城市轨道交通信号系统新技术发展前景

文/孙守胜

近年来，我国一直致力于城市现代化建设中，强调区域经济一体化和协同化发展，而城市交通网络建设，则是为区域一体化发展奠定了扎实基础，有利于促进城市经济的大力发展。城市轨道交通信号系统建设是当前交通建设中的重要组成部分，其能保证列车的有序运行，维护列车运行的安全性。这是一个高效的自动化系统，具有综合性，而且此系统的运行效果将直接影响列车的运输效率，必须予以高度重视，不容忽视。随着科学技术的高速发展，城市轨道交通信号系统技术也随之不断创新，尤其是在计算机信息技术的应用下，更是迎来了新的机遇，在未来的城市轨道交通信号系统建设中，应当重视系统的智能化建设，旨在实现互联互通，做好顶层设计，以完善城市轨道交通信号系统。

1 城市轨道交通信号系统的相关内容

城市轨道交通信号系统，主要负责调度派遣列车，掌控列车运行行程，对列车的实际运行情况进行检测，也包括了系统运行中的各项数据，需要对其进行有效控制和整理，为列车的正常运行提供安全保障。基于现代计算机信息技术，列车可以实现自动运行，实施信号点式或连续式传输，可在监控下进行双向控制，使列车能自动化控制各项系统。

2 城市轨道交通信号系统新技术的应用

2.1 全自动驾驶FAO新技术应用

全自动驾驶指的是城市轨道交通列车采用全自动驾驶系统，提高列车运行安全性，尽量降低列车运输成本，是一种全新的技术应用。此系统的运行流程是列车自动唤醒，上电进行自我检查，检查无误后自动出轨，运行过程中转换轨道，进入正线并升级CBTC，实现载客运营，到达终点后再折返，继续运营。当天运行完成后，上传运营数据并记录，进行自动断电休眠。

全自动驾驶FAO可分为两种模式，一种是DTO模式，指的是没有列车司机，但有人值守，只有在列车运行中出现异常时才由人工干扰；另一种是UTO模式，这种自动化驾驶是无人模式，由列车自行运作，通过信息监控系统、信号系统等来控制列车，解决列车运行中出现的异常情况，以保障列车的安全运行。大部分突发状况，UTO自动驾驶系统都能有效应对。

全自动驾驶系统中应用的关键技术主要有以下几种：一是联动功能。此功能能通过各项系统来有效把控整个地铁运营状况，对列车运行进行全方位的监管和控制。以列车上电自检和唤醒为例，联动功能的应用流程是先按照规定的计划来启动唤醒列车，进行CCTV推送PA广播联动，远程发出上电指令，根据区域分类来进行上电，ATS发出唤醒命令，车辆升弓，车载唤醒，做好车辆设备和信号系统的自动检查工作，检查SPKS和库门，需要进行静态测试，包括对车门、制动、空调、照明、牵引等测试，之后便要开展向前后跳跃和鸣笛等动态测试。VOBC将唤醒过程中每个设备的系统状态报告给TIAS，以成功唤醒列车。二是自动化功能。主要是于信号CBTC系统上增设新设备，此自动系统的增加能够使列车正线运行，实现整个运营阶段的自动化，无需人工发动车辆或是清理乘客，而且车辆段也能够进行自动化运行，有效应对和处理运行中的突发状况；三是冗余技术。将冗余技术应用车载系统和地面系统化中，配备完善的硬件设备，如车载系统中的速度传感器，地面系统中的继电器等。四是软件系统升级。相较于传统的自动驾驶系统来说，当前所使用的系统功能性更强，具有一定的复杂性，为有效运行自动化系统，应当更新相应的软件，优化顶层设计，以为系统的运行提供稳定保障。

2.2 城市轨道交通信号系统互联互通

城市轨道交通CBCT系统是当前主要应用系统，此系统的互联互通，指的是不同厂商的列车，能够在不同厂商的轨道设备线路上运行，其目的在于打通整个城市轨道交通网，系统化运营，实现城市轨道运营数据共享。随着科学技术的不断更新，在未来城市轨道交通信号系统的发展中，要朝着互联互通方向发展，首要条件便是建立标准化的信号系统，制定系统规范，可从以下方面着手：一是要统一规定系统中的各项功能和架构，规范互联互通接口，遵循一致的轨道设计和安装原则，在界面设计上也应当保持一致，以便于调度员操作。

城市轨道CBCT系统互联互通应当从技术、车地接口、地面设备接口、外部接口和测试等方面来予以规范。技术规范需要明确系统设计的总目标和技术要求，统一系统架构，做好功能分配，规范车载电子地图；车地接口规范应当从应答器和连续通信协议两方面着手；地面设备接口规范需要考虑到不同接口的协议，如CI与CI接口、MSS与MSS接口等；外部接口规范包括了信号系统与CCTV接口、与无线接口等规范；测试方面则需要规范互联互通测试验证技术，包括点式部分和CBCT部分。除以上建设条件之外，为实现城市轨道交通互联互通，还应当从多方面进行考虑，比如轨道信号系统自身通信协议，车辆管理、牵引供电和运营条件等。

2.3 基于车-车通信的新型CBTC系统

在未来的发展过程中，车-车通信的新型CBCT系统，将逐渐取代车-地通信的CBTC系统，新的CBCT系统所需要的轨道旁设备建设量比较小，而且涉及到的系统接口协议也并不多，能够简化复杂的协同，具有较高的集成度。车-车通信这种CBCT系统，可保障列车的正常运行，根据实际需求变化出多种运输方案。

车-车通信这种新型的CBTC系统中不再需要计算机连锁子系统CI，只需要对轨道旁站台门和信号机等设备进行管控，而且在通信方面，主要是利用VOBC来接收信息。后一辆列车可以与前一辆列车进行无线通信，了解前一辆列车的实时位置，并根据当前列车的移动来进行相应的计算，确保列车运行的安全。

基于车-车通信的新型CBTC系统，具有以下优势：一是其包含了车-地CBTC系统中的所有功能，能够有效的控制列车运行，并且可将所有的系统进行有效结合，加强系统之间的联系，处理好系统中的各项数据，减少系统复杂度。信号系统网络不再需要承载过高的负荷，在处理信息数据上更加快捷，具有强大的系统网络功能；二是在车-车通信新型CBTC系统中，不再有ZC、CI子系统，这大大减少了信号系统中的接口数量，简化了系统运行流程，设备空间不再拥挤，与此同时，对于信号系统的维修也要比过去更为方便，所消耗的维修费用也逐步减少；三是缩短了车与地的交互时间，系统的控制反应能力更强，反应时间更短，这有效的提高了信号系统的运行效率；四是车-车通信新型CBTC系统，增加了车辆与车辆之间的互动，能够及时了解前车辆的移动位置，并根据自身列车运行状况来进行计算，调整列车速度，控制好列车的运行状态，以提高运行安全性。

3 城市轨道交通信息化建设的发展前景

为了推动我国城市轨道交通的大力发展，应当朝着城市轨道交通信息化建设方向发展，这也成为我国城市轨道交通发展过程中的迫切问题。在城市轨道交通的六大系统中，信号系统是其重要组成部分，也是最大的子系统之一，就目前而言虽然城市交通轨道信号系统建设取得了不错成效，但是在信息建设方面还是存在着一定的问题，比如说信息系统整体架构还比较落后，不具备现代性，难以提高系统运行效率，而且信息之间的交互并不紧密，存在信息孤岛现象，在基础设施建设方面不够集中，并没有充分发挥网络资源的作用，更有甚者大量浪费了资源，在安全方面的管理还不够严格，运行和维护体系不健全，缺乏标准化管理，没有制定规范而统一的要求，以致于城市轨道交通信号系统的运行效率不高。面对这些问题，基于互联网背景，应该充分发挥计算机信息技术，将其有效应用于城市轨道交通中，利用信息技术来改造信号系统，提高信号系统的运行效率，并使其逐步走向智能化和信息化，以保障城市轨道交通的长远发展。

在设计城市轨道交通信息化建设总体架构的时候，可以从六个方面来设计：

（1）设计感知层，这部分的功能主要是进行信息采集，通过感应器等设备，利用现代射频和蓝牙技术，来识别物体；

（2）设计网络层，这一部分主要是加强系统中信息的有线交流和无线交流，提高系统交互效率，使系统间的数据传递更快；

（3）设计数据层，这部分主要是将系统中的各项数据都集中在一起进行管理，针对不同的业务来提供相应的数据信息，以保障城市轨道交通信号系统的正常运行；

（4）设计平台层，这一层有效应用了大数据技术，创建云计算平台，科学而快速地处理各项数据信息，保障信息数据的安全行，并逐步实现信息数据共享；

（5）设计应用层，这一层主要是负责列车的运营，除了生产指挥工作之外，还设计到乘客服务和企业管理部分，包括了基本建设和管理的各大业务；

（6）设计展示层，这一部分主要是建立城市轨道交通门户网站，以供内部和外部进行访问。

可将城市轨道交通系统分为两大体系，一是建立完善的技术标准规范体系，目标在于实现技术管理标准化，为信息平台的建设提供技术支持，规范系统中的各项接口协议恶化数据格式，确保系统运行的规范性；二是建立健全的网络信息安全体系，城市轨道交通信息系统的建设，需要强大的信息安全保护，应当从平台、数据、通信、应用和管理等各个方面，来维护信息系统的安全性。

4 结束语

二十一世纪是一个信息化时代，自动化技术和智能化技术大力发展，被广泛应用于各大行业中，在城市轨道交通信号系统建设中，应当根据时代发展需求，来不断地革新系统技术，充分发挥现代计算机信息技术的作用，引领城市轨道交通信号系统走向智能化和全自动化，利用大数据技术来有效获取信息和处理信息，实现数据共享。这些新技术的应用，为人们的生活带来了巨大改变，也将成为城市轨道交通信号系统的未来发展方向。可加强对城市轨道交通信号系统新技术发展的研究，使其技术更加成熟，便于推广和应用，这有利于引发一场城市轨道交通技术变革，符合时代发展需求，而且能为智慧城市轨道交通的实现奠定扎实基础，具有重要意义。

更正

兹有施传新、谢志林、楚黄维、蓝文涛同志发表在《电子技术与软件工程》杂志2019年10月下半月第182-183页中《基于数据挖掘的在线审计模型设计》一文，原文第三作者姓名“楚黄维”更正为“黄楚维”，单位“广西电网有限责任公司南宁供电司”更正为“广西电网有限责任公司南宁供电局”！

《电子技术与软件工程》编辑部

2019年12月