城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案探討

劉文君

摘 要： 城際軌道有助于緩解城市帶、人口密集區(qū)的交通壓力，其具體工作則需要在多重技術(shù)的聯(lián)合支持下進(jìn)行。基于此，本文以城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求作為出發(fā)點(diǎn)，給出城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并通過模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)方案的可行性進(jìn)行評(píng)估，以期驗(yàn)證相關(guān)理論，為后續(xù)城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的具體開展和優(yōu)化提供必要的參考。

關(guān)鍵詞： 城際軌道；交通信號(hào)系統(tǒng)；自動(dòng)化；通信模式

前言：城際軌道交通屬于軌道交通的一個(gè)新興類別，可視作鐵路和城市軌道交通的一種延伸，主要用于解決城際間交通問題。城際軌道交通的發(fā)展將為城市居民在兩個(gè)相鄰城市之間的生活和工作提供一種新型模式，該交通模式實(shí)際進(jìn)行工作時(shí)，則需要交通信號(hào)等系統(tǒng)的支持，鑒于該系統(tǒng)與其他交通系統(tǒng)在工作內(nèi)容方面存在差異，無法簡(jiǎn)單套用一些現(xiàn)有模式，針對(duì)性的進(jìn)行設(shè)計(jì)方案探討十分必要。

一、城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

（一）高度自動(dòng)化

城際間軌道交通與一般意義上的公路交通、鐵路交通存在顯著區(qū)別，公路交通、鐵路交通發(fā)展歷史較長(zhǎng)，同時(shí)，公路交通面臨市區(qū)限速等管理內(nèi)容，鐵路交通運(yùn)輸里程長(zhǎng)、功能范圍也更大，這意味公路交通和鐵路交通起都可以在固有信號(hào)模式下得到規(guī)范管理，而城際間軌道交通功能性強(qiáng)，往往只針對(duì)旅客運(yùn)輸，模式化程度高，因此管理方式、交通信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)也需具有針對(duì)性，采用高度自動(dòng)化的系統(tǒng)更為妥當(dāng)。

（二）具備控制功能

控制功能是城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的基本功能，其是指在軌道交通的具體工作中，根據(jù)實(shí)際情況給定信號(hào)，使相關(guān)工作能夠有序進(jìn)行。比如在軌道交叉處，兩列列車同時(shí)接近，交通信號(hào)系統(tǒng)可以針對(duì)這一情況變更信號(hào)，其中某一列列車收到信號(hào)后減緩速度，使兩列列車能夠先后通過。控制功能是交通信號(hào)系統(tǒng)的基本功能，在現(xiàn)代條件下可以進(jìn)一步完善和提升。

（三）具備監(jiān)控功能

監(jiān)控功能是城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的核心功能之一，在高度信息化的管理調(diào)價(jià)下，應(yīng)用監(jiān)控功能可以優(yōu)化系統(tǒng)的能力，使其發(fā)揮更多、更大的作用。具體來說。監(jiān)控功能是指城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行的列車進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，了解其速度狀況、載客狀況等，同時(shí)自動(dòng)向連鎖設(shè)備下達(dá)列車進(jìn)路命令，使列車按規(guī)定的運(yùn)行圖時(shí)刻表駕駛列車運(yùn)行。提升運(yùn)行的規(guī)范性和安全性。

（四）具備多環(huán)境適應(yīng)性

多環(huán)境適應(yīng)性是是城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的附加要求，是指系統(tǒng)應(yīng)該能夠適應(yīng)不同工作環(huán)境，確保給定適當(dāng)?shù)男盘?hào)，滿足城際軌道交通的要求。如傳統(tǒng)模式下的交通信號(hào)系統(tǒng)在面對(duì)磁場(chǎng)干擾時(shí)可能出現(xiàn)傳輸速度慢、信號(hào)失真等問題，新的城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)具備更好的抗干擾能力，以應(yīng)對(duì)磁場(chǎng)環(huán)境。此外，系統(tǒng)在一些高濕度、溫度環(huán)境下工作能力也需加以考慮。

二、初步設(shè)計(jì)方案與模擬實(shí)驗(yàn)

（一）初步設(shè)計(jì)方案

初步設(shè)計(jì)方案的核心內(nèi)容是設(shè)計(jì)車載和基站連接系統(tǒng)，并應(yīng)用有線和無線兩種通信方式進(jìn)行控制活動(dòng)。基站方面，以固定距離為間隔進(jìn)行建設(shè)，其核心設(shè)施以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)、傳感器以及輸出系統(tǒng)、線路作為輔助，建設(shè)為城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)一體機(jī)。通過集成技術(shù)將各個(gè)功能模塊融合在一起，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)相關(guān)程序進(jìn)行記憶，并負(fù)責(zé)分析傳感器收集的信息，根據(jù)信息下達(dá)各類指令；傳感器負(fù)責(zé)收集各類信息，其通過線路與基站和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)連接，廣泛分布在軌道各地；輸出系統(tǒng)負(fù)責(zé)執(zhí)行計(jì)算機(jī)下達(dá)的命令，其核心是信號(hào)發(fā)射器，當(dāng)計(jì)算機(jī)判斷某列車應(yīng)當(dāng)減速前行時(shí)，指令會(huì)首先下達(dá)給輸出系統(tǒng)，信號(hào)發(fā)射器將信息以固定頻率進(jìn)行發(fā)射，對(duì)應(yīng)列車接受到該信息，即可執(zhí)行減速命令。線路是連接各個(gè)模塊的設(shè)施，也是有線通信的主要工具。車載系統(tǒng)方面，同樣以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，以信號(hào)接收設(shè)備、濾波器、信號(hào)加強(qiáng)器和輸出系統(tǒng)作為輔助。計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)識(shí)別信號(hào)接收設(shè)備接收的信號(hào)、并據(jù)此下達(dá)指令；濾波器和信號(hào)加強(qiáng)器負(fù)責(zé)強(qiáng)化信號(hào)，以便于讀取和識(shí)別；輸出系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使其能夠通過數(shù)字化設(shè)備直接顯示。以上為城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)方案的基本內(nèi)容。

（二）模擬實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與過程

模擬實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行，為求了解其可行性，通過計(jì)算機(jī)建立了模型系統(tǒng)，選取信號(hào)接收時(shí)間、信號(hào)可辨識(shí)度、系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性作為觀察的主要指標(biāo)。在實(shí)驗(yàn)過程中，選取的可變參數(shù)包括磁場(chǎng)環(huán)境、基站距離、通信方式、列車速度四個(gè)方面。在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下，信號(hào)接收時(shí)間為0.5s、準(zhǔn)確率為100%、適應(yīng)性為良好[1]。

實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行四組，第一組實(shí)驗(yàn)中，磁場(chǎng)環(huán)境默認(rèn)為良好（無干擾），分別調(diào)整基站距離為0.5倍、1倍、2倍；調(diào)整通信方式為有線、無線；列車速度為0.5倍、1倍、2倍，對(duì)信號(hào)接收時(shí)間、信號(hào)可辨識(shí)度、系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行觀察。

第二組實(shí)驗(yàn)中，默認(rèn)基站距離不變，分別調(diào)整磁場(chǎng)環(huán)境為微弱干擾、中等干擾、強(qiáng)干擾；調(diào)整通信方式為有線、無線；列車速度為0.5倍、1倍、2倍，對(duì)信號(hào)接收時(shí)間、信號(hào)可辨識(shí)度、系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行觀察。

第三組實(shí)驗(yàn)中，默認(rèn)通信方式不變，分別調(diào)整磁場(chǎng)環(huán)境為微弱干擾、中等干擾、強(qiáng)干擾；調(diào)整基站距離為0.5倍、1倍、2倍；列車速度為0.5倍、1倍、2倍，對(duì)信號(hào)接收時(shí)間、信號(hào)可辨識(shí)度、系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行觀察。

第四組實(shí)驗(yàn)中，默認(rèn)列車速度不變，分別調(diào)整磁場(chǎng)環(huán)境為微弱干擾、中等干擾、強(qiáng)干擾；調(diào)整基站距離為0.5倍、1倍、2倍；調(diào)整通信方式為有線、無線，對(duì)信號(hào)接收時(shí)間、信號(hào)可辨識(shí)度、系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行觀察。

2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析

四組實(shí)驗(yàn)過后，發(fā)現(xiàn)城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的可行性良好，但在部分參數(shù)調(diào)整的情況下，其信號(hào)接收時(shí)間、信號(hào)可辨識(shí)度、系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性存在一定變化，所獲數(shù)據(jù)如表1所示。

表 1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在磁場(chǎng)環(huán)境良好的情況下，城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)能夠短時(shí)間內(nèi)快速接收到信號(hào)，且信號(hào)的可辨識(shí)度最高，其他參數(shù)的變化則會(huì)延長(zhǎng)接收時(shí)間，且降低信號(hào)的可辨識(shí)度。環(huán)境適應(yīng)性方面，所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果都呈現(xiàn)良好趨勢(shì)。綜合來看，城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)方案具有較高的可行性[2]。

三、結(jié)果分析

（一）城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)方案的優(yōu)勢(shì)

1.系統(tǒng)能夠獨(dú)立工作

初步設(shè)計(jì)方案下，城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)以基站和車載系統(tǒng)作為基礎(chǔ)進(jìn)行工作，通信方式也是多樣的，換言之，系統(tǒng)的工作相對(duì)獨(dú)立，不依賴于固定線路，這是系統(tǒng)的突出優(yōu)勢(shì)之一。當(dāng)無線方式由于強(qiáng)干擾無法進(jìn)行時(shí)，有線通信依然能夠進(jìn)行，確保系統(tǒng)可以較為有序的進(jìn)行工作。

2.設(shè)備之間的高效反應(yīng)

基礎(chǔ)的一體化設(shè)備和車載設(shè)備之間的反應(yīng)在強(qiáng)干擾下也依然可以在1.5s之內(nèi)完成，這體現(xiàn)了城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)方案的高效率優(yōu)勢(shì)。列車在實(shí)際運(yùn)行中，可能面對(duì)一些突發(fā)情況，如路面破損等，高效的反應(yīng)可以保證交通信號(hào)系統(tǒng)及時(shí)將信息傳輸給車載設(shè)備，避免危險(xiǎn)發(fā)生[3]。

3.多種通信模式

城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)方案為系統(tǒng)設(shè)計(jì)了有線通信和無線通信兩種方式，能夠更好的滿足通信需求，提升通信能力以及系統(tǒng)工作的有效性，這也是初步設(shè)計(jì)方案的優(yōu)勢(shì)之一。

（二）城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)方案的不足

1.抗磁場(chǎng)干擾能力較差

在模擬實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)磁場(chǎng)干擾較大時(shí)，系統(tǒng)雖然依然能夠接受信號(hào)、保持適應(yīng)性，但接收時(shí)間和信號(hào)辨識(shí)率均出現(xiàn)下降，這體現(xiàn)了系統(tǒng)抗磁場(chǎng)干擾能力較差的不足。尤其是無線通信模式下，后續(xù)工作中設(shè)法進(jìn)一步提升濾波能力、抗干擾能力非常必要。

2.通信的穩(wěn)定性有待提高

通信穩(wěn)定性是指在各類環(huán)境下、不同通信模式下信號(hào)傳輸?shù)挠行院头€(wěn)定性。模擬實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)列車速度較高、基站距離較遠(yuǎn)、磁場(chǎng)干擾較大時(shí)，有線通信和無線通信均出現(xiàn)了穩(wěn)定性下降的問題。后續(xù)工作中，可以通過太高通信線路高度、繞過干擾源等方式應(yīng)對(duì)該問題。

總結(jié)：通過進(jìn)行城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案探討，了解了相關(guān)基本內(nèi)容。總體來看，城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求包括高度自動(dòng)化、具備控制功能、具備監(jiān)控功能、具備多環(huán)境適應(yīng)性四個(gè)方面。在此基礎(chǔ)上給出初步設(shè)計(jì)方案，并通過構(gòu)建模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，證明了方案的可行性。系統(tǒng)具有能夠獨(dú)立工作、設(shè)備之間的高效反應(yīng)等優(yōu)勢(shì)，但也存在一定的不足。后續(xù)工作中，應(yīng)用上述理論有助于城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。■

參考文獻(xiàn)

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