技術(shù)無需在軌道上進行固定長度、固定位置的閉塞分區(qū)，而是把每一列車加上前后的一定安全距離作為一個移動的分區(qū)，列車制動的起點和終點都是動態(tài)的。列車的安全間距是按后續(xù)列車在當前速度下所需的制動距離加上安全余量計算得出的。列車的最小運行間隔在90s以內(nèi)，個別條件下可實現(xiàn)小于60s的間隔時間。和傳統(tǒng)的固定閉塞、準移動閉塞技術(shù)相比，移動閉塞技術(shù)實現(xiàn)了車載設備與軌旁設備不間斷的信息雙向傳輸，使列車定位更精確、控制更靈活，可以安全有效地縮短列車間隔，提高列車運行的安全性與可靠性，降低列車的運營和維護成本[1，2]。我國于2004年投入運營的武漢輕軌是國內(nèi)第一條采用CBTC方案的城市軌道交通線路。然而對于仍在運營的軌道交通系統(tǒng)，如何在不影響服務的條件下應用先進的信號系統(tǒng)，是運營商在考慮對信號系統(tǒng)進行升級時必須面對的問題。本文結(jié)合一個工程實例說明CBTC技術(shù)在信號系統(tǒng)升級中的應用。

1 信號系統(tǒng)升級需求

歐洲的許多軌道系統(tǒng)設備超過了30年的歷史，潛在的軌道交通信號系統(tǒng)升級業(yè)務巨大。在亞洲也存在著類似的情況。信號系統(tǒng)升級的需求來自以下幾個方面。

·技術(shù)過時:20世紀70年代建造的軌道系統(tǒng)都使用了當時的先進技術(shù)，如香港MTR使用當時先進的基于軌道的模擬列車自動防護(ATP)和數(shù)字化的列車自動運行(ATO)系統(tǒng)。而現(xiàn)在這樣的信號系統(tǒng)已過時，組成系統(tǒng)的構(gòu)件或子系統(tǒng)部件已很難獲得，甚至無法找到合適的替代品用以更換。同樣，維護這些過時系統(tǒng)所需的人力成本也相當高。缺少可替換元件及相應的維修人員，使維護時間延長，導致系統(tǒng)可靠性下降。

·性能:在亞洲，許多城市軌道交通系統(tǒng)的建設滯后于交通需求的增長，使得投入運營的線路馬上達到了其設計通行能力甚至超負荷運行。上海軌道交通1號線北延伸段就是一例，為了緩解運能緊張，不得不采用地面公交分散客流。提高運能最直接的手段就是縮短發(fā)車間隔，而這又受到信號系統(tǒng)本身能力的限制。

·標準:一個城市軌道交通網(wǎng)絡中存在多條線路運營，如采用了不同供應商的系統(tǒng)，則不同信號系統(tǒng)使用的標準可能不同，這不利于軌道網(wǎng)絡的互聯(lián)互通[3]。而采用CBTC，其控制系統(tǒng)間的接口均通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)實現(xiàn)，采用開放式的國際標準，有利于實現(xiàn)不同線路的互聯(lián)互通。

2 升級中應考慮的問題

在確定了信號系統(tǒng)升級需求后，對升級項目進行規(guī)劃是非常必要的。有三種可以考慮的方案:

·使用兼容新舊兩個ATP系統(tǒng)的軌旁設備，使車輛始終在信號控制系統(tǒng)中運行;

·使用兼容新舊兩個ATP系統(tǒng)的車載設備，使升級工程在局部展開;

·停止服務或使系統(tǒng)運行于沒有ATP的特殊環(huán)境下，更換所有ATP設備。

選擇以上任一方案時，應考慮以下問題。

(1)列車應照常運行

世界上只有少數(shù)的城市軌道系統(tǒng)能保證在列車運行時進行維護工作。紐約的軌道交通系統(tǒng)是一例，它在部分區(qū)段有4條并行的線路，保證了列車運行和維護工作完全隔離。其它許多軌道系統(tǒng)沒有這樣的條件，也不可能在進行信號系統(tǒng)升級時將整個系統(tǒng)關閉，通常每晚只有3～4h可以進行系統(tǒng)升級工作，且同時必須兼顧正常維護工作的進行。這使得系統(tǒng)升級必須分階段實施，并制定周密的計劃保證系統(tǒng)運行的可靠性和安全性。

(2)可用空間

信號系統(tǒng)升級過程中必然有一個階段是新舊兩個系統(tǒng)共同存在的，這就要求軌旁、列車及控制系統(tǒng)中有足夠的空間。這個問題往往在制定計劃時被忽略。如果需要在列車上同時安裝兩套設備，這個問題就更加突出了。

(3)設備的兼容性

如果新的設備或ATP系統(tǒng)能從已有系統(tǒng)中獲得信息并發(fā)送給新的信號系統(tǒng)，這將使升級中的風險大大降低。現(xiàn)有的聯(lián)鎖系統(tǒng)和ATP系統(tǒng)可工作到所有ATP都更換完成時，而這要求新系統(tǒng)對已有系統(tǒng)的兼容能力。為此，新系統(tǒng)的模塊化(包括硬件、軟件、數(shù)據(jù)等方面)是有效手段。

3 應用實例

于1968年開始運行的倫敦維多利亞線使用的系統(tǒng)，雖然經(jīng)過一些小的改造，但基本保留了建設初期使用的信號系統(tǒng):電壓聯(lián)鎖和單機，基于軌道代碼的ATP和基于軌道電路的ATO系統(tǒng)、控制機和控制中心。其升級目標為:計算機控制聯(lián)鎖，高性能車輛控制系統(tǒng)(包括先進的基于無線通信的ATP及ATO)，先進的控制中心。

由于列車內(nèi)可用空間和站臺空間的限制，決定在新列車上使用新的ATP和ATO，并改造軌旁系統(tǒng)使其能兼容兩套信號系統(tǒng)直到所有舊的列車被替換。升級工程包括:過渡性設備的安裝，車輛測試，信號系統(tǒng)更新，控制中心升級等。

1) 過渡性設備的安裝

新列車的安裝、調(diào)試和運行需要在非運營時間進行，包括如下工作:在設備方面安裝聯(lián)鎖機和ATP系統(tǒng)的接口設備，安裝ATP處理器以及無線電通信設備;在軌旁安裝漏泄電纜無線電通信設備，安裝絕對定位參照信標。上述工作可采用不同的次序進行。在實際工程中，首先從維多利亞線的北端一段線路開始;一旦這一段線路的安裝、調(diào)試和試運行完成，就可以進行下一段線路的升級工程。

2) 車輛測試

車輛測試同樣要分階段進行，這包括在不斷擴大的范圍內(nèi)進行的測試:在試車場進行;非運營時間單車測試;非運營時間多車測試;運營時間單車測試;運營時間多車測試。經(jīng)過這些系統(tǒng)的測試，才能確保新舊車輛、新舊信號系統(tǒng)安全可靠地聯(lián)合運行。

3) 信號系統(tǒng)更新

由于在聯(lián)鎖機和ATP系統(tǒng)安裝了接口設備，故可將現(xiàn)有的聯(lián)鎖機更新。新的聯(lián)鎖機設備是數(shù)據(jù)驅(qū)動的，這使得更新過程中涉及到的只是輸入輸出數(shù)據(jù)的改變和相應的測試。當舊的列車都被更換掉后，將舊的聯(lián)鎖機、代碼選擇電路和ATP、ATO系統(tǒng)停止工作。其他設備的更新如軌道電路、報文頭等也同時展開。

4) 控制中心升級

控制中心的安裝可與信號系統(tǒng)的安裝相互獨立。本地計算機(LocalSiteComputers)和接口設備以及無線電通信設備一起安裝，并通過接口設備與已有信號系統(tǒng)交互。在經(jīng)過必要的出廠測試后，控制中心可以在受控模式下運行，此時控制輸出被屏蔽。一旦系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，控制中心開始對設備進行控制，這時新舊系統(tǒng)運行在一個可相互切換的狀態(tài)。一旦相關的控制設備更換完成，新的信號系統(tǒng)完全控制聯(lián)鎖系統(tǒng)，這時舊控制中心可以被拆除了。

從以上的應用實例中可以歸納出如下信號系統(tǒng)升級中的幾個關鍵技術(shù)。

·覆蓋方式:在進行新舊系統(tǒng)的更新時，必然會以一定的方式用新設備將舊設備覆蓋，但又要保證過渡時期設備運行的平穩(wěn)性。CBTC實現(xiàn)靈活高精度的列車控制，提高了系統(tǒng)的集成度，簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，本身能為互聯(lián)互通提供技術(shù)基礎，可以疊加在已有信號系統(tǒng)上，便于已有系統(tǒng)的改造。使用無線通信技術(shù)很大程度上提高了這種方法的可行性。只要符合頻率和通信協(xié)議的要求，任何一個廠商的無線電系統(tǒng)都可以被采用，這增加了系統(tǒng)的靈活性。

·模塊化:在升級項目中不可避免地將工作分階段進行，因此信號及車輛控制設備的模塊化相當關鍵。通過使用接口設備使新設備運行時對已有設備的干擾最小，這樣也減少了測試所需的時間。

·系統(tǒng)安全保障:從技術(shù)特點來講，CBTC提供的是基于軟件和信息安全的控制，使得系統(tǒng)調(diào)度安全控制向自動化、智能化、信息化的方向發(fā)展。系統(tǒng)安全在設備設計、生產(chǎn)、安裝、測試和運行的每個階段都必須予以統(tǒng)一考慮。在工程的每個階段，都需要用戶及監(jiān)管部門的授權(quán)以降低風險，這也是工程順利進行的必要保障。

希望通過本文的介紹，加深對信號系統(tǒng)升級中涉及的控制技術(shù)、工程技術(shù)等問題的認識，推動CBTC技術(shù)及相關信號系統(tǒng)國產(chǎn)化的進程。

參考文獻

[1]　諸蓉萍，吳汶麒.移動閉塞技術(shù)及其應用[J].城市軌道交通研究，2004(2):81.

篇(3)

關鍵詞：城市軌道交通；信號系統(tǒng)；互聯(lián)互通

中圖分類號：TL372文獻標識碼： A

所謂城市軌道交通的“互聯(lián)互通”，是指列車可以在包含不同廠商設備的線路或網(wǎng)絡中安全運營。若買現(xiàn)路網(wǎng)間的聯(lián)通、聯(lián)運，軌道交通的建設、運營、管理就可以買現(xiàn)資源共享，減少軌道交通的建設、維修和運營成本等優(yōu)點。還有利于不同車輛的共線混跑;有利于不同線路的車輛綜合備用;有利于線路改造及延長。

1城軌互聯(lián)互通實現(xiàn)的條件

城市軌道交通線路之間運營互聯(lián)互通是一個系統(tǒng)工程，涉及土建、軌道、車輛、行車組織、供電、信號、安全門/屏蔽門等多個專業(yè)，需要各線路統(tǒng)一標準，協(xié)同配合才有可能買現(xiàn)(如圖1)。

2城軌信號系統(tǒng)互聯(lián)互通的優(yōu)點

可以獨立于軌旁設備，自由的采購車載設備;列車能夠在多條線路上運行，而只裝備一套車載ATC設備;對于既有線路的延長，能夠有具有競爭力的報價;可提供替代設備的供應商數(shù)量增加;降低了信號系統(tǒng)全生命周期成本;由于標準化，降低了培訓的成本。

3城軌信號系統(tǒng)互聯(lián)互通方案

目前，隨著我國城軌信號系統(tǒng)核心技術(shù)設備從自主研發(fā)已走向成熟應用，使得我國城軌信號系統(tǒng)之間實現(xiàn)互聯(lián)互通已不再是霧里看花，根據(jù)國鐵互聯(lián)互通成功實施的經(jīng)驗，城軌實現(xiàn)互聯(lián)互通已完全成為可能。但我們需要清晰地看到目前已經(jīng)研發(fā)出來的幾家國產(chǎn)化信號系統(tǒng)由于設計理念和設計標準的不統(tǒng)一，使得雖然實現(xiàn)的系統(tǒng)功能基本相同，但系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、子系統(tǒng)的功能分配、子系統(tǒng)間的接口等存在著諸多的不同點，這就需要制定統(tǒng)一的信號系統(tǒng)互聯(lián)互通相關標準，結(jié)合各家的開放的接口，進行二次開發(fā)，實現(xiàn)真正意義上的信號系統(tǒng)互聯(lián)互通。

3.1從眾共性的基礎設備

實現(xiàn)城軌信號系統(tǒng)互聯(lián)互通首先要實現(xiàn)基礎設備的設計標準的統(tǒng)一，基礎設備的統(tǒng)一是互聯(lián)互通的前提條件、基礎設備的統(tǒng)一不是狹義的統(tǒng)一生產(chǎn)廠家，而是統(tǒng)一基礎設備的類型、性能和設計規(guī)范統(tǒng)一基礎設備采取的原則為“從眾共性”的原則，保證基礎設備的選擇滿足大多數(shù)供貨商的設備選型需求，從而減少大多數(shù)供貨商實現(xiàn)互聯(lián)互通的工作量和實現(xiàn)難度。基礎設備主要包括:通用基礎設備(包括信號機、計軸、轉(zhuǎn)轍機等)、應答器、無線通信設備等。

3.2統(tǒng)一標準的信號系統(tǒng)解決方案

3.2.1互聯(lián)互通需求分析

在實現(xiàn)信號系統(tǒng)間的互聯(lián)互通前，必須統(tǒng)一地進行功能需求分析，所有需要互聯(lián)的子系統(tǒng)必須有統(tǒng)一的功能需求書。然后通過功能需求細分，進而將整個信號系統(tǒng)的功能變成各子系統(tǒng)的功能，從而得到大家都認同的系統(tǒng)需求書，并對系統(tǒng)間的接口進行詳細定義。按照目前信號系統(tǒng)的組成，大致可以分為軌旁系統(tǒng)、車載系統(tǒng)、車地通信系統(tǒng)和列車自動監(jiān)督系統(tǒng)、實現(xiàn)互聯(lián)互通的基礎是列車和軌旁ATP的相互通信和安全功能的共同實現(xiàn)，還有列車和ATS系統(tǒng)的相互通信和非安全調(diào)整功能的共同實現(xiàn)。可以通過系統(tǒng)功能分配，建立各子系統(tǒng)需求書。

(1)車載系統(tǒng)需求

線路間識別能力;存儲所有線路的地圖數(shù)據(jù)，且和軌旁系統(tǒng)的地圖數(shù)據(jù)必須完全兼容;同一類型車載系統(tǒng)可以和不同供應商提供的軌旁ATP通信;車載系統(tǒng)和不同供應商提供軌旁系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換可以保證列車的運行安全;車載系統(tǒng)可以適應不同類型的列車性能和線路條件，保證列車安全和列車自動運行。

(2)軌旁系統(tǒng)需求

同一類型軌旁ATP系統(tǒng)可以和不同供應商提供的車載系統(tǒng)通信;和不同供應商提供車載系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換可以保證列車的運行安全;和不同供應商提供車載系統(tǒng)的地圖數(shù)據(jù)必須完全兼容;和不同供應商提供軌旁系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換可以保證列車在跨區(qū)時運行安全。

(3)車地通信系統(tǒng)需求

車地通信系統(tǒng)必須是選明傳輸;必須建立統(tǒng)一的開放標準和協(xié)議，并采用共同認可的通用制式、

(4)ATS系統(tǒng)需求

ATS系統(tǒng)可以和不同供應商提供的車載系統(tǒng)通信;和不同供應商提供車載系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換可以保證列車的運行調(diào)整;可以識別不同供應商提供車載系統(tǒng)的位置報告;可以和不同供應商提供軌旁ATP系統(tǒng)通過通用標準進行通信。

3.22互聯(lián)互通接口要求

CBTC系統(tǒng)是模塊化設計的現(xiàn)代化系統(tǒng).提供了靈活的接口。圖2展示了互聯(lián)互通接口

（1）通信接口條件

CBTC互聯(lián)互通包括以下通信接口:

車載設備與軌旁ATP設備接口;軌旁ATP設備與相鄰軌旁ATP設備接口;ATS與軌旁ATP設備接口;ATS與車載設備接口。

(2)軌旁連續(xù)式通信

建議軌旁連續(xù)式通信系統(tǒng)依據(jù)開放無線局域網(wǎng)(WLAN)標準，并以選明傳輸方式支持所有IP協(xié)議。對于ATC設備，車地通信系統(tǒng)就像是兩個冗余的標準連接的路由器。連續(xù)通信系統(tǒng)允許如下的直接通信:車載系統(tǒng)和 ATS系統(tǒng);車載和軌旁ATP系統(tǒng)。連續(xù)式通信系統(tǒng)必須完全獨立于ATC系統(tǒng)，只是為ATC系統(tǒng)提供一個傳輸通道。

(3)軌旁點式通信

根據(jù)國內(nèi)業(yè)主的需求和互聯(lián)互通的需求對應答器報文預留字段的補充定義，制定統(tǒng)一的國內(nèi)應答器報文標準。使用主流產(chǎn)品S供應商提供的歐式應答器即可實現(xiàn)互聯(lián)互通。

3.2.3統(tǒng)標準的信號系統(tǒng)解決方案

目前軌道交通信號系統(tǒng)通常具有三種控制級別，分別是聯(lián)鎖控制等級，點式控制等級和連續(xù)式控制等級。從這三個等級方面，各家信號系統(tǒng)供應商可以通過統(tǒng)一的標準來實現(xiàn)信號系統(tǒng)的互聯(lián)互通。互聯(lián)互通標準按照控制等級可以劃分為聯(lián)鎖控制等級互聯(lián)互通標準，點式控制等級互聯(lián)互通標準和連續(xù)式互聯(lián)互通控制等級標準。這些標準制定的完成和信號基礎設備的統(tǒng)一將成為互聯(lián)互通實現(xiàn)的關鍵。

(1)聯(lián)鎖控制等級互聯(lián)互通標準

聯(lián)鎖控制等級屬于互聯(lián)互通標準中最低等級的標準，其他兩個等級能夠向下兼容本控制等級，由于本控制等級只由基礎的信號設備構(gòu)成，因此基礎的信號設備及信號設計的統(tǒng)一即能滿足本控制等級的互聯(lián)互通，例如統(tǒng)一信號機的顯示制式，統(tǒng)一設計保護區(qū)段、接近區(qū)段等，因此本控制等級最容易實現(xiàn)互聯(lián)互通，該控制等級能夠滿足裝備列車和非裝備列車混跑的功能需求。由于沒有車載ATP的防護，這種互聯(lián)互通方式效率和安全性比較低。此方式只運用到非運營時段的列車跨線調(diào)車中。

(2)點式控制等級互聯(lián)互通標準

點式控制等級是基于點式應答器及軌道檢測設備的列車運行控制信息的點式系統(tǒng)，本控制等級的信號設備是通過聯(lián)鎖控制等級增加點式信號設備來實現(xiàn)點式控制等級，點式控制等級的地面設備由軌道檢測設備、點式應答器設備、聯(lián)鎖設備以及列車自動監(jiān)督設備組成，車載設備由車載ATP設備及設備構(gòu)成。速度傳感器、HMI、信標天線等)，系統(tǒng)的機構(gòu)如圖3所示。

互聯(lián)互通需要確定和分配的主要功能如下:

列車定位功能;點式下列車安全防護功能(包括接近鎖閉和解鎖，保護區(qū)段鎖閉和解鎖，進路和道岔保護等);點式下的屏蔽門聯(lián)動功能;點式下的臨時限速功能;點式下列車自動駕駛功能。

其中列車定位和列車安全防護功能是強制需求，其他功能是可選需求，可以根據(jù)具體用戶需求確定。對于上面的功能實現(xiàn)，需要各供應商共同協(xié)商和制定統(tǒng)一的功能需求書和接口說明書。

對于點式下的互聯(lián)互通由于關鍵接口比較少，車地設備相對較獨立，相對于CBTC模式下實現(xiàn)互聯(lián)互通在統(tǒng)一功能需求、系統(tǒng)需求以及接口需求方面都相對容易實現(xiàn)。采用歐式應答器標準，效仿歐洲的URTMS根據(jù)國內(nèi)的需求出具統(tǒng)一報文標準，便可以方便享用互聯(lián)互通成果，如與干線鐵路、市郊鐵路和城際鐵路聯(lián)通聯(lián)運。而且可在最終實現(xiàn)連續(xù)式ATP的互聯(lián)互通之前，率先實現(xiàn)在點式ATP上的互聯(lián)互通。

篇(4)

關鍵詞：信號系統(tǒng)；自動閉塞；行業(yè)培訓機構(gòu)；ATC

1 引言

信號系統(tǒng)是現(xiàn)代大運量、高密度的軌道交通自動控制系統(tǒng)中的重要組成部分，保證列車和乘客的安全，對列車高速、有序運行起到重要的作用。閉塞技術(shù)是信號系統(tǒng)中的一項核心技術(shù)。閉塞是指為保證列車運行的安全，防止列車相撞和追尾，在同一區(qū)間同一時間之內(nèi)只準許一列列車占用(即列車已經(jīng)進入?yún)^(qū)間或列車雖未進入?yún)^(qū)間，但已取得占用區(qū)間的許可)，為了達到這一技術(shù)要求而采取的方法。

閉塞技術(shù)經(jīng)歷了半自動閉塞時期到如今的自動閉塞時代。并逐步建立起我國的自動閉塞、機車信號和列車運行超速防護的完整體系。實現(xiàn)了大運量、高密度安全可靠行車。

2 自動閉塞技術(shù)

自動閉塞是在列車運行自動控制系統(tǒng)（ATC）控制下，根據(jù)列車運行及有關閉塞分區(qū)狀態(tài)，自動變換通過信號機顯示而司機憑信號行車

的閉塞方法。按閉塞制式分為固定閉塞、準移動閉塞、移動閉塞。

2.1 固定閉塞

運行列車間的空間間隔是若干個閉塞分區(qū)，閉塞分區(qū)數(shù)依劃分的速度級別而定。一般情況下，閉塞分區(qū)是用軌道電路或計軸裝置來劃分的，它具有列車定位和占用軌道的檢查功能。固定閉塞的追蹤目標點為前行列車所占用閉塞分區(qū)的始端，后行列車從最高速開始制動的計算點為要求開始減速的閉塞分區(qū)的始端，這兩個點都是固定的，空間間隔的長度也是固定的。

由于地鐵的特殊條件，對安全的要求更加嚴格，因此必須配備列車自動保護系統(tǒng)。列車自動保護系統(tǒng)通過列車間的安全間隔、超速防護及車門控制來保證列車運行的安全暢通。在固定劃分的閉塞分區(qū)中，每一個分區(qū)均有最大速度限制。若列車進入了某限速為零或被占用的分區(qū)，或者列車當前速度高于該分區(qū)限速，列車自動保護系統(tǒng)便會實施緊急制動。列車自動保護系統(tǒng)地面設備以一定間隔或連續(xù)地向列車傳遞速度控制信息。該信息至少包含兩部分：分區(qū)最高限速和目標速度(下一分區(qū)的限速)。列車根據(jù)接收到的信息和車載信息等進行計算并合理動作。速度控制代碼可通過軌道電路、軌間應答器、感應環(huán)線或無線通信等傳輸，不同的傳遞方式和介質(zhì)也決定了不同列車控制系統(tǒng)的特點。為了保證安全，地鐵列車在兩列車之間還增加了一個防護區(qū)段，即雙紅燈區(qū)段防護。后續(xù)列車必須停在第二個紅燈的外方，保證兩列車之間至少間隔一個閉塞分區(qū)。如圖1所示。

2.2 準移動閉塞

傳統(tǒng)的固定閉塞制式下，系統(tǒng)無法知道列車在分區(qū)內(nèi)的具置，因此列車制動的起點和終點總在某一分區(qū)的邊界。為充分保證安全，必須在兩列車間增加一個防護區(qū)段，這使得列車間的安全間隔較大，影響了線路的使用效率。

準移動閉塞方式采取目標距離控制模式。在控制列車的安全間隔上比固定閉塞進了一步。它通過采用報文式軌道電路輔之環(huán)線或應答器來判斷分區(qū)占用并傳輸信息，信息量大；可以告知后續(xù)列車繼續(xù)前行的距離，后續(xù)列車可根據(jù)這一距離合理地采取減速或制動，列車制動的起點可延伸至保證其安全制動的地點，從而可改善列車速度控制，縮小列車安全間隔，提高線路利用效率。但準移動閉塞中后續(xù)列車的最大目標制動點仍必須在先行列車占用分區(qū)的外方，因此它并沒有完全突破軌道電路的限制。

目標距離控制模式根據(jù)目標距離、目標速度及列車本身的性能確定列車制動曲線，不設定每個閉塞分區(qū)速度等級，采用一次制動方式。準移動閉塞的追蹤目標點是前行列車所占用閉塞分區(qū)的始端，當然會留有一定的安全距離，而后行列車從最高速開始制動的計算點是根據(jù)目標距離、目標速度及列車本身的性能計算決定的。目標點相對固定，在同一閉塞分區(qū)內(nèi)不依前行列車的走行而變化，而制動的起始點是隨線路參數(shù)和列車本身性能不同而變化的。空間間隔的長度是不固定的，由于要與移動閉塞相區(qū)別，所以稱為準移動閉塞。顯然其追蹤運行間隔要比固定閉塞小一些。一般情況下，閉塞分區(qū)是用軌道電路或計軸裝置來劃分的，它具有列車定位和占用軌道的檢查功能。

2.3 移動閉塞

目標點是前行列車的尾部，與前行列車的走行和速度有關，是隨時變化的，而制動的起始點是隨線路參數(shù)和列車本身性能不同而變化的。空間間隔的長度是不固定的。

通過車載設備和軌旁設備不間斷的雙向通信，控制中心可以根據(jù)列車實時的速度和位置動態(tài)計算列車的最大制動距離。列車的長度加上這一最大制動距離并在列車后方加上一定的防護距離，便組成了一個與列車同步移動的虛擬分區(qū)。由于保證了列車前后的安全距離，兩個相鄰的移動閉塞分區(qū)就能以很小的間隔同時前進，這使列車能以較高的速度和較小的間隔運行，從而提高運營效率。

移動閉塞的線路取消了物理層次上的分區(qū)劃分，而是將線路分成了若干個通過數(shù)據(jù)庫預先定義的線路單元，每個單元長度為幾米到十幾米之間，移動閉塞分區(qū)即由一定數(shù)量的單元組成，單元的數(shù)目可隨著列車的速度和位置而變化，分區(qū)的長度也是動態(tài)變化的。線路單元以數(shù)字地圖的矢量表示。如圖2所示，線路拓撲結(jié)構(gòu)的示意圖由一系列的節(jié)點和邊線表示。任何軌道的分叉、匯合、走行方向的變更以及線路的盡頭等位置均由節(jié)點(Node)表示，任何連接兩個節(jié)點的線路稱為邊線。每一條邊線有一個從起始節(jié)點至終止節(jié)點的默認運行方向。一條邊線上的任何一點均由它與起點的距離表示，稱為偏移。因此，所有線路上的位置均可由[邊線，偏移]矢量來定義，且標識是唯一的。邊線e7連接節(jié)點n5和n6，默認方向為從n6到n5方向；節(jié)點n5與邊線e7、e8和e11相連。

移動閉塞系統(tǒng)中列車和軌旁設備必須保持連續(xù)的雙向通信。列車不間斷向軌旁控制器傳輸其標識、位置、方向和速度，軌旁控制器根據(jù)來自列車的信息計算、確定列車的安全行車間隔，并將相關信息(如先行列車位置、移動授權(quán)等)傳遞給列車，控制列車運行。

3 結(jié)語

通過與香港地鐵運營培訓公司的合作調(diào)研分析，并通過模擬實踐操作，更深刻地體會到不同制式下的應用。可以看出，在固定閉塞、準移動閉塞中是利用前行列車所在分區(qū)的始端作為后續(xù)列車行車的觀測點，在這種技術(shù)中分區(qū)的設置對行車的速度、密度等起著重要的作用；在移動閉塞中采用先進的通信方式進行大容量的地-車信息雙向傳輸，能夠?qū)崿F(xiàn)列車精確定位，后續(xù)列車以前行列車的尾部作為觀測點，大大提高了行車的密度，縮短了行車間距，易于實現(xiàn)無人駕駛。

參考文獻

[1]林瑜筠.城市軌道交通信號.中國鐵道出版社，2008(2).

篇(5)

關鍵詞：軌道交通；通信；信號；技術(shù)；趨勢

中圖分類號：U213文獻標識碼： A

引言

我國經(jīng)濟社會不斷發(fā)展，城市人口數(shù)量也不斷增多。每年都有大量的農(nóng)村勞動力進入城市與城市人一起勞動生活，這給城市的公共交通造成了巨大的壓力。目前的城市道路建設已經(jīng)與日益增長的交通需求不相適應，需要采取一定的措施進行改善。經(jīng)過探索，目前已經(jīng)有多個城市開始增加軌道交通建設，并把高速公路、等級公路與城市進行接軌，形成多種布局的城市交通格局，為人們的出行提供了極大的便利。隨著現(xiàn)代交通技術(shù)的發(fā)展，城市地鐵與輕軌受到了城市管理者更多的青睞，一方面是由于能源利用少，緩解交通作用明顯，另外就是速度快，占用地面面積非常少，使城市資源得到合理配置，促進社會與經(jīng)濟的發(fā)展，帶動周邊沿線的消費水平。目前高鐵的應用已經(jīng)充分表明了城軌交通可以為現(xiàn)代社會經(jīng)濟的發(fā)展帶來強大生命力。[1]

城市需要軌道交通技術(shù)的進步，而軌道交通技術(shù)則需要完善的通信信號系統(tǒng)支持。交通通信信號對于軌道交通來說十分重要，軌道交通通信信號能夠有效指導軌道上的運行秩序，避免造成安全隱患，從而極大地保護了人民的財產(chǎn)安全與生命安全。軌道交通如果想要完成安全運行與提高通過率，必須需要有軌道交通信號系統(tǒng)的應用支持。隨著近年來電子、計算機、網(wǎng)絡技術(shù)的不斷發(fā)展，軌道交通信號技術(shù)將會面臨新的改善更新。城市軌道交通信號系統(tǒng)為安全與通過提供了強力保障，甚至實現(xiàn)了列車自動化運行。

軌道交通信號系統(tǒng)組成

軌道交通信號系統(tǒng)通過各種各樣的信號顯示、軌道應用電路、道岔裝置以及其他設施共同組成的一個完整系統(tǒng)。就城市軌道交通信號系統(tǒng)而言，一般包括聯(lián)鎖裝置與列車自動控制系統(tǒng)。列車自動控制系統(tǒng)包括自動監(jiān)控系統(tǒng)、自動防護系統(tǒng)以及自動運行系統(tǒng)，這三個子系統(tǒng)的相互配合促進了軌道交通的安全穩(wěn)定運行，極大地保護了使用安全。列車的自動控制系統(tǒng)需要接收來自地面的信息，來對列車的運行狀態(tài)進行自行控制。通過對軌道運行速度的監(jiān)測，根據(jù)不同的參照速度做出相關的反應。這種自動控制作用將會使列車速度自動下降，確保安全。同時這種控制手段有易于實現(xiàn)列車運行的智能化，減少人為原因造成了失誤與其他問題。相對于傳統(tǒng)的軌道信號系統(tǒng)而言，目前的軌道交通信號技術(shù)較為先進，傳統(tǒng)的軌道信號系統(tǒng)主要還是靠駕駛員對列車的速度進行控制與調(diào)整，現(xiàn)代軌道交通已經(jīng)不再依賴人為工作因素。軌道交通智能化系統(tǒng)將會把列車主要信號傳給列車指揮中心，數(shù)據(jù)包括速度、距離等。通過智能化的運行系統(tǒng)，列車可以在站點自動停止、啟動并進行相關的調(diào)整。[2]

3.軌道交通信號技術(shù)

我國軌道交通的不斷發(fā)展，將會促進信號系統(tǒng)技術(shù)的不斷進步。目前我國多是以進口國外先進的信號系統(tǒng)與軌道交通通信進行結(jié)合，國內(nèi)目前只能提供信號系統(tǒng)配套設備與技術(shù)服務。針對目前無法實現(xiàn)的ATP子系統(tǒng)，需要不斷加快研制的進度，結(jié)合我國的軌道交通實際國情與輕軌需要，借鑒國內(nèi)外先進的設備運營經(jīng)驗，消化吸收國外先進的信號系統(tǒng)設備與技術(shù)。

在輕軌交通信號系統(tǒng)中，微機聯(lián)鎖系統(tǒng)是我國自主研發(fā)的一種技術(shù)。而冗余技術(shù)則是為了實現(xiàn)計算機可靠性的一種常用技術(shù)，可以有效提高信號系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。當信號系統(tǒng)發(fā)生故障時，冗余配置部分將會承擔不良部件進行操作，減少了因故障造成的停機時間，確保系統(tǒng)繼續(xù)穩(wěn)定運行。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，硬件冗余技術(shù)從雙機冷備、雙機準熱備，再到雙機熱備技術(shù)。[3]

軌道交通信號系統(tǒng)均有列車自動控制系統(tǒng)，同時可供選擇的系統(tǒng)方案有三種，一是固定閉塞方式的點式系統(tǒng)、準移動式系統(tǒng)與基于通信的移動閉塞系統(tǒng)。固定閉塞點式系統(tǒng)相對應的是連續(xù)式系統(tǒng)，這主要是基于通信方式的不同進行劃分的，點式系統(tǒng)實現(xiàn)車與地面進行信息傳輸，連續(xù)式的固定系統(tǒng)已經(jīng)不再滿足現(xiàn)代軌道交通業(yè)的發(fā)展。準移動閉塞式的系統(tǒng)多采用數(shù)字式音頻無絕緣軌道形式來進行列車占道檢測與信息傳輸，具有較強的抗干擾能力與大量的信息傳輸能力，通過一定的信息發(fā)射設備可以向車載設備中提供諸如速度、目標距離等參數(shù)，ATP車載設備結(jié)合本身的車輛性能，可以計算出適合列車運行的最佳參數(shù)，從而傳送給列車的控制系統(tǒng)，維持安全穩(wěn)定的運行曲線，提高線路的利用率。基于通信的移動系統(tǒng)即為CBTC系統(tǒng)，主要是采用交叉感應電纜、漏纜或擴頻電臺等方式來完成車與地面的信息傳輸，通過測速傳感器來對列車進行準確定位，保持地面設備可以得到每一節(jié)列車的運行參數(shù)，將動態(tài)更新的信息發(fā)回到列車，收到信號后，自動計算出速度曲線。[4]

為了降低列車駕駛員的疲勞強度，在列車的信號系統(tǒng)上增加ATO系統(tǒng)是現(xiàn)代軌道交通的一項重要進步。上文中提到的準移動式系統(tǒng)可以實現(xiàn)這一功能。

軌道交通信號系統(tǒng)網(wǎng)絡安全

由于現(xiàn)代IP網(wǎng)絡協(xié)議的開放程度不斷加深，系統(tǒng)間的接口與數(shù)據(jù)共享將會進一步擴大，數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡的安全性需要進一步考慮。所以需要按照專網(wǎng)對軌道交通進行網(wǎng)絡規(guī)劃，各個網(wǎng)絡間通過防火墻進行隔離，設置嚴格的安全策略。所有線路網(wǎng)絡與以太網(wǎng)的連接均需要配置在中性區(qū)，對數(shù)據(jù)交互進行監(jiān)控。隨著現(xiàn)代無線網(wǎng)絡技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其需要對安全性進行關注，避免信息傳輸過程中出現(xiàn)干擾與其他異常。在軌道交通中，WLAN將會作為信號系統(tǒng)進行車與地面間通信、監(jiān)控甚至外部信號的重要途徑。基于網(wǎng)絡頻段的開放性與加密協(xié)議的脆弱性方面的特點，同樣需要做好安全防范工作。建立配置服務區(qū)標識符，關閉對外廣播，控制終端與AP設備配置修改權(quán)限等。[5]

5.軌道交通通信信號系統(tǒng)演進趨勢

隨著現(xiàn)代計算機信息技術(shù)的發(fā)展，軌道交通信號系統(tǒng)將實現(xiàn)IP化。IP服務的提升需要多信息傳輸技術(shù)的發(fā)展與共享平臺的成熟，另外虛擬專用局域網(wǎng)絡業(yè)務的技術(shù)也將會成為重要保障。這些技術(shù)的不斷發(fā)展將會促進軌道交通信號系統(tǒng)IP化的基礎。軌道交通信號IP化將會促進軌道交通的管理更加快捷準確，極大地促進了管理效率的提高，確保交通安全，降低管理成本。另外通信與信號系統(tǒng)將會向著一體化方向發(fā)展。城市軌道交通信號與通信系統(tǒng)目前是獨立運行的，單獨運行將會對軌道交通的未來發(fā)展設置障礙。[6]自動控制系統(tǒng)需要經(jīng)過多次數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，才能真正實現(xiàn)信息的交換與共享，實現(xiàn)全面安全防護。得益于通信技術(shù)與信號技術(shù)的迅速發(fā)展，通信技術(shù)與信號技術(shù)的整合與統(tǒng)一將會進一步融合。ATC系統(tǒng)已經(jīng)可以實現(xiàn)道路安全防護與列車本身的防護功能，不過它的通信技術(shù)仍然需要先進的技術(shù)支撐，未來的通信信號系統(tǒng)將會實現(xiàn)基礎設施共享功能，包括線路共享、傳輸網(wǎng)絡設備與數(shù)據(jù)存儲設備的共享等。隨著IP化的不斷發(fā)展，系統(tǒng)之間的接口與聯(lián)系將會更加密切，將不會再出現(xiàn)獨立的通信系統(tǒng)與信號系統(tǒng)。[7]

隨著通信網(wǎng)絡寬帶技術(shù)的不斷普及應用，傳統(tǒng)的RS232接口、64位低速數(shù)據(jù)端口在現(xiàn)代軌道交通中的應用將會越來越少，基于現(xiàn)代通信技術(shù)的不斷進步，乘客信息顯示系統(tǒng)與CCTV技術(shù)將會在軌道交通中得到廣泛應用。語音、廣播等系統(tǒng)也將會向著寬帶網(wǎng)絡平臺進行過渡。

6.結(jié)語

隨著全球軌道交通技術(shù)的不斷發(fā)展，通信信號系統(tǒng)的集成度將會越來越高，在實現(xiàn)更快捷功能與服務的同時，來的風險也就越來越大。隨著IP與無線技術(shù)的應用技術(shù)更加成熟，國內(nèi)軌道交通的各個系統(tǒng)建設將會不斷完善，運營成本壓力將會不斷增大。隨著現(xiàn)代信號系統(tǒng)與通信技術(shù)的發(fā)展，在運營過程中的問題將會得到完善解決，促進著我國軌道交通行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

[1]熊先銀,趙克河.談軌道交通通信信號技術(shù)及其整合趨勢[J].現(xiàn)代城市軌道交通,2008,04:57-60+8.

[2]張鐵增,林瑜筠.對于城市軌道交通信號系統(tǒng)發(fā)展的思考[J].鐵路通信信號工程技術(shù),2013,02:32-36.

[3]桑元.城市軌道交通與通信信號系統(tǒng)[J].中國新通信,2013,13:33-34.

[4]喻智宏,孫吉良,申大川.有軌電車通信信號技術(shù)與智能交通系統(tǒng)[J].城市交通,2013,04:44-51.

[5]翟維麗.城市軌道交通系統(tǒng)關鍵技術(shù)及相關問題研究[D].吉林大學,2007.

篇(6)

城市軌道交通信號系統(tǒng)主要由列車自動控制（ATC）系統(tǒng)、聯(lián)鎖設備、軌道電路等組成。作為城市軌道交通信號系統(tǒng)最重要的組成部分，列車自動控制（ATC）系統(tǒng)主要功能就是對行車指揮及列車運行自動化的一種最大限度地實現(xiàn)，同時起到確保列車安全運行及提高運輸效率的作用，只有這樣才能降低工作人員的工作量，對城市軌道交通的通行能力進行充分發(fā)揮。ATC（automatictraincontrol）系統(tǒng)主要有三部分構(gòu)成，包括：列車自動防護（ATP—automatictrainprotection）、列車自動運行（ATO—automatictrainoperation）及列車自動監(jiān)控（ATS—automatictrainsupervision）。ATP系統(tǒng)分為軌旁ATP和車載ATP，負責對列車的運行進行保護，對列車進行超速防護、車門監(jiān)督和速度監(jiān)督，保證列車的安全間隔。ATO系統(tǒng)分為軌旁ATO和車載ATO，其應用的主要目的就是對“地對車控制”的一種實現(xiàn)，就是實現(xiàn)地面信息對列車運行情況的一種良好控制，并送出車門和屏蔽門同步開關信號。ATS系統(tǒng)主要有兩部分中央ATS與車站ATS，其應用的主要目的就對列車運行監(jiān)督及控制，包括：列車運行情況和設備的集中監(jiān)視、自動排列進路、自動列車運行調(diào)整、自動生成時刻表、自動記錄實際列車運行圖、自動進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及各種報表的自動生成，輔助調(diào)度人員對全線進行管理。聯(lián)鎖設備有中央聯(lián)鎖系統(tǒng)和車站聯(lián)鎖計算機，主要對室外設備信號機和道岔進行控制，排列列車進路并傳送進路信息給軌旁ATC設備。軌道電路主要用于傳送軌道電路信息和ATP報文信息。

2城市軌道交通信號系統(tǒng)方案

通常情況下在城市交通疏解任務中城市軌道交通線路承擔著十分重要的任務，為確保人們出行的安全性，應采用完整的、先進的、高效的列車控制系統(tǒng)作為地鐵信號系統(tǒng)。正線信號系統(tǒng)采用完整的列車自動控制（ATC）系統(tǒng)，由ATS、ATP、ATO、聯(lián)鎖設備組成。車輛段/停車場由聯(lián)鎖設備、微機監(jiān)測設備、ATS分機等主要設備組成。目前城市軌道交通的信號系統(tǒng)主要有準移動閉塞和移動閉塞系統(tǒng)選擇。

2.1基于目標距離模式的準移動閉塞ATC系統(tǒng)通常選用音頻數(shù)字無絕緣軌道電路作為目標距離模式，這種模式的主要特點為信息傳輸量較大及抗干擾能力很強。列車車載設備依據(jù)由鋼軌傳輸而接收到的聯(lián)鎖、軌道電路編碼、線路參數(shù)、控制管理等報文信息，連續(xù)對列車追蹤運行及折返作業(yè)進行速度監(jiān)督，最大限度對其進行超速防護，控制列車運行間隔，以滿足規(guī)定的通過能力。由于音頻數(shù)字軌道電路具有極大的傳輸信息量，可以將目標速度、目標距離、線路狀態(tài)等信息提供給車載設備，為計算出列車相適應的運行模式速度曲線，將ATP車載設備與固定的車輛性能數(shù)據(jù)進行充分地結(jié)合。

2.2基于通信的移動閉塞系統(tǒng)（CBTC）基于通信的移動閉塞列車控制系統(tǒng)具有極為先進的發(fā)展技術(shù)，是列車控制技術(shù)的發(fā)展趨勢，是國際ATC先進水平的代表。是獨立于軌道電路的高精度列車定位。CBTC系統(tǒng)為實現(xiàn)車與地、地與車間之間的雙向數(shù)據(jù)通信，可以選用自由空間無線天線、交叉感應電纜環(huán)線、漏泄電纜以及裂縫波導管等方式進行有效通信。依據(jù)列車的位置信息及進路情況軌旁ATP設備可以有效對每一列車的移動權(quán)限進行準確計算，同時根據(jù)列車位置速度的變化不斷更新數(shù)據(jù)，利用連續(xù)車地通信設備向列車進行信息的發(fā)送。依據(jù)接收到的移動授權(quán)及本身的運行狀態(tài)車載設備可以對列車運行速度曲線及防護曲線進行有效計算，在ATP子系統(tǒng)的保護防御過程中，在該速度曲線下ATO子系統(tǒng)或人工駕駛控制列車可以正常運行。可以最大限度地實現(xiàn)后續(xù)列與前行列車尾部的緊密性，并始終處于安全距離范圍內(nèi)。在確保安全的基礎上，CBTC系統(tǒng)可以實現(xiàn)區(qū)間通過能力的有效提高，同時不受軌道電路區(qū)段分割的限制。雖然CBTC系統(tǒng)在調(diào)試時因?qū)ΜF(xiàn)場環(huán)境要求高、調(diào)試周期較長等一些不盡如人意的地方，但是CBTC系統(tǒng)在具有自身優(yōu)越性的同時已經(jīng)成為城市軌道交通信號系統(tǒng)的首選方案。其相對于準移動閉塞系統(tǒng)的優(yōu)越性是不可取代的。

3城市軌道交通信號系統(tǒng)通信設備的傳送方式

3.1通過軌道電路進行傳送軌道電路不僅可以檢測列車占用情況，也可以傳遞報文信息給車載設備。在軌道電路不忙的情況下，將軌道電路信息傳送給聯(lián)鎖系統(tǒng)，當列車對軌道進行占用時，利用裝置切換，并將發(fā)送軌道電路信息的作業(yè)進行停止，開始采用軌旁設備將ATP報文信息連續(xù)向鋼軌進行發(fā)送，將接收和發(fā)送設備裝置在列車底部，可將接收到的信息向車載設備進行傳遞，同時也可以向地面發(fā)送列車信息。

3.2通過軌間電纜傳送單獨沿著鋼軌鋪設一條線路，專門用于傳送ATP報文信息，此方法安全可靠，但費用較高。

3.3通過點式應答器傳送在軌道電路的部分地方進行應答器的設置，應答器的設置主要有兩種形式：固定數(shù)據(jù)應答器與可變數(shù)據(jù)應答器。用于存儲固定數(shù)據(jù)的應答器為固定數(shù)據(jù)應答器，可變應答器通過對中心進行控制來取得數(shù)據(jù)，將接收和發(fā)送天線安裝在列車底部，當列車運行在應答器位置經(jīng)過時可以感應到應答器的信息，然后進行雙向數(shù)據(jù)交換，因為這種信息的傳送不具有連續(xù)性，只能在一定位置才能進行接收，因此這些位置被叫做點式ATC。

3.4通過無線方式進行傳送無線車地通信主要采用無線方式，由控制中心來實現(xiàn)車載ATP/ATO的功能，利用無線交換器和軌旁無線單元AP與車載無線通信設備進行時時數(shù)據(jù)的交換。一般情況下一個控制中心可以實現(xiàn)對一條線路上所有車站的控制，當控制中心設備發(fā)生故障時，為了確保整條線路不出現(xiàn)癱瘓現(xiàn)象，可以將車站現(xiàn)地工作站和車站ATS遠程控制單元設置在車站。這樣當控制中心出現(xiàn)故障之后，車站工作人員可通過車站現(xiàn)地工作站進行操作來實現(xiàn)聯(lián)鎖計算機的功能，ATS遠程控制單元可代替中央ATS系統(tǒng)向聯(lián)鎖系統(tǒng)和軌旁設備發(fā)送相關信息，此時ATS遠程控制單元所具有的信息不全面，但能夠保證列車在本站的正常運行。

4結(jié)語

篇(7)

關鍵詞:信號系統(tǒng);安全性;可靠性

1概述

軌道交通系統(tǒng)作為大容量的公共交通工具，其安全性直接關系到廣大乘客的生命安全。信號系統(tǒng)作為保證列車運行安全，實現(xiàn)行車指揮和列車運行現(xiàn)代化，提高運輸效率的關鍵系統(tǒng)設備，在軌道交通系統(tǒng)中有舉足輕重的地位，通常由列車自動控制系統(tǒng)(AutomaticTrainControl，簡稱ATC)組成。ATC系統(tǒng)包括列車自動監(jiān)控系統(tǒng)(AutomaticTrainSupervision，簡稱ATS)、列車自動防護子系統(tǒng)(AutomaticTrainProtection，簡稱ATP)、列車自動運行系統(tǒng)(AutomaticTrainOperation，簡稱ATO)。其中，ATP主要對行駛中的列車進行監(jiān)控和安全防護，避免其出現(xiàn)聯(lián)鎖備或自身系統(tǒng)中出現(xiàn)問題故障而影響列車運行安全。ATS對列車的實際運行情況進行監(jiān)督與控制，可使行車調(diào)度工作者對整個線路的列車進行全面、系統(tǒng)、完整的管理。ATO則通過分析地面情況來對列車進行控制，避免列車在行駛中突然加速或減速，提高列車運行的舒適性和節(jié)能性。3個子系統(tǒng)通過信息交換網(wǎng)絡構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)地面控制與車上控制結(jié)合、現(xiàn)地控制與中央控制結(jié)合，構(gòu)成一個以安全設備為基礎，集行車指揮、運行調(diào)整以及列車駕駛自動化等功能為一體的列車自動控制系統(tǒng)。

2軌道交通信號系統(tǒng)的安全性分析

對于軌道交通信號系統(tǒng)而言，安全性主要是指行車的安全和乘客的人身安全。在列車的行駛過程中，無論是因為設備出現(xiàn)故障，還是因為電路、軟件出現(xiàn)問題，都可能會影響到列車的正常行駛，而由此造成的誤動或錯誤操作，極有可能造成嚴重的安全事故。為此，在軌道交通信號系統(tǒng)的設計與應用中，應該以故障－安全為原則。在此過程中，需要解決的問題主要包括軌道數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)采集與驅(qū)動以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)热齻€方面的故障－安全問題。可以采用當前先進的計算機技術(shù)，如容錯技術(shù)、故障檢測和診斷技術(shù)以及多重化技術(shù)等，均能夠為提高軌道交通信號系統(tǒng)的安全性提供技術(shù)支持。

2．1ATS系統(tǒng)

在控制中心設立兩套ATS系統(tǒng)，互為熱備份，即其中的一個系統(tǒng)在線時，另一個系統(tǒng)也在不斷更新其數(shù)據(jù)信息，當出現(xiàn)故障需要切換時，熱備份系統(tǒng)在很短時間內(nèi)完成對軌旁信息的掃描，從而保證系統(tǒng)獲取最新的數(shù)據(jù)。各車站和車輛段ATS系統(tǒng)通過冗余配置的網(wǎng)絡通道和控制中心ATS連接，實現(xiàn)信息交換，以保證某點或某段通信信道發(fā)生故障時，系統(tǒng)仍能正常工作。ATS系統(tǒng)采用DCS系統(tǒng)提供的接口獨立組網(wǎng)，實現(xiàn)信息的安全獨立穩(wěn)定傳輸。ATS采用集中控制的方式，可以減少系統(tǒng)維護工作，并且減少沿線工區(qū)和人員配置。車站自動控制為控制中心自動控制的降級模式，當控制中心設備故障或者控制中心與車站通信網(wǎng)絡故障，造成控制中心ATS子系統(tǒng)無法正常工作時，系統(tǒng)自動降級為車站自動工作模式，此時ATS本地系統(tǒng)根據(jù)本地服務器中存儲的時刻表信息繼續(xù)進行進路自動辦理。

2．2ATP系統(tǒng)

由于ATP系統(tǒng)主要是對列車的設備和系統(tǒng)進行安全監(jiān)控，因此其安全性設計應該將重點放在保證設備系統(tǒng)安全上。首先，ATP系統(tǒng)可以利用雙層網(wǎng)絡與全冗余的模式來進行設計，將系統(tǒng)中的所有設備都設置相應的冗余接口，并做好備份，以保證系統(tǒng)某個節(jié)點出現(xiàn)故障后系統(tǒng)也可以不受影響而正常運行。其次，編碼軟件也可以利用冗余技術(shù)，且編碼中不可出現(xiàn)循環(huán)語句，這樣是為了保證某個編碼控制程序出現(xiàn)中斷后可以繼續(xù)對系統(tǒng)進行控制，且不會形成死循環(huán)的問題。第三，為了進一步保證系統(tǒng)的安全性與可靠性，對于一些較為重要或者較為容易出現(xiàn)故障的設備，應該進行雙重備份。同時，為了避免強信號對系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，還要在電路中設計一定的防沖擊電路和防干擾措施。這樣才可以很好地保證系統(tǒng)的安全運行。例如地面ATP子系統(tǒng)一般采用“二乘二取二”安全冗余設計，帶獨立“故障－安全”檢驗的安全冗余系統(tǒng)，其硬件平臺從硬件設計上采用了“二乘二取二”結(jié)構(gòu)、雙系并行工作的“二乘二取二”安全計算機系統(tǒng)，內(nèi)部通信和外部通信都采用冗余通道設計。雙系之間采用隔離技術(shù)，對其中一系進行維修與替換不會對另外一系以及其他子系統(tǒng)正常工作有任何影響，任何一個計算機或網(wǎng)絡設備不能正常工作，整個系統(tǒng)仍可繼續(xù)正常運行，不會導致其他子系統(tǒng)的無故切換。

2．3ATO系統(tǒng)

作為以地控車的控制系統(tǒng)，ATO系統(tǒng)自動完成對列車的啟動、牽引、巡航、惰行和制動的控制，以較高的速度進行追蹤運行和折返作業(yè)，確保達到設計間隔及旅行速度。當其因故障無法自動運行，應該能夠盡快轉(zhuǎn)入人工操作的程序中，以保證列車安全運行。同時，在系統(tǒng)的運行中需要大量的實時數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)傳輸應該首先循環(huán)傳送。為了保證行駛中的列車和地面工作站點之間可以隨時聯(lián)系溝通，在列車出站之前，要對ATO系統(tǒng)進行檢查，尤其是要對接口處進行仔細檢查，以保證系統(tǒng)的安全工作。ATO系統(tǒng)主要與列車控制系統(tǒng)非安全性的功能相關，深圳地鐵7號線車載ATO子系統(tǒng)在車頭、車尾各設置一套，單套ATO子系統(tǒng)采取雙機熱備的冗余架構(gòu)，若一系出現(xiàn)故障，可自動切換為備機工作。

3軌道交通信號系統(tǒng)的可靠性分析

對于系統(tǒng)可靠性要求，目前一般以平均功能故障間隔時間(MeanTimeBetweenFunctionalFailure，MTBFF)和平均故障間隔時間(MeantimeBetweenFailure，MTBF)兩個參數(shù)作為定量可靠性性分析指標。規(guī)定系統(tǒng)的MTBFF應考慮影響系統(tǒng)完成規(guī)定功能的所有故障，系統(tǒng)的MTBF則既包括影響系統(tǒng)功能的故障，也包括不影響系統(tǒng)功能完成(例如由于設備冗余)的所有故障。考慮實際應用系統(tǒng)的特點，在對現(xiàn)場的城市軌道交通信號系統(tǒng)評估時，MTBF作為基本可靠性的特征量，應反映出系統(tǒng)對維修人力、費用及備品備件的需求。如果一個系統(tǒng)基本可靠度低，即便任務可靠度滿足要求，也會導致該系統(tǒng)維護成本太高，不能說該系統(tǒng)是一個可靠的系統(tǒng)。因為，只要有設備故障，即使由于設備采用冗余并沒有影響系統(tǒng)功能的完成，卻仍馬上需要有維修人員進行診斷、維修或更換備件。而軟件故障是指軟件設計的缺陷在一定的運行條件下，導致系統(tǒng)運行中出現(xiàn)可感知的不正常、不正確和不按規(guī)范執(zhí)行的狀態(tài)。任何軟件內(nèi)部缺陷引起的錯誤，不在用戶維修范疇內(nèi)，并且用戶也無法維修，因而考慮軟件故障，并不能考察出系統(tǒng)對維修人力、費用和備品備件的需求。因此，針對城市軌道交通信號系統(tǒng)，MTBF應主要考慮硬件故障。MTBFF則應綜合考慮硬件故障與軟件錯誤，考察系統(tǒng)在規(guī)定的任務剖面中完成規(guī)定功能的能力。隨著現(xiàn)代信號系統(tǒng)中采用計算機(包括微機、單片機)越來越廣泛，由軟件來承擔安全和可靠性需求的比重越來越大，因而軟件的可靠性在完成系統(tǒng)功能方面往往起著至關重要的作用。實際運行的故障統(tǒng)計也表明，由于軟件缺陷引起的系統(tǒng)功能失效約占故障總數(shù)的70%。因此，只有綜合考慮軟件故障和硬件故障，才能全面準確地衡量系統(tǒng)完成規(guī)定任務的可靠度。綜上所述，信號系統(tǒng)可靠性指標可以參考國際相關標準，明確MTBF主要考慮硬件故障以衡量系統(tǒng)對維修人力、費用及其備品備件的要求;MTBFF綜合考慮軟件和硬件故障，以便準確考察系統(tǒng)完成規(guī)定功能的能力。例如在城市軌道交通中，由于ATP系統(tǒng)在正常駕駛模式下使用是惟一能連續(xù)控制列車運行，并長期確保列車安全運行的駕駛模式。降級駕駛模式是ATP系統(tǒng)出現(xiàn)故障情況下，在限速條件以人工駕駛來降低列車運行風險所采用的一種駕駛模式。不過，該模式并不能避免所有風險，所以要求正常駕駛模式必須非常穩(wěn)定可靠，以盡量減少采用降級駕駛模式。鑒于上述因素，在國外城市軌道交通工程中，提出ATP系統(tǒng)正常駕駛模式的可靠性必須高于99．99%。參考相關的技術(shù)標準，計軸設備平均無故障工作時間≥1.75×105h;BTM天線≥2．5×105h;雷達傳感器在40℃環(huán)境溫度下，平均無故障時間≥1．66×105h;速度傳感器平均無故障時間≥1×105h。

4軌道交通信號系統(tǒng)安全性與可靠性的關系

信號系統(tǒng)的安全性與可靠性相輔相成，并且相互影響。可靠性是衡量系統(tǒng)在規(guī)定的時間內(nèi)、規(guī)定的條件下完成規(guī)定功能的能力，而系統(tǒng)的安全性是衡量系統(tǒng)在發(fā)生故障時不致產(chǎn)生危險側(cè)輸出的能力，二者密不可分。系統(tǒng)的可靠性越高，其發(fā)生故障的概率越小;系統(tǒng)的安全性越高，發(fā)生故障時產(chǎn)生危險側(cè)輸出的概率也就越小。

參考文獻: