智能化背景下轨道交通信号系统发展趋势探析

（上海电气泰雷兹交通自动化系统有限公司，上海 201206）

随着国内城镇化发展不断深化，城市交通运输建设不断完善，轨道交通运输成为国内一线城市的基础配置，传统的城市轨道交通在控制上需要人工辅助控制，在效率与安全上存有一些不足。轨道交通信号系统是控制系统中的重要组成部分，可保障列车安全运行，是一种高效的自动化系统[1]。

近年来，我国的城市轨道交通逐渐向网络化、智能化、信息化方向发展，自动驾驶技术、车辆通信技术、互联互通和信息技术也得到了相应发展。文章基于智能化背景，分析轨道交通信号系统发展趋势，为城市轨道交通的进一步发展奠定基础。

1 城市轨道交通信号系统的发展情况

在城市轨道交通信号系统发展过程中，主要是改进人工控制、设备控制，建立以信息控制为主体的安全信息系统[2]。现代轨道交通信号系统是不同于传统机械、电子信号设备的简单组合，包括车站信号、进路信号、列车控制技术、通信信号技术的融合、列车自动调度指挥技术的应用，是完整的安全跟踪系统。打破了传统铁路信号功能单一、分散控制、相对独立的局限，发展成为一个大型的集成信号显示、列车运行、集中部署、数据通信等软硬件紧密连接的安全控制系统。

现阶段，国内大部分城市铁路的无线通信主要有三种：无线AP、漏缆传输、感应回路。无线AP模式下，传输模式成本低，安装简便，传输长度较短，较易受到其他因素的影响[3]。与无线AP相比，漏缆传输方式不易受其他因素影响，覆盖范围广，但未实现列车与车站的双向传输。CBTC系统是国内多数主流信号系统日常维护的基础[4]。城市轨道交通系统的具体工作内容是对列车进行充分调度，记录列车的实际运行情况、运行数据。列车的安全运行技术、媒体信息技术在轨道交通中的广泛应用，列车逐步实现了信号点式和连续传输、列车的双向自动控制，实现了列车的自动运行。

2 智能化背景下城市轨道交通信号系统应用技术

2.1 无人驾驶技术应用

轨道交通无人驾驶技术也被称为全自动驾驶技术，指城市轨道交通列车引入自动驾驶系统，以提高列车运行的安全性，降低列车运输成本。在自动驾驶模式下，列车自动唤醒，打开自检，检查后自动到达终点返回。在每一次循环结束后，行驶数据会上传到系统，并进入自动休息状态[5]。

轨道交通全自动技术中有DTO模式有人值守模式和UTO无人值守模式。无人模式在监控系统下全自动化运行，可解决列车运行中传感器异常等问题，自动驾驶系统能有效对其进行处理。

首先，对轨道交通运行数据进行采集，实现对轨道交通整体运行状态的监管控制，根据运行状态全面控制列车运行。列车性能自我控制和唤醒是耦合的过程，按规定的计划启动运行，向远方传递命令信号，通过核心处理器向不同硬件模块传输指令，列车ATS系统开始监控唤醒。

其次，通过数据通信、信息网络完成与其他子系统的协调配合，实现各设备的监管控制。在使用无人驾驶模式时，需要完成静态试验，包括车门、制动器、空调、照明和牵引试验，进行前、后锁闭和管道等动态试验。

最后，车辆可以进行自动运行，以便对运行中的突发情况进行有效管理[6]。车辆系统、地面系统采用冗余技术，车辆系统中有完善的速度传感器和继电器等硬件设备，与地面系统通信传输形成完整的监管体系，保障了无人驾驶技术的安全性。

2.2 轨道交通信号系统互通互联

在人工智能技术应用更加广泛的背景下，完善轨道交通信号系统的互通互联较为重要。列车交通信号系统的互通互联是在物联网的基础上，改善了传统厂商单一ATC设备的通信，使列车、车站及站点不同资源实现数据共享，提高了列车调度与运行效率[7]。该系统的连接使不同厂家的列车可以在不同厂家的铁路设施上运行。系统互通互联中需要新的通信技术即CBTC系统，可以保障车辆与站点之间的双向通信。由于不同厂家之间的CBTC系统数据传输接口存有差异，造成列车实际运行难以采用不同厂家的CBTC系统通信，无法实现互通互联。因此，在互通互联系统中需要明确标准，统一系统基础功能与接口模式，保障轨道交通信号系统互联互通，实现万物互联的通信目标，为轨道列车智能化发展奠定基础。

2.3 车-车通信的轨道交通信号系统

在未来的发展过程中，在车辆与站点之间通信模式下，CBTC系统将得到更加广泛的应用。使用CBTC系统通信后，提高了列车与地面站点数据传输效率，提高了列车运行安全[8]。同时，CBTC系统是列车自动控制的基础，可保障列车高速行驶过程中传输信号的质量，减少了区域电缆的铺设与维护。在提高列车不同区域灵活调度性能的基础上，改善了安全数据信息的双向传输。在CBTC系统中，无须计算机控制的联锁系统CI，只需管理站台门和轨道上的信号机。

在车-车通信轨道交通信号中应用CBTC系统后，需要在列车控制器与列车ATS监控系统增加有关算法，通过算法优化传统通信模式，以实现智能化数据分析与信号发送，与其他车辆共享列车运行的实时位置，计算列车的最快运行速度与制动曲线，保障列车进出站点的精确无误。

3 智能化背景下城市轨道交通信号系统发展趋势与建议

3.1 发展趋势分析

在国内城市化建设不断深化的背景下，轨道交通能够有效缓解路面拥堵情况。同时，在人工智能+5G的信息化发展背景下，轨道交通信号系统数据传输将更加高速、稳定与安全，可以实现更多、更复杂的控制，保障了轨道交通无人驾驶运行的安全性与有效性。

在实际应用中，信息化建设存在一定的问题，需要在后期不断优化完善[9]。轨道交通信号系统是列车控制体系的核心部分，如果基础建设与标准化管理不统一，会导致信息资源利用率低、资源浪费、安全管理不严格、运维体系不健全、缺乏规范化管理、没有标准化、统一化要求。因此，在轨道交通信号系统未来发展中，应注意以下几点：

（1）增加感知层。该部分的主要功能是利用现代高频和蓝牙技术，通过传感器等设备采集信息，可以识别外在物体，可以做到智能制动，避免避险。

（2）提高网络层。加强系统内部信息的有线通信、无线通信，提高系统的交互效率，加快系统间的数据传输。

（3）强化数据层。该部分的主要目的是对系统中的所有数据进行联合管理，并将相关数据提供给不同的企业，以保证城市轨道交通系统的正常运行。

（4）增加平台层。该层有效利用大数据技术，打造云计算平台，科学、快速地处理不同的数据，保证信息数据的安全，逐步实现信息的交换。

（5）提高应用层。负责列车的运行、制造订单、设计客运和公司管理，包括主要的基础设施和管理活动。

（6）完善展示层。创建城市轨道交通门户，以便内部和外部访问。

3.2 发展建议

城市轨道交通信息系统的主要组成部分由六个层次、两个系统组成。

感知层：包含多个传感器组件，通过相应的技术捕获有关信息。

网络层：实现信息间的有线和无线连接，以保证信息之间的通信舒适性。

数据层：负责系统的所有数据信息，为各子系统的运行提供强大的数据支持。

应用层：由三个生产、服务和管理中心组成，覆盖了系统整体运行，建立独立的城市轨道交通网站，方便内部和外部工作人员访问。

应加强信息化建设，以改善城市轨道交通系统的发展现状，提高系统信息化建设的重要性，充分利用信息技术，创新信号系统技术。为城市轨道交通的稳定运行实现信号系统的自动化、智能化创造有利条件。

4 结语

随着人工智能技术的不断发展，城市轨道交通运输信号系统愈发智能化、信息化，提升了列车行驶效率，提高了运行安全。本文主要论述城市轨道交通运输信号系统发展现状，从自动驾驶、互通互联及车-车通信技术展开应用分析，最后从六个层面论述了发展趋势，并给出发展建议，以期为城市轨道交通运输智能化发展提供参考作用。