城市軌道交通信號系統互聯互通工程關鍵技術應用

楊安安

（蘭州博文科技學院，甘肅 蘭州 730101）

0 引言

城市化發展必然帶動城市基礎設施更新，其中軌道交通更新最為明顯。我國人口不斷向著城市集中，傳統的交通網絡已無法滿足現代城市發展需求，全國各大城市都在積極建設完善的軌道交通網絡系統，隨著軌道交通信號系統的完善，交通通信系統也需要不斷拓展，實現通信系統互聯是一項關鍵的任務。交通信號系統互聯互通工程的建設能夠為城市交通管理者提供更多優質的通信服務，從而優化城市交通結構，最大限度地發揮城市軌道交通的作用，為人們提供優質的出行服務。

1 城市軌道交通信號系統互聯互通建設現狀

交通信號系統承擔著協調城市通信工作的重要任務，對于城市交通穩定運行發揮著關鍵作用。目前我國各大城市都在建設互聯互通交通信號系統，旨在打造一體化、協同式通信網絡體系。但是在建設通信系統過程中一些問題依然較為突出，分析和研究這些問題對于改進交通通信系統有著重要意義。

1.1 通信系統存在信號延遲

信號延遲對于交通通信質量產生的影響較多，隨著交通網絡不斷完善，列車運行協調工作難度越來越大，準確地對列車進行定位，并給列車發送運行指令是通信的關鍵，傳統的通信技術存在一定的延遲，如果通信誤差要求較小,傳統的通信網絡條件能夠確保列車運行的有序性，但是在大量列車同時運行的環境下，通信延遲可能導致列車運行事故發生。現有的信號系統也無法保障通信信息的可靠性，系統獲得信息后需要多次確認后才能執行相關指令，這一過程中需要消耗一定時間，目前解決通信延遲問題的主要方法是更新通信技術，不過城市軌道交通信號系統復雜，這項工作并不能一蹴而就，而需要循序漸進地進行。此外，除了存在信號延遲問題之外，有時也會出現信號丟失問題，這也是未來階段研究人員需要解決的問題。

1.2 信號系統網絡安全問題

網絡安全是信息時代人們普遍關注的問題，城市軌道交通信號系統承擔著軌道交通列車運行通信的任務，其中涉及一些核心的運行數據，如果這些數據被竊取，可能對整個城市軌道交通網絡的穩定性造成影響。目前，大部分城市使用的信號系統都存在著軟件和硬件系統不兼容的情況，一些早期建設的信號系統主要采用國外的通信管理軟件，而后續建設的信號系統采用國產的系統，由于設計源程序和專利問題，所以兩套系統并未完成融合，每一套系統都獨立運行，想要實現信息資源共享，需要通過信息轉化裝置對運行數據進行處理，因此信息處理的效率相對單一系統較慢。由于兩條系統兼容性較差，所以系統必然存在著漏洞，如果不法分子利用網絡漏洞對信號系統進行破壞，將會使整個城市軌道交通網絡陷入癱瘓，從而影響人們的出行。

網絡安全意義重大，隨著網絡技術發展，網絡安全問題不斷突出，其必然對城市軌道交通信號系統穩定運行產生影響，研究人員應重視網絡安全建設工作，不斷提升網絡安全防護質量。

1.3 信息共享效果不夠理想

信號系統的功能之一是信息共享，通過信息共享實現對各條線路列車運行狀況進行調控。目前我國軌道交通信息共享系統并不完善，在處理列車運行信息時往往需要多個系統協調工作，這種處理方法效率較低，如果信息傳遞過程中出現錯誤，信號系統可能無法正常運行。信息共享是現代網絡體系建設工作的重要一環，通過同一個信息管理平臺對大量的數據進行處理和管理，各個子系統能夠調取這些信息，從而保障子系統穩定運行，信號系統使用了多個處理系統，子系統在調取相關信息時往往需要耗費較多的時間，所以列車運行的效果達不到理想預期，從而影響了城市軌道交通資源利用率。在信號系統建設過程中，研究人員應該將更多精力用于研究信息資源共享，建立協同式一體化的信息處理平臺，從而實現對軌道交通信息的集中處理。

2 城市軌道交通信號系統結構

信號系統包含多個子系統，這些子系統是支撐整個城市軌道交通穩定運行的關鍵，主系統和子系統之間也需要穩定的通信服務，如果通信過程出現故障也會影響列車運行。推動城市軌道交通信號系統互聯互通對于整個城市發展有著重要意義，互聯互通能夠最大化利用城市軌道交通資源，發揮軌道交通的最大價值，為人們提供優質的交通服務。建設互聯互通的信號系統需要應用多種核心技術，本章將針對系統結構進行分析和研究。

2.1 聯鎖系統

聯鎖系統是控制列車安全運行的基本保障，列車進出站時間數據傳輸穩定性直接影響著其他列車運行，連鎖系統能夠獲取列車運行的速度、位置數據，并在同一的運行時間處理系統中對這些數據進行處理，信號系統將這些數據傳遞到其他站點，這些站點獲取相關數據后對其他列車進行調度，從而保障每一班次列車穩定運行。聯鎖系統的上位機和聯鎖機使用了CAN 網結構，這種結構具有很強的抗干擾能力，信號在傳輸過程中受到的影響相對較小，站點與站點間能夠實現動態的信息傳遞，有效避免了信號傳遞不暢導致的列車安全事故。聯鎖機內部安裝了計算機嵌入式模塊，這些模塊能夠對列車運行數據進行分批處理，處理后的數據轉化為特定的數據格式，通信系統將這些數據傳遞到子系統中，從而完成數據信息傳遞，既能保障數據信息的完整性，也能保障數據傳輸的效率。在未來階段針對聯鎖系統進行優化與創新非常關鍵，這是保障信號系統穩定運行的重要一環，其能夠為信號傳輸提供優質的服務。

2.2 列車自動監控系統

自動監控系統在信號系統的重要結構，自動監控系統能夠根據列車運行數據判斷列車的運行狀況，如果發現列車運行異常，能夠及時發出警報。信號系統互聯互通的重要指標之一就是將列車運行的實時數據傳輸到處理系統，通過處理系統集中判斷列車的運行狀況，這一過程不能缺少自動監控系統，自動監控系統主要利用計算機算法和列車運行數據模型處理列車數據，其能夠準確地提取列車運行參數，通過篩選異常參數判斷列車故障。如果自動監控系統工作過程中發生故障，出現信號傳輸延遲和丟失問題，信號系統可能無法獲取列車運行數據，其對于列車安全性產生了一定的影響。優化自動監控系統的關鍵在于保障信號傳輸的穩定性，盡量減少錯誤信號和信號延遲問題，這樣能夠有效保障自動監控系統穩定運行。所以研究人員應針對自動監控系統進行研究，不斷提升自動監控系統穩定性，從而更好地保障列車穩定運行。

2.3 數據通信系統

數據通信系統承擔著列車信息傳遞的職責，列車運行過程中產生的數據主要由數據通信系統負責傳遞。通信運行的關鍵是正確地處理數據，能夠將不同數據格式的數據傳遞給各個子系統，子系統根據相關指令進行運行，從而對列車運行的整體情況進行管理。以第四代通信技術為主的通信服務是當前我國城市軌道交通數據通信系統主要應用的技術，隨著5G 技術普及，一些大型城市已逐步將5G 技術融入通信系統中，在先進通信技術的支持下，數據通信系統的運行效率將會得到提升。通信系統的另一個核心內容是算法，算法是支撐系統功能運行的基礎，傳統的算法運行效率低，對大量數據進行處理時效果差，在未來階段研究人員應針對相關算法進行優化與改進。

2.4 自動駕駛系統

自動駕駛系統主要負責城市軌道列車自動行駛工作，主要由計算機系統進行集中管理。自動駕駛系統穩定運行的前提是信號傳輸穩定，車站與車站之間進行信息傳遞主要是將列車運行狀況的信息及時更新，以便下一個站點作出統一調整，確保列車穩定運行，其中任何一個信息傳遞環節出現問題都可能對自動駕駛安全性產生影響。例如，如果自動駕駛系統收到錯誤的時間信息，對于后一班列車進站時間判斷錯誤，可能對發生相撞事故。自動駕駛系統主要由計算機控制，計算機能對每一輛列車位置的行駛速度進行分析，從而動態地調整本班次列車運行速度，使同一軌道上的列車保持足夠的距離，防止安全事故發生。隨著信號系統處理能力的增強，自動駕駛系統的可靠性也在不斷增強。

3 城市軌道交通信號系統互聯互通關鍵技術應用

互聯互通信號系統建設需要使用多種技術，這些技術共同支撐了整個信號系統的運行。如信號轉化技術、5G 通信技術、網絡接口技術和數據處理技術等，這些技術在整個信號系統中扮演著重要的角色，本章將圍繞這些技術進行分析和研究。

3.1 信號轉化技術

信號轉化技術是對不同類型的數據進行轉化，從實現管理系統和子系統信息互相傳遞的目標。目前，我國很多城市的軌道交通系統中都應用兩套或兩套以上的信息管理系統，不同系統適用于不同的數據格式，如果數據格式不協調，信息無法在兩個甚至多個系統中傳遞，從而無法實現互聯互通。信號轉化技術是將信息格式進行轉化，數據處理系統能夠識別特定的數據格式，然后將相關指令轉化為另一套系統能夠識別的數據格式，實現信息傳遞。例如，英國的信號系統與國產的信號系統使用了不同格式的信息傳遞系統，兩套系統無法實現信息互換，需要通過統一的系統對數據格式進行處理才能實現互換，很多城市早期的信號系統都是使用英國產生的系統，而新建的信號系統主要使用國產系統，更換系統成本較高，而且需要對既往的數據信息進行遷移，工作量非常大，為了解決這些問題，可以應用信號轉化技術。

3.2 5G 通信技術

5G 通信技術主要解決了信息延遲問題，信息延遲對城市軌道交通運行產生的影響較大，低延遲對于提升城市軌道交通資源利用率有著重要作用。目前5G技術相對較為成熟，其延遲低于第四代通信技術，而且在信息完整性方面有著明顯的優勢，5G 技術通過特殊的信息加密方式對信息進行了處理，能夠確保信息在復雜的環境下高效地進行傳遞，傳輸速度快和信息保真度高成了城市軌道交通信號系統中重要的技術之一，目前5G 商用的效果越來越明顯，想要進一步降低通信時間誤差，逐步將5G 技術應用于信息系統非常關鍵，技術研究人員應建設更多專門服務于城市軌道交通的5G 基站，不斷加快新一代通信網絡的建設，為城市軌道交通信號系統提供良好的通信服務。此外，在信號系統中云計算技術也有著重要的應用，通過云端對大量數據進行處理，能夠有效地提升數據處理效率，從而提升信息傳遞的質量。隨著相關技術發展，信號系統的運行穩定性將會逐步提升。

3.3 網絡接口技術

網絡接口技術對于整個信號系統有著重要意義，網絡接口是網絡數據信息互換的重要節點，如果網絡接口存在故障，將會對整個信號網絡造成影響。網絡接口技術的關鍵是對不同類型網絡數據進行處理，從而保障這些數據能夠順利地通過網絡節點，并傳輸到不同的子系統或數據處理服務器中。由于我國很多城市信號系統子系統應用了不同標準的軟件，所以信息在傳輸過程中需要進行多次轉換，網絡接口技術在其中發揮著不可忽視的作用，想要進一步發揮網絡接口技術的作用，應該不斷地對數據通過節點的方法進行優化，在保障數據傳輸速度的基礎上提升數據的穩定性，盡可能避免數據信息在轉換過程中出現錯誤或丟失問題，從而更好地保障信號系統運行穩定性。網絡接口技術在整個信號系統中有著非常廣泛的應用，其直接關系到城市軌道交通運行的有序性，任何一個網絡接口出現數據傳輸問題后都可能影響列車運行安全性。

3.4 數據處理技術

數據處理技術主要針對列車運行的各項數據進行分析和處理，從而為整個軌道交通網絡體系提供管理服務。目前數據處理系統主要由三個部分組成，一是計算機網絡系統，二是網絡傳輸系統，三是數據處理服務器，不同結構負責的工作不同，服務器的功能是分析和處理數據，按照相關算法規律找出差異性的數據，幫助人們更好地管理列車。計算機系統主要提供了功能服務，管理人員能夠在平臺上選擇特定的服務，系統則根據算法要求提供服務。數據處理技術可以被稱為整個信號系統的核心，信號本身就是一種數據，通過處理系統處理后轉化為特定的指令，系統發布指令后子系統獲取指令并運行指令，從而實現對列車運行的集中控制。除了大數據技術之外，人工智能技術也在其中發揮著重要作用，其能夠根據列車運行的實際情況調整運行模式，從而確保列車運行的有序性。

4 結語

總而言之，隨著城市軌道交通發展，信號系統互聯互通成為其主要發展目標，實現互聯互通對于提升城市軌道交通資源利用率，提升軌道交通服務質量有著重要意義。各類新技術在信號系統中的應用有效地提升了信號系統運行效率和質量，研究人員應針對目前我國城市軌道交通信號系統互聯互通過程中遇到的問題進行分析，找出相關影響因素，制定有效的解決措施，提升信號系統運行的高效性，使城市軌道交通網絡更好地為民眾服務。