修躍輝

（西門子交通技術(shù)（北京）有限公司，北京 100020）

0 引言

城市軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展迅速，緊緊依托于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，不斷彰顯出規(guī)?；c網(wǎng)絡(luò)化的特征。對于軌道交通，信號系統(tǒng)至關(guān)重要，它是系統(tǒng)安全、正點(diǎn)運(yùn)營的關(guān)鍵所在。城市軌道分布范圍廣，基于高度發(fā)達(dá)的信號系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)城軌之間的互聯(lián)互通。具體表現(xiàn)為各城市列車之間可以在軌道上進(jìn)行有秩序的跨線運(yùn)行活動(dòng)，同時(shí)提升列車運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性，將城軌運(yùn)行效率提升至新高度[1]。

1 信號系統(tǒng)互聯(lián)互通的背景及意義

1.1 互聯(lián)互通的背景

就目前信號系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r來看，許多國內(nèi)的一線城市的軌道交通的發(fā)展目前已形成了網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展規(guī)模。由于目前軌道交通中的線路設(shè)計(jì)是不同的，因而使得目前大多數(shù)交通路線只能維持單獨(dú)運(yùn)營。目前，國內(nèi)許多大城市的城市軌道交通已形成網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營，但由于單獨(dú)建設(shè)的各條線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不同，造成了各線路只能單獨(dú)運(yùn)營的現(xiàn)狀。因而對于軌道交通系統(tǒng)而言，應(yīng)當(dāng)充分分析互聯(lián)互通的可行性。對于城市軌道交通而言，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通是一個(gè)復(fù)雜的工程，它涉及土建、供電、信號以及軌道等諸多專業(yè)領(lǐng)域，各線路之間應(yīng)當(dāng)形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，彼此之間需要協(xié)同配合。若全面分析互聯(lián)互通工程，由于涉及的領(lǐng)域眾多必將大幅提升問題復(fù)雜度，因此在本文中假定其它專業(yè)領(lǐng)域均可以達(dá)到互聯(lián)互通的效果，在此基礎(chǔ)上僅對信號系統(tǒng)展開分析。

1.2 互聯(lián)互通的意義

城市軌道交通線網(wǎng)間實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，能夠增強(qiáng)人機(jī)界面、維修工藝等內(nèi)容的統(tǒng)一性，能夠充分發(fā)揮人力與設(shè)備資源的作用，達(dá)到資源共享的效果。列車處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時(shí)在此基礎(chǔ)之上對列車上的信號設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)互通。這樣一來可以實(shí)現(xiàn)列車的共享網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營，在很大程度上使線路和信號設(shè)備的利用率得到了提升[2]。

2 信號系統(tǒng)互聯(lián)互通解決方案

2.1 系統(tǒng)的整體架構(gòu)

以福州地鐵線路為例，要想進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)城市軌道交通信號系統(tǒng)的互聯(lián)互通，需要以現(xiàn)有的CBTC（Communication Based Train Control，基于通信的列車運(yùn)行控制）信號系統(tǒng)為基礎(chǔ)，再增添用于集中調(diào)度的管理設(shè)備，方便對其進(jìn)行統(tǒng)一管理。同時(shí)還要增加電子地圖的功能設(shè)備，這樣可以方便對列車的運(yùn)行軌道實(shí)行實(shí)時(shí)共享。除此之外，還要添加遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)更新的車載系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫存貯單元（Database Storage Unit，DSU）。

2.2 各子系統(tǒng)布置位置和原則

為進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)福州地鐵軌道交通信號系統(tǒng)的互聯(lián)互通，尤其是ATO（Automatic Train Operation，列車自動(dòng)駕駛）需要進(jìn)一步的規(guī)劃好統(tǒng)一的設(shè)計(jì)原則，并以此為基礎(chǔ)，以確保列車的安全行駛。

（1）路網(wǎng)控制設(shè)備是路網(wǎng)控制中心的核心設(shè)備。例如用于集中調(diào)度的管理設(shè)備和電子地圖功能設(shè)備[3]。

（2）本線 ATS（Automatic Train Supervision，列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)）控制設(shè)備是控制中心的核心設(shè)備。例如調(diào)度員的工作站、維護(hù)工作站等。

（3）車載控制設(shè)備主要包括車載ATP（Automatic Train Protection，列車自動(dòng)防護(hù)），ATO，DSU等。

2.3 信號系統(tǒng)互聯(lián)互通接口

車地間的接口信息以及相鄰線路地面控制設(shè)備間的接口信息需要進(jìn)一步規(guī)劃。統(tǒng)一車地間的接口，以保證裝載不同集成商車載設(shè)備的列車可以運(yùn)行在同一線路上，可以從該線的控制中心和車站設(shè)備接收控制信息，需要保證接口之間有著統(tǒng)一的信息。

（1）車載ATP-地面ATP間接口。最為關(guān)鍵的便是規(guī)范車地接口信息處理，通過此操作地面ATP子系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)接收到來自于車載ATP的各類數(shù)據(jù)，具體涵蓋列車實(shí)際位置、列車運(yùn)行模式等。規(guī)范車地接口信息意義深刻，它是地面ATP與車載ATP的信息溝通渠道，可以實(shí)現(xiàn)彼此之間的移動(dòng)授權(quán)，并提供臨時(shí)限速等多種信息。

（2）車載ATP-聯(lián)鎖間接口。在完成規(guī)范車地接口信息操作后，此時(shí)c1子系統(tǒng)將會(huì)接收到來自于車載ATP子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息，最為典型的為安全門開合控制指令。此外，車載ATP子系統(tǒng)將會(huì)接收到來自于c1子系統(tǒng)的信息，獲悉最新的安全門狀態(tài)。

（3）車載ATP-ATS間接口。在完成規(guī)范車地接口信息操作后，ATS子系統(tǒng)將會(huì)接收到來自于車載ATP子系統(tǒng)的各類信息，具體涵蓋運(yùn)行速度、模式以及?？圮嚑顟B(tài)等。此外，ATP子系統(tǒng)將會(huì)接收到來自于ATS子系統(tǒng)的各類指示信息，例如扣車與停跳命令、運(yùn)營調(diào)整信息等[4]。

（4）鄰線地面控制設(shè)備間的接口。在完成統(tǒng)一車地接口工作后，還應(yīng)確保鄰線各設(shè)備對應(yīng)接口的統(tǒng)一性，以此確保在ATP防護(hù)機(jī)制下列車能夠順利完成線路切換。具體操作對象有2類：①各地面ATP間的接口；②各車載ATP聯(lián)鎖間的接口，應(yīng)當(dāng)確保上述二者在通信協(xié)議方面的統(tǒng)一性。

2.4 關(guān)鍵技術(shù)

（1）統(tǒng)一的調(diào)度指揮。如圖1所示，N-ATS列車監(jiān)控系統(tǒng)可以對各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度。信號系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)互通，N-ATS總系統(tǒng)可以對分系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并將其狀態(tài)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控。

（2）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源。統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營的必備條件。在數(shù)據(jù)源中的電子地圖更新之后，車載設(shè)備檢測系統(tǒng)會(huì)對其進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并將檢測之后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰囕d系統(tǒng)，用戶可通過車載DSU對其進(jìn)行下載，及時(shí)更新地圖信息。數(shù)據(jù)源路徑傳輸如圖2所示。

圖1 N-ATS系統(tǒng)架構(gòu)圖

（3）跨線切換原理。若信號系統(tǒng)在互聯(lián)互通的狀態(tài)下，列車CBTC跨線運(yùn)行的切換機(jī)制，可參照圖3。圖中ZC是區(qū)域控制器，MA表示移動(dòng)授權(quán)。

圖2 統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源路徑傳輸

圖3 CBTC列車跨線運(yùn)行切換

3 城軌信號系統(tǒng)互聯(lián)互通的展望

為了提升聯(lián)通聯(lián)運(yùn)效率，可采取的設(shè)計(jì)方法有2種：①CBTC信號系統(tǒng)疊加式；②模塊化結(jié)構(gòu)。雖然前者理論上具有可行性，但其內(nèi)部的子系統(tǒng)間接線較為復(fù)雜，因此在實(shí)際操作過程中難度偏大。基于3C技術(shù)的深度進(jìn)步，以列車為核心的CBTC系統(tǒng)具有更強(qiáng)的可行性[5]。

此時(shí)，全新的CBTC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度顯著降低，且無需使用軌旁ATS設(shè)備，其功能將由車載設(shè)備來承擔(dān)，在車載的聯(lián)動(dòng)下列車之間可以達(dá)到間隔控制以及提供授權(quán)等效果。此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)的接線數(shù)量顯著減少，提升了城軌信號系統(tǒng)互聯(lián)互通的質(zhì)量。

4 結(jié)束語

在實(shí)現(xiàn)信號系統(tǒng)互聯(lián)互通前，應(yīng)當(dāng)做好準(zhǔn)備工作，即對系統(tǒng)功能進(jìn)行全面分析，充分考慮所有子系統(tǒng)的功能需求，并將其進(jìn)行細(xì)化，此時(shí)系統(tǒng)功能將被轉(zhuǎn)換為若干個(gè)子系統(tǒng)功能，而后具有針對性地制定系統(tǒng)需求書，以便與供應(yīng)商展開溝通。當(dāng)下，信號系統(tǒng)主要有軌旁以及ATS等系統(tǒng)構(gòu)成，其中軌旁ATP是實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的必要條件，它可以促進(jìn)列車間的通信交流，并提供安全保障。總的來說，城市軌道交通被賦予了高度的社會(huì)意義，依托于信號系統(tǒng)的互聯(lián)互通，可以增強(qiáng)列車之間的運(yùn)行穩(wěn)定性。