張翠紅

（安徽汽車職業(yè)技術學院，安徽 合肥 230600）

現(xiàn)階段，我國對城市軌道交通信號CBTC系統(tǒng)的應用進行了大量研究。文獻[4]主要講述了信號系統(tǒng)制式的選擇方法，文獻[5]進一步分析了城市軌道交通信號系統(tǒng)中采用的關鍵技術，文獻[6-9]分析了軌道交通信號CBTC系統(tǒng)中關鍵技術的應用路徑，文獻[11-12]則分析了城市軌道交通信號系統(tǒng)無線局域網(wǎng)所采用的機械設備。上述文獻雖然充分探究了城市軌道交通信號系統(tǒng)的優(yōu)勢與特點，但對于城市軌道交通信號系統(tǒng)的控制方式涉及的相對較少，沒有為CBTC系統(tǒng)的安全使用提供技術保障，因此存在一定的不足之處。

1 城市軌道交通信號系統(tǒng)發(fā)展狀況分析

我國北京自1965年修建地鐵線路以來，雖然投入了全套設備，以保證軌道交通的可靠運行，但由于我國的信號設備技術水平較低，交通建設緩慢，導致軌道交通信號系統(tǒng)在研發(fā)方向始終處于分塊化狀態(tài)。直至進入21世紀后，通過引入發(fā)達國家信號系統(tǒng)，才正式步入信號系統(tǒng)的自主研發(fā)領域，無論在運行效率方面，還是在安全方面，都取得了重大突破[1]。

2 城市軌道交通信號應用模式

第一，除去已有的基礎設施外，全套引入國外先進的信號系統(tǒng)；第二，自主研發(fā)的列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）與互聯(lián)網(wǎng)技術（IT）聯(lián)鎖，并引入國外的非故障安全系統(tǒng)（ATO）與之配套；第三，采用國內(nèi)企業(yè)研發(fā)的信號系統(tǒng)[2]。列車運行控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 列車運行控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

調(diào)查顯示，我國在引進信號系統(tǒng)時經(jīng)常出現(xiàn)建設成本過高的問題，且在信號技術試驗時，也存在引入系統(tǒng)不夠成熟的情況。這不僅會影響后續(xù)的地鐵營運，也會阻礙我國的軌道交通發(fā)展，亟須根據(jù)我國城市軌道交通特點，實現(xiàn)成套ATC技術的自主研發(fā)。因此國產(chǎn)化將是我國信號系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，而CBTC系統(tǒng)由于強大的雙向通信能力，能夠適應各類車型、車速，已被我國交通建設部門列為重點關注對象[3]。

3 城市軌道交通信號CBTC系統(tǒng)的應用分析

3.1 CBTC系統(tǒng)分析

CBTC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。相較于傳統(tǒng)的信號系統(tǒng)來說，CBTC系統(tǒng)的傳輸速度更快，能夠?qū)崿F(xiàn)移動自動閉塞功能，減少區(qū)間敷設線纜數(shù)量，減少一次性投資，具有列車自動保護、自動運行、自動監(jiān)控等功能。同時CBTC系統(tǒng)還可通過對密閉列車的運行時間間隔控制，起到提高線路通過率的作用，減少軌道設施，有助于系統(tǒng)裝置的調(diào)試，而高度自動化也能提升設備間的通信效率。將其運用在城市軌道交通中，既可以緩解龐大的交通壓力，也能減少過于依靠人員駕駛的問題，使系統(tǒng)依照設定程序自動執(zhí)行相應工作，保證運行安全[4]。

圖2 CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.1.1 基本要求

CBTC系統(tǒng)的應用重點在于實現(xiàn)列車運行速度以及制動方式的監(jiān)督以及調(diào)整。在系統(tǒng)部署過程中不僅要計算好列車的安全保護距離（具體方法如圖2所示），還要確認列車的折返站通過能力以及列車的受力情況[5]。其中列車的折返站通過能力可采用式（1）進行計算：

式中，n折返是指折返站1小時內(nèi)折返的最大列車數(shù)；I發(fā)是指列車折返出發(fā)間隔。至于列車的受力狀況，則要采用下述公式進行計算。

牽引階段，列車主要受機車牽引力F以及運行阻力W惰行階段，列車牽引力消失，只承受運行阻力制動階段，列車主要受制動力B以及運行阻力W

此外，城市軌道交通信號CBTC系統(tǒng)還需具備以下功能。

（1）控制功能：是實現(xiàn)各板塊聯(lián)合應用的基礎。比如，當列車進站時若出現(xiàn)意外狀況，則要利用信號系統(tǒng)發(fā)出信號。由于部分事件具有突發(fā)性，因此難以由工作人員操作，此時需要利用信號系統(tǒng)的控制功能自行發(fā)出信號。

（2）監(jiān)控功能：由自動聯(lián)鎖裝置下達列車行進命令，在監(jiān)控系統(tǒng)的保護下依照運行時刻表駕駛列車，并根據(jù)調(diào)度員對列車運行狀況的監(jiān)測結(jié)果，進行行車運行圖的調(diào)整。

（3）自動化：是指系統(tǒng)需依照既定程序完成工作，降低人為干預[6]。

3.1.2 選取方式

在選取信號系統(tǒng)時需要遵從安全、可靠性等原則，保證系統(tǒng)具有一定的先進性，且成本維持在可控范圍內(nèi)，適用于當?shù)?。同時要充分考慮CBTC的系統(tǒng)特點，認識到CBTC系統(tǒng)屬于獨立存在，能夠完成車地信息的大量傳送，促進設備間的聯(lián)絡，并根據(jù)實際需要選擇無線自由波、漏波電纜、波導管等信息傳輸方式。在CBTC的線路后備選擇上，則要使用計軸器，這樣不僅可以檢測列車站功能效果，也能準確判斷列車是否存在斷軌問題[7]。

3.1.3 劃分歸類

為了保證系統(tǒng)的高效運行，提高信息傳遞效率，需要選取專用的軌道，并推動信號系統(tǒng)設施的標準化建設，加快數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與CBTC系統(tǒng)的融合，并將交叉感應電纜環(huán)線涵蓋在內(nèi)。交叉感應電纜環(huán)線是指軌道與地面的數(shù)據(jù)傳輸中介，能夠利用電磁感應實現(xiàn)信息交換的目標。借助導管、電纜，搭配無線擴頻技術，最大程度降低外部環(huán)境的干擾[8]。

3.2 CBTC系統(tǒng)的應用

3.2.1 ATC子系統(tǒng)ATC系統(tǒng)的作用在于保護列車，滿足交通系統(tǒng)運行要求，通過系統(tǒng)間的配合，確保當?shù)罔F出現(xiàn)故障時能夠及時協(xié)調(diào)相關工作，實現(xiàn)列車的自動控制。ATC系統(tǒng)能夠在地鐵超速時及時檢測到地鐵行駛速度，之后將數(shù)據(jù)返回至車載主控系統(tǒng)。此外，ATP還能準確監(jiān)測路口岔道實際狀況[9]。

3.2.2 聯(lián)鎖子系統(tǒng)

聯(lián)鎖系統(tǒng)需要將聯(lián)鎖處理系統(tǒng)、人機界面系統(tǒng)、診斷維護系統(tǒng)以及冗余網(wǎng)路系統(tǒng)涵蓋在內(nèi)。要求在CBTC信號系統(tǒng)中，利用聯(lián)鎖系統(tǒng)完成狀態(tài)信息的收集，接收其他信號傳遞的數(shù)據(jù)以及操作員操作命令，執(zhí)行邏輯操作，實現(xiàn)現(xiàn)場設備的控制，并向其他信號系統(tǒng)傳遞信息資料。要求聯(lián)鎖系統(tǒng)具備轉(zhuǎn)轍機控制、計軸控制、安全門監(jiān)控等功能[10]。

3.2.3 ATS子系統(tǒng)

ATS系統(tǒng)需要涵蓋以下組成部分。一是控制中心，包括調(diào)度工作站、維護員計算機、CATS數(shù)據(jù)庫服務器、雙機切換單元、相關設備機柜；二是正線設備集中站，包括ATS分機、監(jiān)測工作站、發(fā)車計時器以及接口計算機；三是正線非設備集中站，包括ATS監(jiān)測工作站、100 Mbps網(wǎng)絡設備、多個發(fā)車計時器[11]。

3.2.4 DCS子系統(tǒng)

DCS系統(tǒng)負責承載信號系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務，屬于系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互平臺，能夠提供列車雙向、連續(xù)的信息傳輸通道，其主要功能在于實現(xiàn)車-地間的信號數(shù)據(jù)交互?，F(xiàn)階段，城市軌道交通信號系統(tǒng)當中，容易受到外界環(huán)境、人為操作等因素的影響，甚至對處于運營階段的軌道交通產(chǎn)生干擾。為此，需要實現(xiàn)保證通信的安全、穩(wěn)定，提高計軸信息的準確性，通過將DCS系統(tǒng)運用在計軸切除領域，實現(xiàn)區(qū)段的計軸復位[12]，避免信息不對稱、信息失真等問題的產(chǎn)生[12]。

3.2.5 MSS

MSS主要由服務器、維護工作站組成，其主要功能為：列車行駛監(jiān)視、信號系統(tǒng)的集中監(jiān)管、故障提示以及操作命令記錄等，能夠?qū)π盘栄b置提供維護支持，也能依照實際需求制定信號裝置的日表、月表以及年表。同時MSS可以通過監(jiān)測子系統(tǒng)的計算機進行歷史數(shù)據(jù)的保存與再現(xiàn)，借助分析日志內(nèi)容，將數(shù)據(jù)問題以故障報告的形式傳遞至維修中心。通過自動建立維護計劃，結(jié)合日志庫的數(shù)據(jù)為地鐵維護提供有針對性的數(shù)據(jù)支持。至于車站、車輛段則可對信號設備的實際運行狀況以及性能參數(shù)實現(xiàn)在線評估。

4 結(jié)束語

綜上所述，文章對城市軌道交通信號CBTC系統(tǒng)的應用開展了分析和討論，探究了系統(tǒng)的工作模式以及所需采用的技術手段，以維持控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，促進控制系統(tǒng)的智能化發(fā)展，確保CBTC系統(tǒng)能夠為城市軌道交通的運行提高安全保障，最大程度節(jié)省出行時間。另外，文章對控制系統(tǒng)應用過程中需要注意的各類事項也進行了深入探究，要求技術人員能夠通過周期性維護避免系統(tǒng)內(nèi)部元件在長期作業(yè)過程中，出現(xiàn)磨損、老化等問題，從而保證系統(tǒng)性能優(yōu)良?！?/p>