截至2017年12月31日，我國(guó)開(kāi)通運(yùn)營(yíng)城市軌道交通的內(nèi)地城市已達(dá)31個(gè)，運(yùn)營(yíng)線路總長(zhǎng)度達(dá)到4 396.7 km，開(kāi)通運(yùn)營(yíng)線路139條，運(yùn)營(yíng)車(chē)站2 899座；其中上海以628.3 km的運(yùn)營(yíng)里程排名第一，北京以591.7 km排名第二，依次為廣州、深圳、南京。全國(guó)城市軌道交通的快速發(fā)展必然涌現(xiàn)各個(gè)專(zhuān)業(yè)新技術(shù)的運(yùn)用，帶動(dòng)了列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)控制技術(shù)（信號(hào)系統(tǒng)）的不斷進(jìn)步。隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，信號(hào)系統(tǒng)的“運(yùn)行命令信息”傳送，已由“軌道電路”發(fā)展為“無(wú)線通信”。下面以上海軌道交通為例，對(duì)城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展歷程做一個(gè)分析。

1 早期的信號(hào)系統(tǒng)模式

上海軌道交通1號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)采用的是當(dāng)時(shí)最為先進(jìn)的“基于速度信息的列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)控制（ATC）系統(tǒng)”，也是全國(guó)城市軌道交通線路第一次采用完整的ATC系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控（ATS）、列車(chē)自動(dòng)防護(hù)（ATP）、列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行（ATO）三個(gè)子系統(tǒng)。ATC系統(tǒng)的“速度命令信息”是三個(gè)子系統(tǒng)中最為重要的ATP防護(hù)信息，通過(guò)“軌道電路”傳送。也就是說(shuō)，將線路電氣分割成不同長(zhǎng)度的軌道區(qū)段，每個(gè)軌道區(qū)段的出口端是軌道電路的發(fā)送端口，平時(shí)軌道電路發(fā)送軌道電路的“檢測(cè)”信息，軌道區(qū)段入口端收到“檢測(cè)”信息，證實(shí)該軌道區(qū)段空閑；列車(chē)進(jìn)入該軌道區(qū)段后，軌道電路列車(chē)入口端接收不到“檢測(cè)”信息，證實(shí)列車(chē)已經(jīng)占用該軌道區(qū)段；這時(shí)軌道區(qū)段的出口端改發(fā)“速度命令”信息，該命令信息指示列車(chē)抵達(dá)軌道區(qū)段出口端的最高速度。這些信息都是通過(guò)“模擬電路”實(shí)現(xiàn)的。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，上海軌道交通2號(hào)線采用了數(shù)字軌道電路，ATP子系統(tǒng)向列車(chē)傳送的是“速度+距離”的信息；上海軌道交通3、4號(hào)線也采用了數(shù)字軌道電路，其傳送的ATP信息是列車(chē)運(yùn)行進(jìn)路的“地圖（奇點(diǎn)）信息”。一般將基于數(shù)字軌道電路的ATC系統(tǒng)歸于“準(zhǔn)移動(dòng)閉塞”之列。

ATS子系統(tǒng)是列車(chē)運(yùn)行的控制、監(jiān)督設(shè)備；基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的ATS子系統(tǒng)，由控制中心的ATS設(shè)備（CATS）、聯(lián)鎖集中站ATS設(shè)備（LATS）和車(chē)載ATS設(shè)備組成。主要完成列車(chē)的調(diào)度和跟蹤、運(yùn)行時(shí)刻表的調(diào)整控制和監(jiān)督、列車(chē)進(jìn)路的控制和表示、系統(tǒng)狀況及報(bào)警信息的顯示和記錄，以及統(tǒng)計(jì)匯編、系統(tǒng)仿真和診斷。當(dāng)列車(chē)處在ATO操作模式下，車(chē)載ATO子系統(tǒng)才能發(fā)揮作用，子系統(tǒng)自動(dòng)履行司機(jī)操作功能，自動(dòng)完成列車(chē)的加、減速等速度調(diào)節(jié)控制，自動(dòng)完成列車(chē)在車(chē)站的程序?qū)ξ煌＼?chē)，實(shí)現(xiàn)列車(chē)車(chē)門(mén)和站臺(tái)屏蔽門(mén)的聯(lián)動(dòng)。

ATC系統(tǒng)是我國(guó)早期運(yùn)用的列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要模式。從閉塞的概念分析，上述模式都可以歸屬于“準(zhǔn)移動(dòng)閉塞”的范疇，后續(xù)列車(chē)與先行列車(chē)之間的行車(chē)間隔都與“閉塞分區(qū)”的劃分有關(guān)。也就是說(shuō)，后續(xù)列車(chē)與先行列車(chē)不可能運(yùn)行在同一個(gè)閉塞分區(qū)，后續(xù)列車(chē)必須確保在先行列車(chē)所占用的閉塞分區(qū)的分界點(diǎn)前停車(chē)。

2CBTC信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)用發(fā)展

移動(dòng)閉塞是縮小行車(chē)間隔、提高行車(chē)效率的有效途徑。采用移動(dòng)閉塞，列車(chē)運(yùn)行的安全保證不再依賴(lài)軌道電路的劃分，因此不需要設(shè)置軌道電路；而是基于列車(chē)與地面的雙向通信，后續(xù)列車(chē)與先行列車(chē)之間始終保持的距離是制動(dòng)距離+動(dòng)態(tài)安全保護(hù)距離。移動(dòng)閉塞系統(tǒng)相比原有的ATC系統(tǒng)，可以縮小列車(chē)之間的行車(chē)間隔；車(chē)-地之間的信息交換不再依賴(lài)于軌道電路；控制中心掌握在線運(yùn)行各次列車(chē)的精確位置和速度，列車(chē)位置由列車(chē)自動(dòng)測(cè)定；列車(chē)與控制中心之間保持不間斷的雙向通信；不同編組（不同長(zhǎng)度）的列車(chē)，可以以最高的密度運(yùn)行于同一條線路；信號(hào)系統(tǒng)從以硬件為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，向以軟件為基礎(chǔ)的系統(tǒng)演變?；谕ㄐ诺牧熊?chē)運(yùn)行控制（CBTC）系統(tǒng)，便是支持移動(dòng)閉塞的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)。CBTC系統(tǒng)不僅適用于新建的各種城市軌道交通線路，也適用于舊線改造、不同編組列車(chē)以及不同線路列車(chē)的跨線運(yùn)行。

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，尤其是無(wú)線通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的迅速發(fā)展，以及信號(hào)系統(tǒng)的冗余、容錯(cuò)技術(shù)的不斷完善，在信號(hào)這個(gè)傳統(tǒng)領(lǐng)域，為CBTC系統(tǒng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。CBTC系統(tǒng)已逐漸被信號(hào)界所認(rèn)可，基于感應(yīng)環(huán)線通信的移動(dòng)閉塞CBTC系統(tǒng)先在城市軌道交通得到運(yùn)用；其后基于無(wú)線（Radio）通信的虛擬閉塞CBTC系統(tǒng)得到推廣，并將成為今后城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展方向。

上海軌道交通8號(hào)線決定選用CBTC技術(shù)，這一決定對(duì)于推動(dòng)我國(guó)城市軌道交通CBTC的發(fā)展無(wú)疑有著積極的意義。CBTC系統(tǒng)是通過(guò)無(wú)線通信方式（而不是軌道電路）來(lái)確定列車(chē)位置和實(shí)現(xiàn)車(chē)-地雙向?qū)崟r(shí)通信，自動(dòng)控制列車(chē)運(yùn)行的信號(hào)系統(tǒng)。列車(chē)上的車(chē)載控制器，通過(guò)探測(cè)軌道上的應(yīng)答器，查找這些應(yīng)答器在數(shù)據(jù)庫(kù)中的方位，以此確定列車(chē)絕對(duì)位置；而且列車(chē)本身自動(dòng)測(cè)量、計(jì)算自前一個(gè)探測(cè)到的應(yīng)答器起已行駛的距離，來(lái)確定列車(chē)的相對(duì)位置。列車(chē)車(chē)載控制器，通過(guò)列車(chē)與軌旁設(shè)備的雙向無(wú)線通信，向軌旁CBTC設(shè)備報(bào)告本列車(chē)的精確位置。軌旁CBTC設(shè)備根據(jù)各列車(chē)的當(dāng)前位置、運(yùn)行方向、速度等要素，同時(shí)考慮列車(chē)運(yùn)行進(jìn)路、道岔狀態(tài)、線路限速以及其它障礙物的條件，向所管轄的列車(chē)發(fā)送“移動(dòng)授權(quán)極限”，即向列車(chē)傳送運(yùn)行的距離、最高的運(yùn)行速度，從而保證列車(chē)間的安全間隔距離。

CBTC信號(hào)系統(tǒng)得到廣泛運(yùn)用，而且已有多個(gè)城市軌道交通線路決定選用全自動(dòng)運(yùn)行。北京機(jī)場(chǎng)線、上海軌道交通10號(hào)線等均采用全自動(dòng)駕駛技術(shù)建設(shè)，但其核心技術(shù)仍由國(guó)外引進(jìn)。北京燕房線為我國(guó)首條自主研發(fā)的全自動(dòng)運(yùn)行示范線路，標(biāo)志著我國(guó)軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)不再依賴(lài)進(jìn)口。

3 城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)發(fā)展建議

上文回顧了城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展歷程和技術(shù)特性，現(xiàn)就新時(shí)期業(yè)界所關(guān)心的城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)發(fā)展的一些議題，談點(diǎn)想法。

3.1 早期建設(shè)的信號(hào)系統(tǒng)“大修”時(shí)信號(hào)系統(tǒng)的選擇

上個(gè)世紀(jì)90年代前后建設(shè)的城市軌道交通線路，已經(jīng)運(yùn)營(yíng)了15～20年，其信號(hào)系統(tǒng)都已經(jīng)進(jìn)入“大修”期限。上海軌道交通1號(hào)線由于經(jīng)歷多次延伸，最晚的延伸段與先前建設(shè)的區(qū)段時(shí)間跨度達(dá)10年以上，這條線路的ATC系統(tǒng)盡管使用了這么多年，但故障率相對(duì)較低，也利于維護(hù)。因此，先前建設(shè)的區(qū)段進(jìn)行大修時(shí)，還是沿用原來(lái)的ATC系統(tǒng)，只是更新了相應(yīng)的硬件和軟件。這里要說(shuō)明的是，這條線路選擇沿用原來(lái)的ATC系統(tǒng)，不一定適應(yīng)于其他的城市軌道交通線路。

上海軌道交通2、3、4號(hào)線采用的都是ATC信號(hào)系統(tǒng)，都將進(jìn)入“大修更新”時(shí)期。當(dāng)時(shí)，ATC信號(hào)系統(tǒng)都由國(guó)外引進(jìn)，其軌旁設(shè)備及車(chē)載外掛硬件設(shè)備較多，經(jīng)長(zhǎng)年運(yùn)用后，銹蝕嚴(yán)重，故障頻發(fā)，亟待更新。然而，當(dāng)年的供應(yīng)商都不再供應(yīng)這些設(shè)備，只能“定制”。如果采用“定制”，不僅供貨周期長(zhǎng)，而且板卡還無(wú)檢測(cè)裝置，導(dǎo)致不少的“定制”設(shè)備不能使用，而國(guó)內(nèi)又沒(méi)有“替代品”，因此這些線路“大修更新”時(shí)選用新的CBTC信號(hào)系統(tǒng)已是大勢(shì)所趨。

線路一般都有延伸區(qū)段，到“大修更新”時(shí)，后建區(qū)段的軌旁設(shè)備還可以運(yùn)用。有的技術(shù)人員建議，大修以后，CBTC系統(tǒng)與原來(lái)信號(hào)系統(tǒng)（ATC系統(tǒng)）并用；也有技術(shù)人員建議將原來(lái)軌道電路保留，用于后備系統(tǒng)的列車(chē)檢測(cè)。但時(shí)，同一條運(yùn)營(yíng)線路兼用不同的信號(hào)系統(tǒng)，會(huì)導(dǎo)致設(shè)施成本和維護(hù)成本提高，車(chē)載設(shè)備也必須切換；兩套系統(tǒng)并用在技術(shù)上也許可以實(shí)現(xiàn)，但勢(shì)必對(duì)會(huì)今后的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)造成難以預(yù)期的壓力，對(duì)此必須深入研討。

3.2 關(guān)于CBTC系統(tǒng)設(shè)置“后備-計(jì)軸系統(tǒng)”的問(wèn)題

當(dāng)初之所以會(huì)設(shè)置CBTC系統(tǒng)后備系統(tǒng)，實(shí)際上是選用CBTC系統(tǒng)時(shí)，供應(yīng)商所提供的CBTC系統(tǒng)，并沒(méi)有在大運(yùn)量地鐵運(yùn)用的成熟經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致到了應(yīng)該開(kāi)通的時(shí)間點(diǎn)，信號(hào)系統(tǒng)還不能用。作為權(quán)宜之計(jì)，借鑒鐵路“計(jì)軸-自動(dòng)閉塞”的概念，用“計(jì)軸器”檢測(cè)軌道區(qū)段的“列車(chē)占用”和“空閑”，列車(chē)根據(jù)區(qū)間和車(chē)站設(shè)置的“地面信號(hào)機(jī)”顯示運(yùn)行，以確保線路如期開(kāi)通運(yùn)營(yíng)。

“后備-計(jì)軸”系統(tǒng)，在CBTC系統(tǒng)還不能運(yùn)用的階段，為確保運(yùn)營(yíng)安全起了很好的作用。當(dāng)然也出現(xiàn)諸如“計(jì)軸干擾”、“不能重啟”等故障，給運(yùn)營(yíng)調(diào)度人員帶來(lái)諸多不便。然而在CBTC系統(tǒng)開(kāi)通以后，經(jīng)多次軟件升級(jí)，運(yùn)用“后備-計(jì)軸”系統(tǒng)的次數(shù)越來(lái)越少，已經(jīng)失去了其存在的價(jià)值；但已經(jīng)設(shè)置于車(chē)站和區(qū)間的“計(jì)軸器”、“信號(hào)機(jī)”還要維護(hù)保養(yǎng)，因其故障還會(huì)影響正常運(yùn)行。

當(dāng)初，由于某條線路的信號(hào)系統(tǒng)沒(méi)有配置“不間斷”的電源系統(tǒng)，所以信號(hào)系統(tǒng)不能確保列車(chē)運(yùn)行安全間隔，導(dǎo)致后續(xù)列車(chē)與先行列車(chē)相撞的事故。為此，后來(lái)建設(shè)的一些線路增加了“計(jì)點(diǎn)系統(tǒng)”，甚至還在研究“防撞系統(tǒng)”。信號(hào)系統(tǒng)有完善的運(yùn)營(yíng)記錄功能，每天還可以繪制“運(yùn)行圖”，信號(hào)系統(tǒng)的作用就是確保列車(chē)運(yùn)行安全，具備防止列車(chē)追尾和正面相撞的功能。列車(chē)相撞事故是在信號(hào)系統(tǒng)斷電、列車(chē)在沒(méi)有信號(hào)控制的情況下，由“人工”控制列車(chē)運(yùn)行造成的，不知道什么原因會(huì)開(kāi)發(fā)“計(jì)點(diǎn)系統(tǒng)”和“防撞系統(tǒng)”，難道這些系統(tǒng)不需要“電源”嗎？系統(tǒng)越多，建設(shè)成本越高，故障也就越多。只要選擇成熟可靠的CBTC系統(tǒng)，就可以不再設(shè)置“后備系統(tǒng)”。

3.3 抓緊進(jìn)行CBTC系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析、預(yù)警系

統(tǒng)和維護(hù)保障系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究

CBTC系統(tǒng)已積累了10年以上的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)該說(shuō)已經(jīng)成熟了，CBTC系統(tǒng)的供應(yīng)廠商也為信號(hào)設(shè)備的維護(hù)及安全運(yùn)營(yíng)提供了維護(hù)手段。然而，隨著網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，行車(chē)間隔縮短和運(yùn)營(yíng)時(shí)間延長(zhǎng)導(dǎo)致維護(hù)保障的難度和復(fù)雜度不斷增大，目前配置的信號(hào)設(shè)備維護(hù)系統(tǒng)已無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際的維護(hù)保障和管理需求。比如：對(duì)各種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)不能進(jìn)行綜合分析，對(duì)各類(lèi)監(jiān)測(cè)設(shè)備采集的大量數(shù)據(jù)不能進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，室外設(shè)備的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目不完善，采集的數(shù)據(jù)不能及時(shí)傳輸?shù)骄S護(hù)部門(mén)，不支持采集相關(guān)專(zhuān)業(yè)（如車(chē)輛、屏蔽門(mén)等）的接口數(shù)據(jù)，不能實(shí)時(shí)采集車(chē)載信號(hào)設(shè)備的故障數(shù)據(jù)，等等。這些情況導(dǎo)致維護(hù)保障的難度和復(fù)雜度不斷增大，因而對(duì)維護(hù)人員的要求越來(lái)越高。

研究一套針對(duì)城市軌道交通信號(hào)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和智能預(yù)警的主動(dòng)維護(hù)保障系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障自動(dòng)發(fā)現(xiàn)并報(bào)警，將故障處理在萌芽狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)狀態(tài)修的需求已變得極為迫切。

已經(jīng)運(yùn)營(yíng)的線路，供應(yīng)商應(yīng)配合完善“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析功能、預(yù)警系統(tǒng)和維護(hù)保障系統(tǒng)”；新建線路應(yīng)在CBTC系統(tǒng)內(nèi)，增加一項(xiàng)試運(yùn)營(yíng)評(píng)審的內(nèi)容。

3.4 制定中國(guó)版的CBTC系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)已是城市軌道交通選用CBTC信號(hào)系統(tǒng)最多的國(guó)家，當(dāng)年討論要不要采用CBTC信號(hào)系統(tǒng)時(shí)，一個(gè)重要的理由是：基于軌道電路的ATC信號(hào)系統(tǒng)，線路間不可能做到“互聯(lián)互通”，而CBTC系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)互通”。這么多年的實(shí)踐證明，要實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)互通”，必須采用同一個(gè)廠商的CBTC系統(tǒng)，并與同一種列車(chē)車(chē)輛系統(tǒng)配套。有的城市，正在進(jìn)行兩條軌道交通線路的“跨線運(yùn)營(yíng)”，在一條線路上運(yùn)營(yíng)的列車(chē)轉(zhuǎn)到另外一條線路后，就立即投入運(yùn)營(yíng)，并實(shí)現(xiàn)“快、慢車(chē)”運(yùn)營(yíng)?！翱缇€運(yùn)營(yíng)”的前提是，這兩條線路采用的時(shí)同一廠商的CBTC信號(hào)系統(tǒng)和相同的車(chē)輛系統(tǒng)。

上海軌道交通運(yùn)用的CBTC系統(tǒng)主要選用泰雷茲公司和卡斯柯公司的設(shè)備，這兩家公司都在做“自主開(kāi)發(fā)”的努力，但其開(kāi)發(fā)的CBTC系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、冗余方式都不盡相同，現(xiàn)有的CBTC系統(tǒng)不可能做到“互聯(lián)互通”。將來(lái)，隨著運(yùn)營(yíng)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)大，換乘車(chē)站的客流組織越趨復(fù)雜，線路間的“互聯(lián)互通”必會(huì)提到議事日程。因此制定中國(guó)版的CBTC系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)勢(shì)在必行。