多樣化城市軌道交通中信號(hào)技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展

凌祝軍、師秀霞

浙江眾合科技股份有限公司

多樣化城市軌道交通中信號(hào)技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展

凌祝軍、師秀霞

浙江眾合科技股份有限公司

城市軌道交通包括地鐵、輕軌、單軌、市域鐵路、城際鐵路、磁懸浮和有軌電車(chē)，呈現(xiàn)多樣化的發(fā)展趨勢(shì)，推動(dòng)信號(hào)技術(shù)不斷創(chuàng)新，通過(guò)應(yīng)用并優(yōu)化計(jì)算機(jī)、通信和數(shù)字技術(shù)，實(shí)現(xiàn)軌道交通安全性、可靠性、效率和運(yùn)營(yíng)能力的提升。

軌道交通，多樣化，信號(hào)技術(shù)，創(chuàng)新與發(fā)展

前言

城市長(zhǎng)遠(yuǎn)和可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)建立以多樣化軌道交通為主軸的綠色交通體系，包括大運(yùn)量地鐵、中運(yùn)量輕軌、跨坐式和懸掛式單軌、城際快速鐵路、市郊的市域快速線(xiàn)和中低速磁懸浮、便捷的現(xiàn)代有軌電車(chē)等，以滿(mǎn)足不同規(guī)模城市、城郊之間、城市之間運(yùn)送旅客的需求和經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的需求。

今年的哥本哈根全球CBTC大會(huì)，以“優(yōu)化乘客管理”、“互操作性（互聯(lián)互通）”、“無(wú)人駕駛技術(shù)”、“全生命周期資產(chǎn)管理”等方面，探討了多樣化城市軌道交通的信號(hào)技術(shù)發(fā)展，達(dá)到“推動(dòng)創(chuàng)新、提升運(yùn)能、建設(shè)智能的多樣化城市軌道交通體系”的目的。

國(guó)內(nèi)外多樣化城市軌道交通的發(fā)展

多樣化城市軌道交通的發(fā)展擴(kuò)大了城市的規(guī)模，同時(shí)，又縮短了城市的距離，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)三角、珠三角、京津冀等多個(gè)經(jīng)濟(jì)圈。我國(guó)“十二五”規(guī)劃明確提出：“優(yōu)先發(fā)展公共交通，完善城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)和公共交通場(chǎng)站，有條件的大城市和城市群地區(qū)要把軌道交通作為優(yōu)先領(lǐng)域，超前規(guī)劃，適時(shí)建設(shè)。”至2014年末，全國(guó)22個(gè)城市共開(kāi)通城市軌道交通運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路長(zhǎng)度3173公里。其中，地鐵2361公里，占74.4%；輕軌239公里，占7.5%；單軌89公里，占2.8%；現(xiàn)代有軌電車(chē)141公里，占4.4%；磁浮交通30公里，占0.9%；市域快軌308公里，占9.7%；APM 4公里，占0.1%。[1]

世界上第一條地下鐵路于1863年在英國(guó)倫敦通車(chē)，此后歐美城市紛紛借鑒，國(guó)際上城市軌道交通得到了較快發(fā)展。經(jīng)過(guò)一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，倫敦地鐵包括了地下鐵（UNDERGROUND）、地上鐵（OVERGROUND）、碼頭區(qū)輕軌電車(chē)（DLR）和電車(chē)連線(xiàn)（TRAMLINK）等多種形式的軌道交通，其中地下鐵有11條線(xiàn)路，運(yùn)營(yíng)里程達(dá)到402公里；地上鐵有6條線(xiàn)路，運(yùn)營(yíng)里程86公里；DLR運(yùn)營(yíng)里程40公里，設(shè)有6條分支；電車(chē)連線(xiàn)有4條線(xiàn)路，運(yùn)營(yíng)里程28公里。

法國(guó)巴黎的交通之便堪稱(chēng)世界之最，軌道交通歷史悠久。巴黎市區(qū)有三種軌道交通系統(tǒng)：第一種是市中心四通八達(dá)的地鐵，有14條線(xiàn)路；第二種是通往周邊郊區(qū)和衛(wèi)星城的近郊快速鐵路，有5條線(xiàn)路；第三種為在市區(qū)周邊行駛的有軌電車(chē)。

多樣化軌道交通中信號(hào)技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展

在城市軌道交通多樣化的發(fā)展進(jìn)程中，信號(hào)技術(shù)作為其中的安全核心部件，也在不斷的創(chuàng)新與發(fā)展，通過(guò)應(yīng)用并優(yōu)化計(jì)算機(jī)、通信和數(shù)字技術(shù)，實(shí)現(xiàn)軌道交通安全性、可靠性、效率和運(yùn)營(yíng)能力的提升。

基于先進(jìn)通信平臺(tái)的信號(hào)技術(shù)

2012年以來(lái)，深圳地鐵多次發(fā)生的民用3G熱點(diǎn)設(shè)備干擾CBTC系統(tǒng)車(chē)-地?zé)o線(xiàn)通信，導(dǎo)致列車(chē)緊急制動(dòng)，造成列車(chē)晚點(diǎn)而影響旅客出行，產(chǎn)生較大的社會(huì)影響。為了從根本上解決車(chē)地通信受擾問(wèn)題，保證信號(hào)系統(tǒng)可靠工作，工業(yè)和信息化部經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的調(diào)研工作，基于TD-LTE的抗干擾能力強(qiáng)、可維護(hù)性?xún)?yōu)、組網(wǎng)方式選擇靈活、支持更高的移動(dòng)性、支持QoS技術(shù)等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，于2015年2月發(fā)布了“關(guān)于重新發(fā)布1785—1805MHz頻率無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)頻率使用事宜的通知”，即工信部無(wú)【2015】65號(hào)文，明確了軌道交通可使用該頻段的頻率資源。眾合科技等多家單位在杭州地鐵4號(hào)線(xiàn)等載客運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路上完成了基于LTE通信技術(shù)的CBTC信號(hào)系統(tǒng)測(cè)試，并同時(shí)進(jìn)行了信號(hào)、PIS和CCTV的綜合承載測(cè)試，通過(guò)測(cè)試，驗(yàn)證了基于LTE的先進(jìn)通信技術(shù)與CBTC系統(tǒng)有良好的適配性，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)具有實(shí)時(shí)性好、可靠性高、穩(wěn)定性強(qiáng)、丟包率低、越區(qū)切換中斷時(shí)間短且成功率高等優(yōu)點(diǎn)，采用A、B雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)增加了系統(tǒng)可靠性、可用性，采用專(zhuān)用頻段可有效避開(kāi)WIFI公共頻段干擾，確保了城市軌道交通的安全可靠運(yùn)行。

多樣化軌道交通的互操作性設(shè)計(jì)

多樣化的城市軌道交通運(yùn)營(yíng)中，逐漸提出了城市間跨線(xiàn)運(yùn)營(yíng)、城市與市郊之間以及城市與城市之間互聯(lián)互通的要求，從而滿(mǎn)足建設(shè)和運(yùn)營(yíng)資源共享的需求。

信號(hào)系統(tǒng)互操作性設(shè)計(jì)即要求一條線(xiàn)路的車(chē)載設(shè)備在多條線(xiàn)路間運(yùn)營(yíng)，并且能實(shí)現(xiàn)同一條線(xiàn)路上，不同車(chē)載設(shè)備的混跑運(yùn)營(yíng)。LTE通信技術(shù)在信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用，為互操作性設(shè)計(jì)提供了橋梁基礎(chǔ)，但是，實(shí)現(xiàn)軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的互聯(lián)互通不僅僅是各相關(guān)子系統(tǒng)之間的接口聯(lián)通實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互傳，安全仍是最基本的核心保障：

互操作性設(shè)計(jì)首先需要實(shí)現(xiàn)安全需求在不同車(chē)載設(shè)備和軌旁設(shè)備間分配的標(biāo)準(zhǔn)化，并確保安全功能的完整性；

互操作性設(shè)計(jì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)車(chē)載設(shè)備與軌旁設(shè)備的接口標(biāo)準(zhǔn)化；

互操作性設(shè)計(jì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)不同線(xiàn)路之間軌旁設(shè)備與軌旁設(shè)備的接口標(biāo)準(zhǔn)化；

互操作性設(shè)計(jì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)多線(xiàn)列車(chē)的統(tǒng)一調(diào)度和協(xié)同指揮；

互操作性設(shè)計(jì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)（如車(chē)輛）接口的標(biāo)準(zhǔn)化。

無(wú)人駕駛及相關(guān)技術(shù)在不同形態(tài)軌道交通中的應(yīng)用

不同形態(tài)的軌道交通系統(tǒng)，均是從解決城市客流運(yùn)輸能力角度出發(fā)，列車(chē)運(yùn)行控制從完全依賴(lài)司機(jī)的目視行車(chē)，到非自動(dòng)的列車(chē)運(yùn)行防護(hù)、半自動(dòng)列車(chē)運(yùn)行、無(wú)人駕駛的列車(chē)運(yùn)行，直到無(wú)人駕駛的全自動(dòng)列車(chē)運(yùn)行，自動(dòng)化程度逐級(jí)提高。如表1所示列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行等級(jí)的說(shuō)明。

全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統(tǒng)可以很方便的實(shí)現(xiàn)7×24h的全天候運(yùn)營(yíng)，能適用于地鐵、輕軌、市域鐵路等多樣化的城市軌道交通系統(tǒng)中，提供更高的安全性、可用性、可靠性和可維護(hù)性、更高的運(yùn)營(yíng)效率、更好的運(yùn)營(yíng)靈活性、更大的運(yùn)營(yíng)能力、更少的運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，為乘客提供更舒適、便捷的出行，使城市軌道交通更具公共交通吸引力。

表1：列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行等級(jí)說(shuō)明表

多樣化軌道交通的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)與綜合自動(dòng)化指揮

目前，軌道交通系統(tǒng)中通過(guò)列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)的行車(chē)指揮和監(jiān)控，并實(shí)現(xiàn)和綜合監(jiān)控系統(tǒng)接口獲取電力等其它系統(tǒng)的信息，通過(guò)人工交互信息對(duì)軌道交通進(jìn)行指揮和監(jiān)控，造成資源浪費(fèi)，并且經(jīng)過(guò)多次的信息轉(zhuǎn)發(fā)或轉(zhuǎn)述，也帶來(lái)了反應(yīng)速度慢、處理不及時(shí)的問(wèn)題。

城市軌道交通的多樣化以及全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，要求形成以行車(chē)指揮為核心的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)城市中各線(xiàn)的全網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)與綜合監(jiān)控和調(diào)度指揮，不區(qū)分行車(chē)調(diào)度、電力調(diào)度或環(huán)控調(diào)度等專(zhuān)業(yè)，對(duì)多條線(xiàn)路的運(yùn)營(yíng)狀況進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)視和控制。無(wú)論是正常運(yùn)營(yíng)還是應(yīng)對(duì)突發(fā)事件時(shí)，由于人機(jī)界面統(tǒng)一、信息共享、各系統(tǒng)和設(shè)備綜合聯(lián)動(dòng)，能快速反應(yīng)，迅速處理，提高管理的自動(dòng)化程度。主要體現(xiàn)在如下兩方面：

1.正常的綜合自動(dòng)化指揮采用統(tǒng)一界面，以列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控、電力監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)控設(shè)備為核心，實(shí)現(xiàn)與PIS、ATO/ATP系統(tǒng)的接口，進(jìn)行集中的數(shù)據(jù)采集和控制，并將數(shù)據(jù)納入綜合信息處理平臺(tái)，提供以列車(chē)運(yùn)行為核心的綜合運(yùn)營(yíng)指揮平臺(tái)。同時(shí)，在系統(tǒng)投入運(yùn)營(yíng)和結(jié)束運(yùn)營(yíng)時(shí)，可以根據(jù)時(shí)刻表自動(dòng)控制線(xiàn)路上的設(shè)備打開(kāi)和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)營(yíng)。

2.突發(fā)事件自動(dòng)聯(lián)動(dòng)處理通過(guò)信息的集中處理，實(shí)現(xiàn)各相關(guān)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)，并自動(dòng)或提示人工給出操作提示，快速處置突發(fā)事件，減少不利影響。當(dāng)某條線(xiàn)路的設(shè)備故障時(shí)，可以通過(guò)綜合自動(dòng)化指揮系統(tǒng)，快速指揮疏散乘客，并通過(guò)廣播等系統(tǒng)通知其他線(xiàn)路的乘客，可有效避免更多的乘客擁堵和滯留；當(dāng)出現(xiàn)火災(zāi)等緊急情況時(shí)，可以自動(dòng)啟動(dòng)通風(fēng)、滅火裝置，并控制列車(chē)停車(chē)或跳停，自動(dòng)指揮乘客疏散，降低人身和財(cái)產(chǎn)損失。

多樣化軌道交通信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

BiTRACON型城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)，是眾合科技通過(guò)學(xué)習(xí)歐洲先進(jìn)信號(hào)技術(shù)，根據(jù)國(guó)際及國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)規(guī)范，綜合工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，研制出的具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CBTC信號(hào)系統(tǒng)（基于通信的列車(chē)控制系統(tǒng)）。BiTRACON系統(tǒng)基于公司自主研發(fā)、通過(guò)SIL4級(jí)安全認(rèn)證的、車(chē)地一體化的異構(gòu)安全平臺(tái)，系統(tǒng)采用具有互操作性的歐洲標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，適用于地鐵、輕軌、市域線(xiàn)路、城際鐵路、有軌電車(chē)、單軌等多樣化的城市軌道交通系統(tǒng)，該系統(tǒng)由列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）、車(chē)載控制器（CC，含車(chē)載ATP和ATO）、區(qū)域控制器（ZC，軌旁ATP）、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)（CBI）、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（DCS）等組成。

BiTRACON系統(tǒng)形成了基于可變?nèi)哂嘟Y(jié)構(gòu)的高可靠性車(chē)載與軌旁系統(tǒng)設(shè)計(jì)、功能與邏輯可重構(gòu)的車(chē)地通用安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)，具備高安全性、高可用性、高可靠性和互操作性的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)互通”，通過(guò)科技部科研支撐計(jì)劃的研究與開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了基于無(wú)人駕駛的全自動(dòng)列車(chē)運(yùn)行控制功能。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，國(guó)際化的大城市無(wú)一是通過(guò)單一的軌道交通解決城市交通的主要問(wèn)題，在城市中心區(qū)域，地鐵是高效的公共交通工具之一，在市郊之間，可以采用市域線(xiàn)路，將郊區(qū)與城市中心聯(lián)通，在郊區(qū)及二三線(xiàn)人口密度較少的城市，建設(shè)低成本的現(xiàn)代有軌電車(chē)實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模的客流運(yùn)輸，在山區(qū)、旅游勝地，建設(shè)單軌來(lái)滿(mǎn)足坡度大、轉(zhuǎn)彎半徑小、滿(mǎn)足觀(guān)光等需求，通過(guò)建設(shè)智能的多樣化城市軌道交通體系，更好地為城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)，同時(shí)，滿(mǎn)足人們對(duì)交通的多樣化需求，有效解決交通擁堵問(wèn)題。創(chuàng)新推動(dòng)發(fā)展，信號(hào)技術(shù)在大容量實(shí)時(shí)通信、互操作性、智能全自動(dòng)駕駛、網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)與綜合自動(dòng)化指揮等方面，為多樣化的軌道交通系統(tǒng)提供安全保障和智能控制。

[1]城市軌道交通2014年度統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告,中國(guó)城市軌道交通信息第2期（總第10期）,2015.5.4

[2]EN 62267-2009 Automated Urban Guided Transport–Safety requirements