城市轨道交通信号系统新技术发展应用前景

王彦驹

【摘 要】随着我国城市规模的不断扩大，交通行业作为人们日常出行的基本保障，成为了基础建设的重要组成部分。在城市轨道交通蓬勃发展的进程中，要推动通信信号技术的一体化，与高技术的设备相适应，还必须培养高素质的人才队伍。

【关键词】城市轨道交通;信号系统;新技术;发展

引言

信号系统是城市轨道交通最基本的控制系统之一，是保证列车安全运行，实现列车运行自动化和行车指挥现代化，提高运营效率的关键系统。目前，大多数地铁信号系统的安全措施仅限于安装防火墙和部署杀毒软件等初级保护，无法有效防止信息安全事件的发生。因此，提出在系统建设中，应充分考虑信号系统的功能特点，制定整体信息安全技术解决方案，以达到国家信息安全等级保护相关标准的技术要求，进而全面提升信号系统的信息安全保护水平，对保障轨道交通系统高效和安全运营具有重要意义。

1信号系统构成

城市轨道交通信号系统CBTC（基于通信的列车控制）是一种连续自动控制系统，利用高精度的不依赖于轨道电路列车定位以及大容量、双向连续的车地数据通信，实现车载、地面的安全功能处理。其主要包括列车自动监控（ATS）子系统、列车自动防护（ATP）子系统、列车自动驾驶（ATO）子系统、数据通信子系统（DCS）、联锁（CI）子系统、维护支持子系统等多个子系统。ATS子系统主要实现列车自动识别、列车运行自动跟踪和显示，运行时刻表或运行图的编制及管理，自动和人工排列进路，列车运行自动调整，列车运行和信号设备状态自动监视，列车运行数据统计，列车运行实绩记录，操作与数据记录、输出及统计处理，列车运行、监控模拟及培训，系统故障和故障恢复处理等。ATP子系统用来检测列车位置，实现列车间隔控制和进路的正确排列，监督列车运行速度，实现列车超速防护控制，记录司机操作和设备运行状况等。ATO子系统用来启动列车并实现站间自动运行，控制列车实现车站定点停车、车站通过和折返作业，与行车指挥监控系统相结合实现列车运行自动调整等。DCS的主要作用是在信号系统各个子系统之间传输数据。无线系统对于报文传送来说是完全透明的，同时需具有防护措施，以确保网络安全性。DCS由骨干传输网络和无线通信网络两部分构成。骨干传输网络由SDH（同步数字体系）传输设备和高端以太网交换机构建，传输设备的模块采用冗余配置，以确保单个模块故障不影响设备。骨干网采用双向环形拓扑结构。CI子系统设备是保证列车运行安全，实现轨道区段、道岔、信号机之间正确联锁的基础设备。其主要功能是保障上述设备的联锁关系正确;对正常的进路进行防护;对轨旁设备状态进行监控，并下达命令;同时向ATS/ATP子系统提供CI子系统的设备状态。维护支持子系统的功能包括：采集ATS及安全网的数据并存储;集中监测系统管理;对CBTC系统的维护管理;故障报警及故障报警统计和报表。

2城市轨道交通信号系统的基本原则

安全、可靠、适用、先进和经济，是我国城市轨道交通建设的基本原则，不管是什么子系统必须遵循。需要综合考虑各项原则，不能片面追求先进，而不重视其他方面，尤其是不考虑经济。目前，在各地建设城市轨道交通时，存在互相攀比的情况，不管经济情况是否允许，总想一步到位，把全世界最先进的技术和功能都集中到拟建设的轨道交通中。要知道，城市轨道交通技术设备的现代化是应该逐步实现的，不必一步到位。即使现在一步到位，对于新建城市轨道交通线路，尤其是部分二、三线城市，必然会出现功能过剩，同时加大了维修工作量和维修成本。有些二、三线城市要求新建的城市轨道交通列车间隔按1～1.5min设计，这必然大幅度增加了车辆和信号设备的投资，而实际上运量的增长是需要时间的，在10-15年都达不到这样繁忙的程度。在科学技术飞速发展的今天，现在先进的设备，到了10-15年大修期（计算机系统的大修周期规定为10年，一般信号设备为15年）又落后了。因此，目前根据实际情况和财力允许，选用适用的系统，届时再更新更先进的设备也不算迟。

2城市轨道交通信号系统新技术发展前景

2.1信号系统常用故障诊断技术

当故障发生时，可以采用流程图法将繁杂的问题简单化，更加直观地显示故障问题，可以展示出人为分析故障的过程。通过排查故障，可以将故障诊断方法运用到相似的问题上，为故障分析提供方便的同时，也可以提高故障诊断的正确性以及故障解决的效率。信息融合技术是一种能处理复杂信息的综合处理技术，虽然所处理的数据具有不同的结构和复杂的联系，但仍能够按照一定的规则提取出有价值的信息。将信息融合技术运用到故障诊断技术中，将一个复杂的问题分解成多个简单的问题，从而提高解决故障的效率。

2.2利用故障诊断系统进行动态监测

故障诊断系统是一种智能诊断系统。故障诊断系统一般由信号设备故障推理机、数据库、解答机以及图形显示等构成。图形显示的主要作用是让该故障诊断系统能够和外部进行数据信息的交换，数据库是用来存放信号设备可能出现的问题的集合，它包含了以往信号设备出现的种种问题。故障推理机能够利用数据库当中的存有的资料信息，结合现在信号设备的运行现状，进行故障原因的推理，找到引发故障的原因。解答机是根据系统内部所具有的数据库资料，用来解答用户的问题团。故障诊断系统除了能够完成故障的发现、故障问题的分析、故障原因分析和提出故障解决方案，它还能够在故障解决以后对整个信号设备进行监测和二次诊断，防止同样的故障再次发生。

2.3ATO节能优化

随着线网的全面铺开，城市轨道交通所消耗的能源也在不断增加。北京市2008年全市轨道交通线网的规划用电量为6.5亿度;而到了2015年，线网的规划用电量已经达到13.9亿度，8年间线网的年耗电量以每年11.4%的速度快速增长。在运营过程中，城市轨道交通系统消耗的主要能源為电能，基本不消耗其他形式的能源，列车牵引供电系统的能耗可以占到总体运营能耗的40%～50%，因此降低列车的牵引能耗是减少总体能耗与运营成本的有效途径。ATO系统能够实时地调整列车速度，保障列车安全、准时、舒适、节能地运行，优化ATO运行速度曲线与追踪控制策略是实现节能运行的关键。目前的优化算法以单列车运行控制为主，主要有解析算法、数值算法和智能算法三种方式，但普遍无法应用于多车追踪运行的情况。因此能够满足多车追踪运行条件，并且运算速度适中的ATO节能算法是未来的研究方向，随着全自动驾驶技术的进一步完善，算法带来的节能效果将会更加显著。

结束语

到目前为止，全自动驾驶技术和互联互通技术已经在我国城市轨道交通示范工程中得到应用，车-车通信技术和信息化技术中的大数据、云计算还在探索研究之中。可以预见，这些新技术是城市轨道交通信号系统未来发展的方向，不久的将来，随着这些技术的成熟并推广应用，必将为智慧城市轨道交通带来全新的变革。

参考文献：

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[3]徐纪康.基于车-车通信的新型CBTC系统分析[J].铁道通信信号.2017.06：80

[4]李中浩.浅析城市轨道交通信号系统的发展趋势[J].城市轨道交通研究.2017.S1：2

（作者单位：中车兰州机车有限公司）