通信技术的交通信号控制系统研究

秦婷婷

（江西路通科技有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

当前我国发展汽车保有量不断增加，使城市内的交通拥堵变得愈发严重。城市交通轨道信号控制系统设计和应用能够缓解城市交通拥堵的问题，提高道路交通通行效率和质量。在交通信号控制系统中使用5G 无线通信技术，能够达到立体化、规模化、高效率的要求，不仅能够解决城市拥堵问题，还能够缩短列车行驶间距，提高车辆通行效率。对交通信号控制系统的应用内容进行分析、明确通信技术的应用方法，对提高交通通行的质量有很重要的帮助。

1 城市轨道交通信号系统的发展情况

城市轨道交通信号系统经过长时间的发展，通过改进人工控制、设备控制，信息系统控制，形成了完善的安全信息系统。现代轨道交通信号系统应用与传统机械、电子信号设备有着很大差异，该系统包含车站信号、进路信号、列车控制技术、通信信号、列车自动调度技术等，属于非常完善的安全跟踪系统。以往的铁路信号系统功能较为单一、分散控制、独立运行效果较差，而现代信息技术的应用，逐步形成完善的大型集成信号显示系统，并通过应用集中部署、数据通信等系统，构建出完善的安全系统。

当前我国很多大型城市内的铁路无线通信系统有如下几种：无线AP、漏缆传输、感应回路。无线AP系统建设成本较低，安装作业较为方便，且传输距离较长，但受外界因素影响较大。漏缆传输方式的稳定性较高，其他因素干扰性不强，能够实现较大范围内铺设应用，但是目前没有达到列车与车站的双向传输。CBTC 系统是目前我国主要信号系统维护基础，利用城市轨道交通工作内容对列车调度使用，准确记录列车运行状态、运行数据等。

列车安全技术、媒体信息技术应用到轨道交通系统内，不断进行信号点式和连续传输、列车与车站双向传输，满足系统运行和控制的要求[1]。

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

无人驾驶也就是全自动化驾驶技术，是在城市轨道系统内增加自动驾驶系统，保证列车运行的安全性，降低运行成本。自动驾驶通行时，列车会自动唤醒，开启全面自检，合格后即可运行到终点。每次循环完成后，车辆行驶的各项数据信息传输到铁路系统内，并快速进入到自动休息状态。轨道交通全自动化模式包含DTO 模式、有人值守模式、UTO 无人值守模式。UTO 无人值守模式能够保证系统自动化运行，解决列车中传感器异常情况，达到系统稳定运行的效果。运行模式概述如下：

首先，采集全部轨道交通通行数据信息，对整体运行状况实施监控和管理，结合运行情况对列车通行进行控制。列车性能自我控制与唤醒是耦合，根据计划方案开展，给远方发射信号，通过核心处理器实现多种硬件信号的命令传输，列车和ATS 系统会监控唤醒。

其次，利用数据通信系统、信息网络系统以及其他系统协调运行，落实整体监测和控制。在无人驾驶系统运行中，应采取静态试验的方式对前、后锁闭以及管道等进行动态性试验检测，如车门、制动器、空调、照明等系统。

最后，车辆自动化运行，随时掌握突发情况，做好系统全面管理。车辆系统、地面系统都会应用冗余技术，车辆系统能够完成传感器与继电器等运行，并构建出完善的监管体系，发挥出无人驾驶技术的优势，达到安全性标准[2]。

2.2 轨道交通信号系统互通互联

合理应用人工智能技术，轨道交通信号系统能够达到互联互通的效果。列车交通信号中互通互联的物联网系统，转变传统单一厂商的ATC 设备通信，使列车、车站、站点资源共享应用，使调度与运行更加顺畅。这一系统的连接应用，使多个厂家的列车在不同厂家的铁路上运行。互通互联的实现，要通过先进通信技术，发挥出CBTC 系统的优势，实现车辆与车站双向通信。因为不同厂家CBTC 系统数据传输接口有差异，不能保证车辆运行，无法达到CBTC 系统通信的要求，不能满足互联互通的效果，所以，互联互通系统的运行要有明确的标准，统一功能和基础，确保系统达到正常运行标准，最终实现万物互联，给轨道交通智能化运行提供基础[3]。

2.3 车—车通信的轨道交通信号系统

在今后的长期发展中，随着车辆与站点通信模式的发展，CBTC 系统将不断应用到实践中。通过CBTC 系统实现系统通信，确保列车和地面点稳定传输信息，数据传输效率和质量不断提高，保证列车的安全性。同时，CBTC 系统是车辆自动行驶的基础，在列车通行时，能够提高传输信号的质量，管理和维护的成本较低。通过提升列车系统性能，落实灵活调整，使安全数据可以稳定地双向传输。应用CBTC 系统后，不需要应用计算机控制的联锁系统CI，只需要进行站台门和轨道的信号机控制即可。对车—车的通信信号系统应用CBTC 系统后，快速地使列车控制器与列车ATS 监控系统增加算法，改变传统通信模式，达到信号智能化控制的效果，其他车辆可以快速确定实时位置，计算确定车辆速度、制动曲线，提高车辆系统站点准确性[4]。

3 系统软件设计

系统框架设计需要了解系统组成部分，其中列车信号控制子系统对系统线路进行合理的布置，对列车通行时间做出合理的调整，及时掌握问题，最终满足使用要求。在系统中，通过应用UDP/IP 协议实现系统控制，也需要利用信号系统达到系统功能的要求[5]。

3.1 无线通信程序

在该系统设计环节，以套接字作为主要的技术内容和形式，使软件通信功能的效果和系统功能得以实现。目前来说，所应用的套接字包含以下两种类型[6]：

3.1.1 数据报套接字

数据报套接字是应用比较普遍的套接字形式，具备无连接的特点，应用双向数据流记录的方式，但是不能确保信号传输到达到安全的要求，也不能按照某个顺序传输。

3.1.2 数据流套接字

数据流套接字不能记录双向数据流边界，但是能够确保信号传输达到稳定、有序的要求。目前所应用的套接字多是服务器/客户端类型，根据系统设置的数据，合理划分和使用，包含客户端与服务器两个部分。应用服务器之后，可以稳定连接等待状态的客户端，把请求信号直接输入到服务器一端，再通过服务器一端将反应后的信号传输到客户端[7]。

3.2 列车自动监控子系统

列车自动监控子系统是将数字信息内容应用5G通信系统发射出去，并利用5G 通信数据车载信息标识掌握系统的列车通行信息，同时掌握列车行驶速度、临时位置信息、自动监控系统等。监控系统包含下述几个部分：车载单元、雷达单元、MMI 单元等。

车载单元包含通信、应答器等部分，该结构的作用是测定列车行驶速度、行驶位置，对车辆进行参数的自动化监控，管理人员可随时掌握列车的通行状态，根据实际情况做出改进和调整，促进列车的安全性。雷达单元是以雷达技术作为基础，快速测定列车行驶速度，根据需要进行列车稳定状态检测。而应答器是重要的通信部件，为整个系统提供通信道路，达到信息共享和使用的要求。MMI 单元是目前最常见的人机交互界面，列车驾驶人员能够及时了解列车的状态信息，通过自检确定列车是否存在故障，一旦发生异常，系统会自动进行转换使用，保证行驶的稳定性、可靠性，避免列车行驶中发生安全事故[8]。

3.3 列车自动驾驶子系统

合理使用列车自动驾驶子系统，能够达到自动化运行的标准和要求。系统利用计算机发送指令，控制列车的启动、牵引、制动等动作，随时监测系统情况，根据系统的实际情况做出调整，保持列车处于正常的速度、状态，准点到达目的地。该系统的工作原理如下：通过速度算法实现信号的传输和控制，自动化执行系统发送的牵引指令、制动指令，随时根据需要调整列车状态，符合自动化的要求。

3.4 列车信号控制子系统

列车在正常行驶的过程中，自动化控制必须通过信号来实现，所以信号控制子系统是重要的组成部分，由轨旁设备与车载设备构成。列车自动化控制子系统能够实现系统运算和控制，把列车在行驶环节的信息传输给控制系统，结合行驶位置信息，快速完成自动化控制。同时，利用信号系统可以给自动驾驶系统传输数据信息，再通过列车信号控制子系统进行核心存储单元的控制，应用这一核心单元给自动监控子系统、列车自动驾驶子系统传输信号，再根据列车位置信息发出指令，随时掌握变化信息。

在位置信息中，固定信息是道岔位置、信号机位置、线路坡度、车站位置等信息，变化信息是列车速度、牵引力、制动力等。这些信息能够反映出列车的实际情况，加强控制才能满足实际使用的要求。此外，利用列车自动监控子系统与自动驾驶子系统，可以实现信息交换和使用，将全部信息存储到系统内，技术人员通过对比这些信息，掌握列车行驶的情况，分析是否存在故障，保证车辆安全，提高系统控制能力和水平。列车监控子系统给列车自动驾驶子系统传输稳定、可靠的信息，如位置信息、通行方向、停车授权等，并利用信号控制系统将获取的信息调整为信号命令，从而掌握列车的通行状态、故障信息，运营管理者能掌握列车通行情况，保证列车行驶的安全性[9]。

4 交通信号控制系统发展趋势与发展建议

4.1 发展趋势分析

我国城市化高速发展，轨道交通系统建设和运行能够缓解交通路段拥堵的情况。采取人工智能+5G信息化技术，轨道交通信号系统传输速度加快，运行更具稳定性与安全性，还能满足无人驾驶的要求。在具体使用中，信息化建设有很多问题存在，应进一步改革与完善。轨道交通信号系统是目前列车控制的关键系统，如果基础建设和标准缺乏统一性，将造成信息利用率下降，资源浪费严重，且不能达到规范化、标准化管理需要。因此，轨道交通系统未来发展趋势如下：

第一，增加感知层。利用高频、蓝牙技术、传感器等设备获取信息，快速识别外部物体，达到智能控制效果，防止存在风险。

第二，提高网络层。通过系统内部实现有线通信、无线通信，实现信息和系统交互使用，促进数据快速传输。

第三，增强数据层。数据层进行系统联合管理，把数据传输给相关部门和单位，使系统可以稳定运行。

第四，增加平台层。利用大数据技术，创建云计算平台，有序处理数据信息，提高信息数据安全性，达到信息交互性要求。

第五，提高应用层。通过列车的运行、制造订单等，加强公司管理，提高管理水平。

第六，完善展示层。城市轨道交通用户进行互联互通，使内部、外部访问更加便利，系统运行效率提升[10]。

4.2 发展建议

城市轨道交通信息系统未来的发展，应从下述几个方面出发进行：

第一，感知层。该系统传感器元件数量较多，利用合理技术获得大量信息，实现系统控制。

第二，网络层。通过有线、无线实现信息传输和共享，提高通信水平。

第三，数据层。该层的作用是处理全部数据信息，给每个子系统提供必要的数据支撑。

第四，应用层。包含生产、服务、管理等部分，包含整个系统的运行情况，构建出符合城市轨道系统运行需要的轨道交通网络体系，便于内部通信和外部人员访问。

只有全面落实信息技术的应用，建设完善的信息系统，创新信号控制系统，才能使城市轨道交通系统运行更加稳定、安全，实现无人驾驶，为交通事业发展做出贡献。

5 结语

综上所述，随着现代社会科学技术发展，5G 无线通信技术成为新技术的代名词，将该技术应用到轨道交通信号控制系统内，能够提高系统的工作效率，改善系统功能，保证系统的安全性与可靠性。未来发展中，加强先进通信技术的应用，融入计算机、网络系统，可以监测列车的行驶动态，达到智能化监控与管理的效果，为列车监控与管理提供良好基础。由此可见，通信技术的应用有非常广阔的前景，在交通信号控制中优势明显，必然会取得更大的成绩。