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已經(jīng)成功應用在部分線路上,兩種技術相結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的應用我國城市軌道交通傳統(tǒng)的建設和運營模式已經(jīng)不能適應線網(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、信號設備及檢修維護設備等資源的共享,減少相關用地的征收,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)采用的架構不同,設備接口與通信協(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技術進行傳輸,但WLAN技術最初的定位是實現(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技術能夠實現(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。基于LTE—M平臺的CBTC系統(tǒng)無需維護軌道電路與大量軌旁設備,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)的選擇應提前布局,在規(guī)劃初期就應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)互通建設指導以及相關規(guī)范,明確了系統(tǒng)的需求、功能、架構、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、運營、維護、安全門、通信信號等多個領域,各領域之間的有效配合是實現(xiàn)互聯(lián)互通網(wǎng)絡化運營的關鍵。同時,各城市需要在國家標準下,基于互聯(lián)互通技術規(guī)范、LTE—M規(guī)范,結合每個城市自身的特點,編制地方互聯(lián)互通規(guī)范,以指導城市軌道交通的建設。2全自動駕駛技術的應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)。除了具有基礎的ATO功能外,還能進行列車的自動喚醒與休眠、自動駛入駛出停車場(車輛段)、自動洗車、自動監(jiān)控設備狀況、自動開關車門等操作,并且具有常規(guī)運行、降級運行和災害工況等多種運行模式。目前,全自動駕駛技術已經(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,全自動駕駛技術所涉及的領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的結合,能夠有效地提高整體的運行效率,兩種技術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)能夠實時地調(diào)整列車速度,保障列車安全、準時、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)不設聯(lián)鎖與ZC子系統(tǒng),前車與后車的車載設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與運行速度曲線。ATS可以直接與車載設備進行通信,將進路信息發(fā)送給車載設備,車載設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)將原本大量軌旁設備中的功能都移至車載設備上實現(xiàn),降低了系統(tǒng)的復雜性與反應時間?；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)的結構,不設聯(lián)鎖與ZC子系統(tǒng),減少設備間接口數(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,減少車載的反應時間,進一步縮短行車間隔;(4)減少軌旁設備的使用,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