城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)互聯(lián)互通的思考

牛 濤

（中鐵通信信號(hào)勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100036）

0 引言

伴隨著信息技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新以及應(yīng)用，客流需求的不斷增加，致使運(yùn)營(yíng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，運(yùn)營(yíng)制式的多元化、運(yùn)營(yíng)線路的網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)愈加明顯。這也對(duì)城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)管理提出了新的需求。

實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通有利于地方城市軌道交通建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化，降低產(chǎn)品研制和線路采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步降低采購(gòu)成本；有利于實(shí)現(xiàn)資源共享，降低全生命周期建設(shè)成本；能夠?qū)崿F(xiàn)城市軌道交通的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)，對(duì)于軌道交通行業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。

1 城市軌道交通互聯(lián)互通的相關(guān)分析

1.1 互聯(lián)互通的概念與含義

在城市軌道交通中，互聯(lián)互通是指在不同的線路軌道中車輛、信號(hào)、通信以及供電等多個(gè)部門相互兼容，通過(guò)協(xié)調(diào)可以實(shí)現(xiàn)資源共享從而降低運(yùn)行成本，提高資源使用效率和服務(wù)水平。另外，還可以為乘客提供更加便攜、人性化的服務(wù)，從而達(dá)到不同交通網(wǎng)絡(luò)與線路之間的銜接處理?；ヂ?lián)互通是實(shí)現(xiàn)多模式、多功能的軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)和全面發(fā)展的關(guān)鍵，它可以建立一個(gè)互聯(lián)互通、融合運(yùn)行的服務(wù)體系，提高整個(gè)城市交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展水平。互聯(lián)互通包含兩個(gè)方面：一是物理層面的互聯(lián)互通。這一層面是指根據(jù)不同的線路、設(shè)備之間的相互兼容性，采取專業(yè)的技術(shù)與方法實(shí)現(xiàn)整個(gè)運(yùn)營(yíng)組織的協(xié)調(diào)，達(dá)到不同路線之間的相互聯(lián)系。這一層面的互聯(lián)互通主要特點(diǎn)是車輛在不同線路或者不同運(yùn)輸體系之間的連通運(yùn)行，可以保證乘客的出行服務(wù)水平，靈活地實(shí)現(xiàn)多種跨線路運(yùn)行方案，提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的綜合效率。當(dāng)前我國(guó)軌道交通運(yùn)輸中物理層面的互聯(lián)互通是對(duì)既有鐵路的網(wǎng)絡(luò)相互連接、高速鐵路的互聯(lián)互通以及城市軌道交通網(wǎng)的互聯(lián)互通等多方面的內(nèi)容。二是服務(wù)層面的互聯(lián)互通。由于受到交通工具種類、軌道形式以及相關(guān)設(shè)備自身性質(zhì)的限制，在不能夠?qū)崿F(xiàn)物理層面互聯(lián)互通的條件下，可以通過(guò)便攜、高效、人性化的服務(wù)達(dá)到交通網(wǎng)絡(luò)不同線路之間的高效協(xié)同，這種方式被稱為服務(wù)層面的互聯(lián)互通。目前我國(guó)的服務(wù)層面互聯(lián)互通主要表現(xiàn)在乘客的一體化、出行一體化、票務(wù)服務(wù)等多個(gè)方面。

1.2 軌道交通互聯(lián)互通優(yōu)勢(shì)及必要性

軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的互聯(lián)互通能夠滿足城市軌道交通共線、跨線運(yùn)行的需要，可以不斷收納分散客流、充分利用線路空置率、實(shí)現(xiàn)跨線和共線運(yùn)營(yíng)、減少乘客換乘時(shí)間和次數(shù)、降低建設(shè)與運(yùn)營(yíng)成本，提高各線路運(yùn)輸能力。

（1）互聯(lián)互通有利于城市軌道交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化。雖然城市軌道交通規(guī)模不斷擴(kuò)大，技術(shù)進(jìn)步迅速，但是也存在著各線路采用的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的現(xiàn)象，這些差異導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)線路及信號(hào)系統(tǒng)的互聯(lián)互通，給運(yùn)營(yíng)維護(hù)部門的管理增加了難度，同時(shí)降低了建設(shè)投資單位分期建設(shè)的選擇權(quán)，不利于地方軌道交通建設(shè)健康有序的發(fā)展。實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通有利于城市軌道交通建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化，降低產(chǎn)品研制成本，提高產(chǎn)品安全性和可靠性。

（2）互聯(lián)互通能夠降低城市軌道交通生命周期成本。在運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，不同線路的制式需要信號(hào)維護(hù)人員投入較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)，運(yùn)營(yíng)人員需要適應(yīng)不同信號(hào)系統(tǒng)的操作和界面，無(wú)法有效跨線調(diào)配，同時(shí)由于軌旁、車載設(shè)備各不相同，各條線路設(shè)備更新都很困難。這些弊端都造成了寶貴的人力、物力資源的浪費(fèi)，全生命周期成本明顯增加，互聯(lián)互通將能夠有效減少信號(hào)維護(hù)的人力、物力和時(shí)間需求，降低運(yùn)營(yíng)維護(hù)的綜合成本。

（3）互聯(lián)互通是CBTC信號(hào)系統(tǒng)產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的需要。近年在軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)需求擴(kuò)大的同時(shí)，由于缺少能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)互通的信號(hào)系統(tǒng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，市場(chǎng)上出現(xiàn)了多種制式和實(shí)現(xiàn)方式的信號(hào)系統(tǒng)產(chǎn)品，例如不同信號(hào)設(shè)備商的操作方式、人機(jī)界面、所提供的功能、接口方式等都有差異。上述差異使不同信號(hào)廠家在不同線路上所研制的產(chǎn)品失去了互聯(lián)互通的可能性，不僅給運(yùn)營(yíng)維護(hù)部門帶來(lái)了人員和備品備件冗余配置和管理復(fù)雜的問(wèn)題，對(duì)信號(hào)廠家而言，為不同的線路要進(jìn)行單獨(dú)的產(chǎn)品研發(fā)、安全質(zhì)量和配置管理，工作量和復(fù)雜度成倍的增加，同一功能在不同線路上不同的實(shí)現(xiàn)方式也導(dǎo)致產(chǎn)品成本的提升和安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的加大。

（4）互聯(lián)互通是自主化CBTC信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)提升的需要。在這幾年國(guó)內(nèi)軌道交通的大力建設(shè)和發(fā)展過(guò)程中，國(guó)產(chǎn)自主化信號(hào)系統(tǒng)也進(jìn)入了黃金期。國(guó)產(chǎn)信號(hào)設(shè)備商掌握了CBTC系統(tǒng)核心技術(shù)，軌道交通工程新線建設(shè)和舊線維護(hù)升級(jí)正處于增速期，在國(guó)家相關(guān)部委和行業(yè)協(xié)會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)下針對(duì)CBTC信號(hào)系統(tǒng)正在編制一系列規(guī)范并已發(fā)布部分成果，從統(tǒng)一信號(hào)制式、系統(tǒng)架構(gòu)和功能分配、功能實(shí)現(xiàn)方式和系統(tǒng)接口、操作方式和界面等方面滿足區(qū)域軌道交通互聯(lián)互通的運(yùn)營(yíng)需求。

（5）互聯(lián)互通有利于實(shí)現(xiàn)軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)。城市軌道交通互聯(lián)互通能滿足城市軌道交通線網(wǎng)中共線、跨線運(yùn)營(yíng)的需要，從而有效提升運(yùn)營(yíng)效率和服務(wù)水平，實(shí)現(xiàn)城市線網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)。

2 信號(hào)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的關(guān)鍵

城市軌道交通互聯(lián)互通運(yùn)營(yíng)是一個(gè)復(fù)雜的、系統(tǒng)性的工程，涉及線路、限界、軌道、車輛、行車組織、供電、通信信號(hào)、綜合監(jiān)控、站臺(tái)門、維修、培訓(xùn)等多個(gè)專業(yè)。信號(hào)系統(tǒng)作為保證城市軌道交通運(yùn)行安全的核心系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)城市軌道交通互聯(lián)互通的關(guān)鍵。

我國(guó)早期軌道交通CBTC信號(hào)系統(tǒng)主要依賴進(jìn)口，國(guó)內(nèi)不掌握信號(hào)系統(tǒng)的核心關(guān)鍵技術(shù)，從實(shí)際需求層面和關(guān)鍵技術(shù)儲(chǔ)備層面，并不具備實(shí)現(xiàn)軌道交通CBTC信號(hào)系統(tǒng)互聯(lián)互通的條件。近幾年國(guó)家大力發(fā)展和扶持技術(shù)裝備產(chǎn)業(yè)及軌道交通產(chǎn)業(yè)，很多城市的軌道交通路網(wǎng)已成規(guī)模，CBTC信號(hào)系統(tǒng)的核心技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備、系統(tǒng)設(shè)計(jì)集成等方面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了完全自主化，因此，從實(shí)際需求和技術(shù)層面，已具備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的的條件。

城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的互聯(lián)互通項(xiàng)目建設(shè)工作，要結(jié)合不同的供應(yīng)企業(yè)提供的系統(tǒng)以及專業(yè)設(shè)備自身的特征，確保這些系統(tǒng)及設(shè)備采用一定的互聯(lián)互通的標(biāo)準(zhǔn)，從而使其能夠在不同的線路上發(fā)揮其應(yīng)有的作用，實(shí)現(xiàn)相互之間的聯(lián)合運(yùn)行，保證列車乃至整個(gè)線網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行管理與監(jiān)督控制。我國(guó)的城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中應(yīng)用的互聯(lián)互通技術(shù)時(shí)間比較短，還處在一個(gè)發(fā)展的階段，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中有很多問(wèn)題還需要解決。例如，如今我國(guó)城市交通信號(hào)的互聯(lián)互通技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用范圍并不廣，還處在推廣應(yīng)用階段。與其他的軌道交通工程項(xiàng)目相比，互聯(lián)互通工程相對(duì)較為復(fù)雜，專業(yè)性更強(qiáng)，需要專業(yè)的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行全面的合作。在目前我國(guó)城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的運(yùn)行中互聯(lián)互通工程建設(shè)項(xiàng)目會(huì)存在多方面的內(nèi)容和問(wèn)題。首先，軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的整體框架之間會(huì)存在較大的差別，在互聯(lián)互通工程項(xiàng)目建設(shè)的過(guò)程中也需要專業(yè)的部門投入足夠的資金與技術(shù)，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)軌道交通信號(hào)系統(tǒng)互聯(lián)互通應(yīng)用的效果。其次，城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與設(shè)備的使用之間會(huì)存在一定的差異，在各線路信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要參照互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)配置相關(guān)參數(shù)及接口，才能夠提高整個(gè)信號(hào)系統(tǒng)的使用效率，達(dá)到互聯(lián)互通的效果。再次， 城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的內(nèi)部接口設(shè)計(jì)也會(huì)不同，這樣會(huì)給不同設(shè)備的連接造成一定的難度，也增加整個(gè)互聯(lián)互通工程建設(shè)的困難。最后，因?yàn)槌鞘熊壍澜煌ㄐ盘?hào)系統(tǒng)的使用功能不同，會(huì)造成后期信號(hào)的連接過(guò)程中需要對(duì)設(shè)備自身的使用功能進(jìn)行重新的分配與設(shè)計(jì)，才可以滿足互聯(lián)互通的要求。因此，對(duì)于互聯(lián)互通工程中專業(yè)技術(shù)的要求非常嚴(yán)格[1]。

3 軌道交通互聯(lián)互通工程的實(shí)施對(duì)策

要實(shí)現(xiàn)城市軌道交通線網(wǎng)級(jí)別的互聯(lián)互通，需要在新線建設(shè)初期做好頂層設(shè)計(jì)，將后續(xù)線路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一。信號(hào)系統(tǒng)互聯(lián)互通設(shè)計(jì)要能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)指揮中心的監(jiān)督功能，滿足不同線路的不同速度及發(fā)車密度需求。信號(hào)系統(tǒng)選型時(shí)相關(guān)線路應(yīng)盡量統(tǒng)一制式或能夠兼容。

3.1 設(shè)計(jì)階段

（1）合理設(shè)置跨線點(diǎn)、跨線方向。在設(shè)計(jì)時(shí)要做好客流量的預(yù)測(cè)，保證跨線方向和運(yùn)行客流量相一致，提高整個(gè)軌道交通線網(wǎng)的運(yùn)行效率。

（2）優(yōu)化配線設(shè)計(jì)，提高運(yùn)營(yíng)組織靈活性?；ヂ?lián)互通運(yùn)行對(duì)配線設(shè)計(jì)要求較高，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)該對(duì)各線路的配線進(jìn)行優(yōu)化，為整個(gè)線網(wǎng)的互聯(lián)互通服務(wù)。

（3）提前布局導(dǎo)向標(biāo)識(shí)。互聯(lián)互通工程在進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的時(shí)候，要保證滿足軌道交通發(fā)展規(guī)劃的要求。由于互聯(lián)互通設(shè)計(jì)方案與實(shí)際運(yùn)營(yíng)階段之間會(huì)存在一定的差距，所以導(dǎo)向標(biāo)識(shí)還需要具備后期更改的可能性。

（4）列車運(yùn)行速度限制與匹配設(shè)計(jì)。關(guān)于速度限制及控制的概念和定義，各專業(yè)包括車輛、限界、線路、結(jié)構(gòu)、信號(hào)等應(yīng)保持統(tǒng)一。

（5）統(tǒng)一互聯(lián)互通相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和接口。在互聯(lián)互通工程項(xiàng)目招標(biāo)和實(shí)施過(guò)程中，需要求各設(shè)備廠商的CBTC系統(tǒng)遵循互聯(lián)互通的標(biāo)準(zhǔn)及要求，設(shè)計(jì)和提供滿足互聯(lián)互通功能的設(shè)備產(chǎn)品。對(duì)不同信號(hào)廠商的軌旁設(shè)備、包括支柱、基礎(chǔ)及支架、信號(hào)機(jī)、應(yīng)答器、軌旁天線、波導(dǎo)管、漏纜等通信傳輸介質(zhì)、計(jì)軸設(shè)備、車載設(shè)備的速度傳感器、應(yīng)答器接收器、天線的安裝等統(tǒng)一原則，以滿足互聯(lián)互通要求[2]。

（6）采用支持互聯(lián)互通的車載電子地圖?；ヂ?lián)互通的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)中，各線路的變化會(huì)導(dǎo)致所有線路電子地圖均需修改。為解決此問(wèn)題，需要采用統(tǒng)一格式的支持互聯(lián)互通的電子地圖。

（7）統(tǒng)一應(yīng)答器報(bào)文規(guī)范。工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，需明確CBTC互聯(lián)互通應(yīng)答器報(bào)文的總體要求、通信數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及接口方式。

（8）統(tǒng)一車載信號(hào)系統(tǒng)與車輛的接口技術(shù)要求。工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，需統(tǒng)一信號(hào)系統(tǒng)與車輛之間的物理和功能接口。

（9）不同線路之間的地面設(shè)備接口協(xié)議?；ヂ?lián)互通工程設(shè)計(jì)中，需對(duì)CBTC互聯(lián)互通地面設(shè)備之間接口進(jìn)行統(tǒng)一，明確跨線間ZC、CI、ATS、MSS設(shè)備間的接口連接方式、通信數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、接口數(shù)據(jù)的處理等。

（10）統(tǒng)一LTE專用頻段。原有CBTC系統(tǒng)的車地?zé)o線通信制式多種多樣，包括802.11 b/g/n/i，GSM-R等，傳輸介質(zhì)包括無(wú)線自由波、波導(dǎo)、漏纜，頻率也包括2.4G、5.8G、專用頻段等。傳輸協(xié)議方面各廠家也不盡相同。為滿足城市軌道交通列車在較高速度下運(yùn)行時(shí)車地通信質(zhì)量要求，更好的解決通信干擾問(wèn)題，應(yīng)對(duì)LTE頻段進(jìn)行統(tǒng)一，以滿足互聯(lián)互通的需求。

（11）互聯(lián)互通對(duì)各專業(yè)的技術(shù)要求?；ヂ?lián)互通運(yùn)營(yíng)線路的軌道須采用相同的軌距和相同的結(jié)構(gòu)形式，軌道和路基的結(jié)構(gòu)承載能力能滿足互聯(lián)互通的要求。車輛方面，互聯(lián)互通線網(wǎng)內(nèi)應(yīng)統(tǒng)一車輛型號(hào)，減少車輛類型，統(tǒng)一線路條件滿足車輛運(yùn)行。供電方面，互聯(lián)互通運(yùn)營(yíng)線路應(yīng)采用相同的牽引供制式和接觸網(wǎng)饋電形式。互聯(lián)互通線路的站臺(tái)門需符合列車編組要求，通信系統(tǒng)制式以及車地通信方式應(yīng)統(tǒng)一，以滿足互聯(lián)互通的運(yùn)營(yíng)需求[3]。

3.2 運(yùn)營(yíng)階段

（1）提前宣傳、加強(qiáng)乘客引導(dǎo)。在線網(wǎng)互聯(lián)互通車輛的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，要正確的引導(dǎo)乘客，通過(guò)張貼相應(yīng)的宣傳文件以及指導(dǎo)標(biāo)識(shí)，通過(guò)對(duì)應(yīng)的車站、廣播等引導(dǎo)服務(wù)，保證對(duì)互聯(lián)互通列車的正確區(qū)別和引導(dǎo)。

（2）全局調(diào)度系統(tǒng)的強(qiáng)化應(yīng)用?；ヂ?lián)互通線網(wǎng)的線路間運(yùn)營(yíng)調(diào)度應(yīng)制定有效的機(jī)制和措施，進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)，提高整個(gè)線網(wǎng)車輛運(yùn)行的效率和靈活性。

（3）統(tǒng)一的維護(hù)及培訓(xùn)平臺(tái)。在互聯(lián)互通的線網(wǎng)內(nèi)，建立統(tǒng)一的維護(hù)體系和培訓(xùn)平臺(tái)。針對(duì)不同崗位制定不同的培訓(xùn)方式和培訓(xùn)策略，提供符合運(yùn)營(yíng)人員需求的原理及實(shí)操培訓(xùn)，為線路的順利開(kāi)通及運(yùn)營(yíng)保駕護(hù)航[4]。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著城市軌道交通的高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)時(shí)代已經(jīng)到來(lái)?；ヂ?lián)互通運(yùn)行模式下能夠有效地節(jié)約乘客的出行時(shí)間，緩解車站的客流量壓力，同時(shí)增加行車組織方式，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)輸資源的充分調(diào)配和共享。互聯(lián)互通運(yùn)營(yíng)能有效提升服務(wù)水平，提高乘客滿意度，創(chuàng)造出巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。隨著技術(shù)的發(fā)展和不斷進(jìn)步，基于信息化和智能化的互聯(lián)互通信號(hào)系統(tǒng)必將成為將來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)?！?/p>