摘要：城市轨道交通信号系统常用基于通信的CBTC系统，CBTC系统具有追踪密度小的特点，能够极大的发挥线路的运能。随着城市规模逐渐扩大，城市区域范围通勤和城市交通拥堵问题，成为各大城市在快速发展过程中迫切需要解决的问题，既有线路的延伸、车辆增购以及新建线路实现网络化运营成为需要解决的重要问题，而做为行车的核心系统—信号系统一直未能实现统一的接口标准，各供货商之间的系统无法互联互通，目前国内开通的项目仍处于单线运营状态。随着近几年国家对技术装备产业的发展进行了大力支持，国内部分供货商也逐步掌握了CBTC系统的核心技术，城市轨道交通信号系统互联互通成为今后技术发展的趋势，基于此，文章就城市轨道交通信号系统互联互通展开相关探讨。
关键词：城市轨道；信号系统；互联互通
1、国内信号系统工程现状
在我国已开通轨道交通的城市中，信号系统建设情况存在较大差异，总体系统以CBTC为主，由不同的信号系统供货商提供不同的系统解决方案，没有统一的技术标准，各线路普遍采用单线运营，约20%的线路采用分段分期开通建设的方式。线间不能实现互联互通，线路间的配线利用率较低，各线路间资源不能共享，不能完全实现网络化运营的需求，给线网运营带来了不便，同时，极大增加了城市轨道交通的投资成本。
对于建设方，信号系统建设过程由于不同信号厂商的系统特点，每条线均存在差异，建设过程无法实现标准化。在地铁线路延伸与增购车招投标过程中，由于信号系统车载设备与地面设备的绑定难以引入新的信号厂商进行竞争。每条线路信号系统与外部接口，由于各信号厂商之间的技术差异，因此接口实现也存在不同，不能统一。同时在既有开通运营线路延伸出二期、三期等或既有线升级、改造工程时，通常受一期信号系统供货商制约较大，给建设投资带来了很大压力。
对于运营方，当发生本线车辆不够用，不能临时调用其它线路的车辆投入运营。对于操作和维护人员，不同系统的操作方式、修程修制都不一致，人员在不同线路间流动时，培训周期较长；同时信号设备综合维修基地、培训中心不能实现资源共享和最大范围的备品备件共享。基于此，通过构建一套系统架构及功能分配、通信协议、电子地图、设计原则及安装方式等都有统一规则的标准化CBTC系统，从而实现：
不同区域之间，不同厂家的地面设备之间实现互通，以支持线路分段建设；
剥离同一供货商地面与车载设备之间的绑定，实现不同线路之间车辆互换运行，资源共享；
促成建设、运营、维护的标准化。
2、信号系统互联互通实现方式
信号系统须采用统一运行模式、统一轨旁设备布置原则、标准化系统的人机界面、实现其他线列车进入本线时，在不降级的情况下实现跨线运行。
2.1互联互通前置条件
要实现互联互通网络化运行，必须在建设规划的基础上，实现网络化设计，在运营中结合客流需求逐步实现互联互通的网络化运行。
实施互联互通的基本条件：①车型制式统一，通过车辆的车型、限界和受电方式的统一，实现不同线路之间列车的跨线行驶、相互调用和维修资源的共享；②线路预留互联互通条件，满足快慢车运行和跨线运行所需的线路条件，一方面需要将换乘站按照同站台换乘过轨站的要求，设置渡线道岔，满足列车跨线运行的条件；另一方面，利用每条线预留的3座以上四线故障车待避站，实现快慢车运行和局部故障情况下的分段运行，实现全线不停运的服务目标。③信号系统的统一，互联互通的实现需要基于统一的信号系统控制列车运行，因此各条线路的信号系统应相互兼容，并形成统一的配置标准。主要措施为制定技术标准和每期建设工程相对集中的招投标，使不同厂商提供的信号系统的车载设备、车地接口以及传输系统等能够相互兼容，避免因无统一标准和规范，造成各条线路各自为政，即使成网后各系统也无法集成的局面。
互联互通设计的关键措施：①采用交路套跑、快慢车混合运行和跨线运行等运行模式，满足不同线路区段、不同时段、不同客流量和不同旅行速度的客运需求；②将故障车停车线设于车站上，形成四线故障车停车站，在确保快速疏散乘客和排障的同时，实现分段运行，确保全线不停运，同时，也为快慢车混合运行创造条件；③通过不同线路之间的过轨道岔或联络线，实现列车从一条线路行驶到另一条线路的跨线运行，既满足乘客快速、直达的需求，也减少换乘站的客流换乘压力，提高乘客的安全性和舒适度；④设立全网的运营调度指挥中心，规划建设车辆的集中架、厂修基地，实现全网运营信息的共享及车辆的统一调配。
2.2互联互通典型实现方式
参照国内外信号系统发展经验，目前实现信号系统互联互通的方式大概有5中，分别如下：
2.2.1 安装多套信号车载设备
目前各套信号系统制式互不兼容，跨线路运营的列车可采用安装多套车载设备，根据运行线路的不同装备多种不同的控制系统，由于每种控制系统价格昂贵，使得列车运营及维护成本上升。当列车跨线运营时，切换相应的信号控制系统进行控制，使得跨线运营操作非常低效。同时，受车辆安装空间限制，显然这种方式可行性不高，只能应用于跨国境列车运营。
2.2.2 安装多套地面及车载设备
香港地铁将军奥线采用车载信号设备安装一套，地面敷设多套信号设备的方式，保证一条线满足安装不同车载设备在线运营。实现了两个厂家提供的信号系统实现互联互通。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于造价太高，该种方式适用于过渡或改造线路运营阶段。
2.2.3 多线统一信号设备厂家
采用多条线安装同一厂家提供的信号设备可实现互联互通，目前国内多条地铁线延伸线均采用同一厂家的信号设备，实现了线路的互联互通。这种方式技术上很容易实现，但受制于招标采购。
2.2.4 采用通用的信号车载设备
通用的车载设备可采用DSP技术解决信号轨道发码多制式的问题。北京八通线采用国内研发的机车信号设备，实现了与北京1号线（采用英国西屋信号设备）的跨线运营。国铁的C0、C1信号系统亦采用通用的信号车载设备。
2.2.5 基于统一的规范和标准
欧洲铁路在欧盟（EU）和国际铁路联盟（UIC）的支持下制定了统一的欧洲铁路运输管理系统（ERTMS），形成了各子系统的技术条件。在规范设计上融入了欧洲各主要列控系统的功能，制定了比较丰富的互联互通接口。经过长期的发展，ETCS系统目前已经比较成熟，欧洲铁路已经有部分线路成功实现了互联互通。我国铁路参照国际标准，从需求出发，按系统条件和功能划分等级，亦实现了国铁统一标准下的互联互通。
3、基于统一的规范和标准互联互通技术要求
2014年6月，中国城市轨道交通协会技术装备委员会组织进行《城市轨道交通基于通信的列车运行控制系统（CBTC）接口规范-互联互通接口规范》编制工作，《互联互通接口规范》包括以下十二个部分：
第一部分互联互通系统总体要求；
第二部分互联互通系统架构和功能分配技术要求；
第三部分互联互通应答器报文规范；
第四部分互联互通CBTC系统车地连续通信协议规范；
第五部分互联互通ATP地面区域控制器（ZC）与ZC接口规范；
第六部分互联互通地面联锁（CI）与CI接口规范；
第七部分车载ATP/ATO与车辆接口技术要求；
第八部分统一车载电子地图规范；
第九部分互联互通测试及验证技术规范（点式部分）；
第十部分互联互通测试及验证技术规范（CBTC部分） ；
第十一部分互联互通地面ATS与ATS接口规范；
第十二部分互联互通信号各子系统与维护支持子系统（MSS）间接口规范。
根据《互联互通接口规范》要求：系统不但满足业内规定的关于系统功能的相关要求，也满足平顺高效的跨线运营列车自动控制，协调统一、统筹规划的网络化调度，及建立在标准化基础上的培训、维护和设备优化配置等的资源共享的需求。同时系统框架及功能分配、应答器报文编码规则、CBTC系统车-地通信协议、信号系统与屏蔽门接口规则、车载ATP/ATO与车辆接口技术要求、ATP地面控制设备之间的接口也符合规定。
互联互通的具体技术要求包括但不限于如下内容：
互联互通线网中各信号系统行车控制相关功能及技术要求统一，包括但不限于停车精度、允许后溜长度、过走防护长度、退行防护长度及速度、设备安装误差、设备布置原则、安全余量设置等原则一致。
联锁表将按统一的原则进行编制。
车载设备具备强大的电子地图的储存能力；当需要新增储存跨线电子地图时，不会造成车载硬件的改动及性能降低。
互联互通CBTC系统的车载存储本线及与本线有跨线运营条件线路的电子地图；且本线电子地图的编制格式和标准与其他具备跨线运营线路的信号厂家编制电子地图的格式和标准相一致。
互联互通线路信号系统车—地通信方式、制式及协议等均将一致。
系统能根据不同线路列车制动和牵引性能的差异保证运行安全。
ATO轨旁设备满足线网间运行的不同列车（列车编组长度不同，列车的制动和牵引特性不同，编组长度及车型相同的列车制动和牵引特性也可能不同）的精确停车要求。
系统对列车的自动调整能根据具体线路特性对跨线列车具备的不同牵引及制动特性进行考虑。
在保证安全的情况下，联络线联锁设备的布置及接口原则将满足运营效率要求。
4、结论
通过制定统一的规范和标准，加快信号系统互联互通功能的快速成熟稳定，实现轨道交通线网间列车跨线、共线运营，进而提高轨道交通直达性，减少乘客人为换乘时间；实现轨道线网的资源共享，降低建设和运营成本。
论文作者:谢军平
论文发表刊物:《基层建设》2018年第30期
论文发表时间:2018/11/15
标签：互联论文; 信号论文; 系统论文; 线路论文; 设备论文; 列车论文; 接口论文; 《基层建设》2018年第30期论文;