謝毅松

摘要 文章基于城市軌道交通通信原理，提出了信號(hào)控制措施和發(fā)展建議。研究結(jié)果顯示，在城市軌道交通通信系統(tǒng)的信號(hào)控制過(guò)程中，需要科學(xué)合理構(gòu)建ATO系統(tǒng)的控制模式，采用ATS系統(tǒng)控制的方法，積極運(yùn)用無(wú)線通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)代化定位技術(shù)和智能化技術(shù)，科學(xué)采用大數(shù)據(jù)技術(shù)，以提升信號(hào)控制效果，提高整體的通信水平。

關(guān)鍵詞 城市軌道交通；通信；信號(hào)控制

中圖分類號(hào) U239.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）12-0174-03

0 引言

城市交通領(lǐng)域中所采用的通信信號(hào)系統(tǒng)作用在于確保列車運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，改善列車控制和指揮的水平，具有一定的重要意義。為進(jìn)一步發(fā)揮通信信號(hào)系統(tǒng)的作用價(jià)值，應(yīng)重點(diǎn)結(jié)合城市軌道交通信號(hào)控制的特點(diǎn)，完善通信控制的模式和體系，為相關(guān)系統(tǒng)的良好運(yùn)行和發(fā)展夯實(shí)基礎(chǔ)。

1 城市軌道交通通信原理

1.1 城市軌道交通通信架構(gòu)

目前我國(guó)城市軌道交通通信系統(tǒng)的架構(gòu)如圖1所示，列車通信子系統(tǒng)用于列車與地面基站或車站之間的無(wú)線通信，主要涉及無(wú)線電臺(tái)和天線等設(shè)備，其中的列車通信控制器負(fù)責(zé)控制列車通信設(shè)備的工作狀態(tài)和通信連接，實(shí)現(xiàn)與地面通信的功能。地面通信子系統(tǒng)中的地面基站部署在軌道線路沿線或車站附近的基站，負(fù)責(zé)與列車進(jìn)行通信連接，提供實(shí)時(shí)通信服務(wù)；通信控制中心則是集中管理地面通信子系統(tǒng)的控制中心，負(fù)責(zé)控制和監(jiān)控地面通信設(shè)備的工作狀態(tài)和通信連接。車站通信子系統(tǒng)中的車站通信設(shè)備主要涉及車站無(wú)線通信設(shè)備、通信控制器等，用于與列車進(jìn)行通信連接，提供列車到站、出站等信息；車站通信控制中心負(fù)責(zé)控制和管理車站通信子系統(tǒng)的控制中心，保證車站通信設(shè)備的正常運(yùn)行和通信連接的穩(wěn)定性。通信網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)為列車和地面基站之間提供無(wú)線通信連接的網(wǎng)絡(luò)，采用各種無(wú)線通信技術(shù)，例如GSM-R、LTE等；有線通信網(wǎng)絡(luò)為通信子系統(tǒng)提供有線連接的網(wǎng)絡(luò)，例如光纖、以太網(wǎng)等，用于數(shù)據(jù)傳輸和通信控制?？刂婆c管理系統(tǒng)中的通信控制中心是負(fù)責(zé)控制和管理整個(gè)通信系統(tǒng)的控制中心，主要涉及列車通信、地面通信和車站通信等子系統(tǒng)的控制；運(yùn)維管理系統(tǒng)則用于對(duì)通信設(shè)備進(jìn)行運(yùn)維管理，具有設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷和維護(hù)等功能，能夠保障通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1.2 技術(shù)原理的案例分析

某城市軌道交通“地鐵”工程采用具備ATC自動(dòng)控制功能的通信系統(tǒng)，其中主要涉及微機(jī)聯(lián)鎖、自動(dòng)化防護(hù)和自動(dòng)化駕駛等，技術(shù)的先進(jìn)性較為明顯。同時(shí)該工程的車輛段信號(hào)連鎖設(shè)備主要如圖2所示：

在該地鐵工程中通信系統(tǒng)的功能是將維護(hù)行車安全作為基礎(chǔ)，應(yīng)在進(jìn)路的區(qū)域進(jìn)行信號(hào)機(jī)的防護(hù)，一旦道岔的位置出現(xiàn)了偏差、進(jìn)路有其他列車，都可以確保進(jìn)路信號(hào)機(jī)設(shè)備具有一定的封閉性，以禁止列車通行，維護(hù)列車安全。同時(shí)該工程中的通信系統(tǒng)，是按照道岔情況和進(jìn)路情況，根據(jù)信號(hào)的使用需求進(jìn)行設(shè)備的連鎖設(shè)計(jì)。例如某進(jìn)路處于開放狀況，可以全面進(jìn)行進(jìn)路位置的道岔規(guī)整處理，確保位置的準(zhǔn)確性，同時(shí)開啟進(jìn)路信號(hào)的設(shè)備；此外，在對(duì)進(jìn)路方面具備一定防護(hù)性能信號(hào)設(shè)備進(jìn)行開啟的過(guò)程中，區(qū)域之內(nèi)的所有道岔都必須關(guān)閉，無(wú)須使用扳動(dòng)的方法。

2 城市軌道交通通信信號(hào)控制的措施

2.1 ATO系統(tǒng)控制

2.1.1 信號(hào)分級(jí)速度控制

技術(shù)人員需要按照軌道交通線路的設(shè)計(jì)、道路狀況和列車運(yùn)行要求，設(shè)置不同的速度限制，使得列車在不同區(qū)段按照設(shè)定的速度運(yùn)行；然后結(jié)合列車的運(yùn)行特性和軌道條件，制定適當(dāng)?shù)乃俣惹€，保證列車在不同區(qū)段按照曲線速度運(yùn)行；最后采用列車上的傳感器和信號(hào)系統(tǒng)，監(jiān)控列車的實(shí)時(shí)速度并與設(shè)定的速度進(jìn)行比較，及時(shí)警示和控制列車的速度，確保列車在安全范圍內(nèi)運(yùn)行。

2.1.2 目標(biāo)信號(hào)控制

按照列車的運(yùn)行計(jì)劃和線路情況設(shè)置目標(biāo)信號(hào)，指示列車前方的運(yùn)行情況和目標(biāo)位置；然后利用ATO系統(tǒng)控制列車的運(yùn)行速度和停車位置；最后結(jié)合列車的實(shí)際運(yùn)行情況和信號(hào)系統(tǒng)的反饋，及時(shí)更新目標(biāo)信號(hào)，保障列車在運(yùn)行過(guò)程中得到準(zhǔn)確的目標(biāo)指示。

2.1.3 閉塞控制

結(jié)合軌道交通線路的設(shè)計(jì)和安全要求確定閉塞區(qū)段，劃分不同的運(yùn)行區(qū)域；然后在閉塞區(qū)段的入口和出口設(shè)置閉塞信號(hào)，通過(guò)信號(hào)系統(tǒng)控制列車的進(jìn)入和離開，確保列車在閉塞區(qū)段內(nèi)按序運(yùn)行；最后利用信號(hào)系統(tǒng)和軌道檢測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)控閉塞區(qū)段的占用狀態(tài)，保證列車在進(jìn)入閉塞區(qū)段時(shí)不會(huì)與其他列車發(fā)生沖突。

2.2 ATS系統(tǒng)控制

2.2.1 信號(hào)集中控制

技術(shù)人員需要開發(fā)相關(guān)的信號(hào)控制中心，集中管理和控制整個(gè)城市軌道交通系統(tǒng)的信號(hào)設(shè)備和信號(hào)系統(tǒng)；然后編制信號(hào)控制策略，按照列車運(yùn)行計(jì)劃、運(yùn)行情況和安全要求，控制信號(hào)設(shè)備的工作狀態(tài)和信號(hào)燈顯示；最后結(jié)合列車的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況、線路狀況和運(yùn)行計(jì)劃變化，利用信號(hào)控制中心對(duì)信號(hào)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制調(diào)整，維護(hù)列車的安全和運(yùn)行效率。

2.2.2 信號(hào)集中監(jiān)視

開發(fā)相關(guān)的信號(hào)監(jiān)視中心，利用監(jiān)視中心實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)城市軌道交通系統(tǒng)的信號(hào)設(shè)備狀態(tài)、信號(hào)燈顯示和列車運(yùn)行情況；配置監(jiān)視系統(tǒng)，主要涉及信號(hào)設(shè)備狀態(tài)、信號(hào)燈顯示和列車運(yùn)行的監(jiān)測(cè)等，利用監(jiān)視系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取各個(gè)區(qū)段和車站的信號(hào)情況，同時(shí)利用監(jiān)視中心對(duì)信號(hào)設(shè)備狀態(tài)和列車運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)及時(shí)發(fā)出告警，并采取相應(yīng)的處理措施，保障列車運(yùn)行安全[1]。

2.2.3 信號(hào)分散控制

按照城市軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)和需求，完善信號(hào)分散控制策略，將列車的運(yùn)行控制分散到各個(gè)區(qū)段和車站；在各個(gè)區(qū)段和車站配置分散控制設(shè)備，包括信號(hào)設(shè)備和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的分散控制；利用信號(hào)控制中心和信號(hào)監(jiān)視中心對(duì)分散控制設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)和監(jiān)控，確保各個(gè)區(qū)段和車站的分散控制協(xié)調(diào)一致，避免出現(xiàn)沖突和混亂等問(wèn)題。

3 城市軌道交通通信信號(hào)控制的發(fā)展建議

3.1 采用無(wú)線通信技術(shù)

城市軌道交通通信信號(hào)系統(tǒng)中采用無(wú)線通信技術(shù)，有助于提升信號(hào)控制水平，因此建議技術(shù)人員重視無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用，例如采用更高速率的5G、LTE等無(wú)線通信技術(shù)，以提高通信速度和容量，支持更多的數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時(shí)控制需求，保證列車與地面基站或車站之間快速、穩(wěn)定的通信連接。在城市軌道交通線路沿線或車站附近部署無(wú)線通信基站，建立覆蓋范圍廣、信號(hào)強(qiáng)度穩(wěn)定的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，使得列車在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中都能保持與地面通信設(shè)備的連接，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和通信控制。同時(shí)，需要為城市軌道交通通信系統(tǒng)分配專用的頻段和通信協(xié)議，提升通信的獨(dú)立性和穩(wěn)定性，采用專用頻段可以減少干擾和信號(hào)沖突，提高通信質(zhì)量和可靠性；或是為列車和地面基站或車站配備高性能的無(wú)線通信設(shè)備和天線，遠(yuǎn)距離、穩(wěn)定進(jìn)行通信連接，應(yīng)注意設(shè)備具備良好的抗干擾能力和信號(hào)接收能力，能夠在復(fù)雜的軌道環(huán)境和高速運(yùn)行條件下保持通信穩(wěn)定。另外，在城市軌道交通通信系統(tǒng)中采取相應(yīng)的通信安全措施，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)和數(shù)據(jù)泄露，例如加密通信、身份驗(yàn)證和訪問(wèn)控制等技術(shù)手段，以維護(hù)通信數(shù)據(jù)的機(jī)密性和完整性[2]。

3.2 采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

城市軌道交通通信信號(hào)控制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)通信和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，有助于改善通信控制的有效性，技術(shù)人員可在城市軌道交通系統(tǒng)中布置各種類型的傳感器，例如溫度傳感器、壓力傳感器、振動(dòng)傳感器等，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)列車和設(shè)備的狀態(tài)。采用傳感器網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)采集設(shè)備連接到通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)列車和設(shè)備狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和管理。同時(shí)，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將傳感器采集到的列車位置、速度、能耗、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)上傳至中央服務(wù)器進(jìn)行集中存儲(chǔ)和處理，再利用數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)對(duì)軌道交通系統(tǒng)運(yùn)行情況的全面監(jiān)測(cè)和分析。采用大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，提取有價(jià)值的信息和規(guī)律；在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后，預(yù)測(cè)設(shè)備故障、優(yōu)化列車運(yùn)行計(jì)劃、提高系統(tǒng)運(yùn)行效率等，為決策者提供可靠的數(shù)據(jù)支持，使得管理人員做出更好的運(yùn)營(yíng)和管理決策。在數(shù)據(jù)通信和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合過(guò)程中，數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)是非常重要的因素，應(yīng)采取相應(yīng)的數(shù)據(jù)加密、身份認(rèn)證、訪問(wèn)控制等安全措施，維護(hù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?，同時(shí)保護(hù)用戶的隱私權(quán)益[3]。

3.3 采用先進(jìn)定位技術(shù)

在城市軌道交通通信信號(hào)控制系統(tǒng)中，高精度定位技術(shù)的應(yīng)用可提升定位的精準(zhǔn)性和可靠性。首先，城市軌道交通信號(hào)控制系統(tǒng)可采用全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，例如GPS、北斗、GLONASS等，為列車和設(shè)備提供高精度的位置定位服務(wù)，并接收衛(wèi)星信號(hào)實(shí)時(shí)獲取列車的位置信息，以用于列車的調(diào)度和控制。其次，城市軌道交通系統(tǒng)可以采用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，配置加速度計(jì)和陀螺儀等測(cè)量列車的加速度、角速度和姿態(tài)信息，將慣性測(cè)量與GNSS數(shù)據(jù)融合，提供更高精度的位置定位，尤其在GNSS信號(hào)受阻或遮擋時(shí)仍能保持定位的連續(xù)性和準(zhǔn)確性。再次，城市軌道交通系統(tǒng)可以采用基站輔助定位技術(shù)與地面部署的基站進(jìn)行通信，獲取基站位置信息，對(duì)列車位置進(jìn)行精確定位；基站輔助定位方面可提供更高的定位精度和可靠性，尤其適用于對(duì)位置要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。最后，城市軌道交通系統(tǒng)利用無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度定位技術(shù)，例如Wi-Fi或蜂窩網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)強(qiáng)度定位，測(cè)量列車接收到的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度、估計(jì)列車的位置[4]；或是采用軌道地理信息系統(tǒng)，將軌道地理位置與列車位置進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車位置的精確定位，同時(shí)可開發(fā)軌道地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)并配備相應(yīng)的定位設(shè)備，對(duì)列車位置進(jìn)行準(zhǔn)確記錄和管理。

3.4 采用智能化技術(shù)

在城市軌道交通通信信號(hào)控制系統(tǒng)中采用人工智能技術(shù)，需要結(jié)合大數(shù)據(jù)分析和算法優(yōu)化，對(duì)列車的運(yùn)行計(jì)劃進(jìn)行智能化調(diào)度，按照分析歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)乘客需求，優(yōu)化列車運(yùn)行間隔和?？空军c(diǎn)，提高運(yùn)行效率和乘客滿意度。采用人工智能技術(shù)對(duì)軌道交通系統(tǒng)中的設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障預(yù)測(cè)，分析傳感器數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)，識(shí)別潛在故障和異常情況，并及時(shí)發(fā)出警報(bào)，以便進(jìn)行維修和保養(yǎng)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。采用人工智能技術(shù)也可對(duì)城市軌道交通系統(tǒng)進(jìn)行安全監(jiān)控和異常檢測(cè)[5]，利用圖像識(shí)別和視頻分析技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)和車廂內(nèi)的安全情況，識(shí)別異常行為和物品，及時(shí)采取措施保障乘客的安全和秩序。同時(shí)利用人工智能技術(shù)可對(duì)軌道交通系統(tǒng)中的設(shè)備故障進(jìn)行診斷和處理，利用機(jī)器學(xué)習(xí)和模式識(shí)別技術(shù)，分析設(shè)備故障的特征和規(guī)律，提供準(zhǔn)確的故障診斷和修復(fù)建議，以減少故障處理時(shí)間和成本。

3.5 采用大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)技術(shù)在城市軌道交通通信信號(hào)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以利用各種傳感器、計(jì)算機(jī)視覺和監(jiān)控設(shè)備實(shí)時(shí)采集城市軌道交通系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，例如列車位置、速度、乘客數(shù)量、站點(diǎn)運(yùn)行情況等，將相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在大規(guī)模的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中，用于后續(xù)分析和應(yīng)用。然后采用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，借助數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)和統(tǒng)計(jì)分析等方法，對(duì)列車運(yùn)行情況、人流量、交通擁堵等進(jìn)行建模和預(yù)測(cè)，以優(yōu)化列車調(diào)度、提前預(yù)警故障和提供乘客服務(wù)。完成數(shù)據(jù)分析后，可基于大數(shù)據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)度，分析歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)乘客需求，優(yōu)化列車運(yùn)行間隔和?？空军c(diǎn)，以提高運(yùn)行效率和乘客滿意度。同時(shí)，結(jié)合交通網(wǎng)絡(luò)的情況，完善列車調(diào)度模式，減少擁堵和延誤現(xiàn)象；利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)軌道交通系統(tǒng)中的設(shè)備故障進(jìn)行診斷和維修管理，分析設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，識(shí)別設(shè)備的健康狀況和潛在故障，提前預(yù)警并及時(shí)進(jìn)行維修和保養(yǎng)，以提高系統(tǒng)的可靠性和安全性[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，近年來(lái)我國(guó)城市軌道交通通信和信號(hào)控制技術(shù)越來(lái)越成熟，為維護(hù)列車運(yùn)行安全和通信效果提供了支持。因此，需要重視對(duì)城市軌道交通通信和信號(hào)控制技術(shù)的研究和應(yīng)用，合理進(jìn)行各類信號(hào)的控制，積極采用先進(jìn)的大數(shù)據(jù)技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、高精確度的定位技術(shù)等，改善通信信號(hào)的控制效果，完善通信系統(tǒng)的運(yùn)行功能，增強(qiáng)整體工作的效果，達(dá)到預(yù)期的技術(shù)應(yīng)用和開發(fā)目的。

參考文獻(xiàn)

[1]畢昆. 城市軌道交通通信與信號(hào)控制研究[J]. 中國(guó)高新科技， 2021（6）： 67-68.

[2]王拓輝. 基于通信的城市軌道交通信號(hào)與控制系統(tǒng)研究[J]. 時(shí)代汽車， 2023（8）： 186-188.

[3]肖寶弟， 蔡昌俊， 李晉. 城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)自主化整體技術(shù)解決方案——MTC-I型基于通信的列車控制系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通， 2014（1）： 11-17.

[4] 易修文. 基于通信的城市軌道交通信號(hào)與控制系統(tǒng)研究[J]. 電腦愛好者（普及版）（電子刊）， 2020（6）： 2236-2237.

[5]王宗耀， 上官偉， 彭聰， 等. 基于CODAS的CBTC車載系統(tǒng)子系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與維修優(yōu)先級(jí)決策方法[J]. 鐵道學(xué)報(bào)， 2023（8）： 87-98.

[6]成姝蓉. 高職院校軌道交通信號(hào)與控制專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式探討[J]. 太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2020（5）： 110-111.