城市轨道交通信号系统互联互通发展的思考

郭腾飞

摘要：随着互联网技术的不断发展，城市轨道交通系统也进入了网络化时代。依据基于通信的列车运行控制互联互通的背景和意义，提出城市轨道交通网络化运营中，基于通信的列车运行控制互联互通实施的必要性，在此基础上从基于通信的列车运行控制的整体架构、子系统布置位置和原则、接口技术等方面，探讨信号系统网络化运营，给出整套互联互通方案。

关键词：列车控制机制;通信交流;互联

随着城市轨道交通规模的扩展，急需对网络进行整体化运行，以打破各线路之间的碎片化管理。信号系统作为城市轨道交通系统的重要载体，是确保整个运营体系安全、正确、效率运转的关键，也是城市轨道交通互联互通的关键因素之一。因此，需要对城市轨道交通的信号系统进行统一规划，编制一种通用的协议实现城市轨道交通互联互通运转。

1 城市轨道列车 ATO 信号系统的运行原理

城市轨道列车自动驾驶系统中的车载单元在列车运行的过程中，需要与ATP车载单元联合起来，控制列车的行驶情况，包括对列车速度的控制、调速情况以及在某个固定的点及时停车等。根据城市轨道列车ATO信号系统的运行原理发现，此系统最重要的作用就是能够自行解决城市轨道列车在行驶过程中所遇到的障碍。因此，城市轨道列车 ATO信号系统基本的运行原理就是：在列车开车之前，城市轨道列车的驾驶人员要根据系统接收到的指示信号，依次启动列车上的 ATO 车载单元，同时还要在ATP 系统的辅助下，将所接收到的允许列车运行的信号及时传输给列车的 ATO车载单元。此时，当列车 ATO车载单元接收到 ATP系统发出的允许列车运行的信号后，列车 ATO单元则会按照列车的运行情况对城市轨道列车在运行中所要接受的列车电压和电流进行相应的调整，然后按照之前预定好的运行方案发车，并运行。此时，城市轨道列车在运行过程中的各项速度信息则都要通过 ATP 车载设备进行传递，城市轨道列车的 ATO系统接收到 ATP车载设备发出的速度信号后，立即根据这个信号对当前列车的线路进行确定，列车的 ATO车载单元就会按照 ATO 系统接收到的列车行驶线路曲线，进一步对列车的牵引、制动电压以及牵引列车制动的电流进行调整，此时，列车的 TWC 系统也会将监测到的地面环线交叉点的定位信息及时发送给列车ATO 系统，当列车 ATO 信号系统接收到TWC 发来的定位系统后，就会将其与列车实际运行所到达的位置进行比较，通过比较结果的差异性，进而对列车牵引制动的电流进行调整，保证列车在正常运行的基础上，还能在有效、精准的位置点自动停车。当轨道列车进站停车后，列车的 ATP 系统就会将打开车门的指令传输给列车 ATO车载单元，当列车 ATO车载单元接收到列车的 ATP系统所发出的打开车门的指令后，列车ATO 车载单元就会发出开门信号，使列车自动打开车门，方便乘客下车和上车。而当列车到站停止时间达到了预先设定好的时间以后，列车的 ATP系统就会将关闭车门的指令传输给列车 ATO 车载单元，当列车 ATO 车载单元接受到关闭车门的指令后，其就会促使列车按照所发出的关闭车门信号，使列车自动关闭车门。或者有的列車也是由列车的司机对列车关闭车门的情况进行自动控制，车门关闭后，列车继续按照之前设定好的路线和速度进行行驶。如果城市轨道车辆在运行的过程中，出现了无法运行的情况，并且在经过相应的检查后，发现其是由于列车 ATO 系统故障而造成的，如在按下列车 ATO 系统中的发车按钮后，列车并没有运行，此时，列车驾驶员就要向中央控制室信号调度员进行 ATP人工驾驶模式的请示，当调度人员接收到ATP 人工驾驶模式的行驶要求时，在线路允许的条件下，及时发出允许指令，轨道列车驾驶人员接收到允许 ATP 人工驾驶模式的运行信号后，迅速将列车行驶模式切换到人工驾驶模式，保障列车的正常运行以及乘客的生命安全

2信号系统互联互通解决措施

2.1 CBTC 系统架构

CBTC系统由VOBC（车载控制器）、CI（计算机联锁）、ZC（区域控制器）和ATS等关键系统组成，通过DCS（数据通信系统）实现各个系统间的信息交互。CI系统实时采集轨旁信号设备状态并发送给ZC和ATS系统，同时根据ATS系统命令控制道岔、信号机状态和办理进路，当VOBC在站台时，还需要接收处理从VOBC发送的开关站台屏蔽门的控制命令，并将站台屏蔽门的状态发送给VOBC。ZC系统根据列车位置、行进方向速度，以及CI提供的进路信息，为控区内的列车提供移动授权。ATS系统位于CBTC系统的上层，部署在控制中心和车站，提供列车监督、自动调度和时刻表调整等功能。VOBC根据线路速度和ZC提供的移动授权计算列车限速，同时提供自动驾驶、自动折返、自动开关门等功能。从信息交互流程可知，VOBC、CI、ZC和ATS等4个子信号系统间的信息交互构成了CBTC系统正常运行的首要条件。若异构CBTC系统中的4个子系统间在互联互通协议框架下实现了信息无缝传输和应用，搭载任意厂商VOBC的列车就可以在装配了其他厂商CBTC地面系统的线路上正常运行，实现跨线运营作业。

2.2 各子系统布置位置和原则

为实现城市轨道交通信号系统的互联互通，特别是ATO的互联互通，必须确定统一的工程设计原则，必须确保跨线运行列车的行车安全。（1）路网控制中心主要放置路网控制设备。如各线统一的调度集中管理设备和各线统一电子地图管理设备。（2）控制中心主要放置本线ATS控制设备。如调度员工作站、运行图显示工作站、维护工作站等。（3）设备集中站主要放置本线控制设备。如ATS分机、地面ATP、联锁、LEU等。

2.3 信号系统互联互通接口

电缆、轨道设备、环线施工等城市轨道交通建设工程的技术水平和专业水平，如果和安装要求不对应，也将会导致严重的后果。每一个技术安装的调试策略要点都需要更多的研发人员参与其中，从安装及调试开始对质量进行及早的控制，而不是先出现再处理，从开始就保证城市轨道交通信号系统安装技术的质量。提高社会整体城市轨道安装的能力是不可推卸的责任，企业要将这项工程管理作为改善社会环境一项重要工程，积极开展技术控制要点相关的培训。尤其是要让城市轨道交通信号系统安装设计人员针对不同项目已有的系统安装与调试技术控制要点进行明确、设计，并根据具体情况进行安装模拟，制定出更适合安装技术实施的具体工程实施方案，促进城市轨道交通信号系统的质量要点控制工作的开展。

结束语

总之，城市轨道列车在ATO信号系统的指示下安全运行，使城市轨道列车能够在无人控制的情况下，通过自动行驶系统实现列车的自动行驶、停止、开门以及关门等动作。保证车辆按照规定的时间以及速度进行行驶，直到列车行驶的下一站，当列车车辆进站在规定的站点停稳后，通过ATO信号系统下发的指令，将列车车门打开，这是一个完整的行车系统。

参考文献：

[1]王家琦.城市轨道交通共线运营实施条件及运行方案研究[D].北京：北京交通大学，2015.

[2]肖雪梅.城市轨道交通网络化运营风险与安全评估[D].北京：北京交通大学，2014.