城市轨道交通通信系统的发展及现状分析

2021-05-04苏嘉杰

运输经理世界 2021年17期

苏嘉杰

（海南热带海洋学院，海南三亚572022）

1 城市轨道交通的发展历程

自20世纪60年代，中国开始修建并建成通车的地铁——北京一期工程的地铁，是国内第一条城市铁路。到21世纪初，国内10 个城市启动了城市轨道交通运输系统，总里程约420km。与发达国家大城市的轨道交通发展对比，差距还很明显。从1990 至今（2021年），是我国城市轨道交通高速发展的新时期。随着经济的快速发展，城市综合规模的迅速扩大，中国城市化进程的不断加快，轨道交通的作用愈发突出。为了实现国产化，中国采用了许多新技术和设备生产轨道交通设备，使建设水平已经达到了一个新的高度，地铁已接近发达国家的先进水平。一条20km的路程，3～4年就可以通车运营。

2 我国城市轨道交通发展现状分析

新型轨道交通具有经济、环保、高效的优点，对提高人们的运输能力和旅游效率起到了积极的作用。中国的轨道交通运输主要为地铁运营。发达国家轨道交通网络覆盖面广，轨道交通入口门槛低，轨道交通线路长。现阶段，我国城市汽车保有量不断增加，交通与城市生产的矛盾日益明显，交通拥堵现象显著，人们的生活和活动空间往往被压缩。交通问题不仅影响人们的生活质量，而且还限制了许多城市的未来发展。由于城市轨道交通不占用地面，因此其容量大，效率高。随着交通量的增加，它可以减少拥堵，解决出行困难的问题。

此外，城市轨道交通可以减少地面车辆的数量，减少车辆排放造成的空气污染。对提高城市整体实力和形象，消除城市结构缺陷，具有重要作用。一般来说，城市轨道交通的建设至少需要5年时间，在此期间，有许多开放式的设计、准备、施工和运输活动。轨道交通工程在一定程度上是城市的生命线工程，对促进产业链发展、城市空间建设和城市内部结构现代化具有重要作用。

3 我国城市轨道交通通信系统分析

城市发展轨道交通是具有固定线路、固定轨道，以及交通车辆和服务基础设施的公共管理交通安全设施。目前，国内城市轨道交通设备生产行业是创造型、先进型经济发展的典型代表。这是中国自主创新水平很高的高端制造业，是各国金融创新产品竞争力最强、产业影响力最明显的领域。城市轨道交通信号控制系统可以让列车之间保持安全距离，使列车的行驶安全得到保障，为乘客和工作人员提供更好的保护，使列车的行驶效率大大提升。列车的自动化控制系统包含很多的子系统，如计算机联锁、自动驾驶、自动防护和自动监督系统。大多数西方发达国家开始将互联网技术、计算机网络技术应用到轨道交通管理系统的建设工作中，可以有效保证信息通信的及时性，为轨道交通的正常运行打下了良好的基础[1]。

4 我国城市轨道交通通信系统运行中现存的问题

4.1 信号控制系统存在的不足

4.1.1 由于我国的轨道交通研发滞后，缺乏高端专家系统，系统大多数都是以进口为主，自主研发的相关技术不成熟，使维护成本不断上升。由于电磁干扰、雷电、电磁信号强度减弱、信号中断等原因，导致信号系统不能正常工作。最后，还需要重视信号的传输速度的问题，一旦信号传输被延迟了，就不能保证轨道运输的正常运行。此外，有时信号控制系统会出现误报警，因此需要进一步改善信号的传输和操作。

4.1.2 抗干扰能力不足，工作中使用的传感器等极度敏感的设备容易受到外界的干扰。比如，人和自然因素信息传输不全，使传输的内容与原来的信号有所区别。再者，许多轨道交通的使用很广泛，但信号控制系统还不太完美，需要进一步发展，技术也没有那么成熟，加上很多设备我国难以生产，进口设备也是一笔巨大开销。高端信息技术管理人才是我们国家迫切需要的，维护和维修系统也亟待解决。目前控制系统是国家需要攻克的难题，轨道交通信号技术还有待提高。保证信息传输的及时性也很重要，延时的信号不管慢或者快，都是一样没意义。轨道交通信号控制系统中的信息最好是“实时”传输，其肩负的责任包括：一是勘测轨道的情况和监测列车的运行情况。二是信息的传输和接收。接收和传输过程出现的错误是无法避免的，因此需要人工判断和修改[2]。

4.2 轨道交通发展和定位不足

在城市规划建设过程中，轨道交通过多强调其作为公共交通的外部因素，轨道交通信息系统的开发仅侧重于商业服务。但是，由于城市发展需求不断增加，轨道交通项目投资巨大，单一功能已不能满足发展的需求，对运营管理理解不够深入，系统工程的完整性也是城市轨道交通缺陷的核心，要全面进行探究[3]。资金的大力投入和建成后运营的整体性也有不小的问题，需要改进。

近年来，我国城市轨道交通通信系统主要包括三个部分：维持城市轨道正常运营和管理的运营通信系统；保证轨道交通运营过程中乘客和工作人员安全的安全通信系统；保证轨道交通内部正常民用通信稳定的公共通信系统。因此，革新和多元化功能的定位迫在眉睫。

4.3 轨道交通发展与城市息息相关

城市轨道交通的发展与城市息息相关，核心是三个内容：一是城市文化内容信息和城市历史文化遗产是一个城市进步的重要基础。因而，城市的进步需要与城市的内在文化底蕴统一；二是安全的技术性，健全和完善轨道交通网络安全管理系统，对轨道交通的发展起到推动作用；三是建立轨道交通，方便民众交通出行。城市轨道交通有益于减少排放，改善环境。

4.4 智能维护的技术参数和标准仍处于试验阶段

现阶段，我国城市轨道交通运行维护标准较少，特别是缺少设备技术评价标准。城市轨道交通运营商已经制定了详细的运营规则，但这些参数通常是根据设施的使用寿命计算得出，这不符合实际应用。例如，操作标准通常规定，在行驶特定公里数后，必须拆下车辆转向架轴承。许多公司通过相关系统发现，车辆轴承状况良好，不需要更换。车辆健康评估模型和行业标准不评估设备的技术状态，使相关技术参数和标准不足以将设备从计划维护更改状态维护，这不利于长期发展。

4.5 加强轨道交通与不同领域的数据交换，指导系统的优化、维护和改进

所有车辆、供电、轨道、信号、通信系统都有专业的故障检测、运行和维护数据。然而，这些数据通常可以形成“信息孤岛”，供各系统专家使用。以轮轨关系为例，通过对轨道状态的确定和分析，可以发现轨道识别中的错误和隐患，通过振动检测在线分析轨道状态，控制轨道系统的维护和维修。为行业的装置和设施创建信息平台，消除基于可靠性和监测的灵活应用和维护，提高维护效率并降低维护成本。对解决城市轨道交通系统隐患、感知和挖掘健康状况方面发挥着重要作用。其目的是整合材料管理、工艺优化、维护决策、运营和维护，促使行业健康、绿色、可持续的发展。例如，信号专业可以运用道岔、信号机等设备状态数据分析保持高密度行车条件的修程修制，实现差异化检修标准；轨道专业可以运用综合检测车的动态数据与轨道检查的静态数据进行复核，优化轨道专业的修程修制；变电专业应制定不同线路以及同线路不同负荷区域关键设备差异化检修内容；接触网专业结合弓网在线监测系统分析结果优化调整人工巡检方式、周期和项目。通过挖掘监测数据与设备故障的关系，制定不同线路、不同型号设备的差异化检修模式，实现精检细修和智能维保。

5 城市轨道交通通信系统行业发展趋势

5.1 轨道交通信号控制系统发展趋势

稳定性好是硬性要求，提高信号控制技术系统的抗干扰能力，可以减少负面因素产生的影响。例如，信号数据传输强度不足，信号完整性差，就必须建设完整的信号控制系统。现在信号控制系统应用广泛，规模大，但操作程序不完整。为此，相关政府、企业的研发管理人员应开展信号控制信息系统的研发，为信号控制系统的有序运行提供科学技术保障[3]。我国研发人员处于全职人才培养阶段，制定有效的人才出国留学计划，提高通信技术人才的水平，加强信号控制研究开发的可行性。

5.2 通信系统的应用是未来趋势

我国要安排相关技术人才加快TETRA 的问题攻关，建立综合分析系统要有自动监视装置、用车载运设施、TCP/IP 网络化处理相关技术与要紧公务通信网络相互配合，保障通信信号的及时性与稳定性。并且，为了推进经济发展的进程，政府需要大力支持新一代无线网络系统的研发，进一步完善我国轨道交通方面的无线通信技术系统。另外，在采用MSTP 技术、ONT 技术和RPR 技术的前提下，我国应密切整合城市轨道交通通信系统和信号系统，形成一个集通信、控制、指挥和自动传回信号相结合的前沿现代化和机械化的系统，那么主网络与城市轨道交通传输的信息会相互融合，确保信息的正确传送、交通方面变动、保存信息和解决的高效率，让通信变得更加可靠，提供更好的保护能力。

5.3 城市轨道交通应与前沿技术结合

在运营客户服务方面，要更好地利用网络、5G、大数据分析和人工智能等前沿技术手段，提高乘客旅游的便利性和满足度，减少操作成本。在城市铁路交通中，5G 通信技术的应用期间，要摆脱思想限制，借助5G 通信技术来控制电车活动，此外，需要从更多角度考虑建立一个完善高效的现代城市轨道交通的通信网络体系，改善现代城市铁路运输系统的综合通信质量。为广大旅客出行提供便捷舒适高效的通信服务，根据现代城市轨道运输系统的综合信息通信和服务的要求，设计一个沿着现代城市轨道交通发展的5G网络核心网。

5.4 城市轨道交通的现代化和智能化发展是显而易见的

中国现在已经成为世界上发展最快的国家。同时由于智能科学技术的进步以及城市进程的加速，中国城市轨道交通已经具备了自动化、智能化、绿色化、节能化的特点。以深圳地铁建设6 号线、10 号线为例，深圳地铁将实施生态智能设计理念，促进线路建设运营与绿色新能源和二氧化碳减排等新技术结合，积极探索环境、社会与轨道交通的协调与发展，并从绿色低碳的特点入手。如地铁6 号线，首次设计了综合减震降噪系统，通过增强U 型射线、减震、降低桥梁振动等技术手段，不仅可以降低振动和噪声，而且还可以降低自身重量和成本。此外，考虑到绿色和环保，6 号线减少钢筋混凝土的使用量。为了实现低碳环保、节能减排，建立了高性能太阳能发电系统。打造优质、可持续发展的轨道交通“深圳示范”。在云计算和大数据技术的大力支持下，实现了分布式云计算平台系统，成功建成10 号线。这是中国铁路行业首次使用云计算技术整合在全线应用再生制动能量回馈装置。同时，6 号线和10 号线开通5G 信号隧道的全覆盖。

5.5 我国城市轨道交通信号系统的发展趋势

信号系统是城市轨道交通的必要发展，是未来的趋势，是一条具有中国特色的发展道路。事实上，准移动闭塞和实体闭塞已满足中国目前城市轨道交通的信号需求。CBTC 对城市轨道信号系统的影响是巨大的，是助力城市发展的一环。城市轨道交通的实践对于促进轨道交通信号系统的发展具有重要意义。国家和省级相关部门应尽快制定城市轨道交通系统发展战略，推动和支持相关负责部门完成重要的研发任务。选择具有自主知识产权的列控信号系统，为国家科技创新项目提供政策选择。在列控制式时，城市轨道交通采取稳定的形式、梯队的结构，选择合适的系统，使我国城市轨道交通建设快速健康发展。随着科学技术的发展，信号系统成为一种更加先进、可靠、高效、智能的系统。