陳泓錦

摘??要：隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的不斷深入，我國(guó)各大城市都已經(jīng)擁有或者正在規(guī)劃建設(shè)自己的城軌交通系統(tǒng)。在這種發(fā)展背景下，選擇科學(xué)、適用的城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)，保證車(chē)輛的安全行駛就成為了城市軌道交通建設(shè)過(guò)程中的一項(xiàng)重要任務(wù)?；诖?，首先針對(duì)城市軌道交通信號(hào)的應(yīng)用模式進(jìn)行了分析，然后給出了城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的具體應(yīng)用策略。

關(guān)鍵詞：CBTC系統(tǒng)??通信技術(shù)??城市軌道交通信號(hào)??應(yīng)用模式

中圖分類(lèi)號(hào)：U239.5

Application?and?Optimization?of?the?CBTC?System?for?Urban?Rail?Transit?Signals

CHEN?Hongjin

Lanzhou?Modern?Vocational?College，?Lanzhou，?Gansu?Province，730300?China

Abstract：?With?the?continuous?deepening?of?the?urbanization?construction?process，?major?cities?in?China?have?already?owned?or?are?planning?to?build?their?own?urban?rail?transit?systems.?In?this?context?of?development，?it?has?become?an?important?task?in?the?construction?process?of?urban?rail?transit?to?choose?a?scientific?and?applicable?urban?rail?transit?signal?system?to?ensure?the?safe?driving?of?vehicles.?Based?on?this，?this?article?first?analyzes?the?application?modes?of?urban?rail?transit?signals，?and?then?provides?specific?application?strategies?for?the?urban?rail?transit?signal?system.

Key?Words：?CBTC?system;?Communication?technology;?Urban?rail?transit?signal;?Application?mode

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)張和城市人口的不斷增加，交通出行成為了城市建設(shè)中的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，而軌道交通作為一種高效、便捷、無(wú)污染的出行方式，成為了城市居民出行的一種新選擇，在這種發(fā)展情況下，軌道交通逐漸呈現(xiàn)出了多元化和規(guī)?；陌l(fā)展趨勢(shì)，而交通信號(hào)系統(tǒng)作為保障軌道交通正常運(yùn)行的一個(gè)基礎(chǔ)，列車(chē)的安全運(yùn)行對(duì)其提出了更高的要求。對(duì)此，就應(yīng)結(jié)合軌道交通的實(shí)際建設(shè)情況來(lái)建設(shè)交通信號(hào)系統(tǒng)，不斷優(yōu)化創(chuàng)新交通信號(hào)系統(tǒng)的運(yùn)行模式，提升交通信號(hào)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量和效率，從而為確保人們出行安全提供強(qiáng)有力的支撐。

1??城市軌道交通信號(hào)應(yīng)用模式

城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)主要是由列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)（Automatic?Train?Control，ATC）和車(chē)輛段信號(hào)控制系統(tǒng)兩大部分組成。而ATC系統(tǒng)又包含列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（Automatic?Train?Supervision，ATS）、列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行子系統(tǒng)（Automatic?Train?Operation，ATO）和列車(chē)自動(dòng)防護(hù)子系統(tǒng)（Automatic?Train?Protection，?ATP）三個(gè)子系統(tǒng)，通過(guò)這些子系統(tǒng)的相互協(xié)同工作，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)運(yùn)行的控制。常見(jiàn)的城市軌道交通信號(hào)應(yīng)用模式主要為以下3種。

1.1??ATO自動(dòng)駕駛模式

列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行子系統(tǒng)（ATO）是城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，主要用于實(shí)現(xiàn)列車(chē)的自動(dòng)駕駛，包括自動(dòng)加速、自動(dòng)制動(dòng)、自動(dòng)開(kāi)關(guān)車(chē)門(mén)等功能。在ATO系統(tǒng)的控制下，列車(chē)能夠根據(jù)預(yù)先設(shè)定的運(yùn)行圖和信號(hào)系統(tǒng)的指令，自主地完成列車(chē)的運(yùn)行操作[1]。ATO是一種在ATP設(shè)備的加持下來(lái)對(duì)列車(chē)行駛過(guò)程中的加速、制動(dòng)、巡航等功能進(jìn)行控制的自動(dòng)駕駛模式，且在該模式下還可以實(shí)現(xiàn)列車(chē)的自動(dòng)停靠站，此時(shí)，駕駛?cè)藛T只需對(duì)車(chē)載ATO以及ATP系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，就可以完成駕駛?cè)蝿?wù)。

1.2??ATP監(jiān)督下的人工駕駛模式

在ATP模式下，系統(tǒng)可以結(jié)合地面系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)信息生成一個(gè)對(duì)列車(chē)運(yùn)行速度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的曲線，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)督。在這種情況下，駕駛?cè)藛T可以根據(jù)ATP顯示內(nèi)容來(lái)對(duì)列車(chē)行駛狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，如果列車(chē)運(yùn)行速度接近了限定速度，ATP系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出警報(bào)，提醒司機(jī)控制車(chē)速，而如果列車(chē)運(yùn)行速度已超過(guò)限定速度，ATP系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)介入進(jìn)行制動(dòng)。

1.3??限制人工駕駛模式

在該模式中，司機(jī)以不超過(guò)車(chē)載ATP的限制速度行車(chē)，列車(chē)運(yùn)行安全由司機(jī)負(fù)責(zé)。當(dāng)列車(chē)超過(guò)該限制速度時(shí)，ATP車(chē)載設(shè)備則對(duì)列車(chē)實(shí)施制動(dòng)。

2??城市軌道交通信號(hào)CBTC系統(tǒng)的應(yīng)用

CBTC（Communication?Based?Train?Control）系統(tǒng)則是一種基于通信的列車(chē)控制系統(tǒng)，其利用高精度列車(chē)定位、雙向大容量車(chē)-地?cái)?shù)據(jù)通信和車(chē)載、地面的安全功能處理器實(shí)現(xiàn)列車(chē)與地面系統(tǒng)的實(shí)時(shí)雙向信息交換[2]。這種系統(tǒng)不再依賴(lài)軌道電路等軌旁設(shè)備，而是利用車(chē)載設(shè)備實(shí)現(xiàn)列車(chē)與地面間的雙向通信，并實(shí)時(shí)地傳遞列車(chē)的位置信息和行車(chē)信息，從而實(shí)現(xiàn)車(chē)-地間信息的實(shí)時(shí)共享，并據(jù)此對(duì)列車(chē)實(shí)施運(yùn)行控制。CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

將CBTC系統(tǒng)應(yīng)用于列車(chē)調(diào)度的重點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)運(yùn)行速度的控制和制動(dòng)方式的監(jiān)督。因此在對(duì)CTBC系統(tǒng)進(jìn)行部署的過(guò)程中一方面要計(jì)算好列車(chē)運(yùn)行的安全保護(hù)距離，同時(shí)還需要確認(rèn)列車(chē)的折返站通過(guò)能力和受力情況。列車(chē)的折返站通過(guò)能力計(jì)算公式如下：

式（2）～（4）中：C為列車(chē)受力情況；F為牽引力；W為阻力；B為制動(dòng)力。

在選擇信號(hào)系統(tǒng)時(shí)，還需要秉持著安全、可靠的原則，同時(shí)確保選用的信號(hào)系統(tǒng)具備一定的先進(jìn)性和合理性的成本。對(duì)此就需要結(jié)合CBTC系統(tǒng)的特征，根據(jù)實(shí)際所需來(lái)選擇無(wú)線自由波、漏波電纜以及波導(dǎo)管等不同的信息傳輸方式以便獲取最佳的信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸效果。

2.1??ATC子系統(tǒng)應(yīng)用

由上文的敘述可知，ATC子系統(tǒng)主要包含ATP、ATO和ATS三部分內(nèi)容，其中ATP主要用于當(dāng)列車(chē)超速或進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，ATP子系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)采取緊急制動(dòng)措施，確保列車(chē)和乘客的安全。此外，ATP還負(fù)責(zé)列車(chē)間的安全間隔，防止碰撞事故。ATO負(fù)責(zé)列車(chē)的自動(dòng)駕駛功能。根據(jù)ATP提供的安全指令和預(yù)定的運(yùn)行圖，自動(dòng)控制列車(chē)的加速、制動(dòng)和燈光等系統(tǒng)[3]。ATS用于監(jiān)控和管理整個(gè)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的列車(chē)運(yùn)行，收集并處理來(lái)自ATP和ATO子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，為調(diào)度員提供實(shí)時(shí)的列車(chē)運(yùn)行信息和控制功能。通過(guò)ATS列車(chē)員可以根據(jù)需要調(diào)整列車(chē)的運(yùn)行計(jì)劃，例如改變列車(chē)的停站時(shí)間或調(diào)整列車(chē)的運(yùn)行間隔。

2.2???DCS子系統(tǒng)應(yīng)用

集散控制系統(tǒng)（DCS系統(tǒng)）是一種各個(gè)子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互平臺(tái)，其能夠?yàn)榱熊?chē)安全運(yùn)行提供雙向且連續(xù)的信息傳輸，主要用于實(shí)現(xiàn)列車(chē)和地面工作站之間的信息數(shù)據(jù)交互功能。DCS子系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用如下。

2.2.1??集中監(jiān)控

DCS子系統(tǒng)能夠?qū)Τ鞘熊壍澜煌ǖ母鱾€(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控，包括列車(chē)位置、信號(hào)狀態(tài)、設(shè)備工況等。它通過(guò)采集和整合各種傳感器、設(shè)備的數(shù)據(jù)，為運(yùn)營(yíng)人員提供全面的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)視圖。運(yùn)營(yíng)人員可以利用DCS子系統(tǒng)提供的集中監(jiān)控功能，實(shí)時(shí)掌握軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，迅速發(fā)現(xiàn)故障、異常情況，并及時(shí)采取相應(yīng)的措施，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.2.2??遠(yuǎn)程控制

DCS子系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程控制功能，可以對(duì)軌道交通系統(tǒng)中的各種設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。這使得運(yùn)營(yíng)人員能夠根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整和控制。在需要調(diào)整列車(chē)運(yùn)行參數(shù)、改變?cè)O(shè)備工作狀態(tài)等情況下，運(yùn)營(yíng)人員可以通過(guò)DCS子系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)在不親臨現(xiàn)場(chǎng)的情況下，完成對(duì)系統(tǒng)的靈活控制，提高運(yùn)營(yíng)效率和響應(yīng)速度。

2.2.3??數(shù)據(jù)分析

DCS子系統(tǒng)還具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理和分析功能。它可以實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、處理和分析軌道交通系統(tǒng)產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)，為運(yùn)營(yíng)決策、故障排查等提供有力支持。通過(guò)DCS子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理和分析功能，運(yùn)營(yíng)人員可以對(duì)軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題根源、優(yōu)化運(yùn)營(yíng)策略，并基于數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，提升整個(gè)系統(tǒng)的性能和可靠性。

2.3??連鎖子系統(tǒng)

通常情況下，在CBTC系統(tǒng)中應(yīng)用連鎖系統(tǒng)來(lái)完成對(duì)狀態(tài)信息的采集，并同時(shí)接收其他信號(hào)傳遞的數(shù)據(jù)和操作人員發(fā)送的指令，執(zhí)行操作，從而完成對(duì)設(shè)備的控制以及和其他系統(tǒng)之間信息數(shù)據(jù)的共享。例如：連鎖系統(tǒng)能夠保證列車(chē)進(jìn)路區(qū)段、道岔、信號(hào)機(jī)之間的正確連鎖關(guān)系，確保列車(chē)在站內(nèi)的安全運(yùn)行，可以為處于不同模式的列車(chē)提供其需要的控制進(jìn)路。除此之外，連鎖系統(tǒng)還可以和ATS系統(tǒng)的交互可以實(shí)現(xiàn)列車(chē)運(yùn)行計(jì)劃和進(jìn)路的自動(dòng)調(diào)整；與ATP系統(tǒng)的配合可以確保列車(chē)的安全間隔和超速防護(hù)。

2.4??MSS應(yīng)用

維護(hù)支持系統(tǒng)（Maintenance?Suppoort?System，MSS）是CTBC系統(tǒng)中的一個(gè)重要子系統(tǒng)，主要用于監(jiān)視信號(hào)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)并對(duì)其進(jìn)行維護(hù)，管理信號(hào)維護(hù)人員等。其能夠在減少維護(hù)成本的同時(shí)，可以為運(yùn)營(yíng)提供更好的保障。例如：在CBTC系統(tǒng)之中，MSS可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信號(hào)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，一旦檢測(cè)到故障，它會(huì)迅速進(jìn)行故障診斷并嘗試自動(dòng)恢復(fù)。如此一來(lái)，便可大大提高系統(tǒng)的可用性和穩(wěn)定性，減少人工干預(yù)的需要，并且降低維護(hù)成本。

3??城市軌道交通信號(hào)CBTC系統(tǒng)優(yōu)化

3.1??CBTC系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問(wèn)題

由上述分析可以看出，城市軌道交通信號(hào)CBTC系統(tǒng)在軌道交通中的應(yīng)用體現(xiàn)出了安全、高效和靈活的特點(diǎn)，但軌道交通本身就是一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng)，其運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到眾多因素的影響，外加CBTC系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中難免也會(huì)受到各種因素的干擾，出現(xiàn)問(wèn)題[4]。綜合來(lái)看，CBTC系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中的問(wèn)題主要源自以下幾點(diǎn)。

3.1.1??軟件故障問(wèn)題

CBTC系統(tǒng)的軟件故障問(wèn)題有可能來(lái)源于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)維護(hù)和二次開(kāi)發(fā)。例如：系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段可能存在功能邏輯錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)處理錯(cuò)誤等問(wèn)題；開(kāi)發(fā)階段可能存在編碼錯(cuò)誤、算法錯(cuò)誤等；維護(hù)階段可能存在系統(tǒng)配置錯(cuò)誤、參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤等。這些都會(huì)導(dǎo)致CBTC系統(tǒng)軟件運(yùn)行出現(xiàn)故障，進(jìn)而影響列車(chē)的安全運(yùn)行。

3.1.2??通信干擾問(wèn)題

在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，CBTC系統(tǒng)還會(huì)遇到如信號(hào)干擾、通信故障、系統(tǒng)故障等問(wèn)題，這些問(wèn)題可能會(huì)導(dǎo)致列車(chē)無(wú)法正常運(yùn)行，或者降低其運(yùn)行速度。

3.1.3??兼容性問(wèn)題

在將CBTC系統(tǒng)在與其他系統(tǒng)進(jìn)行集成時(shí)，也可能面臨兼容性問(wèn)題[5]。例如：與乘客信息系統(tǒng)（Passenger?Information?System，PIS）、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（Auto?Fare?Collection，AFC）等的集成可能存在問(wèn)題，這些都可能影響到服務(wù)的一體化和乘客的出行體驗(yàn)。

3.2??城市軌道交通信號(hào)CBTC系統(tǒng)優(yōu)化策略

為了進(jìn)一步提升其運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，還需要采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和科學(xué)技術(shù)來(lái)不斷對(duì)CBTC系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化完善，進(jìn)而確保列車(chē)運(yùn)行的效率和安全。對(duì)此，可以從以下方面入手來(lái)開(kāi)展優(yōu)化工作。

3.2.1?提升通信網(wǎng)絡(luò)的可靠

CBTC系統(tǒng)高度依賴(lài)于通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性，例如通過(guò)增加冗余設(shè)備、提升網(wǎng)絡(luò)帶寬、優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議等方式，可以提高CBTC系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。

3.2.2?提升系統(tǒng)的精確度和時(shí)效性

通過(guò)優(yōu)化信號(hào)處理技術(shù)，提高列車(chē)定位和測(cè)速的精確度，可以使得列車(chē)控制更加精確[6]。同時(shí)，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸和處理流程，降低通信延遲，可以提高CBTC系統(tǒng)的時(shí)效性。

3.2.3?優(yōu)化人機(jī)交互

優(yōu)化調(diào)度中心的人機(jī)交互界面，提供更豐富、更直觀的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息，可以幫助調(diào)度人員更好地理解和控制系統(tǒng)的運(yùn)行。

3.2.4?提升兼容性

考慮CBTC系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的兼容性，例如與乘客信息系統(tǒng)（PIS）、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（AFC）等的集成，可以提供更加一體化的服務(wù)，提高乘客的出行體驗(yàn)。

3.2.5?提高安全性

在優(yōu)化過(guò)程中，始終要把安全放在首位。通過(guò)引入更先進(jìn)的安全技術(shù)和策略，例如加密技術(shù)、入侵檢測(cè)系統(tǒng)、防火墻等，可以增強(qiáng)CBTC系統(tǒng)的安全性。

4??結(jié)語(yǔ)

綜上所述，作為城市軌道交通中的重要組成部分，城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)對(duì)于保障列車(chē)運(yùn)行安全和推動(dòng)城市軌道交通建設(shè)水平具有十分重要的作用。CTBC系統(tǒng)能夠很好地滿(mǎn)足當(dāng)前我國(guó)城市軌道交通的需求，因此被廣泛應(yīng)用開(kāi)來(lái)，而要想充分發(fā)揮出CTBC系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，就需要結(jié)合軌道交通的實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)對(duì)不斷對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化和完善。

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