城市轨道交通信号系统互联互通工程关键技术应用

杨安安

（兰州博文科技学院，甘肃 兰州 730101）

0 引言

城市化发展必然带动城市基础设施更新，其中轨道交通更新最为明显。我国人口不断向着城市集中，传统的交通网络已无法满足现代城市发展需求，全国各大城市都在积极建设完善的轨道交通网络系统，随着轨道交通信号系统的完善，交通通信系统也需要不断拓展，实现通信系统互联是一项关键的任务。交通信号系统互联互通工程的建设能够为城市交通管理者提供更多优质的通信服务，从而优化城市交通结构，最大限度地发挥城市轨道交通的作用，为人们提供优质的出行服务。

1 城市轨道交通信号系统互联互通建设现状

交通信号系统承担着协调城市通信工作的重要任务，对于城市交通稳定运行发挥着关键作用。目前我国各大城市都在建设互联互通交通信号系统，旨在打造一体化、协同式通信网络体系。但是在建设通信系统过程中一些问题依然较为突出，分析和研究这些问题对于改进交通通信系统有着重要意义。

1.1 通信系统存在信号延迟

信号延迟对于交通通信质量产生的影响较多，随着交通网络不断完善，列车运行协调工作难度越来越大，准确地对列车进行定位，并给列车发送运行指令是通信的关键，传统的通信技术存在一定的延迟，如果通信误差要求较小,传统的通信网络条件能够确保列车运行的有序性，但是在大量列车同时运行的环境下，通信延迟可能导致列车运行事故发生。现有的信号系统也无法保障通信信息的可靠性，系统获得信息后需要多次确认后才能执行相关指令，这一过程中需要消耗一定时间，目前解决通信延迟问题的主要方法是更新通信技术，不过城市轨道交通信号系统复杂，这项工作并不能一蹴而就，而需要循序渐进地进行。此外，除了存在信号延迟问题之外，有时也会出现信号丢失问题，这也是未来阶段研究人员需要解决的问题。

1.2 信号系统网络安全问题

网络安全是信息时代人们普遍关注的问题，城市轨道交通信号系统承担着轨道交通列车运行通信的任务，其中涉及一些核心的运行数据，如果这些数据被窃取，可能对整个城市轨道交通网络的稳定性造成影响。目前，大部分城市使用的信号系统都存在着软件和硬件系统不兼容的情况，一些早期建设的信号系统主要采用国外的通信管理软件，而后续建设的信号系统采用国产的系统，由于设计源程序和专利问题，所以两套系统并未完成融合，每一套系统都独立运行，想要实现信息资源共享，需要通过信息转化装置对运行数据进行处理，因此信息处理的效率相对单一系统较慢。由于两条系统兼容性较差，所以系统必然存在着漏洞，如果不法分子利用网络漏洞对信号系统进行破坏，将会使整个城市轨道交通网络陷入瘫痪，从而影响人们的出行。

网络安全意义重大，随着网络技术发展，网络安全问题不断突出，其必然对城市轨道交通信号系统稳定运行产生影响，研究人员应重视网络安全建设工作，不断提升网络安全防护质量。

1.3 信息共享效果不够理想

信号系统的功能之一是信息共享，通过信息共享实现对各条线路列车运行状况进行调控。目前我国轨道交通信息共享系统并不完善，在处理列车运行信息时往往需要多个系统协调工作，这种处理方法效率较低，如果信息传递过程中出现错误，信号系统可能无法正常运行。信息共享是现代网络体系建设工作的重要一环，通过同一个信息管理平台对大量的数据进行处理和管理，各个子系统能够调取这些信息，从而保障子系统稳定运行，信号系统使用了多个处理系统，子系统在调取相关信息时往往需要耗费较多的时间，所以列车运行的效果达不到理想预期，从而影响了城市轨道交通资源利用率。在信号系统建设过程中，研究人员应该将更多精力用于研究信息资源共享，建立协同式一体化的信息处理平台，从而实现对轨道交通信息的集中处理。

2 城市轨道交通信号系统结构

信号系统包含多个子系统，这些子系统是支撑整个城市轨道交通稳定运行的关键，主系统和子系统之间也需要稳定的通信服务，如果通信过程出现故障也会影响列车运行。推动城市轨道交通信号系统互联互通对于整个城市发展有着重要意义，互联互通能够最大化利用城市轨道交通资源，发挥轨道交通的最大价值，为人们提供优质的交通服务。建设互联互通的信号系统需要应用多种核心技术，本章将针对系统结构进行分析和研究。

2.1 联锁系统

联锁系统是控制列车安全运行的基本保障，列车进出站时间数据传输稳定性直接影响着其他列车运行，连锁系统能够获取列车运行的速度、位置数据，并在同一的运行时间处理系统中对这些数据进行处理，信号系统将这些数据传递到其他站点，这些站点获取相关数据后对其他列车进行调度，从而保障每一班次列车稳定运行。联锁系统的上位机和联锁机使用了CAN 网结构，这种结构具有很强的抗干扰能力，信号在传输过程中受到的影响相对较小，站点与站点间能够实现动态的信息传递，有效避免了信号传递不畅导致的列车安全事故。联锁机内部安装了计算机嵌入式模块，这些模块能够对列车运行数据进行分批处理，处理后的数据转化为特定的数据格式，通信系统将这些数据传递到子系统中，从而完成数据信息传递，既能保障数据信息的完整性，也能保障数据传输的效率。在未来阶段针对联锁系统进行优化与创新非常关键，这是保障信号系统稳定运行的重要一环，其能够为信号传输提供优质的服务。

2.2 列车自动监控系统

自动监控系统在信号系统的重要结构，自动监控系统能够根据列车运行数据判断列车的运行状况，如果发现列车运行异常，能够及时发出警报。信号系统互联互通的重要指标之一就是将列车运行的实时数据传输到处理系统，通过处理系统集中判断列车的运行状况，这一过程不能缺少自动监控系统，自动监控系统主要利用计算机算法和列车运行数据模型处理列车数据，其能够准确地提取列车运行参数，通过筛选异常参数判断列车故障。如果自动监控系统工作过程中发生故障，出现信号传输延迟和丢失问题，信号系统可能无法获取列车运行数据，其对于列车安全性产生了一定的影响。优化自动监控系统的关键在于保障信号传输的稳定性，尽量减少错误信号和信号延迟问题，这样能够有效保障自动监控系统稳定运行。所以研究人员应针对自动监控系统进行研究，不断提升自动监控系统稳定性，从而更好地保障列车稳定运行。

2.3 数据通信系统

数据通信系统承担着列车信息传递的职责，列车运行过程中产生的数据主要由数据通信系统负责传递。通信运行的关键是正确地处理数据，能够将不同数据格式的数据传递给各个子系统，子系统根据相关指令进行运行，从而对列车运行的整体情况进行管理。以第四代通信技术为主的通信服务是当前我国城市轨道交通数据通信系统主要应用的技术，随着5G 技术普及，一些大型城市已逐步将5G 技术融入通信系统中，在先进通信技术的支持下，数据通信系统的运行效率将会得到提升。通信系统的另一个核心内容是算法，算法是支撑系统功能运行的基础，传统的算法运行效率低，对大量数据进行处理时效果差，在未来阶段研究人员应针对相关算法进行优化与改进。

2.4 自动驾驶系统

自动驾驶系统主要负责城市轨道列车自动行驶工作，主要由计算机系统进行集中管理。自动驾驶系统稳定运行的前提是信号传输稳定，车站与车站之间进行信息传递主要是将列车运行状况的信息及时更新，以便下一个站点作出统一调整，确保列车稳定运行，其中任何一个信息传递环节出现问题都可能对自动驾驶安全性产生影响。例如，如果自动驾驶系统收到错误的时间信息，对于后一班列车进站时间判断错误，可能对发生相撞事故。自动驾驶系统主要由计算机控制，计算机能对每一辆列车位置的行驶速度进行分析，从而动态地调整本班次列车运行速度，使同一轨道上的列车保持足够的距离，防止安全事故发生。随着信号系统处理能力的增强，自动驾驶系统的可靠性也在不断增强。

3 城市轨道交通信号系统互联互通关键技术应用

互联互通信号系统建设需要使用多种技术，这些技术共同支撑了整个信号系统的运行。如信号转化技术、5G 通信技术、网络接口技术和数据处理技术等，这些技术在整个信号系统中扮演着重要的角色，本章将围绕这些技术进行分析和研究。

3.1 信号转化技术

信号转化技术是对不同类型的数据进行转化，从实现管理系统和子系统信息互相传递的目标。目前，我国很多城市的轨道交通系统中都应用两套或两套以上的信息管理系统，不同系统适用于不同的数据格式，如果数据格式不协调，信息无法在两个甚至多个系统中传递，从而无法实现互联互通。信号转化技术是将信息格式进行转化，数据处理系统能够识别特定的数据格式，然后将相关指令转化为另一套系统能够识别的数据格式，实现信息传递。例如，英国的信号系统与国产的信号系统使用了不同格式的信息传递系统，两套系统无法实现信息互换，需要通过统一的系统对数据格式进行处理才能实现互换，很多城市早期的信号系统都是使用英国产生的系统，而新建的信号系统主要使用国产系统，更换系统成本较高，而且需要对既往的数据信息进行迁移，工作量非常大，为了解决这些问题，可以应用信号转化技术。

3.2 5G 通信技术

5G 通信技术主要解决了信息延迟问题，信息延迟对城市轨道交通运行产生的影响较大，低延迟对于提升城市轨道交通资源利用率有着重要作用。目前5G技术相对较为成熟，其延迟低于第四代通信技术，而且在信息完整性方面有着明显的优势，5G 技术通过特殊的信息加密方式对信息进行了处理，能够确保信息在复杂的环境下高效地进行传递，传输速度快和信息保真度高成了城市轨道交通信号系统中重要的技术之一，目前5G 商用的效果越来越明显，想要进一步降低通信时间误差，逐步将5G 技术应用于信息系统非常关键，技术研究人员应建设更多专门服务于城市轨道交通的5G 基站，不断加快新一代通信网络的建设，为城市轨道交通信号系统提供良好的通信服务。此外，在信号系统中云计算技术也有着重要的应用，通过云端对大量数据进行处理，能够有效地提升数据处理效率，从而提升信息传递的质量。随着相关技术发展，信号系统的运行稳定性将会逐步提升。

3.3 网络接口技术

网络接口技术对于整个信号系统有着重要意义，网络接口是网络数据信息互换的重要节点，如果网络接口存在故障，将会对整个信号网络造成影响。网络接口技术的关键是对不同类型网络数据进行处理，从而保障这些数据能够顺利地通过网络节点，并传输到不同的子系统或数据处理服务器中。由于我国很多城市信号系统子系统应用了不同标准的软件，所以信息在传输过程中需要进行多次转换，网络接口技术在其中发挥着不可忽视的作用，想要进一步发挥网络接口技术的作用，应该不断地对数据通过节点的方法进行优化，在保障数据传输速度的基础上提升数据的稳定性，尽可能避免数据信息在转换过程中出现错误或丢失问题，从而更好地保障信号系统运行稳定性。网络接口技术在整个信号系统中有着非常广泛的应用，其直接关系到城市轨道交通运行的有序性，任何一个网络接口出现数据传输问题后都可能影响列车运行安全性。

3.4 数据处理技术

数据处理技术主要针对列车运行的各项数据进行分析和处理，从而为整个轨道交通网络体系提供管理服务。目前数据处理系统主要由三个部分组成，一是计算机网络系统，二是网络传输系统，三是数据处理服务器，不同结构负责的工作不同，服务器的功能是分析和处理数据，按照相关算法规律找出差异性的数据，帮助人们更好地管理列车。计算机系统主要提供了功能服务，管理人员能够在平台上选择特定的服务，系统则根据算法要求提供服务。数据处理技术可以被称为整个信号系统的核心，信号本身就是一种数据，通过处理系统处理后转化为特定的指令，系统发布指令后子系统获取指令并运行指令，从而实现对列车运行的集中控制。除了大数据技术之外，人工智能技术也在其中发挥着重要作用，其能够根据列车运行的实际情况调整运行模式，从而确保列车运行的有序性。

4 结语

总而言之，随着城市轨道交通发展，信号系统互联互通成为其主要发展目标，实现互联互通对于提升城市轨道交通资源利用率，提升轨道交通服务质量有着重要意义。各类新技术在信号系统中的应用有效地提升了信号系统运行效率和质量，研究人员应针对目前我国城市轨道交通信号系统互联互通过程中遇到的问题进行分析，找出相关影响因素，制定有效的解决措施，提升信号系统运行的高效性，使城市轨道交通网络更好地为民众服务。