城市軌道交通信號控制方式探討

天津市地下鐵道運營有限公司　肖　楠

城市軌道交通系統中，信號系統的控制是保證軌道交通安全的重要部分，現代城市交通一般會采用列車的自動控制系統ATC，ATC系統包含三個方面，分別是列車指揮系統，列車運行的控制系統和列車運行綜合化，主要包含三個子系統：列車自動監控系統ATS，列車自動運行系統ATO，列車自動防護系統ATP。

1.ATS子系統控制方式

1.1　集中控制型

集中控制型主要體現在列車的整體運行，包括列車進站的控制功能和列車的運行計劃全部包含在內，這些部分都可以在列車的集中控制中得到體現。集中控制的ATS 的系統中，設備與車站的數據傳輸涉及到列車的運行安全問題，一般會采用光纜的方式來作為傳輸信息的渠道。這種類型的系統制式較為成熟，相關設備較少，設備的功能集中，使得設備的整體負荷量較大，加之對通信數據要求增加，因此設備易出現故障，而且由于集中性，一旦設備故障，影響范圍大，不利于系統的整體運行。

1.2　集中監控的分散控制型

控制中心只對列車的整體運行進行控制，并且對列車的運行設定計劃和整體監管，不直接對列車進行全面的控制，列車進站和相應的運行過程由各車站進行控制和監管。這種控制系統的控制中心整體負荷量較小，列車的數據傳輸不影響列車運行中的安全性，當列車發生故障時，可以使用降級運行的方式，在一定時間內不影響列車的整體運行。

1.3　自治分散型

自治型分散系統是隨著計算機的迅速發展而逐漸被投入使用的，在列車正常運行過程中，控制中心可以利用對全線列車的整體監控和管理，車站監控列車的進站和出站的狀態，但是中央計算機和車站的計算機處于同等的地位，具有同樣的功能，可以對列車進行控制，中央計算機和車站計算機要相互協作，在中心計算機出現故障時車站計算機控制系統就可以代替中心計算機來控制交通線路，對全線交通進行監控。這種系統的優點是靈活性和可靠性都比較強，但是相對來說車站的整體設備較多，操作較為復雜。

1.4　ATS子系統的控制方式選擇

隨著信息技術的發展，時實監控的集中方式也在向分散控制轉化，控制方式多樣化。對于城市交通控制系統來說，集中控制的最大缺點就是車站間實時數據傳輸量較大，中央計算機的負荷量大，對數據傳輸的質量要求較高，同時還涉及到數據傳輸的安全性等問題，現今已經定型的傳輸系統的媒介主要是電纜傳播，需要有獨立的傳輸系統，數據的傳播質量有限，會影響到整體運行效率。最大的影響因素是，如果OCC系統出現問題，將會影響列車的整體運行。

中央集中監控和分散控制系統在科技日新月異的今天，OCC系統與車站間數據傳輸主要利用光數字傳輸系統，傳輸的速度可以達到2Mbps，因此隨著科技的發展，可以使得ATS系統實現更強大的監控能力。由于ATS系統需要在各個車站設置較多的計算機設備，需要加大成本投入，所以在控制方式選擇的過程中，要考慮資金成本的因素，合理采用中央控制系統和分散系統結合的方式。ATS系統還可以通過授權的方式，獲得與集中控制同等效果的控制方式。

2.ATP子系統列控方式

2.1　分級速度信號控制系統

在列車運行的過程中，可以采用列車速度分級控制系統，列車的速度被控制為階梯狀的速度曲線形式。ATP的地面設備可以為列車傳遞出下一閉塞區的速度信息，列車的運行設備可以根據實際情況來調整列車的運行速度，即列車在下一閉塞區的進口和出口的速度，追蹤列車需要控制列車的速度，和前車間隔幾個閉塞區運行。閉塞分區可以根據行車的速度、線路數據、信號設備等方面的信息來設定，對于一些使用出口速度來控制整個系統，需要在行車規定的閉塞區再增加一個閉塞區來保證安全性。

2.2　目標距離信號控制系統

當列車采用目標距離的信號系統控制列車速度時，列車通常情況下會使用一次模式的行車速度，ATP地面設備可以給列車傳輸前進的數據信息，相應的區間數據和線路數據，列車的車載設備可以通過對路段信息的處理，按照距離合理規劃行車速度，制定出列車一次模式下的行車速度，或者可以使用ATP的地面設備向列車發送“允許列車運行權限LMA”的命令，在這種情況下列車可以不使用提前制動的措施，可以保證列車運行的安全性，縮短了列車運行過程中的間隔。對于軌道線路的目標距離信號系統來講，閉塞分區的劃分等級和數量，仍然還需要根據列車運行的線路數據信息、列車追蹤間隔設定和信號設備的現實狀況來確定，根據實際情況來劃分列車運行閉塞區。

3.信號系統閉塞方式

按照車地的通信方式，ATC通信系統可以分為以軌道為基礎的通信系統和以TBS為基礎的通信系統。以軌道為基礎的電路通信系統，有固定的軌道作為通信的閉塞分區，在國外將其稱為固定的閉塞信號系統，固定閉塞信號系統可以包括分級信號系統以及目標信號系統，在我國將分級信號系統稱為固定的閉塞信號系統。由于軌道電路的目標距離的控制方式都需要從系統方式和信息傳遞方式上考慮，需要介于固定閉塞以及移動閉塞的范圍內，因此又可以將目標距離控制系統稱為準移動閉塞系統。由于通信系統沒有明確的分區，追蹤列車的安全距離也由列車行駛的實際情況來決定，所以將這種信號系統稱為移動閉塞的信號系統。

3.1　固定閉塞的信號系統

采用固定閉塞的信號系統，列車所獲得的信息僅僅需要列車需要進入閉塞區域的速度控制，分為幾個速度等級，要嚴格按照標準速度等級，列車的列控方式需要采用階梯式的方式來控制列車的運行速度曲線。

固定閉塞信號系統的信息數據傳輸一般采用信息音頻的電路檢知列車，這種通常都是無絕緣體的列車軌道，列車傳輸速度也會規定在一定的范圍內。另外在車站設有ATP和ATO的信息傳輸設備，方便信息數據的傳輸。例如：北京地鐵和上海地鐵都使用的這種能夠分級管理和控制速度的閉塞系統，能夠提供這種系統的公司有美國西屋公司和法國阿爾斯通公司等，這種信息系統已經被投入使用。

3.2　準移動閉塞的信號系統

一些列車采用準移動閉塞系統，列車可以獲得距離運行目標的數據信息，或者是列車運行權限，這種情況下列車的列控方式一般采用一次控制運行速度的列車運行模式。

準移動閉塞的信號系統可以分為兩種，一種主要是以信息數據的傳遞為交流方式，另一種是以數字信息的傳遞為主。一種以采用多種信息音頻并且使用無絕緣的軌道電路來檢知列車，也可以采用列車傳輸速度的等級命令，針對不同的設備可以采用不同的信息傳遞方式，也可以向列車發送ATO或者是ATP的信息。現今車地信息的傳輸大多仍采用TWC設備，可以提供這種類型的設備有法國的CSEE公司或者是法國的Alstom公司。另一種方式是采用數據信息傳遞，向列車發送ATP或者是ATO的信號，車載的設備可以根據行車的距離來對實施安全措施，保證列車運行的安全性。車地信息系統仍然可以采用TWC設備進行數據的傳遞，廣州地鐵和上海地鐵均使用這種類型的信息系統，提供這種信息系統的公司有美國的USSI和德國的西門子公司等，這些公司均可以提供該類的信息傳遞服務。

3.3　移動閉塞的信號系統

移動閉塞信號系統的使用首先是在保證列車正常運行的前提下，通過先進的科技對行車速度進行控制，提高列車定位的精度，進一步實現列車的雙向數據傳輸的系統，提高列車在運行過程中的發送指令的次數，以此來提高列車運行效率，提高軌道交通的運行能力，并且可以縮短列車運行過程中的間隔距離。

移動閉塞信號系統仍然采用一次控制速度的運行模式。在使用移動閉塞的系統中，前車與后車的安全距離是根據列車的運行狀況來決定，可以根據列車的運行速度和制動曲線來決定列車的閉塞系統，根據精切的數據計算可以對列車進行定位。然而列車的定位精度較高，因此在列車運行時可以根據列車在該區域行駛的最大安全區域來確定列車的行進位置，并且保持車輛間安全的制動距離。列車在選擇停車位置時，可以不選擇在閉塞區的入口的前方停車，縮短每輛列車的運行距離間隔。現今，隨著科技的發展，軌道交通逐漸實現了交叉式電纜線和無線擴頻技術來實現交通信息的傳遞，現在已經能實現通信技術的雙向交換的方式。其中無線擴頻通信技術是現今通信領域最先進的技術之一，擴頻通信系統的數據傳輸量大，抗干擾能力強，并且能夠準確定時和檢測距離，因此這種通信系統可以更加廣泛的運用在軌道交通的通信系統中。

3.4　閉塞制式信號系統選擇

固定閉塞的通信系統的使用，可以采用分級的控制方式，這種控制方式較為傳統，很多方面已經不適合現在的運輸需求，對乘客的舒適度有待提高。閉塞制式信號系統是對列車運行的數據傳輸方式，也是采用一次模式的曲線式行進方式，這樣可以大大縮短列車的運行間隔。移動閉塞系統，是使用先進的科技進行數據的雙向傳遞功能，傳輸速度快，定位精度高，解決了準移動系統中列車運行和信息傳遞的問題。

4.結束語

在現代交通信息系統的建設中，交通信號的控制系統對列車運行效率產生很大的影響，自動控制系統已經成為現今列車運行的安全控制系統，可以保障列車的運行安全性，提高列車運行速度，實現快速高效的列車運行方式。

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