地鐵信號系統(tǒng)發(fā)展趨勢及功能區(qū)別研究

趙平

（成都地鐵運營有限公司四川 成都 610051）

地鐵信號系統(tǒng)發(fā)展趨勢及功能區(qū)別研究

趙平

（成都地鐵運營有限公司四川 成都 610051）

地鐵信號系統(tǒng)是能夠?qū)崿F(xiàn)一系列復(fù)雜功能的系統(tǒng)，在保證列車行車安全、高效運行過程中起著核心作用。隨著社會的發(fā)展、科技的進(jìn)步，地鐵信號系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)趨于成熟，各種地鐵信號系統(tǒng)在設(shè)計理念和功用等方面都越來越多的表現(xiàn)出了趨于差異化的特點。本文通過對地鐵信號系統(tǒng)現(xiàn)狀的分析（包括列車自動駕駛、自動監(jiān)督、自動控制等方面），簡單介紹了計算機、數(shù)字信號處理、自動控制等技術(shù)在現(xiàn)今的地鐵信號系統(tǒng)中的應(yīng)用，并且提出了自己的意見和建議。

地鐵信號系統(tǒng)；差異化；自動控制；應(yīng)用

1 地鐵信號系統(tǒng)發(fā)展概況

1.1 地鐵信號系統(tǒng)概念

地鐵信號系統(tǒng)在城市的地鐵軌道交通系統(tǒng)同中是一個至關(guān)重要的控制體系，地鐵信號系統(tǒng)集列車運行控制和行車指揮于一體，具有著不可替代的作用：保證列車快速、安全、高密度、有序運行的同時保證列車和乘客的安全；提高地鐵的服務(wù)質(zhì)量、運營效率以及運營安全等。

1.2 地鐵信號系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)況

在我國，隨著城市快速發(fā)展，日益嚴(yán)峻的交通問題越來越多的得到人們的關(guān)注。而地鐵作為解決交通問題的有效的辦法，地鐵系統(tǒng)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，呈現(xiàn)出井噴式的發(fā)展。從20世紀(jì)50年代開始，我國地鐵信號系統(tǒng)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)經(jīng)過了由原來的完全沒有技術(shù)和人才的時代到真正做到擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的時代。目前我們國內(nèi)運用較多的是在無線通信的基礎(chǔ)上開發(fā)的CBTC（列車控制系統(tǒng)）系統(tǒng)，在安全計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)以及使用DCS（無線車地雙向通信）系統(tǒng)、ATS（自動列車監(jiān)控子系統(tǒng)）、ATC（自動列車控制子系統(tǒng)）等系統(tǒng)來實現(xiàn)對地鐵列車運行的監(jiān)控、安全防護(hù)、操縱滿足運營需求。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)信息化是地鐵系統(tǒng)的最大特點，本文就此做簡單介紹。

2 地鐵信號系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 地鐵信號系統(tǒng)的核心

圖1為列車ATC控制系統(tǒng)的示意圖。ATC（列車自動控制）系統(tǒng)作為地鐵信號系統(tǒng)的的核心，主要由以下幾個相互交叉滲透的部分組成：CBI（計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)）子系統(tǒng)、ATO（列車自動駕駛系統(tǒng)）子系統(tǒng)、ATP（列車自動防護(hù)系統(tǒng)）子系統(tǒng)、ATS（列車自動監(jiān)控系統(tǒng)）子系統(tǒng)等。這幾個主要的系統(tǒng)構(gòu)成了一個強大的自動控制系統(tǒng)來實現(xiàn)實地控制與中央控制相互結(jié)合、地面控制與車上控制相互結(jié)合的功能，是地鐵信號控制系統(tǒng)的核心。

圖1

2.2 ATC系統(tǒng)各子系統(tǒng)功能介紹

上面已經(jīng)知道ATC系統(tǒng)有幾個相互滲透、不可分割的幾個子系統(tǒng)組成，下面就來對這幾個子系統(tǒng)做簡單介紹。ATP（列車自動防護(hù)系統(tǒng)）子系統(tǒng)是根據(jù)設(shè)定的安全——故障原則來實現(xiàn)對各列車之間間距監(jiān)控、列車安全門開關(guān)門的監(jiān)督、列車的超速防護(hù)、進(jìn)路的安全防護(hù)監(jiān)控的功能，以此來確保列車的安全運行和乘客的人身安全，是ATC系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的子系統(tǒng)。ATS系統(tǒng)是起到保證列車產(chǎn)生列車時刻表、實現(xiàn)自動調(diào)整運行間隔、保證列車按時刻表行進(jìn)、對列車的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)；ATO子系統(tǒng)的作用是實現(xiàn)列車在終點自動折返、列車到站后的自動停車、由站點出發(fā)時的自動運行等。

2.3 ATC系統(tǒng)的優(yōu)劣勢

當(dāng)下主流采用的ATC地鐵信號系統(tǒng)大體上能夠滿足當(dāng)下現(xiàn)狀中對行車密度、行車安全的要求。但其有自身的缺點：設(shè)備量大、包含設(shè)備的種類多、系統(tǒng)關(guān)系繁雜，系統(tǒng)的可靠性和安全性等方面還有許多需要完善的地方。相信隨著科技的進(jìn)步，ATC地鐵信號系統(tǒng)一定會成為更智能、更安全、更可靠的信號系統(tǒng)。

3 對ATC地鐵信號系統(tǒng)的要求

3.1 ATC地鐵信號系統(tǒng)的分類

地鐵的信號系統(tǒng)雖然在地鐵的車地數(shù)據(jù)傳輸方式、信息量和地鐵的控制方式上各有特色，大體上可以按如下分類，如圖2所示。

圖2

另外一種分類方法是按照各個信號設(shè)備實現(xiàn)的功能或者所處的區(qū)域來進(jìn)行的分類，按照這種分類方法，地鐵的額信號系統(tǒng)又可以分為：車站子系統(tǒng)、軌旁子系統(tǒng)、ATS（控制中心系統(tǒng)）系統(tǒng)和車載設(shè)備子系統(tǒng)等系統(tǒng)。

3.2 對ATC地鐵信號系統(tǒng)的要求

地鐵信號系統(tǒng)需要滿足以下要求才能實現(xiàn)安全運行：地鐵信號系統(tǒng)必須保證地鐵安全運行和乘客的安全、在監(jiān)控室中能夠?qū)θ康牧熊囘M(jìn)行監(jiān)控并且能夠?qū)崿F(xiàn)自動或者人工的調(diào)整控制、必須滿足行車和運營上的要求、滿足有超速防護(hù)的人工駕駛或者地鐵的自動駕駛、嚴(yán)格按照預(yù)定的運行圖（或者時刻表）進(jìn)行地鐵的運轉(zhuǎn)、具備必須的后備/降級控制模式。

4 地鐵信號系統(tǒng)故障對地鐵運行的影響

4.1 地鐵信號系統(tǒng)故障的嚴(yán)重性

地鐵信號系統(tǒng)故障有其獨特的特點：預(yù)見性較差、處理困難、影響大、種類繁多。所以地鐵信號系統(tǒng)故障一直是阻礙地鐵正常工作的因素，地鐵信號系統(tǒng)故障會造成地鐵乘坐舒適度降低、行車間隔大、造成晚點。如果系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備發(fā)生故障更可能會造成危及行車運營和乘客安全的重大事故。

4.2 應(yīng)對地鐵信號系統(tǒng)故障的辦法

地鐵信號系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障時，對地鐵信號系統(tǒng)故障降級是處理故障時常采用的方法，而地鐵信號降級模式也是一個地鐵信號系統(tǒng)優(yōu)略的一個重要的參考數(shù)據(jù)。地鐵信號系統(tǒng)故障降級模式主要有下面幾種：站間閉塞降級模式、聯(lián)鎖控制降級模式、以及CBTC通信故障下的點式ATP降級模式。雖然地鐵信號系統(tǒng)的故障降級模式已經(jīng)得到越來越多的應(yīng)用，但是故障降級模式也有其弱點：即與正常的地鐵運行模式相比較而言，這種方法會對行車的效率、行車的質(zhì)量具有一定的影響。

5 列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（ATS系統(tǒng)）

5.1 ATS系統(tǒng)概述

ATS系統(tǒng)是起到保證列車產(chǎn)生列車時刻表、自動調(diào)整運行時間、保證列車按時刻表行進(jìn)、對列車的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)，在城市地鐵信號系統(tǒng)中扮演著重要的角色。其核心的設(shè)備處于信號系統(tǒng)的大腦層，是一種集成度很高的指揮調(diào)度控制系統(tǒng)。地鐵信號系統(tǒng)的其它子系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信來實現(xiàn)和ATS系統(tǒng)的通訊，實現(xiàn)各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合和數(shù)據(jù)交換。在此基礎(chǔ)上共同協(xié)調(diào)作用在地鐵的運營列車和運營設(shè)備上，完成對整個地鐵系統(tǒng)的控制和管理。

5.2 地鐵信號系統(tǒng)ATS子系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成

如圖3為ATS子系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成圖，由圖中可以看到，一個完整的ATS子系統(tǒng)應(yīng)該由以下幾個部分組成：運營設(shè)備控制中心、車輛段、設(shè)備集中站、后備站以及其他工作站。除了以上所示這些部分外還有一個培訓(xùn)工作站也是至關(guān)重要的。培訓(xùn)工作站肩負(fù)著培訓(xùn)地鐵信號系統(tǒng)的維修人員的重要使命。培訓(xùn)工作站具有完整的培訓(xùn)設(shè)備（包括ATC模擬系統(tǒng)軟件，模擬系統(tǒng)軟件能夠仿真演示地鐵信號系統(tǒng)的功能），并且能夠?qū)π姓{(diào)人員在緊急情況下該如何操作信號系統(tǒng)起到培訓(xùn)作用，使地鐵工作人員能夠在地鐵信號系統(tǒng)故障后采取必要的措施和手段，避免出現(xiàn)重大的行車事故，減少經(jīng)濟損失。

5.3 ATS系統(tǒng)的功能

ATS系統(tǒng)主要有以下幾個功能：回放功能（在制定的時間內(nèi)重現(xiàn)地鐵信號設(shè)備的狀態(tài)和時間）、VR控制（VR系統(tǒng)的應(yīng)用實現(xiàn)了地鐵列車自動運行的調(diào)整）、時刻表、軌旁設(shè)備控制（辦理開放信號和基本岔路的控制和操作）、控制權(quán)的切換（地鐵信號系統(tǒng)的優(yōu)先級從高到底依次為：人工控制或現(xiàn)地控制、自動控制或中央控制）、行車控制（設(shè)置列車的運行等級和運行模式等）、列車的跟蹤及監(jiān)控功能（事實跟蹤和監(jiān)視運行列車，在中央控制室的監(jiān)控界面和操作界面上顯示）等功能。

圖3

5.4 中控室ATS系統(tǒng)人機界面

人機界面是ATS系統(tǒng)的重要組成部分，地鐵站人員根據(jù)人機界面中系統(tǒng)菜單等方式執(zhí)行ATS系統(tǒng)和完成其它對系統(tǒng)控制的操作，它具有以下幾個明顯的優(yōu)點：視覺直觀、操作方便、簡潔明了等。人機界面默認(rèn)顯示在工作站中的窗口：報警隊列、控制請求、軌道圖顯示窗口等。

6 地鐵信號系統(tǒng)的發(fā)展趨勢研究

6.1 地鐵信號系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

社會的發(fā)展、城市化的需求，有力的促使了地鐵信號系統(tǒng)的發(fā)展?？v觀國際上地鐵信號系統(tǒng)的發(fā)展，可以總結(jié)出地鐵信號系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，它主要體現(xiàn)在以下的幾個方面：①計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展促使單一的ATS系統(tǒng)必須向高集成化的綜合性強的地鐵信號控制系統(tǒng)發(fā)展；②網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展促使了地鐵信號系統(tǒng)的改變，逐漸形成了以通信為基礎(chǔ)的ATC地鐵信號控制系統(tǒng)；③伴隨著可靠性的提高、通信的安全性、和通信方式的多元化的實現(xiàn)，是地鐵信號系統(tǒng)正在往全程無人駕駛技術(shù)的方向發(fā)展。

6.2 地鐵信號系統(tǒng)全程無人駕駛的實現(xiàn)

要實現(xiàn)全程無人駕駛要保證以下幾個條件：通信的可靠性、通信的安全性和通信的速率。這種無人駕駛的地鐵列車運行模式是在不需要任何工作人員或者駕駛員的情況下運行的，而其類車的控制則由中央控制中心進(jìn)行直接管理。全程無人駕駛技術(shù)實現(xiàn)了人力的解放，從無人駕駛技術(shù)上節(jié)省下來的人力就可以更好為旅客提供旅客迫切需要的更好的服務(wù)，就能夠最大限度的提高資源的利用效率，自然而然的就實現(xiàn)了經(jīng)濟利益和運輸效益的提高。

7 總結(jié)

隨著城市化步伐的不斷加快和城市人口的爆發(fā)式增長，城市軌道交通地鐵系統(tǒng)在城市化的步伐中必將起著普通交通工具無法替代的作用，相應(yīng)的，對地鐵系統(tǒng)的運營能力和安全性能要求也將越來越嚴(yán)格。城市化的加快促進(jìn)著地鐵信號系統(tǒng)的發(fā)展，而地鐵系統(tǒng)的發(fā)展又將反哺城市化的發(fā)展。因此未來地鐵信號系統(tǒng)的發(fā)展方向是建立在基于通信的ATC地鐵信號系統(tǒng)、高度集成的地鐵運營控制系統(tǒng)之上的系統(tǒng)，相信地鐵信號系統(tǒng)會伴隨著技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)、計算機技術(shù)的發(fā)展而不斷完善。

[1]傅世善.閉塞與列控概論[M].北京：中國鐵道出版社，2013.

[2]李明華.鐵路信號基礎(chǔ)[M].北京信號基礎(chǔ)，2014.

[3]刁心宏.城市軌道交通概論[M].鐵道出版社，2012.

U231.8

A

1004-7344（2016）16-0120-02

2016-5-22

趙平（1985-），男，助理工程師，本科，主要從事地鐵信號工作。