軌道交通網(wǎng)絡化運營中信號系統(tǒng)的互聯(lián)互通

修躍輝

（西門子交通技術（北京）有限公司，北京 100020）

0 引言

城市軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展迅速，緊緊依托于互聯(lián)網(wǎng)技術，不斷彰顯出規(guī)?；c網(wǎng)絡化的特征。對于軌道交通，信號系統(tǒng)至關重要，它是系統(tǒng)安全、正點運營的關鍵所在。城市軌道分布范圍廣，基于高度發(fā)達的信號系統(tǒng)，可以實現(xiàn)城軌之間的互聯(lián)互通。具體表現(xiàn)為各城市列車之間可以在軌道上進行有秩序的跨線運行活動，同時提升列車運行的穩(wěn)定性與安全性，將城軌運行效率提升至新高度[1]。

1 信號系統(tǒng)互聯(lián)互通的背景及意義

1.1 互聯(lián)互通的背景

就目前信號系統(tǒng)的發(fā)展狀況來看，許多國內(nèi)的一線城市的軌道交通的發(fā)展目前已形成了網(wǎng)絡化的發(fā)展規(guī)模。由于目前軌道交通中的線路設計是不同的，因而使得目前大多數(shù)交通路線只能維持單獨運營。目前，國內(nèi)許多大城市的城市軌道交通已形成網(wǎng)絡化運營，但由于單獨建設的各條線路設計標準不同，造成了各線路只能單獨運營的現(xiàn)狀。因而對于軌道交通系統(tǒng)而言，應當充分分析互聯(lián)互通的可行性。對于城市軌道交通而言，實現(xiàn)互聯(lián)互通是一個復雜的工程，它涉及土建、供電、信號以及軌道等諸多專業(yè)領域，各線路之間應當形成統(tǒng)一的標準，彼此之間需要協(xié)同配合。若全面分析互聯(lián)互通工程，由于涉及的領域眾多必將大幅提升問題復雜度，因此在本文中假定其它專業(yè)領域均可以達到互聯(lián)互通的效果，在此基礎上僅對信號系統(tǒng)展開分析。

1.2 互聯(lián)互通的意義

城市軌道交通線網(wǎng)間實現(xiàn)互聯(lián)互通，能夠增強人機界面、維修工藝等內(nèi)容的統(tǒng)一性，能夠充分發(fā)揮人力與設備資源的作用，達到資源共享的效果。列車處于高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時在此基礎之上對列車上的信號設備進行互聯(lián)互通。這樣一來可以實現(xiàn)列車的共享網(wǎng)絡運營，在很大程度上使線路和信號設備的利用率得到了提升[2]。

2 信號系統(tǒng)互聯(lián)互通解決方案

2.1 系統(tǒng)的整體架構(gòu)

以福州地鐵線路為例，要想進一步的實現(xiàn)城市軌道交通信號系統(tǒng)的互聯(lián)互通，需要以現(xiàn)有的CBTC（Communication Based Train Control，基于通信的列車運行控制）信號系統(tǒng)為基礎，再增添用于集中調(diào)度的管理設備，方便對其進行統(tǒng)一管理。同時還要增加電子地圖的功能設備，這樣可以方便對列車的運行軌道實行實時共享。除此之外，還要添加遠程數(shù)據(jù)更新的車載系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫存貯單元（Database Storage Unit，DSU）。

2.2 各子系統(tǒng)布置位置和原則

為進一步的實現(xiàn)福州地鐵軌道交通信號系統(tǒng)的互聯(lián)互通，尤其是ATO（Automatic Train Operation，列車自動駕駛）需要進一步的規(guī)劃好統(tǒng)一的設計原則，并以此為基礎，以確保列車的安全行駛。

（1）路網(wǎng)控制設備是路網(wǎng)控制中心的核心設備。例如用于集中調(diào)度的管理設備和電子地圖功能設備[3]。

（2）本線 ATS（Automatic Train Supervision，列車自動監(jiān)控系統(tǒng)）控制設備是控制中心的核心設備。例如調(diào)度員的工作站、維護工作站等。

（3）車載控制設備主要包括車載ATP（Automatic Train Protection，列車自動防護），ATO，DSU等。

2.3 信號系統(tǒng)互聯(lián)互通接口

車地間的接口信息以及相鄰線路地面控制設備間的接口信息需要進一步規(guī)劃。統(tǒng)一車地間的接口，以保證裝載不同集成商車載設備的列車可以運行在同一線路上，可以從該線的控制中心和車站設備接收控制信息，需要保證接口之間有著統(tǒng)一的信息。

（1）車載ATP-地面ATP間接口。最為關鍵的便是規(guī)范車地接口信息處理，通過此操作地面ATP子系統(tǒng)能夠精準接收到來自于車載ATP的各類數(shù)據(jù)，具體涵蓋列車實際位置、列車運行模式等。規(guī)范車地接口信息意義深刻，它是地面ATP與車載ATP的信息溝通渠道，可以實現(xiàn)彼此之間的移動授權，并提供臨時限速等多種信息。

（2）車載ATP-聯(lián)鎖間接口。在完成規(guī)范車地接口信息操作后，此時c1子系統(tǒng)將會接收到來自于車載ATP子系統(tǒng)的實時信息，最為典型的為安全門開合控制指令。此外，車載ATP子系統(tǒng)將會接收到來自于c1子系統(tǒng)的信息，獲悉最新的安全門狀態(tài)。

（3）車載ATP-ATS間接口。在完成規(guī)范車地接口信息操作后，ATS子系統(tǒng)將會接收到來自于車載ATP子系統(tǒng)的各類信息，具體涵蓋運行速度、模式以及?？圮嚑顟B(tài)等。此外，ATP子系統(tǒng)將會接收到來自于ATS子系統(tǒng)的各類指示信息，例如扣車與停跳命令、運營調(diào)整信息等[4]。

（4）鄰線地面控制設備間的接口。在完成統(tǒng)一車地接口工作后，還應確保鄰線各設備對應接口的統(tǒng)一性，以此確保在ATP防護機制下列車能夠順利完成線路切換。具體操作對象有2類：①各地面ATP間的接口；②各車載ATP聯(lián)鎖間的接口，應當確保上述二者在通信協(xié)議方面的統(tǒng)一性。

2.4 關鍵技術

（1）統(tǒng)一的調(diào)度指揮。如圖1所示，N-ATS列車監(jiān)控系統(tǒng)可以對各個子系統(tǒng)進行統(tǒng)一的調(diào)度。信號系統(tǒng)實現(xiàn)了互聯(lián)互通，N-ATS總系統(tǒng)可以對分系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，并將其狀態(tài)進行整合，實現(xiàn)自動化監(jiān)控。

（2）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源。統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源是實現(xiàn)網(wǎng)絡化運營的必備條件。在數(shù)據(jù)源中的電子地圖更新之后，車載設備檢測系統(tǒng)會對其進行實時檢測，并將檢測之后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰囕d系統(tǒng)，用戶可通過車載DSU對其進行下載，及時更新地圖信息。數(shù)據(jù)源路徑傳輸如圖2所示。

圖1 N-ATS系統(tǒng)架構(gòu)圖

（3）跨線切換原理。若信號系統(tǒng)在互聯(lián)互通的狀態(tài)下，列車CBTC跨線運行的切換機制，可參照圖3。圖中ZC是區(qū)域控制器，MA表示移動授權。

圖2 統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源路徑傳輸

圖3 CBTC列車跨線運行切換

3 城軌信號系統(tǒng)互聯(lián)互通的展望

為了提升聯(lián)通聯(lián)運效率，可采取的設計方法有2種：①CBTC信號系統(tǒng)疊加式；②模塊化結(jié)構(gòu)。雖然前者理論上具有可行性，但其內(nèi)部的子系統(tǒng)間接線較為復雜，因此在實際操作過程中難度偏大?；?C技術的深度進步，以列車為核心的CBTC系統(tǒng)具有更強的可行性[5]。

此時，全新的CBTC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復雜程度顯著降低，且無需使用軌旁ATS設備，其功能將由車載設備來承擔，在車載的聯(lián)動下列車之間可以達到間隔控制以及提供授權等效果。此時系統(tǒng)內(nèi)的接線數(shù)量顯著減少，提升了城軌信號系統(tǒng)互聯(lián)互通的質(zhì)量。

4 結(jié)束語

在實現(xiàn)信號系統(tǒng)互聯(lián)互通前，應當做好準備工作，即對系統(tǒng)功能進行全面分析，充分考慮所有子系統(tǒng)的功能需求，并將其進行細化，此時系統(tǒng)功能將被轉(zhuǎn)換為若干個子系統(tǒng)功能，而后具有針對性地制定系統(tǒng)需求書，以便與供應商展開溝通。當下，信號系統(tǒng)主要有軌旁以及ATS等系統(tǒng)構(gòu)成，其中軌旁ATP是實現(xiàn)互聯(lián)互通的必要條件，它可以促進列車間的通信交流，并提供安全保障?？偟膩碚f，城市軌道交通被賦予了高度的社會意義，依托于信號系統(tǒng)的互聯(lián)互通，可以增強列車之間的運行穩(wěn)定性。