城市軌道交通信號系統(tǒng)的發(fā)展方向

城市軌道交通信號系統(tǒng)的發(fā)展方向

0城市軌道交通線網(wǎng)現(xiàn)狀信號系統(tǒng)是城市軌道交通的重要組成部分。在線路上連接和有效控制分散的設(shè)備。它是一種高效有序的管理系統(tǒng)，可以確保乘客的安全，縮短運行距離，減少能源消耗，并進行有效的有序運行。截止到2017年底,我國除港澳臺地區(qū)外,已經(jīng)有34個城市相繼開通了城市軌道交通線路,全國開通新線路共165條,運營線路總里程5033公里,在建線路達到6246公里。隨著通信與計算機控制技術(shù)的不斷發(fā)展,城市軌道交通線網(wǎng)互聯(lián)互通與列車全自動駕駛技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用在部分線路上,兩種技術(shù)相結(jié)合所帶來的運營成本降低與運行效率提升的效果是十分顯著的,在可靠性方面也更優(yōu)于人工駕駛。但隨著線網(wǎng)規(guī)模的擴大,運營能耗的不斷增加已經(jīng)成為了一個亟待解決的新問題。同時基于車車通信的新型CBTC系統(tǒng)也逐漸進入了人們的視野。本文將針對上述幾個方面,對我國城市軌道交通信號系統(tǒng)今后的發(fā)展做一些簡要分析。1線網(wǎng)調(diào)度指揮中心與維護系統(tǒng)mmi的應(yīng)用我國城市軌道交通傳統(tǒng)的建設(shè)和運營模式已經(jīng)不能適應(yīng)線網(wǎng)規(guī)模的迅速擴張,出現(xiàn)了線路中的富余運能不能得到有效利用、客流分布不均衡、車輛與設(shè)備等資源無法實現(xiàn)共享等問題。而互聯(lián)互通可以突破以往單線建設(shè)單線運營的限制,不但可以使乘客在線網(wǎng)中自由流動,同時還可以讓列車、信號設(shè)備、工作人員等在線網(wǎng)中實現(xiàn)自由流動,以達到線網(wǎng)資源共享、網(wǎng)絡(luò)化運營的目的。城市軌道交通互聯(lián)互通的主要優(yōu)勢有:(1)對停車場、車輛段、信號設(shè)備及檢修維護設(shè)備等資源的共享,減少相關(guān)用地的征收,降低成本;(2)不同線路間的列車資源共享,達到靈活調(diào)配的目的;(3)通過統(tǒng)一各線路的聯(lián)鎖、ATS、MMI等界面的顯示和操作方式,實現(xiàn)運營人員的流通,減少人工與培訓(xùn)成本;(4)可以令二期、三期工程項目擺脫一期信號系統(tǒng)供應(yīng)商的制約,實現(xiàn)公平競爭;(5)便于建立全市統(tǒng)一的線網(wǎng)調(diào)度指揮中心與維護系統(tǒng)。在我國實現(xiàn)城市軌道交通線網(wǎng)互聯(lián)互通的呼聲越來越強烈。然而,在傳統(tǒng)的基于軌道電路的ATC系統(tǒng)中,由于各廠家的信號系統(tǒng)采用的架構(gòu)不同,設(shè)備接口與通信協(xié)議不一致,只能采取一些特殊的手段(如全部線路都使用同一廠商的信號系統(tǒng),或在車上、地面增加其他廠家的車載、軌旁設(shè)備)才能實現(xiàn)互聯(lián)互通。早期的CBTC系統(tǒng)中多使用WLAN技術(shù)進行傳輸,但WLAN技術(shù)最初的定位是實現(xiàn)室內(nèi)場景下的無線寬帶接入,采用開放頻段易受干擾,對高速移動通信支持不足,信號覆蓋也較小。LTE技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在高速移動下的低時延、高速率的數(shù)據(jù)傳輸,為了實現(xiàn)互聯(lián)互通,工信部確定了1.8GHz(1785MHz—1805MHz)的LTE頻段作為城市軌道交通行業(yè)的專用頻段?；贚TE—M平臺的CBTC系統(tǒng)無需維護軌道電路與大量軌旁設(shè)備,通信傳輸距離更長,同時不易受干擾,已經(jīng)成為了我國新建城市軌道交通線路信號系統(tǒng)的第一選擇。城市軌道交通信號系統(tǒng)的選擇應(yīng)提前布局,在規(guī)劃初期就應(yīng)該考慮是否加入互聯(lián)互通,否則不同線路所采用的編組與車型、限制速度、限界、車輛受電方式等都有所不同,后期改造難度極大。信號系統(tǒng)的互聯(lián)互通需要有統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范進行支持,目前中城協(xié)已經(jīng)發(fā)布了軌道交通CBTC信號系統(tǒng)互聯(lián)互通建設(shè)指導(dǎo)以及相關(guān)規(guī)范,明確了系統(tǒng)的需求、功能、架構(gòu)、接口協(xié)議等。但信號系統(tǒng)的互聯(lián)互通只是城市軌道交通線網(wǎng)互聯(lián)互通中的一部分,城市軌道交通線網(wǎng)互聯(lián)互通涵蓋了土建、供電、車輛、培訓(xùn)、運營、維護、安全門、通信信號等多個領(lǐng)域,各領(lǐng)域之間的有效配合是實現(xiàn)互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)化運營的關(guān)鍵。同時,各城市需要在國家標(biāo)準(zhǔn)下,基于互聯(lián)互通技術(shù)規(guī)范、LTE—M規(guī)范,結(jié)合每個城市自身的特點,編制地方互聯(lián)互通規(guī)范,以指導(dǎo)城市軌道交通的建設(shè)。2全自動駕駛技術(shù)的應(yīng)用全自動駕駛是列車ATO功能的延伸,可以將司機需要執(zhí)行的操作完全交由列車運行系統(tǒng)自動實現(xiàn)。除了具有基礎(chǔ)的ATO功能外,還能進行列車的自動喚醒與休眠、自動駛?cè)腭偝鐾＼噲?車輛段)、自動洗車、自動監(jiān)控設(shè)備狀況、自動開關(guān)車門等操作,并且具有常規(guī)運行、降級運行和災(zāi)害工況等多種運行模式。目前,全自動駕駛技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)外的多條線路中得到了實踐,而且在很多方面相比人工具有更多優(yōu)勢,例如:(1)由列車運行系統(tǒng)代替人工操作,提高響應(yīng)速度與運行效率,縮短行車間隔,降低能源消耗;(2)可以減少由人為誤操作引起的事故;(3)降低司機和車站工作人員的勞動強度,避免長時間重復(fù)作業(yè);(4)實現(xiàn)對發(fā)車間隔與發(fā)車時間的靈活調(diào)整,配合互聯(lián)互通技術(shù)可以在短時間內(nèi)完成列車的跨線、并線運行調(diào)整。全自動駕駛技術(shù)強化了控制中心的功能,在控制中心新增了車輛調(diào)度及乘客調(diào)度功能,并且可以遠程監(jiān)測列車的車鉤、車門、走行部、緊急按鈕等設(shè)備的實時狀況,實時監(jiān)控列車狀態(tài),增強車輛的調(diào)度和維護功能。但與互聯(lián)互通相同的是,全自動駕駛技術(shù)所涉及的領(lǐng)域也遠遠超出信號系統(tǒng)所能處理的范圍,還需要其他多個領(lǐng)域之間的協(xié)調(diào)配合。城市軌道交通中互聯(lián)互通與全自動駕駛技術(shù)的結(jié)合,能夠有效地提高整體的運行效率,兩種技術(shù)今后將一同成為城市軌道交通的發(fā)展方向。3ato運行速度曲線與追蹤控制策略隨著線網(wǎng)的全面鋪開,城市軌道交通所消耗的能源也在不斷增加。北京市2008年全市軌道交通線網(wǎng)的規(guī)劃用電量為6.5億度;而到了2015年,線網(wǎng)的規(guī)劃用電量已經(jīng)達到13.9億度,8年間線網(wǎng)的年耗電量以每年11.4%的速度快速增長。在運營過程中,城市軌道交通系統(tǒng)消耗的主要能源為電能,基本不消耗其他形式的能源,列車牽引供電系統(tǒng)的能耗可以占到總體運營能耗的40%～50%,因此降低列車的牽引能耗是減少總體能耗與運營成本的有效途徑。ATO系統(tǒng)能夠?qū)崟r地調(diào)整列車速度,保障列車安全、準(zhǔn)時、舒適、節(jié)能地運行,優(yōu)化ATO運行速度曲線與追蹤控制策略是實現(xiàn)節(jié)能運行的關(guān)鍵。目前的優(yōu)化算法以單列車運行控制為主,主要有解析算法、數(shù)值算法和智能算法三種方式,但普遍無法應(yīng)用于多車追蹤運行的情況。因此能夠滿足多車追蹤運行條件,并且運算速度適中的ATO節(jié)能算法是未來的研究方向,隨著全自動駕駛技術(shù)的進一步完善,算法帶來的節(jié)能效果將會更加顯著。4車載設(shè)備的功能車車通信系統(tǒng)是目前CBTC系統(tǒng)的主要研究方向之一,與傳統(tǒng)的CBTC系統(tǒng)相比,車車通信系統(tǒng)不設(shè)聯(lián)鎖與ZC子系統(tǒng),前車與后車的車載設(shè)備可以直接進行位置交互,后車根據(jù)前車位置信息自動計算移動授權(quán)與運行速度曲線。ATS可以直接與車載設(shè)備進行通信,將進路信息發(fā)送給車載設(shè)備,車載設(shè)備接收后與道岔通信,控制道岔與進路的鎖閉。車車通信系統(tǒng)將原本大量軌旁設(shè)備中的功能都移至車載設(shè)備上實現(xiàn),降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性與反應(yīng)時間?；谲囓囃ㄐ诺男盘栂到y(tǒng)主要優(yōu)勢有:(1)簡化原有信號系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),不設(shè)聯(lián)鎖與ZC子系統(tǒng),減少設(shè)備間接口數(shù)量,降低成本;(2)減少了整個信號系統(tǒng)中需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量,提高響應(yīng)速度與傳輸速度;(3)前后車可實時并直接交互位置信息,不再經(jīng)過ZC,減少車載的反應(yīng)時間,進一步縮短行車間隔;(4)減少軌旁設(shè)備的使用,節(jié)省大量空間,對于土建與列車限界的要求更加寬松,降低施工難度。車車通信系統(tǒng)中減少了軌旁設(shè)備的使用,但這種優(yōu)勢只有在車載控制器能夠完全取代聯(lián)鎖系統(tǒng)時才能發(fā)揮出最大的效果,聯(lián)鎖系統(tǒng)在傳統(tǒng)的CBTC系統(tǒng)中占據(jù)著十分重要的地位,而目前車車通信系統(tǒng)中的車載控制器還無法達到現(xiàn)有聯(lián)鎖系統(tǒng)所具有的安全與可靠程度。而且為了將原本的ZC控制功能轉(zhuǎn)移到車載控制器中,必須確定好故障后有效的降級運行措施,這些都是車車通信系統(tǒng)目前所面臨的問題。車車通信系統(tǒng)現(xiàn)在還沒有一個明確的定位,今后是作為一個完全獨立的信號系統(tǒng)存在,還是添加到現(xiàn)有的CBTC系統(tǒng)中作為一個功能模塊目前還沒有定論,但車車通信系統(tǒng)減少了系統(tǒng)反