城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展方向

城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展方向

0城市軌道交通線網(wǎng)現(xiàn)狀信號(hào)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(yùn)行距離，減少能源消耗，并進(jìn)行有效的有序運(yùn)行。截止到2017年底,我國(guó)除港澳臺(tái)地區(qū)外,已經(jīng)有34個(gè)城市相繼開通了城市軌道交通線路,全國(guó)開通新線路共165條,運(yùn)營(yíng)線路總里程5033公里,在建線路達(dá)到6246公里。隨著通信與計(jì)算機(jī)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(dòng)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(lái)的運(yùn)營(yíng)成本降低與運(yùn)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(kuò)大,運(yùn)營(yíng)能耗的不斷增加已經(jīng)成為了一個(gè)亟待解決的新問題。同時(shí)基于車車通信的新型CBTC系統(tǒng)也逐漸進(jìn)入了人們的視野。本文將針對(duì)上述幾個(gè)方面,對(duì)我國(guó)城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)今后的發(fā)展做一些簡(jiǎn)要分析。1線網(wǎng)調(diào)度指揮中心與維護(hù)系統(tǒng)mmi的應(yīng)用我國(guó)城市軌道交通傳統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)模式已經(jīng)不能適應(yīng)線網(wǎng)規(guī)模的迅速擴(kuò)張,出現(xiàn)了線路中的富余運(yùn)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(wú)法實(shí)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(yùn)營(yíng)的限制,不但可以使乘客在線網(wǎng)中自由流動(dòng),同時(shí)還可以讓列車、信號(hào)設(shè)備、工作人員等在線網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)自由流動(dòng),以達(dá)到線網(wǎng)資源共享、網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)的目的。城市軌道交通互聯(lián)互通的主要優(yōu)勢(shì)有:(1)對(duì)停車場(chǎng)、車輛段、信號(hào)設(shè)備及檢修維護(hù)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(dá)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(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)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(xiàng)目擺脫一期信號(hào)系統(tǒng)供應(yīng)商的制約,實(shí)現(xiàn)公平競(jìng)爭(zhēng);(5)便于建立全市統(tǒng)一的線網(wǎng)調(diào)度指揮中心與維護(hù)系統(tǒng)。在我國(guó)實(shí)現(xiàn)城市軌道交通線網(wǎng)互聯(lián)互通的呼聲越來(lái)越強(qiáng)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(hào)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(hào)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(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。早期的CBTC系統(tǒng)中多使用WLAN技術(shù)進(jìn)行傳輸,但WLAN技術(shù)最初的定位是實(shí)現(xiàn)室內(nèi)場(chǎng)景下的無(wú)線寬帶接入,采用開放頻段易受干擾,對(duì)高速移動(dòng)通信支持不足,信號(hào)覆蓋也較小。LTE技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在高速移動(dòng)下的低時(shí)延、高速率的數(shù)據(jù)傳輸,為了實(shí)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(tái)的CBTC系統(tǒng)無(wú)需維護(hù)軌道電路與大量軌旁設(shè)備,通信傳輸距離更長(zhǎng),同時(shí)不易受干擾,已經(jīng)成為了我國(guó)新建城市軌道交通線路信號(hào)系統(tǒng)的第一選擇。城市軌道交通信號(hào)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(hào)系統(tǒng)的互聯(lián)互通需要有統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范進(jìn)行支持,目前中城協(xié)已經(jīng)發(fā)布了軌道交通CBTC信號(hào)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(hào)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(yùn)營(yíng)、維護(hù)、安全門、通信信號(hào)等多個(gè)領(lǐng)域,各領(lǐng)域之間的有效配合是實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵。同時(shí),各城市需要在國(guó)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(gè)城市自身的特點(diǎn),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(dòng)駕駛技術(shù)的應(yīng)用全自動(dòng)駕駛是列車ATO功能的延伸,可以將司機(jī)需要執(zhí)行的操作完全交由列車運(yùn)行系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。除了具有基礎(chǔ)的ATO功能外,還能進(jìn)行列車的自動(dòng)喚醒與休眠、自動(dòng)駛?cè)腭偝鐾＼噲?chǎng)(車輛段)、自動(dòng)洗車、自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備狀況、自動(dòng)開關(guān)車門等操作,并且具有常規(guī)運(yùn)行、降級(jí)運(yùn)行和災(zāi)害工況等多種運(yùn)行模式。目前,全自動(dòng)駕駛技術(shù)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外的多條線路中得到了實(shí)踐,而且在很多方面相比人工具有更多優(yōu)勢(shì),例如:(1)由列車運(yùn)行系統(tǒng)代替人工操作,提高響應(yīng)速度與運(yùn)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(jī)和車站工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,避免長(zhǎng)時(shí)間重復(fù)作業(yè);(4)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)車間隔與發(fā)車時(shí)間的靈活調(diào)整,配合互聯(lián)互通技術(shù)可以在短時(shí)間內(nèi)完成列車的跨線、并線運(yùn)行調(diào)整。全自動(dòng)駕駛技術(shù)強(qiáng)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(yuǎn)程監(jiān)測(cè)列車的車鉤、車門、走行部、緊急按鈕等設(shè)備的實(shí)時(shí)狀況,實(shí)時(shí)監(jiān)控列車狀態(tài),增強(qiáng)車輛的調(diào)度和維護(hù)功能。但與互聯(lián)互通相同的是,全自動(dòng)駕駛技術(shù)所涉及的領(lǐng)域也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出信號(hào)系統(tǒng)所能處理的范圍,還需要其他多個(gè)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(dòng)駕駛技術(shù)的結(jié)合,能夠有效地提高整體的運(yùn)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(yùn)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(dá)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(zhǎng)。在運(yùn)營(yíng)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(yùn)營(yíng)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(yùn)營(yíng)成本的有效途徑。ATO系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地調(diào)整列車速度,保障列車安全、準(zhǔn)時(shí)、舒適、節(jié)能地運(yùn)行,優(yōu)化ATO運(yùn)行速度曲線與追蹤控制策略是實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行的關(guān)鍵。目前的優(yōu)化算法以單列車運(yùn)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(wú)法應(yīng)用于多車追蹤運(yùn)行的情況。因此能夠滿足多車追蹤運(yùn)行條件,并且運(yùn)算速度適中的ATO節(jié)能算法是未來(lái)的研究方向,隨著全自動(dòng)駕駛技術(shù)的進(jìn)一步完善,算法帶來(lái)的節(jié)能效果將會(huì)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(jìn)行位置交互,后車根據(jù)前車位置信息自動(dòng)計(jì)算移動(dòng)授權(quán)與運(yùn)行速度曲線。ATS可以直接與車載設(shè)備進(jìn)行通信,將進(jìn)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(jìn)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(shí)現(xiàn),降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性與反應(yīng)時(shí)間?；谲囓囃ㄐ诺男盘?hào)系統(tǒng)主要優(yōu)勢(shì)有:(1)簡(jiǎn)化原有信號(hào)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(gè)信號(hào)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(shí)時(shí)并直接交互位置信息,不再經(jīng)過ZC,減少車載的反應(yīng)時(shí)間,進(jìn)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(duì)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(shì)只有在車載控制器能夠完全取代聯(lián)鎖系統(tǒng)時(shí)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(wú)法達(dá)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(jí)運(yùn)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(gè)明確的定位,今后是作為一個(gè)完全獨(dú)立的信號(hào)系統(tǒng)存在,還是添加到現(xiàn)有的CBTC系統(tǒng)中作為一個(gè)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