智能化背景下軌道交通信號(hào)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)探析

（上海電氣泰雷茲交通自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司，上海 201206）

隨著國(guó)內(nèi)城鎮(zhèn)化發(fā)展不斷深化，城市交通運(yùn)輸建設(shè)不斷完善，軌道交通運(yùn)輸成為國(guó)內(nèi)一線城市的基礎(chǔ)配置，傳統(tǒng)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(hào)系統(tǒng)是控制系統(tǒng)中的重要組成部分，可保障列車安全運(yùn)行，是一種高效的自動(dòng)化系統(tǒng)[1]。

近年來(lái)，我國(guó)的城市軌道交通逐漸向網(wǎng)絡(luò)化、智能化、信息化方向發(fā)展，自動(dòng)駕駛技術(shù)、車輛通信技術(shù)、互聯(lián)互通和信息技術(shù)也得到了相應(yīng)發(fā)展。文章基于智能化背景，分析軌道交通信號(hào)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)，為城市軌道交通的進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展情況

在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)發(fā)展過程中，主要是改進(jìn)人工控制、設(shè)備控制，建立以信息控制為主體的安全信息系統(tǒng)[2]。現(xiàn)代軌道交通信號(hào)系統(tǒng)是不同于傳統(tǒng)機(jī)械、電子信號(hào)設(shè)備的簡(jiǎn)單組合，包括車站信號(hào)、進(jìn)路信號(hào)、列車控制技術(shù)、通信信號(hào)技術(shù)的融合、列車自動(dòng)調(diào)度指揮技術(shù)的應(yīng)用，是完整的安全跟蹤系統(tǒng)。打破了傳統(tǒng)鐵路信號(hào)功能單一、分散控制、相對(duì)獨(dú)立的局限，發(fā)展成為一個(gè)大型的集成信號(hào)顯示、列車運(yùn)行、集中部署、數(shù)據(jù)通信等軟硬件緊密連接的安全控制系統(tǒng)。

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)大部分城市鐵路的無(wú)線通信主要有三種：無(wú)線AP、漏纜傳輸、感應(yīng)回路。無(wú)線AP模式下，傳輸模式成本低，安裝簡(jiǎn)便，傳輸長(zhǎng)度較短，較易受到其他因素的影響[3]。與無(wú)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(shí)現(xiàn)列車與車站的雙向傳輸。CBTC系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)多數(shù)主流信號(hào)系統(tǒng)日常維護(hù)的基礎(chǔ)[4]。城市軌道交通系統(tǒng)的具體工作內(nèi)容是對(duì)列車進(jìn)行充分調(diào)度，記錄列車的實(shí)際運(yùn)行情況、運(yùn)行數(shù)據(jù)。列車的安全運(yùn)行技術(shù)、媒體信息技術(shù)在軌道交通中的廣泛應(yīng)用，列車逐步實(shí)現(xiàn)了信號(hào)點(diǎn)式和連續(xù)傳輸、列車的雙向自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了列車的自動(dòng)運(yùn)行。

2 智能化背景下城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)

2.1 無(wú)人駕駛技術(shù)應(yīng)用

軌道交通無(wú)人駕駛技術(shù)也被稱為全自動(dòng)駕駛技術(shù)，指城市軌道交通列車引入自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，以提高列車運(yùn)行的安全性，降低列車運(yùn)輸成本。在自動(dòng)駕駛模式下，列車自動(dòng)喚醒，打開自檢，檢查后自動(dòng)到達(dá)終點(diǎn)返回。在每一次循環(huán)結(jié)束后，行駛數(shù)據(jù)會(huì)上傳到系統(tǒng)，并進(jìn)入自動(dòng)休息狀態(tài)[5]。

軌道交通全自動(dòng)技術(shù)中有DTO模式有人值守模式和UTO無(wú)人值守模式。無(wú)人模式在監(jiān)控系統(tǒng)下全自動(dòng)化運(yùn)行，可解決列車運(yùn)行中傳感器異常等問題，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)能有效對(duì)其進(jìn)行處理。

首先，對(duì)軌道交通運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)軌道交通整體運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)管控制，根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)全面控制列車運(yùn)行。列車性能自我控制和喚醒是耦合的過程，按規(guī)定的計(jì)劃啟動(dòng)運(yùn)行，向遠(yuǎn)方傳遞命令信號(hào)，通過核心處理器向不同硬件模塊傳輸指令，列車ATS系統(tǒng)開始監(jiān)控喚醒。

其次，通過數(shù)據(jù)通信、信息網(wǎng)絡(luò)完成與其他子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)各設(shè)備的監(jiān)管控制。在使用無(wú)人駕駛模式時(shí)，需要完成靜態(tài)試驗(yàn)，包括車門、制動(dòng)器、空調(diào)、照明和牽引試驗(yàn)，進(jìn)行前、后鎖閉和管道等動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。

最后，車輛可以進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行，以便對(duì)運(yùn)行中的突發(fā)情況進(jìn)行有效管理[6]。車輛系統(tǒng)、地面系統(tǒng)采用冗余技術(shù)，車輛系統(tǒng)中有完善的速度傳感器和繼電器等硬件設(shè)備，與地面系統(tǒng)通信傳輸形成完整的監(jiān)管體系，保障了無(wú)人駕駛技術(shù)的安全性。

2.2 軌道交通信號(hào)系統(tǒng)互通互聯(lián)

在人工智能技術(shù)應(yīng)用更加廣泛的背景下，完善軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的互通互聯(lián)較為重要。列車交通信號(hào)系統(tǒng)的互通互聯(lián)是在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，改善了傳統(tǒng)廠商單一ATC設(shè)備的通信，使列車、車站及站點(diǎn)不同資源實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提高了列車調(diào)度與運(yùn)行效率[7]。該系統(tǒng)的連接使不同廠家的列車可以在不同廠家的鐵路設(shè)施上運(yùn)行。系統(tǒng)互通互聯(lián)中需要新的通信技術(shù)即CBTC系統(tǒng)，可以保障車輛與站點(diǎn)之間的雙向通信。由于不同廠家之間的CBTC系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸接口存有差異，造成列車實(shí)際運(yùn)行難以采用不同廠家的CBTC系統(tǒng)通信，無(wú)法實(shí)現(xiàn)互通互聯(lián)。因此，在互通互聯(lián)系統(tǒng)中需要明確標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一系統(tǒng)基礎(chǔ)功能與接口模式，保障軌道交通信號(hào)系統(tǒng)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)的通信目標(biāo)，為軌道列車智能化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

2.3 車-車通信的軌道交通信號(hào)系統(tǒng)

在未來(lái)的發(fā)展過程中，在車輛與站點(diǎn)之間通信模式下，CBTC系統(tǒng)將得到更加廣泛的應(yīng)用。使用CBTC系統(tǒng)通信后，提高了列車與地面站點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸效率，提高了列車運(yùn)行安全[8]。同時(shí)，CBTC系統(tǒng)是列車自動(dòng)控制的基礎(chǔ)，可保障列車高速行駛過程中傳輸信號(hào)的質(zhì)量，減少了區(qū)域電纜的鋪設(shè)與維護(hù)。在提高列車不同區(qū)域靈活調(diào)度性能的基礎(chǔ)上，改善了安全數(shù)據(jù)信息的雙向傳輸。在CBTC系統(tǒng)中，無(wú)須計(jì)算機(jī)控制的聯(lián)鎖系統(tǒng)CI，只需管理站臺(tái)門和軌道上的信號(hào)機(jī)。

在車-車通信軌道交通信號(hào)中應(yīng)用CBTC系統(tǒng)后，需要在列車控制器與列車ATS監(jiān)控系統(tǒng)增加有關(guān)算法，通過算法優(yōu)化傳統(tǒng)通信模式，以實(shí)現(xiàn)智能化數(shù)據(jù)分析與信號(hào)發(fā)送，與其他車輛共享列車運(yùn)行的實(shí)時(shí)位置，計(jì)算列車的最快運(yùn)行速度與制動(dòng)曲線，保障列車進(jìn)出站點(diǎn)的精確無(wú)誤。

3 智能化背景下城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)與建議

3.1 發(fā)展趨勢(shì)分析

在國(guó)內(nèi)城市化建設(shè)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(shí)，在人工智能+5G的信息化發(fā)展背景下，軌道交通信號(hào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸將更加高速、穩(wěn)定與安全，可以實(shí)現(xiàn)更多、更復(fù)雜的控制，保障了軌道交通無(wú)人駕駛運(yùn)行的安全性與有效性。

在實(shí)際應(yīng)用中，信息化建設(shè)存在一定的問題，需要在后期不斷優(yōu)化完善[9]。軌道交通信號(hào)系統(tǒng)是列車控制體系的核心部分，如果基礎(chǔ)建設(shè)與標(biāo)準(zhǔn)化管理不統(tǒng)一，會(huì)導(dǎo)致信息資源利用率低、資源浪費(fèi)、安全管理不嚴(yán)格、運(yùn)維體系不健全、缺乏規(guī)范化管理、沒有標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化要求。因此，在軌道交通信號(hào)系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展中，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

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

（2）提高網(wǎng)絡(luò)層。加強(qiáng)系統(tǒng)內(nèi)部信息的有線通信、無(wú)線通信，提高系統(tǒng)的交互效率，加快系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸。

（3）強(qiáng)化數(shù)據(jù)層。該部分的主要目的是對(duì)系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合管理，并將相關(guān)數(shù)據(jù)提供給不同的企業(yè)，以保證城市軌道交通系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（4）增加平臺(tái)層。該層有效利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，打造云計(jì)算平臺(tái)，科學(xué)、快速地處理不同的數(shù)據(jù)，保證信息數(shù)據(jù)的安全，逐步實(shí)現(xiàn)信息的交換。

（5）提高應(yīng)用層。負(fù)責(zé)列車的運(yùn)行、制造訂單、設(shè)計(jì)客運(yùn)和公司管理，包括主要的基礎(chǔ)設(shè)施和管理活動(dòng)。

（6）完善展示層。創(chuàng)建城市軌道交通門戶，以便內(nèi)部和外部訪問。

3.2 發(fā)展建議

城市軌道交通信息系統(tǒng)的主要組成部分由六個(gè)層次、兩個(gè)系統(tǒng)組成。

感知層：包含多個(gè)傳感器組件，通過相應(yīng)的技術(shù)捕獲有關(guān)信息。

網(wǎng)絡(luò)層：實(shí)現(xiàn)信息間的有線和無(wú)線連接，以保證信息之間的通信舒適性。

數(shù)據(jù)層：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)信息，為各子系統(tǒng)的運(yùn)行提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持。

應(yīng)用層：由三個(gè)生產(chǎn)、服務(wù)和管理中心組成，覆蓋了系統(tǒng)整體運(yùn)行，建立獨(dú)立的城市軌道交通網(wǎng)站，方便內(nèi)部和外部工作人員訪問。

應(yīng)加強(qiáng)信息化建設(shè)，以改善城市軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，提高系統(tǒng)信息化建設(shè)的重要性，充分利用信息技術(shù)，創(chuàng)新信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)。為城市軌道交通的穩(wěn)定運(yùn)行實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化創(chuàng)造有利條件。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，城市軌道交通運(yùn)輸信號(hào)系統(tǒng)愈發(fā)智能化、信息化，提升了列車行駛效率，提高了運(yùn)行安全。本文主要論述城市軌道交通運(yùn)輸信號(hào)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，從自動(dòng)駕駛、互通互聯(lián)及車-車通信技術(shù)展開應(yīng)用分析，最后從六個(gè)層面論述了發(fā)展趨勢(shì)，并給出發(fā)展建議，以期為城市軌道交通運(yùn)輸智能化發(fā)展提供參考作用。