王彥駒

【摘 要】隨著我國城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，交通行業(yè)作為人們?nèi)粘３鲂械幕颈Ｕ?，成為了基礎(chǔ)建設(shè)的重要組成部分。在城市軌道交通蓬勃發(fā)展的進(jìn)程中，要推動(dòng)通信信號(hào)技術(shù)的一體化，與高技術(shù)的設(shè)備相適應(yīng)，還必須培養(yǎng)高素質(zhì)的人才隊(duì)伍。

【關(guān)鍵詞】城市軌道交通;信號(hào)系統(tǒng);新技術(shù);發(fā)展

引言

信號(hào)系統(tǒng)是城市軌道交通最基本的控制系統(tǒng)之一，是保證列車安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行自動(dòng)化和行車指揮現(xiàn)代化，提高運(yùn)營效率的關(guān)鍵系統(tǒng)。目前，大多數(shù)地鐵信號(hào)系統(tǒng)的安全措施僅限于安裝防火墻和部署殺毒軟件等初級(jí)保護(hù)，無法有效防止信息安全事件的發(fā)生。因此，提出在系統(tǒng)建設(shè)中，應(yīng)充分考慮信號(hào)系統(tǒng)的功能特點(diǎn)，制定整體信息安全技術(shù)解決方案，以達(dá)到國家信息安全等級(jí)保護(hù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求，進(jìn)而全面提升信號(hào)系統(tǒng)的信息安全保護(hù)水平，對(duì)保障軌道交通系統(tǒng)高效和安全運(yùn)營具有重要意義。

1信號(hào)系統(tǒng)構(gòu)成

城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)CBTC（基于通信的列車控制）是一種連續(xù)自動(dòng)控制系統(tǒng)，利用高精度的不依賴于軌道電路列車定位以及大容量、雙向連續(xù)的車地?cái)?shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)車載、地面的安全功能處理。其主要包括列車自動(dòng)監(jiān)控（ATS）子系統(tǒng)、列車自動(dòng)防護(hù)（ATP）子系統(tǒng)、列車自動(dòng)駕駛（ATO）子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)（DCS）、聯(lián)鎖（CI）子系統(tǒng)、維護(hù)支持子系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)。ATS子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)識(shí)別、列車運(yùn)行自動(dòng)跟蹤和顯示，運(yùn)行時(shí)刻表或運(yùn)行圖的編制及管理，自動(dòng)和人工排列進(jìn)路，列車運(yùn)行自動(dòng)調(diào)整，列車運(yùn)行和信號(hào)設(shè)備狀態(tài)自動(dòng)監(jiān)視，列車運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，列車運(yùn)行實(shí)績記錄，操作與數(shù)據(jù)記錄、輸出及統(tǒng)計(jì)處理，列車運(yùn)行、監(jiān)控模擬及培訓(xùn)，系統(tǒng)故障和故障恢復(fù)處理等。ATP子系統(tǒng)用來檢測(cè)列車位置，實(shí)現(xiàn)列車間隔控制和進(jìn)路的正確排列，監(jiān)督列車運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)列車超速防護(hù)控制，記錄司機(jī)操作和設(shè)備運(yùn)行狀況等。ATO子系統(tǒng)用來啟動(dòng)列車并實(shí)現(xiàn)站間自動(dòng)運(yùn)行，控制列車實(shí)現(xiàn)車站定點(diǎn)停車、車站通過和折返作業(yè)，與行車指揮監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行自動(dòng)調(diào)整等。DCS的主要作用是在信號(hào)系統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)。無線系統(tǒng)對(duì)于報(bào)文傳送來說是完全透明的，同時(shí)需具有防護(hù)措施，以確保網(wǎng)絡(luò)安全性。DCS由骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)和無線通信網(wǎng)絡(luò)兩部分構(gòu)成。骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)由SDH（同步數(shù)字體系）傳輸設(shè)備和高端以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)建，傳輸設(shè)備的模塊采用冗余配置，以確保單個(gè)模塊故障不影響設(shè)備。骨干網(wǎng)采用雙向環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。CI子系統(tǒng)設(shè)備是保證列車運(yùn)行安全，實(shí)現(xiàn)軌道區(qū)段、道岔、信號(hào)機(jī)之間正確聯(lián)鎖的基礎(chǔ)設(shè)備。其主要功能是保障上述設(shè)備的聯(lián)鎖關(guān)系正確;對(duì)正常的進(jìn)路進(jìn)行防護(hù);對(duì)軌旁設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并下達(dá)命令;同時(shí)向ATS/ATP子系統(tǒng)提供CI子系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)。維護(hù)支持子系統(tǒng)的功能包括：采集ATS及安全網(wǎng)的數(shù)據(jù)并存儲(chǔ);集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)管理;對(duì)CBTC系統(tǒng)的維護(hù)管理;故障報(bào)警及故障報(bào)警統(tǒng)計(jì)和報(bào)表。

2城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的基本原則

安全、可靠、適用、先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)，是我國城市軌道交通建設(shè)的基本原則，不管是什么子系統(tǒng)必須遵循。需要綜合考慮各項(xiàng)原則，不能片面追求先進(jìn)，而不重視其他方面，尤其是不考慮經(jīng)濟(jì)。目前，在各地建設(shè)城市軌道交通時(shí)，存在互相攀比的情況，不管經(jīng)濟(jì)情況是否允許，總想一步到位，把全世界最先進(jìn)的技術(shù)和功能都集中到擬建設(shè)的軌道交通中。要知道，城市軌道交通技術(shù)設(shè)備的現(xiàn)代化是應(yīng)該逐步實(shí)現(xiàn)的，不必一步到位。即使現(xiàn)在一步到位，對(duì)于新建城市軌道交通線路，尤其是部分二、三線城市，必然會(huì)出現(xiàn)功能過剩，同時(shí)加大了維修工作量和維修成本。有些二、三線城市要求新建的城市軌道交通列車間隔按1～1.5min設(shè)計(jì)，這必然大幅度增加了車輛和信號(hào)設(shè)備的投資，而實(shí)際上運(yùn)量的增長是需要時(shí)間的，在10-15年都達(dá)不到這樣繁忙的程度。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，現(xiàn)在先進(jìn)的設(shè)備，到了10-15年大修期（計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的大修周期規(guī)定為10年，一般信號(hào)設(shè)備為15年）又落后了。因此，目前根據(jù)實(shí)際情況和財(cái)力允許，選用適用的系統(tǒng)，屆時(shí)再更新更先進(jìn)的設(shè)備也不算遲。

2城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)新技術(shù)發(fā)展前景

2.1信號(hào)系統(tǒng)常用故障診斷技術(shù)

當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，可以采用流程圖法將繁雜的問題簡單化，更加直觀地顯示故障問題，可以展示出人為分析故障的過程。通過排查故障，可以將故障診斷方法運(yùn)用到相似的問題上，為故障分析提供方便的同時(shí)，也可以提高故障診斷的正確性以及故障解決的效率。信息融合技術(shù)是一種能處理復(fù)雜信息的綜合處理技術(shù)，雖然所處理的數(shù)據(jù)具有不同的結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的聯(lián)系，但仍能夠按照一定的規(guī)則提取出有價(jià)值的信息。將信息融合技術(shù)運(yùn)用到故障診斷技術(shù)中，將一個(gè)復(fù)雜的問題分解成多個(gè)簡單的問題，從而提高解決故障的效率。

2.2利用故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

故障診斷系統(tǒng)是一種智能診斷系統(tǒng)。故障診斷系統(tǒng)一般由信號(hào)設(shè)備故障推理機(jī)、數(shù)據(jù)庫、解答機(jī)以及圖形顯示等構(gòu)成。圖形顯示的主要作用是讓該故障診斷系統(tǒng)能夠和外部進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交換，數(shù)據(jù)庫是用來存放信號(hào)設(shè)備可能出現(xiàn)的問題的集合，它包含了以往信號(hào)設(shè)備出現(xiàn)的種種問題。故障推理機(jī)能夠利用數(shù)據(jù)庫當(dāng)中的存有的資料信息，結(jié)合現(xiàn)在信號(hào)設(shè)備的運(yùn)行現(xiàn)狀，進(jìn)行故障原因的推理，找到引發(fā)故障的原因。解答機(jī)是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部所具有的數(shù)據(jù)庫資料，用來解答用戶的問題團(tuán)。故障診斷系統(tǒng)除了能夠完成故障的發(fā)現(xiàn)、故障問題的分析、故障原因分析和提出故障解決方案，它還能夠在故障解決以后對(duì)整個(gè)信號(hào)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和二次診斷，防止同樣的故障再次發(fā)生。

2.3ATO節(jié)能優(yōu)化

隨著線網(wǎng)的全面鋪開，城市軌道交通所消耗的能源也在不斷增加。北京市2008年全市軌道交通線網(wǎng)的規(guī)劃用電量為6.5億度;而到了2015年，線網(wǎng)的規(guī)劃用電量已經(jīng)達(dá)到13.9億度，8年間線網(wǎng)的年耗電量以每年11.4%的速度快速增長。在運(yùn)營過程中，城市軌道交通系統(tǒng)消耗的主要能源為電能，基本不消耗其他形式的能源，列車牽引供電系統(tǒng)的能耗可以占到總體運(yùn)營能耗的40%～50%，因此降低列車的牽引能耗是減少總體能耗與運(yùn)營成本的有效途徑。ATO系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地調(diào)整列車速度，保障列車安全、準(zhǔn)時(shí)、舒適、節(jié)能地運(yùn)行，優(yōu)化ATO運(yùn)行速度曲線與追蹤控制策略是實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行的關(guān)鍵。目前的優(yōu)化算法以單列車運(yùn)行控制為主，主要有解析算法、數(shù)值算法和智能算法三種方式，但普遍無法應(yīng)用于多車追蹤運(yùn)行的情況。因此能夠滿足多車追蹤運(yùn)行條件，并且運(yùn)算速度適中的ATO節(jié)能算法是未來的研究方向，隨著全自動(dòng)駕駛技術(shù)的進(jìn)一步完善，算法帶來的節(jié)能效果將會(huì)更加顯著。

結(jié)束語

到目前為止，全自動(dòng)駕駛技術(shù)和互聯(lián)互通技術(shù)已經(jīng)在我國城市軌道交通示范工程中得到應(yīng)用，車-車通信技術(shù)和信息化技術(shù)中的大數(shù)據(jù)、云計(jì)算還在探索研究之中?？梢灶A(yù)見，這些新技術(shù)是城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)未來發(fā)展的方向，不久的將來，隨著這些技術(shù)的成熟并推廣應(yīng)用，必將為智慧城市軌道交通帶來全新的變革。

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（作者單位：中車蘭州機(jī)車有限公司）