城市轨道交通信号系统互联互通研究

2024-05-17陈彦熹

通信电源技术 2024年6期

陈彦熹

（贵阳市城市轨道交通运营有限公司，贵州贵阳 550081）

1 城市轨道交通信号系统互联

在新开地铁线路与既有线信号系统不一致的情况下，开展城市轨道交通信号系统互联互通研究具有重要意义。这一研究重点关注如何实现不同信号系统之间的协调和互联互通，以确保城市轨道交通的高效运营和安全[1]。在系统改造方面，研究着眼于既有线路的信号系统升级和改造，包括更新既有线路的信号硬件和软件，使其与新线路的信号系统兼容。同时，需要考虑如何进行平稳过渡，以最小化对现有运营的干扰和影响。

要想实现安全和可靠的城市轨道交通运营，要达到以下标准。第一，互操作性。不同线路和系统应具备互操作性，即能够有效地与其他系统进行通信和协调，包括列车运行、调度、信号控制以及紧急情况的处理等方面的互通能力。第二，标准化。采用行业内广泛接受的标准和规范，以确保不同系统之间的兼容性。标准化有助于简化工程建设和系统改造流程，降低成本，提高可维护性。第三，平稳过渡。在引入新线路或升级信号系统时，需要制定详细的过渡计划，以最小化对现有运营的干扰。平稳过渡涉及时间表的合理安排、列车运行的协调、系统改造的阶段性实施等内容。第四，安全性。确保信号系统互联互通不会损害列车和乘客的安全，包括信号系统的故障容忍性、备份、应急方案的准备等，以更好地应对可能的故障和紧急情况。

2 城市轨道交通信号结构系统

2.1 联锁系统

联锁系统是保证车辆行驶安全的核心要素之一。在车厢进出口和信息交换环节，连锁系统的可靠度对运输体系的工作效能与安全性能至关重要。该系统可以实时捕捉并分析车辆行进速率、位置等信息，并将结果反馈给其他车站，以便调整行车计划，确保行程的安全[2]。通常联锁系统会使用控制器局域网总线（Controller Area Network，CAN）网络架构，受外部环境的影响较小，因此站点之间的信息交互过程更加顺畅，能够有效避免安全隐患。联锁系统结构如图1所示。

图1 联锁系统结构

2.2 数据通信系统

数据通信系统在城市轨道交通中具有关键作用，负责传递列车运行期间产生的各类数据。在通信系统中，各子系统需要根据这些数据执行相关指令，以管理和监控列车整体情况。算法在通信系统中同样具有重要作用，是支持系统功能运行的基石。然而传统的算法在处理大量数据时效率不高，因此在未来的研究中，需要对相关的算法进行优化和改良，以保证数据通信系统的高效运作。列车通信系统如图2 所示。

图2 列车通信系统

2.3 列车自动监控系统

列车自动监控系统在信号系统中至关重要。例如，该系统能够依据火车行驶的数据识别火车的状态，且能在检测出问题的时候给出警告。自动化监测体系作为保障信号网络连接的关键元素，其任务在于将火车的信息实时传递给分析系统，以便对火车的行进情况做出综合性评估。自动化监测体系主要是依靠程序和行驶信息模式来处理数据，可以精确地抽取火车行驶的相关指标，以判定火车是否存在问题。

3 信号系统互联互通建设难点及问题分析

3.1 通信系统信号延迟

通信系统信号延迟是一个普遍存在的问题。这种延迟会对交通通信的质量和安全性产生多方面影响[3]。随着交通网络的不断完善和规模的扩大，将面临越来越多的挑战。

受信号延迟的影响，列车同步管理变得日益复杂，而精确确定列车位置，并对其进行实时控制是维持运输通信顺畅的关键。由于传统的信息传输方式通常会产生一定程度的延迟，因此可能会使列车的位置与实际运行情况不能即时反馈到操控环节。当大量火车同时行驶时，信号延迟可能会引发交通事故，这可能是因为工作人员没有足够的反应时间。此外，目前使用的信号系统难以保证数据传递的稳定性。系统一旦接收到信息，通常需要经过多轮验证才能实施相应的命令。这不仅增加了列车运行的不确定性，还可能导致运行计划陷入混乱。

3.2 网络安全问题

城市轨道交通信号系统的网络安全是至关重要的。早期的信号设施通常依赖于国外开发的管理软件，而后期建立的部分则采用我国提出的解决方案。受编程源头与专利因素的影响，这2 个部分未能有效地整合在一起，而是各自独立运行。由于2 个体系之间的兼容度不足，且其中潜藏着不少的安全隐患，严重威胁着网络安全[4]。如果黑客利用这些安全漏洞侵入交通信号系统，可能会造成全城地铁网络停摆。

3.3 信息共享不理想

轨道交通中的信号系统主要负责信息共享，从而对所有线路上的列车运行情况进行调整和管理。我国现阶段的轨道交通信息共享体系尚未完全成熟，存在的问题影响着通信的效率和稳定性。目前，列车的运作信息一般由多项系统协同操作。此方法存在一个显著的问题，如果信息在传输过程中出现失误，可能会导致信号系统入瘫痪，使列车行驶的表现无法达到预期目标，进而降低城市轨道交通资源的使用效益。

4 轨道交通互联互通工程的实施对策

4.1 信号转化技术

信号转换技术的职责在于对各种形式的信息进行格式的调整与转变，便于各管理模块及其下属分支之间的信息交流。目前，我国众多城市的基础交通设施采用多种类型的信息管理平台，并针对特定的数据格式进行了优化。但若这些数据的格式不能保持一致，则无法顺利地在各系统间进行传输，进而导致整体网络断层[5]。而信号转换技术的核心任务在于调整信息形式，经过一致性的平台来处理数据，使不同系统之间能够顺利地进行信息交流。

4.2 5G 通信技术

在城市轨道交通领域，5G 通信技术主要用于解决信息传输的延迟问题，对城市轨道交通运营有重大影响。目前，5G 通信技术已经相当完善，其采用独特的密码算法以确保信息的可靠性、安全性、高速性及准确性，已成为城轨交通信号体系的关键组成部分。未来，将重点研究如何减少因时延而产生的错误。为满足这一需求，相关研究人员必须积极推进基于5G的新一代无线网的研究与开发工作，并量身定制城市铁路专用的5G 站点。随着先进科学技术的不断发展进步，我国的公共交通运输设施将变得更加平稳有序，从而提供更为安全、便捷的出行体验。

4.3 数据处理技术

目前，数据处理系统通常由3 个关键部分组成，即计算机网络系统、网络传输系统及数据处理服务器，每个部分都担负着不同的任务。

第一，计算机网络系统能够提供基础的服务功能，允许管理人员在平台上选择特定的服务。根据算法需求，系统提供相应的服务，有助于管理人员更有效地监控和管理列车的运行。第二，网络传输系统负责数据的传输和交换。该系统可以确保数据在不同的系统和部件之间流通，以进行信息共享和处理。第三，数据处理服务器是整个信号系统的核心[6]。信号其实是一种数据，信号经过数据处理系统处理后，会变成特定的指令。这些指令在发布后，子系统能够接收并执行他们，从而实现对列车运行的集中管理。数据处理技术不限于大数据技术，还包括人工智能技术的应用。因此，管理人员可以根据列车的运行状况调整其运行方式，从而确保列车运行的顺畅和高效，以应对复杂的运行环境和变化。