城市轨道交通信号控制方式研究

2021-03-26王宗琰

电子元器件与信息技术 2021年5期

王宗琰

（兰州市轨道交通有限公司，甘肃兰州730000）

0 引言

促进城市发展的主要基础之一是城市轨道交通体系，不断发展城市轨道交通信号控制系统，是提高城市轨道交通体系运营经济效益的重要基础，是确保居民安全出行的重要保证。城市轨道交通信号控制系统的发展关乎整个城市轨道交通系统运行的安全性，为此轨道交通信号系统控制方式的选择，将会对城市轨道交通系统的投资建设资金、控制经营成效以及后期维修成本带来极大的影响[1]。在日后的城市规划建设中，需要加强对于轨道交通信号的控制力度，只有做好城市轨道交通信号控制的管理工作，才能为城市轨道交通系统的安全运行提供保证。

1 城市轨道交通信号控制系统

1.1 概述

城市轨道交通在城市交通网络中发挥着极为重要的价值及作用，在城市交通建设中需要提前做好信号系统控制及优化工作，从根本上保障城市交通系统的安全性、稳定性。现今城市轨道交通信号系统的价值作用日益凸显，更需要根据现场实际情况开展城市轨道交通信号系统控制工作，充分发挥城市轨道交通系统在社会发展中的促进作用。在我国信息技术发展水平不断提升的背景下，制定适应城市发展的轨道交通信号系统运营维护方案，可提升信号系统信息的输出传递效率，而信号系统工作效率的全面提升能够确保城市轨道交通运行安全。认真落实轨道交通信号系统运营维护方案，做好信号系统后期维护工作，提升设备故障应急处置能力，加强城市轨道交通信号控制外部风险防控水平，可彻底解决城市轨道交通信号控制系统有关问题，保障城市轨道交通系统的运营安全性[2]。

1.2 重要性

城市轨道交通信号控制在城市轨道交通系统中发挥着极为重要的作用，高效率的信号控制系统可从根本上保障城市轨道交通系统的安全稳定运行。为了确保城市轨道交通信号系统运行的安全可靠性，需要在实际应用过程中借助已转化使用的先进科研成果，确保在城市列车运营期间，轨道信号控制系统顺利实现列车进站引导、车地信息传输以及自动调整列车运行速度等功能。

第一，城轨交通信号控制系统的使用，对于城轨列车的安全行驶以及稳定性运行起到了重要保障作用。因城市轨道列车的行驶速度快、行车间隔小，为此在整体运行过程中需要借助轨道交通信号系统对城市列车进行合理化控制，保障城市列车能够顺利执行停靠、通行以及加速等动作。

第二，轨道交通信号系统控制的方式选择能够在提升城轨列车运行效率以及有效维护信号系统相关设备方面起到间接性保障作用。因现代城市轨道列车在快速运行中有极大的概率出现相关设备损坏情况，而这种状况的发生与城市轨道交通信号控制方式的选择有着极大关联性。借助城市轨道交通信号控制方式的选择，能够减少对于信号设备元器件以及信号系统使用设备的磨耗损坏程度，为此需要选择性能更加有效、结构更加优化的轨道交通信号控制方式[3]。

2 城市轨道交通信号系统控制方式

2.1 ATS系统控制方式

2.1.1 集中控制

集中控制方式是指信号系统对城市轨道列车运行开展控制管理。可对列车的进出站方式以及列车的运行计划进行控制，其使用电缆传输作为信号系统信息传输的重要途径，完成对列车运行期间信号设备数据以及沿线车站数据的有效传输。集中控制方式主要体现为集中控制各信号设备，也恰恰因为设备的集中性控制，导致控制设备在整体控制系统中的负荷量较大，如果集中控制系统发生问题，将无法有效开展协调管理工作，因此集中控制方法在具体应用过程中存在一定弊端及问题。

2.1.2 集中监控分散控制

集中监控分散控制方式是对列车的运行计划和调整进行控制管理，但不直接控制列车整体运行。具体应用过程中，所设置的控制中心是维护城市列车运行的主要控制机构，而沿线各车站负责控制和监管列车的进出站及运行过程。使用集中监控分散控制型方式，当控制中心子系统故障时，可自动降级为车站自动控制；当轨旁设备故障时，故障设备管辖区域的列车按照切除ATP使用非限制人工驾驶模式运行，应用此方式，即使部分设备故障也不影响列车运行的安全性，大大降低了设备因素对地铁可靠运营的影响。

2.1.3 自治分散

在计算机技术发展水平不断提升的背景下，城市轨道交通信号控制系统也得以更新与发展，自治分散系统则是由此衍生发展来的控制系统。自治分散型控制系统结合了集中控制与集中监控分散控制系统二者的应用优点，借由控制中心对城市列车调度以及城市列车运行情况进行全面监控管理，而列车进站、出站等状态的管理则是由各个车站进行监控管理，控制中心和各车站均能实现对列车开展直接性控制功能，当控制中心设备出现故障时可由车站代替控制中心实现列车控制管理。自治分散方式中控制中心和各车站均可控制列车运行，系统的应用可靠性和灵活性优于集中监控分散控制方式以及集中控制方式，但其所需要的设备数量相对较多，同时对系统软件性能要求较高[4]。

2.2 ATP控制方式

2.2.1 分级速度控制方式

采取分级速度控制方式是以单个闭塞分区为单位，根据列车运行的速度分级，对列车运行进行速度控制。该控制方式下，由ATP的地面设备为正在运行的城轨列车提供下一闭塞分区的有效数据信息，ATP地面设备通过通信传输与列车的车载设备建立相互联系，起到列车运行速度自动调整的目的。在列车行驶至下一闭塞分区前，对城市列车的进站、出站速度提前进行设置，同时将相关行车数据信息传输至列车中，确保列车对闭塞分区的真实线路情况等数据以及闭塞情况有全面了解，使运行列车能够根据闭塞分区实际情况进行运行速度的调整。

2.2.2 目标距离速度控制方式

目标距离速度控制方式是采用以连续的一次制动速度控制为列车制动模式的方式，根据目标距离、目标速度及列车自身有关性能确定列车的制动曲线，而不再设定各闭塞分区的速度等级。目标距离控制方式对城市轨道列车实施控制，ATP设备通过利用地面设备为行驶中的城市轨道列车提供前方数据信息、入口数据信息等数据信息，根据目标距离、线路参数和列车自身的性能计算确定一次连续的制动速度控制曲线，由此轨道列车能够进行合理判断，调整与之相适应行车速度。同时管理人员也可借助ATP设备向运行列车发出命令，借助命令控制运行列车，确保城市轨道列车的安全通行。目标距离速度控制方式，使用的地面设备数量有所减少，可降低设备投资、运营及维护成本。

2.3 ATO控制方式

ATO控制是利用地面信息及列车实际运行速度信息，自动完成对列车的启动、牵引、制动和惰行等控制，其对于提高列车运行效率、提升乘客乘坐舒适度及节省能源方面有积极作用。ATO控制除实现自动驾驶功能外，还能实施列车自动折返及列车车门控制。

ATO自动驾驶是通过地面设备向列车传输地面线路情况、道岔状态、前方列车位置等信息，车载设备通过对列车实际运行速度和ATP最大运行速度及目标速度的比较，结合已收到的区间坡道、弯道等地面线路实况，自动控制列车实施牵引或制动，以完成列车自动驾驶的控制方式。ATO通过地面设备传输的线路信息及前方列车位置，考虑到安全因素，计算出到达安全停车点之前的行驶速度，并自动控制列车制动系统跟随列车制动曲线运行[5]。

ATO控制列车实现ATB无人自动折返，是指列车根据地面信号提供的线路数据以及实际运行速度和位置，输出控制命令，指挥列车进入折返线。当列车收到停车信号后，启动列车换端指令，列车完成换端后发出进站指令，列车运行至站台停稳，至此无人自动折返作业完成。车载设备对自动折返全过程实施监督，当出现列车速度超过目标速度、运行方向错误、驾驶室意外解锁等不利情况，列车启动紧急制动。

ATO控制列车车门自动开门，是指ATO确认列车到达定位停车区域，ATO发出“列车停站”信号，ATP确认列车为零速度，列车接收允许开门信号，控制车门自动打开，并将车门开门信号发送至站台屏蔽门控制系统，使得站台屏蔽门与列车车门对应打开。