對城市軌道交通信號系統發展的探討

李丹陽

摘 要：本文對現行的城市軌道交通信號系統存在的不足以及實現信號系統互聯互通的基本條件進行分析，在簡要敘述城市軌道交通CBTC信號系統互聯互通技術方案的基礎上，對軌道交通信號系統互聯互通規劃建設進行分析探討，并提出幾點設想和建議。

關鍵詞：城市交通;軌道信號;信號系統

1 城市軌道交通信號系統發展過程中的常見問題

1.1 維護方式不統一

雖然城市軌道交通信號系統在城市軌道發展過程中發揮著重要的作用，但是其具體應用和發展的時候還存在一些突出性的問題，這些問題的存在影響著其應用優勢的發揮。很多企業在維護支持方式方面缺乏統一性，如部分企業采用預防性計劃修，即遵循日巡查、月巡查、季度巡查、年度整治的順序進行故障檢修，部分企業則采用預知性狀態修，即利用CBTC系統監督運行狀態，結合故障顯示情況展開維修等。信號系統在不同線路上選擇的維護支持方式不盡相同，所以工程建設的時候，由于用戶并不能對信號系統有充分的了解，對其應用優勢也不能完全掌握，使維護功能無法發揮。再加上城市軌道交通運輸量在增加，用戶對運行的要求也越來越明朗，所以缺乏維護支持方式的統一性和用戶不斷發展的需求之間存在較大的矛盾。

1.2 過度依賴人工進行維護

信號的維護支持工作不能將信息技術有效地應用其中，導致維護管理工作往往需要借助人工才能夠完成，特別是在進行數據分析處理的時候如果應用人工，會使工作量成倍增加，嚴重影響工作效率。而且在城市交通網密集度不斷豐富的背景下，人工維護的負擔也在不斷增多，在有限的時間內很難達到預期的維護效果，很多情況下會出現漏檢的情況，這樣也導致最終采集到的信息完整度較差，不能將此類信息作為系統下一階段發展規劃的參考依據，從而限制了交通信號系統的發展速度。

1.3 信息處理結果科學性較低

信號維護支持系統對正線設備信息數據分析和處理過程相對簡單，只需要負責對報警反饋信息的收集和處理即可，但是卻不能分析報警信息的由來。軌道交通的線輪長度較大，如果在接收預警信息后卻不能鎖定信息來源，這也將影響后續檢修工作的順利展開，增加了維修時間成本的投入。而且部分城市還沒有形成比較完善的信息處理體系，在對信息進行處理時，很容易導致處理結果片面性較強，降低了采集數據的實用價值。

2 基于CBTC信號系統的互聯互通技術方案

就目前城市軌道交通CBTC信號系統的互聯互通的發展情況而言，正處于理論研究和小范圍的實驗性起步階段。目前只有重慶軌道交通二期工程中的4，6，10號線和軌道交通環線作為國家級的城市軌道交通互聯互通的示范工程，將對制定的CBTC互聯互通的一系列技術規范進行驗證。這四條軌道交通工程在設計階段，就從軌道線路，車站劃定，信號系統傳輸形式以及信號設備布設，還包括與此相關的供電，車輛類型等諸多方面進行統一的設計，策劃和部署施工。待這一系列的工程全部完成后，CBTC互聯互通信號系統也得到了實際項目的驗證，在積累了技術條件和技術經驗的同時，這一規范同樣也可以納入其他城市的軌道交通信號系統建設的技術標準。由此可見，信號系統的互聯互通不僅僅只涉及信號系統本身以及子系統和相關信號設備的互聯互通，還對其他各類支持設備條件和車輛類型等方面有著嚴格的要求。這些要求的最終目的都是為了讓搭載著不同生產商的信號系統的地鐵車輛能夠在不同的線路上無縫切換運行，同時在運行過程中還必須滿足列車發車時間控制，車與車之間的運行時間間隔以及運行切換過程中安全可靠等一系列要求。

綜上所述，CBTC信號系統的互聯互通只是其中的重要組成部分，而信號系統內部之間的接口，信號設備的安放以及相關信號的采集就是信號系統互聯互通的關鍵組成部分。對于信號系統內部的接口而言，應該采用統一的定制和描述方法，以此來規范各個信號系統之間的接口條件，從而達到接口的互聯互通條件。例如根據軌道線路的拓撲結構進行標準化，即將軌道交通線路依據實際需求劃分為不同的邏輯拓撲區間，在各個區間定義相同的互相連接關系。這樣，整條軌道線路就可以表示為由一個個邏輯拓撲區間所組成。從而列車在運行過程中，車載的信號系統便能夠在一個個的邏輯拓撲區間內互聯互通，于是也就在整個運行路徑上達到了信號系統互聯互通的要求。對于信號設備的安放，同樣可以根據邏輯拓撲結構進行定制。例如在不同的線路位置，如道岔處，站臺，車輛段等不同位置的信號設備的安放，可以根據實際的要求，選擇不同的拓撲結構方法，將上述設備按照拓撲結構要求安放并連接，從而實現信號數據的標準化，便于列車在運行過程中能夠與這些信號設備無縫連接，從而在信號設備和車載信號之間達到互聯互通的要求。軌道交通的數據采集涉及軌道交通系統的各個方面，所以要將其統一化較為復雜。

從廣義上來說，數據采集過程可以劃分為數據收集，數據推送和數據分析三個階段。而信號系統的互聯互通要求數據收集要與各類信號子系統以及其他的保障系統聯通，如監控系統，站臺管理系統等等。要實現規模和數量級如此巨大的數據采集，其數據采集系統的設計規劃可以借鑒通信行業的對于的信號傳輸過程，將其劃分為核心層，傳輸層，承載層和接入層四個部分組成。其中核心層的信號設備必須具備信號高速互聯和交換的能力，并在傳輸節點之間進行大冗余連接，避免傳輸信號之間的干擾;傳輸層的光纖數量要充足，并且一條信號傳輸線路的光纖不少于兩組，避免其中一組因故中斷時信號無法傳輸;承載層必須具備大容量的數據路由和高性能的防火墻設備，同時各個路由節點都要與核心層節點捆綁連接;接入層應該具備高速的濾波和分析功能，快速篩選出所需的信號數據。同時，在實際設計過程中，應廣泛采用低延時高冗余的網絡傳輸技術，從而提升數據采集的質量，更好的滿足信號系統互聯互通在信號傳輸方面的要求。

目前CBTC信號系統的無線通信頻段是2.4GHz，作為一個公共頻段，十分容易受到外界其他因素的干擾和影響，造成行車調度安全方面的不可控因素，十分容易造成重大安全事故。為此工信部于2015年確定了1.8GHz作為城市軌道交通的專用頻段。因此LTE-M平臺也應運而生，作為城市軌道交通的專用通信平臺。發現其在運行過程中可持續性強，并且隨著技術更新可以同步升級。同時在安全保障機制，信號傳輸速率，信號傳輸質量，后期的維護和抗干擾等方面具有巨大的優勢。因此，LTE-M平臺有更好的實際應用前景，也更加符合城市軌道交通信號系統控制平臺的發展方向。

3 結語

城軌交通信號系統是技術含量高、行車指揮自動化和保障安全的重要技術裝備。面對我國城軌交通現代信號尚處于依賴進口、國產化進程滯后的現狀，必須引起城軌界的高度關注。盡快提高我國信號裝備的技術水平，發展具有中國特色的城軌交通現代信號系統具有深遠的戰略意義。

參考文獻

[1]杜圓榮.城市軌道交通信號系統發展研究[J].智能城市，2020，6（06）：154-155.