淺談城市軌道交通信號系統(tǒng)工程設(shè)計

1、淺談城市軌道交通信號系統(tǒng)工程設(shè)計摘要:城市交通運(yùn)輸是影響和制約城市發(fā)展的重要因素，軌道交通信號系統(tǒng)是保障運(yùn)輸安全，提高運(yùn)營效益的重要工具。本文結(jié)合城市軌道交通信號系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，以基于通信的移動閉塞制式實(shí)際工程設(shè)計當(dāng)中所遇到的實(shí)際情況對目前城市軌道交通信號系統(tǒng)的閉塞制式比較，系統(tǒng)構(gòu)成等進(jìn)行分析。 關(guān)鍵詞:城市軌道;信號系統(tǒng);工程設(shè)計;CBTC 1 引言 城市軌道交通信號系統(tǒng)是保證列車運(yùn)行安全,實(shí)現(xiàn)行車指揮和列車運(yùn)行現(xiàn)代化,提高運(yùn)輸效率的關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備。城市軌道交通信號工程造價高,高科技內(nèi)容含量高,涉及到通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和遠(yuǎn)程控制技術(shù)等。從事這一領(lǐng)域的企業(yè),要求企業(yè)的擁有較高的技術(shù)水

2、平和自主創(chuàng)新能力。 2 城市軌道交通信號系統(tǒng)方案 一般城市軌道交通線路在城市交通疏解任務(wù)中擔(dān)當(dāng)非常重要的角色，為滿足以上要求，地鐵信號系統(tǒng)應(yīng)采用完整的、先進(jìn)的、高效的列車控制系統(tǒng)。 (1)正線信號系統(tǒng)采用完整的列車自動控制（ATC）系統(tǒng)，由ATS、ATP、ATO、聯(lián)鎖設(shè)備組成。 (2)車輛段/停車場由聯(lián)鎖設(shè)備、微機(jī)監(jiān)測設(shè)備、ATS分機(jī)等主要設(shè)備組成。 a)閉塞方式分析 目前城市軌道交通的信號系統(tǒng)主要有準(zhǔn)移動閉塞和移動閉塞系統(tǒng)選擇。 1.基于目標(biāo)距離模式的準(zhǔn)移動閉塞ATC系統(tǒng) 目標(biāo)距離模式一般采用音頻數(shù)字無絕緣軌道電路，具有較大的信息傳輸量和較強(qiáng)的抗干擾能力。列車車載設(shè)備根據(jù)由鋼軌傳輸而接收到的

3、聯(lián)鎖、軌道電路編碼、線路參數(shù)、控制管理等報文信息，對列車追蹤運(yùn)行以及折返作業(yè)進(jìn)行連續(xù)的速度監(jiān)督，實(shí)現(xiàn)超速防護(hù)，控制列車運(yùn)行間隔，以滿足規(guī)定的通過能力。由于音頻數(shù)字軌道電路傳輸信息量大，可向車載設(shè)備提供目標(biāo)速度、目標(biāo)距離（指從占用音頻軌道電路始端至停車點(diǎn)的距離）、線路狀態(tài)（坡道、彎道數(shù)據(jù)等），使ATP車載設(shè)備結(jié)合固定的車輛性能數(shù)據(jù)計算出適合于本列車運(yùn)行的模式速度曲線。 2.移動閉塞系統(tǒng)（CBTC） 基于通信的移動閉塞列車控制系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，是列車控制技術(shù)的發(fā)展方向，代表了國際ATC的先進(jìn)水平。 獨(dú)立于軌道電路的高精度列車定位； 連續(xù)、大容量的車地雙向數(shù)據(jù)通信； 車載和軌旁的處理器執(zhí)行安全功能。 C

4、BTC系統(tǒng)采用自由空間無線天線、交叉感應(yīng)電纜環(huán)線、漏泄電纜以及裂縫波導(dǎo)管等方式實(shí)現(xiàn)車-地、地-車間雙向數(shù)據(jù)通信。軌旁ATP設(shè)備根據(jù)列車的位置信息和進(jìn)路情況計算出每一列車的移動權(quán)限，并動態(tài)更新，通過連續(xù)車地通信設(shè)備發(fā)送給列車。車載設(shè)備根據(jù)接收到的移動授權(quán)和自身的運(yùn)行狀態(tài)計算出列車運(yùn)行速度曲線和防護(hù)曲線，在ATP子系統(tǒng)的防護(hù)下，ATO子系統(tǒng)或人工駕駛控制列車在該速度曲線下運(yùn)行。后續(xù)列車可最大限度地接近前行列車尾部，與之保持一個安全距離。在保證安全的前提下，CBTC系統(tǒng)能最大程度地提高區(qū)間通過能力，不受軌道電路區(qū)段分割的限制。 雖然CBTC系統(tǒng)在調(diào)試時存在一些不盡如人意的地方，但是CBTC系統(tǒng)在具有

5、自身優(yōu)越性的同時已經(jīng)成為城市軌道交通信號系統(tǒng)的首選方案。其相對于準(zhǔn)移動閉塞系統(tǒng)的優(yōu)越性是不可取代的。 4 城市軌道交通信號系統(tǒng)構(gòu)成 信號系統(tǒng)設(shè)備按地域劃分可分為控制中心設(shè)備、車站與軌旁設(shè)備、車輛段和停車場設(shè)備、維修中心設(shè)備及車載設(shè)備五部分。 控制中心的設(shè)備主要是ATS子系統(tǒng)的中央級設(shè)備及顯示終端設(shè)備。 a)控制中心設(shè)備（ATS） 1.控制中心ATS系統(tǒng) 信號系統(tǒng)的控制中心設(shè)備設(shè)于控制中心大樓內(nèi)，是列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）的核心部分，設(shè)冗余ATS服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)時鐘服務(wù)器、總調(diào)度長及行車調(diào)度員工作站、綜合顯示系統(tǒng)、中心計算機(jī)系統(tǒng)、運(yùn)行圖編輯工作站、維護(hù)工作站、培訓(xùn)模擬工作站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及電源設(shè)備等。

6、 （1）ATS服務(wù)器 信號設(shè)備室設(shè)置中心計算機(jī)系統(tǒng)，包括ATS系統(tǒng)中心控制主機(jī)、中心通信處理器、中心數(shù)據(jù)服務(wù)器、中心局域網(wǎng)及各自配備的外部設(shè)備。為了保證系統(tǒng)的可靠性，上述主要硬件設(shè)備采用雙機(jī)熱備方式。 （2）調(diào)度長及行車調(diào)度員工作站 根據(jù)車站及線路配置情況及行車組織要求，一般情況下在控制中心中央控制室各線設(shè)置3個行車調(diào)度工作站，其中兩個行車調(diào)度員工作站，一個調(diào)度長工作站。 （3）運(yùn)行圖編輯工作站 在運(yùn)行圖室設(shè)置運(yùn)行圖編輯工作站及相應(yīng)的打印設(shè)備，用于運(yùn)行計劃人員編制及修改列車運(yùn)行時刻表，通過人機(jī)對話可以實(shí)現(xiàn)對運(yùn)行時刻表的編輯、修改及管理。 （4）維護(hù)工作站 在維護(hù)室設(shè)維護(hù)工作站。維修工作站主要用

7、于ATS系統(tǒng)的維護(hù)及修改系統(tǒng)數(shù)據(jù)、ATC系統(tǒng)的故障報警處理等。 （5）培訓(xùn)、模擬工作站 在培訓(xùn)室設(shè)置培訓(xùn)、模擬工作站及打印機(jī)，工作站內(nèi)配有各種系統(tǒng)編輯、裝配、連接和系統(tǒng)構(gòu)成工具以及列車運(yùn)行仿真的軟件?？膳c調(diào)度員工作臺具有相同的顯示內(nèi)容和相同的控制功能，并能實(shí)際仿真列車在線運(yùn)行及各種異常情況，而不參與實(shí)際的列車控制。 （6）繪圖儀和打印機(jī) 打印室配備兩臺彩色激光網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)和一臺網(wǎng)絡(luò)繪圖儀，用于輸出運(yùn)行圖及各種報表。 （7）控制中心綜合顯示屏（大屏幕） 綜合顯示屏顯示的信息及實(shí)現(xiàn)的功能： 實(shí)現(xiàn)正線列車運(yùn)行及信號系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)視 顯示行車信息 CCTV圖像 行車、防災(zāi)、電力調(diào)度等有關(guān)的綜合信息 其

8、顯示內(nèi)容采用區(qū)域顯示方式，并可根據(jù)調(diào)度的要求調(diào)整顯示畫面。 （8）電源設(shè)備 電源室設(shè)置ATS電源系統(tǒng)，包括為ATS設(shè)備正常工作提供電量的電源屏及在線式UPS，可提供30分鐘后備電源的免維護(hù)電池。 2.車站ATS設(shè)備 正線車站ATS設(shè)備設(shè)在設(shè)備集中站，由車站ATS分機(jī)、通信接口設(shè)備、車控室操作設(shè)備等組成。 （1）車站ATS分機(jī)采用數(shù)據(jù)通信接口設(shè)備，該設(shè)備為雙套冗余。 （2） 車站工作站由鍵盤及彩色顯示器組成，當(dāng)中心設(shè)備故障或下放控制權(quán)時，車站工作站可完成對進(jìn)路、信號機(jī)的控制。 （3） 通信接口設(shè)備與通信傳輸設(shè)備配合完成車站ATS與中心ATS間信息傳輸及各種通信。 （4）發(fā)車指示器，設(shè)在發(fā)車站臺端

9、部。 3.車輛段、停車場ATS設(shè)備 （1）車場信號設(shè)備室設(shè)一臺ATS分機(jī)，與車場聯(lián)鎖系統(tǒng)接口。 （2）行車值班室和車輛派班室各設(shè)一臺終端以及必要的打印機(jī)。 （3）與OCC（控制中心）通信的傳輸網(wǎng)及其接口。 b)車站與軌旁設(shè)備 1.正線設(shè)備集中站室內(nèi)設(shè)備包括聯(lián)鎖設(shè)備、ATP/ATO設(shè)備、車地雙向通信室內(nèi)設(shè)備、列車空閑檢測設(shè)備、ATS車站設(shè)備、電源設(shè)備等。 2.站臺設(shè)備包括發(fā)車時間指示器、緊急停車按鈕、PIS系統(tǒng)。發(fā)車指示器：設(shè)置于發(fā)車正方向站臺端部，每站臺1個。緊急停車按鈕：每側(cè)站臺設(shè)置2個，設(shè)置位置應(yīng)便于緊急情況下的使用。 3.軌旁包括轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號機(jī)、列車占用檢查設(shè)備、車地通信設(shè)備等。 4.在

10、非設(shè)備集中站，將主要設(shè)置電纜分線架、安全門接口設(shè)備、ATS接口設(shè)備、軌旁信號機(jī)等。 5.在全線所有車站的控制室設(shè)緊急后備盤。在車站值班員認(rèn)為必要的情況下，可通過按壓緊急后備盤上的有關(guān)按鈕。 6.對于聯(lián)鎖設(shè)備集中站，在車站控制室還應(yīng)設(shè)置用于車站級控制的控制工作站，用于在車站級控制情況下，能對本聯(lián)鎖區(qū)內(nèi)的信號元素進(jìn)行監(jiān)控以及故障報警。 （1）設(shè)備集中站的設(shè)置 綜合考慮聯(lián)鎖設(shè)備、ATP、ATO和ATS車站設(shè)備的控制能力及控制距離的要求，正線區(qū)段的ATP/ATO室內(nèi)設(shè)備原則上集中設(shè)置于設(shè)備集中站。設(shè)備集中站的設(shè)置及控制范圍需結(jié)合線路具體情況及運(yùn)營需求統(tǒng)籌考慮，此處不再贅述。 （2）軌旁ATP/ATO設(shè)

11、備 1）軌旁骨干網(wǎng) 信號系統(tǒng)利用光纖及通信設(shè)備自行組建用于安全信息交換的冗余的通信網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)符合開放的IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。該網(wǎng)絡(luò)也可以傳輸ATS信息。 2）車地通信軌旁設(shè)備 軌旁設(shè)備包括軌旁設(shè)備、區(qū)間接入點(diǎn)設(shè)備、天線以及連接這些設(shè)備的光纜及電纜等組成。區(qū)間接入點(diǎn)與骨干通信網(wǎng)的連接應(yīng)是冗余的。 區(qū)間接入點(diǎn)的布置位置及數(shù)量應(yīng)該滿足任意區(qū)間點(diǎn)的無線重疊覆蓋，即任何單個的區(qū)間接入點(diǎn)故障不影響車地的正常通信。 3）地面信標(biāo) 信標(biāo)是CBTC的重要組成部分，其作用為： 列車位置初始化，即運(yùn)行方向判定； 列車位置校準(zhǔn)； 輪徑磨耗自動補(bǔ)償； 根據(jù)目前市場實(shí)際情況，有歐標(biāo)和查詢信標(biāo)兩種方式可供選擇：歐標(biāo)應(yīng)答

12、器具有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳輸能力并且適應(yīng)更高的速度，并且進(jìn)行了國產(chǎn)化。查詢信標(biāo)具有價格優(yōu)勢。 （3）正線聯(lián)鎖設(shè)備 聯(lián)鎖設(shè)備設(shè)于設(shè)備集中站，按照車站配線及控制范圍考慮聯(lián)鎖集中站，主要包括計算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備及設(shè)備機(jī)架，完成信號機(jī)、進(jìn)路、道岔的聯(lián)鎖等功能。 1）正線區(qū)段信號機(jī)的顯示方式符合該項(xiàng)目所在城市地鐵相關(guān)規(guī)范的要求并考慮CBTC系統(tǒng)的實(shí)際情況。 通常正線區(qū)段地面防護(hù)信號機(jī)的顯示方式如下： 紅燈禁止通行，列車在信號機(jī)前停車； 綠燈進(jìn)路開通道岔直向位置，準(zhǔn)許列車按規(guī)定速度運(yùn)行； 黃燈進(jìn)路開通道岔側(cè)向位置，準(zhǔn)許列車按規(guī)定的限制速度運(yùn)行； 黃燈+紅燈引導(dǎo)信號，允許列車以不大于25km/h（具體根據(jù)運(yùn)營要求確定）速

13、度越過該信號機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，并隨時準(zhǔn)備停車。 2）全線設(shè)輔助列車檢測設(shè)備，采用計軸設(shè)備。 （4）車載設(shè)備 每列車原則上配備兩套車載ATP/ATO單元。包括車載ATP/ATO主機(jī)機(jī)柜、速度傳感器、控制顯示單元以及車地通信天線等主要設(shè)備。每套ATP/ATO車載設(shè)備的關(guān)鍵設(shè)備均采用冗余結(jié)構(gòu)。 兩套車載單元互為熱備，熱備切換時不能影響列車的正常運(yùn)營。 人機(jī)界面的主要內(nèi)容包括： 列車實(shí)際速度/最大允許速度顯示 目標(biāo)距離/速度顯示 駕駛狀態(tài)（動力運(yùn)行、惰行和制動）顯示 駕駛模式（ATO、人工ATP、限速人工、自動折返）表示 ATO模式啟動按鈕 自動/人工關(guān)門開關(guān)及表示 列車折返表示 列車停車精度（到位）情況

14、門表示（含司機(jī)室車門）及控制元件 緊急制動的啟動表示 ATP/ATO故障表示 駕駛員輸入有關(guān)數(shù)據(jù)（輪徑、乘務(wù)組號、車輛號、目的地號等） 列車完整性表示 （5）在運(yùn)行交路的折返站，將考慮在站臺設(shè)有折返按鈕和折返設(shè)備，實(shí)現(xiàn)列車折返或車載設(shè)備駕駛端的自動轉(zhuǎn)換。 c)系統(tǒng)后備模式設(shè)備 正線ATC系統(tǒng)在通信設(shè)備故障時可全部或局部按照設(shè)定的后備模式（限制人工駕駛模式）運(yùn)行。后備模式通過計軸、發(fā)車表示器、信號機(jī)、聯(lián)鎖、應(yīng)答器及相應(yīng)編碼設(shè)備等設(shè)備完成對列車的運(yùn)行控制。 在線路上的每架信號機(jī)、道岔以及各車站正向出站處附近設(shè)置計軸設(shè)備，用于軌道空閑的檢測，在移動閉塞ATC系統(tǒng)通信故障時，降級為后備模式，聯(lián)鎖系統(tǒng)利

15、用這些設(shè)備配合ATP和機(jī)車信號控制列車安全運(yùn)行。 d)車輛段、停車場設(shè)備 車輛段/停車場信號設(shè)備主要有車場ATS分機(jī)、聯(lián)鎖設(shè)備、監(jiān)測設(shè)備、試車線設(shè)備、培訓(xùn)設(shè)備及日常檢修和檢查等設(shè)備。行車控制室設(shè)有計算機(jī)聯(lián)鎖監(jiān)視、操作終端設(shè)備和ATS工作站。通過ATS工作站可監(jiān)視出入段線和正線部分的列車運(yùn)行情況。 1.車場ATS設(shè)備 （1）車場信號設(shè)備室設(shè)一臺ATS分機(jī)，與車場聯(lián)鎖系統(tǒng)接口。 （2）行車值班室和車輛派班室各設(shè)一臺終端以及必要的打印機(jī)。 （3）與OCC通信的傳輸網(wǎng)及其接口。 2.聯(lián)鎖設(shè)備 計算機(jī)聯(lián)鎖室內(nèi)設(shè)備主要包括聯(lián)鎖機(jī)柜、接口柜、防雷柜、繼電器柜、分線盤設(shè)備和UPS電源等，電源室設(shè)有智能電源屏。設(shè)備室同時設(shè)有計算機(jī)監(jiān)測的下位機(jī)設(shè)備和維修監(jiān)測工作站等。 3.試車線設(shè)備 在試車線旁設(shè)置試車設(shè)備室和控制室，裝設(shè)與正線相同的ATP、ATO室內(nèi)設(shè)備，軌旁設(shè)備以及相應(yīng)的試驗(yàn)設(shè)備。 室內(nèi)設(shè)備包括：試車線工作站和控制盤、ATP/ATO線路計算機(jī)設(shè)備、電源屏及UPS電源等，同時還應(yīng)包括與屏蔽門接口的模擬設(shè)備。 室外設(shè)備包括列車占用檢查設(shè)備、車地通信設(shè)備、信號機(jī)。 試