智能化背景下軌道交通信號系統發展趨勢探析

（上海電氣泰雷茲交通自動化系統有限公司，上海 201206）

隨著國內城鎮化發展不斷深化，城市交通運輸建設不斷完善，軌道交通運輸成為國內一線城市的基礎配置，傳統的城市軌道交通在控制上需要人工輔助控制，在效率與安全上存有一些不足。軌道交通信號系統是控制系統中的重要組成部分，可保障列車安全運行，是一種高效的自動化系統[1]。

近年來，我國的城市軌道交通逐漸向網絡化、智能化、信息化方向發展，自動駕駛技術、車輛通信技術、互聯互通和信息技術也得到了相應發展。文章基于智能化背景，分析軌道交通信號系統發展趨勢，為城市軌道交通的進一步發展奠定基礎。

1 城市軌道交通信號系統的發展情況

在城市軌道交通信號系統發展過程中，主要是改進人工控制、設備控制，建立以信息控制為主體的安全信息系統[2]。現代軌道交通信號系統是不同于傳統機械、電子信號設備的簡單組合，包括車站信號、進路信號、列車控制技術、通信信號技術的融合、列車自動調度指揮技術的應用，是完整的安全跟蹤系統。打破了傳統鐵路信號功能單一、分散控制、相對獨立的局限，發展成為一個大型的集成信號顯示、列車運行、集中部署、數據通信等軟硬件緊密連接的安全控制系統。

現階段，國內大部分城市鐵路的無線通信主要有三種：無線AP、漏纜傳輸、感應回路。無線AP模式下，傳輸模式成本低，安裝簡便，傳輸長度較短，較易受到其他因素的影響[3]。與無線AP相比，漏纜傳輸方式不易受其他因素影響，覆蓋范圍廣，但未實現列車與車站的雙向傳輸。CBTC系統是國內多數主流信號系統日常維護的基礎[4]。城市軌道交通系統的具體工作內容是對列車進行充分調度，記錄列車的實際運行情況、運行數據。列車的安全運行技術、媒體信息技術在軌道交通中的廣泛應用，列車逐步實現了信號點式和連續傳輸、列車的雙向自動控制，實現了列車的自動運行。

2 智能化背景下城市軌道交通信號系統應用技術

2.1 無人駕駛技術應用

軌道交通無人駕駛技術也被稱為全自動駕駛技術，指城市軌道交通列車引入自動駕駛系統，以提高列車運行的安全性，降低列車運輸成本。在自動駕駛模式下，列車自動喚醒，打開自檢，檢查后自動到達終點返回。在每一次循環結束后，行駛數據會上傳到系統，并進入自動休息狀態[5]。

軌道交通全自動技術中有DTO模式有人值守模式和UTO無人值守模式。無人模式在監控系統下全自動化運行，可解決列車運行中傳感器異常等問題，自動駕駛系統能有效對其進行處理。

首先，對軌道交通運行數據進行采集，實現對軌道交通整體運行狀態的監管控制，根據運行狀態全面控制列車運行。列車性能自我控制和喚醒是耦合的過程，按規定的計劃啟動運行，向遠方傳遞命令信號，通過核心處理器向不同硬件模塊傳輸指令，列車ATS系統開始監控喚醒。

其次，通過數據通信、信息網絡完成與其他子系統的協調配合，實現各設備的監管控制。在使用無人駕駛模式時，需要完成靜態試驗，包括車門、制動器、空調、照明和牽引試驗，進行前、后鎖閉和管道等動態試驗。

最后，車輛可以進行自動運行，以便對運行中的突發情況進行有效管理[6]。車輛系統、地面系統采用冗余技術，車輛系統中有完善的速度傳感器和繼電器等硬件設備，與地面系統通信傳輸形成完整的監管體系，保障了無人駕駛技術的安全性。

2.2 軌道交通信號系統互通互聯

在人工智能技術應用更加廣泛的背景下，完善軌道交通信號系統的互通互聯較為重要。列車交通信號系統的互通互聯是在物聯網的基礎上，改善了傳統廠商單一ATC設備的通信，使列車、車站及站點不同資源實現數據共享，提高了列車調度與運行效率[7]。該系統的連接使不同廠家的列車可以在不同廠家的鐵路設施上運行。系統互通互聯中需要新的通信技術即CBTC系統，可以保障車輛與站點之間的雙向通信。由于不同廠家之間的CBTC系統數據傳輸接口存有差異，造成列車實際運行難以采用不同廠家的CBTC系統通信，無法實現互通互聯。因此，在互通互聯系統中需要明確標準，統一系統基礎功能與接口模式，保障軌道交通信號系統互聯互通，實現萬物互聯的通信目標，為軌道列車智能化發展奠定基礎。

2.3 車-車通信的軌道交通信號系統

在未來的發展過程中，在車輛與站點之間通信模式下，CBTC系統將得到更加廣泛的應用。使用CBTC系統通信后，提高了列車與地面站點數據傳輸效率，提高了列車運行安全[8]。同時，CBTC系統是列車自動控制的基礎，可保障列車高速行駛過程中傳輸信號的質量，減少了區域電纜的鋪設與維護。在提高列車不同區域靈活調度性能的基礎上，改善了安全數據信息的雙向傳輸。在CBTC系統中，無須計算機控制的聯鎖系統CI，只需管理站臺門和軌道上的信號機。

在車-車通信軌道交通信號中應用CBTC系統后，需要在列車控制器與列車ATS監控系統增加有關算法，通過算法優化傳統通信模式，以實現智能化數據分析與信號發送，與其他車輛共享列車運行的實時位置，計算列車的最快運行速度與制動曲線，保障列車進出站點的精確無誤。

3 智能化背景下城市軌道交通信號系統發展趨勢與建議

3.1 發展趨勢分析

在國內城市化建設不斷深化的背景下，軌道交通能夠有效緩解路面擁堵情況。同時，在人工智能+5G的信息化發展背景下，軌道交通信號系統數據傳輸將更加高速、穩定與安全，可以實現更多、更復雜的控制，保障了軌道交通無人駕駛運行的安全性與有效性。

在實際應用中，信息化建設存在一定的問題，需要在后期不斷優化完善[9]。軌道交通信號系統是列車控制體系的核心部分，如果基礎建設與標準化管理不統一，會導致信息資源利用率低、資源浪費、安全管理不嚴格、運維體系不健全、缺乏規范化管理、沒有標準化、統一化要求。因此，在軌道交通信號系統未來發展中，應注意以下幾點：

（1）增加感知層。該部分的主要功能是利用現代高頻和藍牙技術，通過傳感器等設備采集信息，可以識別外在物體，可以做到智能制動，避免避險。

（2）提高網絡層。加強系統內部信息的有線通信、無線通信，提高系統的交互效率，加快系統間的數據傳輸。

（3）強化數據層。該部分的主要目的是對系統中的所有數據進行聯合管理，并將相關數據提供給不同的企業，以保證城市軌道交通系統的正常運行。

（4）增加平臺層。該層有效利用大數據技術，打造云計算平臺，科學、快速地處理不同的數據，保證信息數據的安全，逐步實現信息的交換。

（5）提高應用層。負責列車的運行、制造訂單、設計客運和公司管理，包括主要的基礎設施和管理活動。

（6）完善展示層。創建城市軌道交通門戶，以便內部和外部訪問。

3.2 發展建議

城市軌道交通信息系統的主要組成部分由六個層次、兩個系統組成。

感知層：包含多個傳感器組件，通過相應的技術捕獲有關信息。

網絡層：實現信息間的有線和無線連接，以保證信息之間的通信舒適性。

數據層：負責系統的所有數據信息，為各子系統的運行提供強大的數據支持。

應用層：由三個生產、服務和管理中心組成，覆蓋了系統整體運行，建立獨立的城市軌道交通網站，方便內部和外部工作人員訪問。

應加強信息化建設，以改善城市軌道交通系統的發展現狀，提高系統信息化建設的重要性，充分利用信息技術，創新信號系統技術。為城市軌道交通的穩定運行實現信號系統的自動化、智能化創造有利條件。

4 結語

隨著人工智能技術的不斷發展，城市軌道交通運輸信號系統愈發智能化、信息化，提升了列車行駛效率，提高了運行安全。本文主要論述城市軌道交通運輸信號系統發展現狀，從自動駕駛、互通互聯及車-車通信技術展開應用分析，最后從六個層面論述了發展趨勢，并給出發展建議，以期為城市軌道交通運輸智能化發展提供參考作用。