多样化城市轨道交通中信号技术的创新与发展

凌祝军、师秀霞

浙江众合科技股份有限公司

多样化城市轨道交通中信号技术的创新与发展

凌祝军、师秀霞

浙江众合科技股份有限公司

城市轨道交通包括地铁、轻轨、单轨、市域铁路、城际铁路、磁悬浮和有轨电车，呈现多样化的发展趋势，推动信号技术不断创新，通过应用并优化计算机、通信和数字技术，实现轨道交通安全性、可靠性、效率和运营能力的提升。

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前言

城市长远和可持续发展，应建立以多样化轨道交通为主轴的绿色交通体系，包括大运量地铁、中运量轻轨、跨坐式和悬挂式单轨、城际快速铁路、市郊的市域快速线和中低速磁悬浮、便捷的现代有轨电车等，以满足不同规模城市、城郊之间、城市之间运送旅客的需求和经济、社会发展的需求。

今年的哥本哈根全球CBTC大会，以“优化乘客管理”、“互操作性（互联互通）”、“无人驾驶技术”、“全生命周期资产管理”等方面，探讨了多样化城市轨道交通的信号技术发展，达到“推动创新、提升运能、建设智能的多样化城市轨道交通体系”的目的。

国内外多样化城市轨道交通的发展

多样化城市轨道交通的发展扩大了城市的规模，同时，又缩短了城市的距离，实现了长三角、珠三角、京津冀等多个经济圈。我国“十二五”规划明确提出：“优先发展公共交通，完善城市路网结构和公共交通场站，有条件的大城市和城市群地区要把轨道交通作为优先领域，超前规划，适时建设。”至2014年末，全国22个城市共开通城市轨道交通运营线路长度3173公里。其中，地铁2361公里，占74.4%；轻轨239公里，占7.5%；单轨89公里，占2.8%；现代有轨电车141公里，占4.4%；磁浮交通30公里，占0.9%；市域快轨308公里，占9.7%；APM 4公里，占0.1%。[1]

世界上第一条地下铁路于1863年在英国伦敦通车，此后欧美城市纷纷借鉴，国际上城市轨道交通得到了较快发展。经过一个多世纪的发展，伦敦地铁包括了地下铁（UNDERGROUND）、地上铁（OVERGROUND）、码头区轻轨电车（DLR）和电车连线（TRAMLINK）等多种形式的轨道交通，其中地下铁有11条线路，运营里程达到402公里；地上铁有6条线路，运营里程86公里；DLR运营里程40公里，设有6条分支；电车连线有4条线路，运营里程28公里。

法国巴黎的交通之便堪称世界之最，轨道交通历史悠久。巴黎市区有三种轨道交通系统：第一种是市中心四通八达的地铁，有14条线路；第二种是通往周边郊区和卫星城的近郊快速铁路，有5条线路；第三种为在市区周边行驶的有轨电车。

多样化轨道交通中信号技术的创新与发展

在城市轨道交通多样化的发展进程中，信号技术作为其中的安全核心部件，也在不断的创新与发展，通过应用并优化计算机、通信和数字技术，实现轨道交通安全性、可靠性、效率和运营能力的提升。

基于先进通信平台的信号技术

2012年以来，深圳地铁多次发生的民用3G热点设备干扰CBTC系统车-地无线通信，导致列车紧急制动，造成列车晚点而影响旅客出行，产生较大的社会影响。为了从根本上解决车地通信受扰问题，保证信号系统可靠工作，工业和信息化部经过长期的调研工作，基于TD-LTE的抗干扰能力强、可维护性优、组网方式选择灵活、支持更高的移动性、支持QoS技术等优势特点，于2015年2月发布了“关于重新发布1785—1805MHz频率无线接入系统频率使用事宜的通知”，即工信部无【2015】65号文，明确了轨道交通可使用该频段的频率资源。众合科技等多家单位在杭州地铁4号线等载客运营线路上完成了基于LTE通信技术的CBTC信号系统测试，并同时进行了信号、PIS和CCTV的综合承载测试，通过测试，验证了基于LTE的先进通信技术与CBTC系统有良好的适配性，无线网络具有实时性好、可靠性高、稳定性强、丢包率低、越区切换中断时间短且成功率高等优点，采用A、B双网冗余结构增加了系统可靠性、可用性，采用专用频段可有效避开WIFI公共频段干扰，确保了城市轨道交通的安全可靠运行。

多样化轨道交通的互操作性设计

多样化的城市轨道交通运营中，逐渐提出了城市间跨线运营、城市与市郊之间以及城市与城市之间互联互通的要求，从而满足建设和运营资源共享的需求。

信号系统互操作性设计即要求一条线路的车载设备在多条线路间运营，并且能实现同一条线路上，不同车载设备的混跑运营。LTE通信技术在信号系统中的应用，为互操作性设计提供了桥梁基础，但是，实现轨道交通信号系统的互联互通不仅仅是各相关子系统之间的接口联通实现数据互传，安全仍是最基本的核心保障：

互操作性设计首先需要实现安全需求在不同车载设备和轨旁设备间分配的标准化，并确保安全功能的完整性；

互操作性设计应实现车载设备与轨旁设备的接口标准化；

互操作性设计应实现不同线路之间轨旁设备与轨旁设备的接口标准化；

互操作性设计应实现多线列车的统一调度和协同指挥；

互操作性设计应实现信号系统与其他系统（如车辆）接口的标准化。

无人驾驶及相关技术在不同形态轨道交通中的应用

不同形态的轨道交通系统，均是从解决城市客流运输能力角度出发，列车运行控制从完全依赖司机的目视行车，到非自动的列车运行防护、半自动列车运行、无人驾驶的列车运行，直到无人驾驶的全自动列车运行，自动化程度逐级提高。如表1所示列车运行控制系统自动化运行等级的说明。

全自动无人驾驶系统可以很方便的实现7×24h的全天候运营，能适用于地铁、轻轨、市域铁路等多样化的城市轨道交通系统中，提供更高的安全性、可用性、可靠性和可维护性、更高的运营效率、更好的运营灵活性、更大的运营能力、更少的运营维护成本，为乘客提供更舒适、便捷的出行，使城市轨道交通更具公共交通吸引力。

表1：列车运行控制系统自动化运行等级说明表

多样化轨道交通的网络化运营与综合自动化指挥

目前，轨道交通系统中通过列车自动监控系统实现对列车的行车指挥和监控，并实现和综合监控系统接口获取电力等其它系统的信息，通过人工交互信息对轨道交通进行指挥和监控，造成资源浪费，并且经过多次的信息转发或转述，也带来了反应速度慢、处理不及时的问题。

城市轨道交通的多样化以及全自动无人驾驶系统技术的发展，要求形成以行车指挥为核心的综合自动化系统，实现城市中各线的全网络化运营与综合监控和调度指挥，不区分行车调度、电力调度或环控调度等专业，对多条线路的运营状况进行统一的监视和控制。无论是正常运营还是应对突发事件时，由于人机界面统一、信息共享、各系统和设备综合联动，能快速反应，迅速处理，提高管理的自动化程度。主要体现在如下两方面：

1.正常的综合自动化指挥采用统一界面，以列车自动监控、电力监控系统、环控设备为核心，实现与PIS、ATO/ATP系统的接口，进行集中的数据采集和控制，并将数据纳入综合信息处理平台，提供以列车运行为核心的综合运营指挥平台。同时，在系统投入运营和结束运营时，可以根据时刻表自动控制线路上的设备打开和关闭，实现节能运营。

2.突发事件自动联动处理通过信息的集中处理，实现各相关设备的联动，并自动或提示人工给出操作提示，快速处置突发事件，减少不利影响。当某条线路的设备故障时，可以通过综合自动化指挥系统，快速指挥疏散乘客，并通过广播等系统通知其他线路的乘客，可有效避免更多的乘客拥堵和滞留；当出现火灾等紧急情况时，可以自动启动通风、灭火装置，并控制列车停车或跳停，自动指挥乘客疏散，降低人身和财产损失。

多样化轨道交通信号系统应用实例

BiTRACON型城市轨道交通列车运行控制系统，是众合科技通过学习欧洲先进信号技术，根据国际及国内相关标准及行业规范，综合工程实施经验，研制出的具有完全知识产权的CBTC信号系统（基于通信的列车控制系统）。BiTRACON系统基于公司自主研发、通过SIL4级安全认证的、车地一体化的异构安全平台，系统采用具有互操作性的欧洲标准通信协议，适用于地铁、轻轨、市域线路、城际铁路、有轨电车、单轨等多样化的城市轨道交通系统，该系统由列车自动监控子系统（ATS）、车载控制器（CC，含车载ATP和ATO）、区域控制器（ZC，轨旁ATP）、计算机联锁子系统（CBI）、网络子系统（DCS）等组成。

BiTRACON系统形成了基于可变冗余结构的高可靠性车载与轨旁系统设计、功能与逻辑可重构的车地通用安全计算机平台，具备高安全性、高可用性、高可靠性和互操作性的特点，可以实现“互联互通”，通过科技部科研支撑计划的研究与开发，实现了基于无人驾驶的全自动列车运行控制功能。

结束语

综上所述，国际化的大城市无一是通过单一的轨道交通解决城市交通的主要问题，在城市中心区域，地铁是高效的公共交通工具之一，在市郊之间，可以采用市域线路，将郊区与城市中心联通，在郊区及二三线人口密度较少的城市，建设低成本的现代有轨电车实现较大规模的客流运输，在山区、旅游胜地，建设单轨来满足坡度大、转弯半径小、满足观光等需求，通过建设智能的多样化城市轨道交通体系，更好地为城市经济建设服务，同时，满足人们对交通的多样化需求，有效解决交通拥堵问题。创新推动发展，信号技术在大容量实时通信、互操作性、智能全自动驾驶、网络化运营与综合自动化指挥等方面，为多样化的轨道交通系统提供安全保障和智能控制。

[1]城市轨道交通2014年度统计分析报告,中国城市轨道交通信息第2期（总第10期）,2015.5.4

[2]EN 62267-2009 Automated Urban Guided Transport–Safety requirements