張翠紅

（安徽汽車職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230600）

現(xiàn)階段，我國(guó)對(duì)城市軌道交通信號(hào)CBTC系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了大量研究。文獻(xiàn)[4]主要講述了信號(hào)系統(tǒng)制式的選擇方法，文獻(xiàn)[5]進(jìn)一步分析了城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中采用的關(guān)鍵技術(shù)，文獻(xiàn)[6-9]分析了軌道交通信號(hào)CBTC系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用路徑，文獻(xiàn)[11-12]則分析了城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)無(wú)線局域網(wǎng)所采用的機(jī)械設(shè)備。上述文獻(xiàn)雖然充分探究了城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，但對(duì)于城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的控制方式涉及的相對(duì)較少，沒(méi)有為CBTC系統(tǒng)的安全使用提供技術(shù)保障，因此存在一定的不足之處。

1 城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r分析

我國(guó)北京自1965年修建地鐵線路以來(lái)，雖然投入了全套設(shè)備，以保證軌道交通的可靠運(yùn)行，但由于我國(guó)的信號(hào)設(shè)備技術(shù)水平較低，交通建設(shè)緩慢，導(dǎo)致軌道交通信號(hào)系統(tǒng)在研發(fā)方向始終處于分塊化狀態(tài)。直至進(jìn)入21世紀(jì)后，通過(guò)引入發(fā)達(dá)國(guó)家信號(hào)系統(tǒng)，才正式步入信號(hào)系統(tǒng)的自主研發(fā)領(lǐng)域，無(wú)論在運(yùn)行效率方面，還是在安全方面，都取得了重大突破[1]。

2 城市軌道交通信號(hào)應(yīng)用模式

第一，除去已有的基礎(chǔ)設(shè)施外，全套引入國(guó)外先進(jìn)的信號(hào)系統(tǒng)；第二，自主研發(fā)的列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（IT）聯(lián)鎖，并引入國(guó)外的非故障安全系統(tǒng)（ATO）與之配套；第三，采用國(guó)內(nèi)企業(yè)研發(fā)的信號(hào)系統(tǒng)[2]。列車運(yùn)行控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 列車運(yùn)行控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

調(diào)查顯示，我國(guó)在引進(jìn)信號(hào)系統(tǒng)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)建設(shè)成本過(guò)高的問(wèn)題，且在信號(hào)技術(shù)試驗(yàn)時(shí)，也存在引入系統(tǒng)不夠成熟的情況。這不僅會(huì)影響后續(xù)的地鐵營(yíng)運(yùn)，也會(huì)阻礙我國(guó)的軌道交通發(fā)展，亟須根據(jù)我國(guó)城市軌道交通特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)成套ATC技術(shù)的自主研發(fā)。因此國(guó)產(chǎn)化將是我國(guó)信號(hào)系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，而CBTC系統(tǒng)由于強(qiáng)大的雙向通信能力，能夠適應(yīng)各類車型、車速，已被我國(guó)交通建設(shè)部門(mén)列為重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象[3]。

3 城市軌道交通信號(hào)CBTC系統(tǒng)的應(yīng)用分析

3.1 CBTC系統(tǒng)分析

CBTC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。相較于傳統(tǒng)的信號(hào)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，CBTC系統(tǒng)的傳輸速度更快，能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)自動(dòng)閉塞功能，減少區(qū)間敷設(shè)線纜數(shù)量，減少一次性投資，具有列車自動(dòng)保護(hù)、自動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)監(jiān)控等功能。同時(shí)CBTC系統(tǒng)還可通過(guò)對(duì)密閉列車的運(yùn)行時(shí)間間隔控制，起到提高線路通過(guò)率的作用，減少軌道設(shè)施，有助于系統(tǒng)裝置的調(diào)試，而高度自動(dòng)化也能提升設(shè)備間的通信效率。將其運(yùn)用在城市軌道交通中，既可以緩解龐大的交通壓力，也能減少過(guò)于依靠人員駕駛的問(wèn)題，使系統(tǒng)依照設(shè)定程序自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)工作，保證運(yùn)行安全[4]。

圖2 CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.1.1 基本要求

CBTC系統(tǒng)的應(yīng)用重點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行速度以及制動(dòng)方式的監(jiān)督以及調(diào)整。在系統(tǒng)部署過(guò)程中不僅要計(jì)算好列車的安全保護(hù)距離（具體方法如圖2所示），還要確認(rèn)列車的折返站通過(guò)能力以及列車的受力情況[5]。其中列車的折返站通過(guò)能力可采用式（1）進(jìn)行計(jì)算：

式中，n折返是指折返站1小時(shí)內(nèi)折返的最大列車數(shù)；I發(fā)是指列車折返出發(fā)間隔。至于列車的受力狀況，則要采用下述公式進(jìn)行計(jì)算。

牽引階段，列車主要受機(jī)車牽引力F以及運(yùn)行阻力W惰行階段，列車牽引力消失，只承受運(yùn)行阻力制動(dòng)階段，列車主要受制動(dòng)力B以及運(yùn)行阻力W

此外，城市軌道交通信號(hào)CBTC系統(tǒng)還需具備以下功能。

（1）控制功能：是實(shí)現(xiàn)各板塊聯(lián)合應(yīng)用的基礎(chǔ)。比如，當(dāng)列車進(jìn)站時(shí)若出現(xiàn)意外狀況，則要利用信號(hào)系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)。由于部分事件具有突發(fā)性，因此難以由工作人員操作，此時(shí)需要利用信號(hào)系統(tǒng)的控制功能自行發(fā)出信號(hào)。

（2）監(jiān)控功能：由自動(dòng)聯(lián)鎖裝置下達(dá)列車行進(jìn)命令，在監(jiān)控系統(tǒng)的保護(hù)下依照運(yùn)行時(shí)刻表駕駛列車，并根據(jù)調(diào)度員對(duì)列車運(yùn)行狀況的監(jiān)測(cè)結(jié)果，進(jìn)行行車運(yùn)行圖的調(diào)整。

（3）自動(dòng)化：是指系統(tǒng)需依照既定程序完成工作，降低人為干預(yù)[6]。

3.1.2 選取方式

在選取信號(hào)系統(tǒng)時(shí)需要遵從安全、可靠性等原則，保證系統(tǒng)具有一定的先進(jìn)性，且成本維持在可控范圍內(nèi)，適用于當(dāng)?shù)亍Ｍ瑫r(shí)要充分考慮CBTC的系統(tǒng)特點(diǎn)，認(rèn)識(shí)到CBTC系統(tǒng)屬于獨(dú)立存在，能夠完成車地信息的大量傳送，促進(jìn)設(shè)備間的聯(lián)絡(luò)，并根據(jù)實(shí)際需要選擇無(wú)線自由波、漏波電纜、波導(dǎo)管等信息傳輸方式。在CBTC的線路后備選擇上，則要使用計(jì)軸器，這樣不僅可以檢測(cè)列車站功能效果，也能準(zhǔn)確判斷列車是否存在斷軌問(wèn)題[7]。

3.1.3 劃分歸類

為了保證系統(tǒng)的高效運(yùn)行，提高信息傳遞效率，需要選取專用的軌道，并推動(dòng)信號(hào)系統(tǒng)設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，加快數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與CBTC系統(tǒng)的融合，并將交叉感應(yīng)電纜環(huán)線涵蓋在內(nèi)。交叉感應(yīng)電纜環(huán)線是指軌道與地面的數(shù)據(jù)傳輸中介，能夠利用電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)信息交換的目標(biāo)。借助導(dǎo)管、電纜，搭配無(wú)線擴(kuò)頻技術(shù)，最大程度降低外部環(huán)境的干擾[8]。

3.2 CBTC系統(tǒng)的應(yīng)用

3.2.1 ATC子系統(tǒng)ATC系統(tǒng)的作用在于保護(hù)列車，滿足交通系統(tǒng)運(yùn)行要求，通過(guò)系統(tǒng)間的配合，確保當(dāng)?shù)罔F出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)協(xié)調(diào)相關(guān)工作，實(shí)現(xiàn)列車的自動(dòng)控制。ATC系統(tǒng)能夠在地鐵超速時(shí)及時(shí)檢測(cè)到地鐵行駛速度，之后將數(shù)據(jù)返回至車載主控系統(tǒng)。此外，ATP還能準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)路口岔道實(shí)際狀況[9]。

3.2.2 聯(lián)鎖子系統(tǒng)

聯(lián)鎖系統(tǒng)需要將聯(lián)鎖處理系統(tǒng)、人機(jī)界面系統(tǒng)、診斷維護(hù)系統(tǒng)以及冗余網(wǎng)路系統(tǒng)涵蓋在內(nèi)。要求在CBTC信號(hào)系統(tǒng)中，利用聯(lián)鎖系統(tǒng)完成狀態(tài)信息的收集，接收其他信號(hào)傳遞的數(shù)據(jù)以及操作員操作命令，執(zhí)行邏輯操作，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制，并向其他信號(hào)系統(tǒng)傳遞信息資料。要求聯(lián)鎖系統(tǒng)具備轉(zhuǎn)轍機(jī)控制、計(jì)軸控制、安全門(mén)監(jiān)控等功能[10]。

3.2.3 ATS子系統(tǒng)

ATS系統(tǒng)需要涵蓋以下組成部分。一是控制中心，包括調(diào)度工作站、維護(hù)員計(jì)算機(jī)、CATS數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、雙機(jī)切換單元、相關(guān)設(shè)備機(jī)柜；二是正線設(shè)備集中站，包括ATS分機(jī)、監(jiān)測(cè)工作站、發(fā)車計(jì)時(shí)器以及接口計(jì)算機(jī)；三是正線非設(shè)備集中站，包括ATS監(jiān)測(cè)工作站、100 Mbps網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、多個(gè)發(fā)車計(jì)時(shí)器[11]。

3.2.4 DCS子系統(tǒng)

DCS系統(tǒng)負(fù)責(zé)承載信號(hào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，屬于系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互平臺(tái)，能夠提供列車雙向、連續(xù)的信息傳輸通道，其主要功能在于實(shí)現(xiàn)車-地間的信號(hào)數(shù)據(jù)交互?，F(xiàn)階段，城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)當(dāng)中，容易受到外界環(huán)境、人為操作等因素的影響，甚至對(duì)處于運(yùn)營(yíng)階段的軌道交通產(chǎn)生干擾。為此，需要實(shí)現(xiàn)保證通信的安全、穩(wěn)定，提高計(jì)軸信息的準(zhǔn)確性，通過(guò)將DCS系統(tǒng)運(yùn)用在計(jì)軸切除領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)區(qū)段的計(jì)軸復(fù)位[12]，避免信息不對(duì)稱、信息失真等問(wèn)題的產(chǎn)生[12]。

3.2.5 MSS

MSS主要由服務(wù)器、維護(hù)工作站組成，其主要功能為：列車行駛監(jiān)視、信號(hào)系統(tǒng)的集中監(jiān)管、故障提示以及操作命令記錄等，能夠?qū)π盘?hào)裝置提供維護(hù)支持，也能依照實(shí)際需求制定信號(hào)裝置的日表、月表以及年表。同時(shí)MSS可以通過(guò)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的保存與再現(xiàn)，借助分析日志內(nèi)容，將數(shù)據(jù)問(wèn)題以故障報(bào)告的形式傳遞至維修中心。通過(guò)自動(dòng)建立維護(hù)計(jì)劃，結(jié)合日志庫(kù)的數(shù)據(jù)為地鐵維護(hù)提供有針對(duì)性的數(shù)據(jù)支持。至于車站、車輛段則可對(duì)信號(hào)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況以及性能參數(shù)實(shí)現(xiàn)在線評(píng)估。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，文章對(duì)城市軌道交通信號(hào)CBTC系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)展了分析和討論，探究了系統(tǒng)的工作模式以及所需采用的技術(shù)手段，以維持控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)控制系統(tǒng)的智能化發(fā)展，確保CBTC系統(tǒng)能夠?yàn)槌鞘熊壍澜煌ǖ倪\(yùn)行提高安全保障，最大程度節(jié)省出行時(shí)間。另外，文章對(duì)控制系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中需要注意的各類事項(xiàng)也進(jìn)行了深入探究，要求技術(shù)人員能夠通過(guò)周期性維護(hù)避免系統(tǒng)內(nèi)部元件在長(zhǎng)期作業(yè)過(guò)程中，出現(xiàn)磨損、老化等問(wèn)題，從而保證系統(tǒng)性能優(yōu)良?！?/p>