轨道交通信号系统建设前期的方案研究

王小强

（天津市轨道交通运营集团，天津 300222）

1 闭塞方案

准移动闭塞的理论基础来源于数字信号技术，而移动闭塞的理论基础来源于无线通信技术。在行车规则上它们有着各自的表现形式：一是准移动闭塞的闭塞分区固定位置和长度，每个分区只能被一列车占用，列车间隔按后续列车在当前速度下所需的制动距离，加上安全余量计算和控制。二是移动闭塞没有预先设置的闭塞分区，列车间隔是动态的，并随前车的移动而移动，以列车的实际运行速度和列车位置动态计算相邻列车间的安全距离。

图1准移动闭塞和移动闭塞的速度曲线可以看出：准移动闭塞列车制动的起点可以延伸，但终点总是某一闭塞分区的边界处，根据目标速度和目标距离随时调整的列车可行车距离，是“跳跃式”的；移动闭塞列车制动的起点和终点均是动态的，根据目标速度和目标距离随时调整的列车间隔，是“连续式”的。

图1 准移动闭塞和移动闭塞的速度曲线

与准移动闭塞相比，移动闭塞有着更好的灵活性和更小的行车间隔，具备更大的运行调整能力，这也是移动闭塞成为目前城市轨道交通信号系统主流闭塞方案的原因。

2 后备系统方案

目前国内各家成熟的信号系统均具备正线完整的CBTC 系统（ATS，ATP，ATO）和计算机联锁（CI）系统，并进行信号单独组网，配备集中监测系统。车辆段采用计算机联锁设备和集中监测设备，试车线装设与正线相同的设备，其联锁受车辆段信号楼的控制，这样的方案成为目前轨道交通信号系统最流行的主系统方案。

然而，信号系统的后备降级模式设计却各地不一，多以采用辅助计轴设备的联锁级降级、采用点式应答器的点式ATP 降级、更具备ATO 功能的点式ATO 降级三种方案进行配置。图2与图3分别为联锁降级模式与点式ATP 降级模式的闭塞方式和速度曲线对比。

联锁降级模式：采用站间闭塞方案，行车安全由司机保证。

点式ATP 降级模式：适用于车载ATP 设备正常、车地通信系统故障情况下，通过有源信标向车载设备报告前方进路情况，列车根据速度曲线驾驶列车，驾驶模式为ATP 监控下的人工驾驶模式，行车安全由信号系统保障。

图2 联锁降级模式

图3 点式ATP降级模式

点式ATO 降级模式：在降级系统具备点式ATP 功能的基础上，配合车载ATO 系统功能，可实现降级模式下的ATO 功能，使列车运行更具有灵活性和高效性。表1将以上三种后备降级模式的优缺点进行比对。

表1 三种后备降级模式的优缺点比对

3 车地通信方案

数据通信系统（DCS）系统，是实现CBTC 列车控制与运行的关键子系统之一，它不仅要实现地面设备之间，车地间实时、连续、双向、可靠的数字报文信息传输，更要考虑与其他线路的互联互通功能和选择最优的数据加密技术和抗干扰能力。为保证车地无线通信不中断，要求无线覆盖的区域无线基站布置不应有盲区，并考虑一定的重叠区，以保证无线通信的无缝漫游。

目前，国内的轨道交通信号无线设计方案多采用LTE 的无线技术，主要用于承载CBTC 业务，综合承载网络与车辆智能管理系统相关数据等。通常无线系统的传输媒介有无线天线、漏缆、交叉感应环线、波导管四种，在结合考虑通信传输速率、覆盖范围、可维护性、工程造价等几个重要的因素后才能选出适合项目工程的无线传输媒介方式。表2中对这四种传输媒介进行特性比对。

表2 四种传输媒介的特点对比

对无线传输媒介的选择方案，国内目前比较认可的方式为漏缆与无线天线的组合形式：正线、出入段线采用漏缆进行覆盖，试车线采用定向天线或漏缆覆盖，列检库、咽喉区可采用分布式天线进行覆盖，其他不适合漏缆覆盖区域宜采取定向天线覆盖。

4 智能运维方案

近年来，随着轨道交通行业的大发展，智能运维系统受到各地铁公司的青睐。信号智能运维是整个信号系统设备状态监测和维护的辅助工具，利用计算机网络和通信技术，完成对信号系统所有设备状态的集中监视和报警、对故障定位和统计、管理维修作业，以实现预防故障发生，提高系统维护管理水平。信号智能运维方案的设计包含维护支持和集中监测两个部分。

CBTC 信号系统具有完善的自检和自诊断功能，各子系统均具备独立的自诊断模块，尽可能将故障和异常定位到板级。在各集成子系统接口完全开放的条件下，这些诊断信息被发送给维护支持系统进行管理和处理。维护支持系统作为非安全系统应独立组网，与信号系统安全网隔离，维护系统故障均不会影响被监测设备的正常工作。维护支持系统具有智能化管理功能，对信号系统的各设备进行维护信息分析，根据分析结果，提出对信号设备的维护管理计划的建议，并以可视化图形方式展示各子系统各设备的健康度情况。此外，它还能智能的提供设备的维护指导，为用户的维护维修提供技术支持。系统将整个维护管理的流程“电子化”，对维护管理的过程进行智能化的管理。

5 转辙机缺口监测方案

随着各城市网络化运营的深入，高密度的行车安全要求不断被提升。转辙机作为信号系统运行中最关键又是最薄弱的设备，其状态的稳定性要求也在不断被提升。道岔维护对技术人员水平要求较高，缺口监测工作要消除不直观、高误警，解决对道岔的有效科学养护问题，增加缺口监测系统是必要的。缺口监测也属于信号运维支持与集中监测的范畴，通过实时监测与预警功能，以提前预判来降低故障率。目前，国内国铁的客运专线，杭州2和4号线、长沙2号线、北京昌平线、上海11号线、苏州2号线、南京1号线等多个城市项目都投入了缺口监测系统。

缺口监测系统通过安装红外摄像头采用图像模式识别技术，直观的记录道岔设备的运动状态，将数据传送到前端微机监测平台。采集的缺口图像，在光缆或备用信号电缆上采用低带宽传输技术，长距离传输视频至主机，利用特有的图像自动测量和识别技术，得到缺口偏移量数据，存储、统计并超限告警。

对于缺口检测方案的配置，应充分考虑成本因素。建议对出入段线咽喉道岔与正线终点折返道岔、大小交路折返道岔进行配置，其他非常用道岔可不必进行配置。