雷錫絨

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 副教授 陜西 西安 710014）

近年來(lái)，在我國(guó)各大城市軌道交通向網(wǎng)絡(luò)化、智能化、信息化方向邁進(jìn)的同時(shí)，全自動(dòng)駕駛技術(shù)、車-車通信技術(shù)、互聯(lián)互通技術(shù)、信息化技術(shù)也發(fā)展迅速，這些新技術(shù)具有自動(dòng)化水平高、集成度高、軟硬件資源共享等優(yōu)勢(shì)，是智慧城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的方向。

1 全自動(dòng)駕駛FAO

1.1 全自動(dòng)駕駛?cè)粘＿\(yùn)營(yíng)場(chǎng)景描述城市軌道交通列車全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)具有列車運(yùn)行性能更佳、安全可靠性更高、運(yùn)能增大、運(yùn)輸成本降低等優(yōu)勢(shì)，是軌道交通技術(shù)發(fā)展的方向。全自動(dòng)駕駛的列車出庫(kù)投入運(yùn)營(yíng)前，上電從休眠狀態(tài)自動(dòng)喚醒、進(jìn)行綜合自檢、自動(dòng)啟動(dòng)行駛到轉(zhuǎn)換軌、進(jìn)入正線升級(jí)至CBTC系統(tǒng)、按照時(shí)刻表載客運(yùn)營(yíng)、完成站間行駛、到站精準(zhǔn)停車、自動(dòng)開(kāi)關(guān)車門(mén)、自動(dòng)發(fā)車離站、自動(dòng)折返、完成運(yùn)營(yíng)后入庫(kù)自動(dòng)對(duì)位停車、上傳當(dāng)天運(yùn)行數(shù)據(jù)、自動(dòng)斷電休眠［1］。全自動(dòng)駕駛?cè)粘＿\(yùn)營(yíng)流程如圖1所示：

圖1 全自動(dòng)駕駛?cè)粘＿\(yùn)營(yíng)流程

1.2 全自動(dòng)駕駛自動(dòng)化級(jí)別全自動(dòng)駕駛FAO 包括DTO 和UTO。DTO 為無(wú)司機(jī)但有人值守的自動(dòng)駕駛模式，正常情況系統(tǒng)控制列車自動(dòng)運(yùn)行，異常情況人工隨時(shí)介入干預(yù)。UTO 為完全無(wú)人的自動(dòng)駕駛模式，正常情況系統(tǒng)控制列車自動(dòng)運(yùn)行；大多異常情況下，信號(hào)、車輛、綜合監(jiān)控等多系統(tǒng)間可實(shí)現(xiàn)信息綜合、聯(lián)動(dòng)控制功能，安全和效率均達(dá)到最佳。

1.3 全自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)及應(yīng)用

1.3.1 聯(lián)動(dòng)功能 行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)TIAS 高度集成列車自動(dòng)監(jiān)控ATS 系統(tǒng)、變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、閉路電視系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、互聯(lián)門(mén)禁系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)、站臺(tái)門(mén)等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的綜合信息顯示、集中控制、程序聯(lián)動(dòng)。

場(chǎng)景舉例：段場(chǎng)早間列車上電和自動(dòng)喚醒聯(lián)動(dòng)流程如圖2所示：

圖2 列車上電和自動(dòng)喚醒聯(lián)動(dòng)流程

1.3.2 自動(dòng)化功能 信號(hào)CBTC 系統(tǒng)架構(gòu)上增加設(shè)備，新增自動(dòng)化功能。全自動(dòng)駕駛CBTC 系統(tǒng)與傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)相比，車載主要增加喚醒休眠模塊，地面主要增加智能化車輛段ATP/ATO 設(shè)備［2］，新增如下功能：

1）正線運(yùn)行。站臺(tái)自動(dòng)對(duì)位調(diào)整、全自動(dòng)發(fā)車、遠(yuǎn)程自動(dòng)清客、無(wú)人自動(dòng)折返和工作者防護(hù)。

2）車輛段實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。自動(dòng)喚醒與休眠、自動(dòng)出入車輛段、自動(dòng)調(diào)車、自動(dòng)洗車、自動(dòng)庫(kù)門(mén)防護(hù)、有人區(qū)與無(wú)人區(qū)隔離。

3）應(yīng)急處理。蠕動(dòng)、站臺(tái)門(mén)與車門(mén)對(duì)位隔離、緊急手柄與火災(zāi)等系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)、車輛監(jiān)測(cè)信息處置及上報(bào)、遠(yuǎn)程操控、乘客疏散及應(yīng)急逃生、站臺(tái)關(guān)車門(mén)與清客確認(rèn)。

1.3.3 實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)硬件冗余 全自動(dòng)駕駛車載系統(tǒng)和地面系統(tǒng)均按冗余方式配置。車載系統(tǒng)包括列車數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)TDMS、速度傳感器、天線等。地面系統(tǒng)包括軌旁ATP、軌旁聯(lián)鎖、軌旁ATS、繼電器（用于道岔驅(qū)動(dòng)采集、計(jì)軸接口、洗車機(jī)、車庫(kù)門(mén)等。

1.3.4 系統(tǒng)軟件升級(jí)并提高運(yùn)行的穩(wěn)定性 全自動(dòng)駕駛CBTC系統(tǒng)和傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)相比，更多的是功能性需求增加，這就需要信號(hào)系統(tǒng)與諸多外部系統(tǒng)進(jìn)行接口，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視、綜合聯(lián)動(dòng)。如此龐大、復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需從軟件架構(gòu)層面重新設(shè)計(jì)。一般采用既有系統(tǒng)軟件逐步升級(jí)的方式（模塊化和層次化的軟件設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)可方便地進(jìn)行升級(jí)和外部擴(kuò)展），最終的軟件系統(tǒng)要保障整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2 基于車-車通信的新型CBTC系統(tǒng)

目前我國(guó)城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)都采用的是車-地通信的CBTC 系統(tǒng)，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，基于車-車通信的新型CBTC 系統(tǒng)將會(huì)取代現(xiàn)有的CBTC 系統(tǒng)，因?yàn)榛谲?車通信的新型CBTC 系統(tǒng)具有車載設(shè)備集成度高、軌旁設(shè)備減少、系統(tǒng)接口數(shù)量減少、系統(tǒng)復(fù)雜度降低等特點(diǎn)，可以在保證安全的前提下，為運(yùn)營(yíng)提供更加靈活和多樣化的運(yùn)輸組織方案，因此，該系統(tǒng)是城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的方向。

2.1 基于車-車通信的新型CBTC系統(tǒng)架構(gòu)基于車-車通信的新型CBTC 系統(tǒng)，與現(xiàn)有車-地通信的CBTC 系統(tǒng)相比，簡(jiǎn)化了軌旁設(shè)備。軌旁取消了區(qū)域控制器子系統(tǒng)ZC和計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)CI，新設(shè)對(duì)象控制器控制軌旁信號(hào)機(jī)、道岔、站臺(tái)門(mén)等設(shè)備，車載系統(tǒng)集成原軌旁ZC和CI的功能。

2.2 基于車-車通信的新型CBTC系統(tǒng)工作簡(jiǎn)介

在車-車通信方式中，列車車載控制器VOBC一方面與ATS進(jìn)行通信，接收ATS發(fā)送的進(jìn)路信息，通過(guò)軌旁對(duì)象控制器控制道岔的轉(zhuǎn)換和進(jìn)路的開(kāi)通，另一方面與前行列車進(jìn)行無(wú)線通信，請(qǐng)求前車的位置信息，根據(jù)收到的前車位置信息，快速計(jì)算自身的移動(dòng)授權(quán)和相關(guān)制動(dòng)曲線（無(wú)需由地面軌旁系統(tǒng)計(jì)算移動(dòng)授權(quán)后再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給車載控制器），完成與軌旁相關(guān)的安全功能。

2.3 基于車-車通信的新型CBTC系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

1）車-車通信系統(tǒng)的車載設(shè)備集成了車-地通信系統(tǒng)的列車控制功能、軌旁ZC和CI的功能，增強(qiáng)了各系統(tǒng)間的耦合度，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的復(fù)雜度，減少了信號(hào)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，提高了系統(tǒng)的信息處理速度，使得系統(tǒng)整體性能更好。

2）車-車通信系統(tǒng)軌旁取消了ZC 子系統(tǒng)和CI子系統(tǒng)，節(jié)省了設(shè)備室空間和減少了系統(tǒng)接口數(shù)量，系統(tǒng)復(fù)雜度降低，維護(hù)成本隨之降低。

3）車-車通信系統(tǒng)減少了車與地之間交互的數(shù)據(jù)通信量和交互時(shí)間，減少了車載控制器的反應(yīng)時(shí)間，可進(jìn)一步縮短運(yùn)行時(shí)間間隔，與傳統(tǒng)的CBTC相比，可以達(dá)到60 s的間隔時(shí)間［3］。

4）車-車通信系統(tǒng)提升了車與車信息的交互性。后車向前車請(qǐng)求位置信息后，能快速計(jì)算移動(dòng)授權(quán)并迅速更新運(yùn)行速度曲線和制動(dòng)曲線，并及時(shí)對(duì)自身的運(yùn)行狀態(tài)做出調(diào)整，確保了安全。

3 城市軌道交通CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通

城市軌道交通CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通是指裝備不同CBTC廠商提供車載設(shè)備的列車可以在不同廠商提供軌旁設(shè)備的線路上運(yùn)營(yíng)?；ヂ?lián)互通的總體目標(biāo)是支持軌道交通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的聯(lián)通聯(lián)運(yùn)，實(shí)現(xiàn)軌道交通線網(wǎng)建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和管理的資源共享。

目前我國(guó)城市軌道交通CBTC系統(tǒng)主要依賴于進(jìn)口，各供貨商CBTC系統(tǒng)因接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，無(wú)法實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。隨著城市軌道交通建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，我國(guó)對(duì)軌道交通提出了“節(jié)約成本、避免重復(fù)投資、實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、管理”的新要求。隨著中城協(xié)互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定工作的穩(wěn)步推進(jìn)，CBTC系統(tǒng)的互聯(lián)互通勢(shì)必成為今后發(fā)展的方向。

3.1 CBTC 系統(tǒng)互聯(lián)互通的技術(shù)條件各互聯(lián)互通的線路采用的信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，主要包括：

1）采用一致的系統(tǒng)功能定義；

2）采用一致的系統(tǒng)架構(gòu)和功能分配；

3）采用一致的互聯(lián)互通接口規(guī)范（接口協(xié)議從物理層、協(xié)議層和應(yīng)用層必須保持統(tǒng)一）；

4）采用一致的軌旁設(shè)計(jì)原則和設(shè)備安裝原則（應(yīng)答器、信號(hào)機(jī)、計(jì)軸等安裝位置應(yīng)統(tǒng)一或兼容；DCS軌旁漏纜、天線安裝位置應(yīng)統(tǒng)一或兼容）；

5）采用一致的人機(jī)界面和操作方式，為調(diào)度員和司機(jī)的共享提供條件。

3.2 城軌CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通的接口規(guī)范見(jiàn)圖3所示［4］

圖3 城市軌道交通CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通接口規(guī)范

3.3 城軌CBTC 系統(tǒng)互聯(lián)互通的其他條件城市軌道交通互聯(lián)互通是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，除涉及信號(hào)系統(tǒng)自身的系統(tǒng)總體架構(gòu)、通信協(xié)議、通信接口、工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)外，還涉及線路、限界、車輛、牽引供電、運(yùn)營(yíng)管理體制等外部條件。

4 城市軌道交通信息化建設(shè)

4.1 加快軌道交通信息化建設(shè)的緊迫性我國(guó)城市軌道交通信息化系統(tǒng)由信號(hào)系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)、綜合安防系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、乘客資訊系統(tǒng)等6個(gè)子系統(tǒng)組成。其中信號(hào)系統(tǒng)是軌道交通信息化系統(tǒng)中需求最大的子系統(tǒng)。但是，到目前為止，這些子系統(tǒng)在信息化建設(shè)方面還存在總體架構(gòu)陳舊、信息孤島嚴(yán)重、基礎(chǔ)設(shè)施分散、網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)、安全管控偏弱、運(yùn)維體系失衡、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范缺失、建管統(tǒng)籌乏力等弊端。為了順應(yīng)城市軌道交通快速發(fā)展的形勢(shì)，貫徹“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展戰(zhàn)略,必須將信息技術(shù)與城市軌道交通業(yè)務(wù)深度融合,以信息化帶動(dòng)軌道交通智能化，以軌道交通智能化促進(jìn)信息化，為軌道交通的可持續(xù)、快速發(fā)展，提供強(qiáng)有力的信息技術(shù)支撐。

4.2 城市軌道交通信息化建設(shè)總體架構(gòu)由“六個(gè)層面、兩大體系”構(gòu)成［5］。

4.2.1 六個(gè)層面 六個(gè)層面分別為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層和展示層。

1）感知層:利用多種感應(yīng)器件，采用射頻技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)行物體識(shí)別和信息采集。

2）網(wǎng)絡(luò)層：構(gòu)建信息之間的有線、無(wú)線連接，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間的快速通信。

3）數(shù)據(jù)層：是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，集中各類項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)，支持各類業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行。

4）平臺(tái)層：建立各系統(tǒng)信息融合貫通的大數(shù)據(jù)、云計(jì)算平臺(tái)，安全、高效地完成各系統(tǒng)信息化數(shù)據(jù)量的儲(chǔ)存和處理，實(shí)現(xiàn)信息資源共享。

5）應(yīng)用層：構(gòu)建生產(chǎn)指揮、乘客服務(wù)、企業(yè)管理三個(gè)中心，完成乘客服務(wù)、運(yùn)輸組織、安全管控、企業(yè)管理和建設(shè)管理五大業(yè)務(wù)。

6）展示層:構(gòu)建城市軌道交通門(mén)戶網(wǎng)站，包括供內(nèi)部訪問(wèn)的內(nèi)網(wǎng)業(yè)務(wù)門(mén)戶和供外部訪問(wèn)的外部門(mén)戶網(wǎng)站。

4.2.2 兩大體系 兩大體系為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和網(wǎng)絡(luò)信息安全體系，貫穿于城市軌道交通信息化的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、管理、維護(hù)、服務(wù)等各階段。

1）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系：是信息平臺(tái)建設(shè)的保障，是為信息化建設(shè)制定的軟硬件接口協(xié)議、數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)組織管理的規(guī)范等。

2）網(wǎng)絡(luò)信息安全體系：是從設(shè)施安全、平臺(tái)安全、數(shù)據(jù)安全、通信安全、應(yīng)用安全、運(yùn)行安全、管理安全等層面上進(jìn)行綜合的分析和管理。

5 結(jié)束語(yǔ)

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(guó)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(jiàn)，這些新技術(shù)是城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的方向，不久的將來(lái)，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(lái)全新的變革。