城市轨道交通信号系统互联互通的思考

牛 涛

（中铁通信信号勘测设计院有限公司，北京 100036）

0 引言

伴随着信息技术和人工智能技术的发展创新以及应用，客流需求的不断增加，致使运营规模不断扩大，运营制式的多元化、运营线路的网络化趋势愈加明显。这也对城市轨道交通的运营管理提出了新的需求。

实现互联互通有利于地方城市轨道交通建设的标准化，降低产品研制和线路采购标准，进一步降低采购成本；有利于实现资源共享，降低全生命周期建设成本；能够实现城市轨道交通的网络化运营，对于轨道交通行业的发展有着重要的意义。

1 城市轨道交通互联互通的相关分析

1.1 互联互通的概念与含义

在城市轨道交通中，互联互通是指在不同的线路轨道中车辆、信号、通信以及供电等多个部门相互兼容，通过协调可以实现资源共享从而降低运行成本，提高资源使用效率和服务水平。另外，还可以为乘客提供更加便携、人性化的服务，从而达到不同交通网络与线路之间的衔接处理。互联互通是实现多模式、多功能的轨道交通网络化运营和全面发展的关键，它可以建立一个互联互通、融合运行的服务体系，提高整个城市交通运输行业的发展水平。互联互通包含两个方面：一是物理层面的互联互通。这一层面是指根据不同的线路、设备之间的相互兼容性，采取专业的技术与方法实现整个运营组织的协调，达到不同路线之间的相互联系。这一层面的互联互通主要特点是车辆在不同线路或者不同运输体系之间的连通运行，可以保证乘客的出行服务水平，灵活地实现多种跨线路运行方案，提高整个网络的综合效率。当前我国轨道交通运输中物理层面的互联互通是对既有铁路的网络相互连接、高速铁路的互联互通以及城市轨道交通网的互联互通等多方面的内容。二是服务层面的互联互通。由于受到交通工具种类、轨道形式以及相关设备自身性质的限制，在不能够实现物理层面互联互通的条件下，可以通过便携、高效、人性化的服务达到交通网络不同线路之间的高效协同，这种方式被称为服务层面的互联互通。目前我国的服务层面互联互通主要表现在乘客的一体化、出行一体化、票务服务等多个方面。

1.2 轨道交通互联互通优势及必要性

轨道交通信号系统的互联互通能够满足城市轨道交通共线、跨线运行的需要，可以不断收纳分散客流、充分利用线路空置率、实现跨线和共线运营、减少乘客换乘时间和次数、降低建设与运营成本，提高各线路运输能力。

（1）互联互通有利于城市轨道交通行业标准化。虽然城市轨道交通规模不断扩大，技术进步迅速，但是也存在着各线路采用的设备标准不统一的现象，这些差异导致无法实现线路及信号系统的互联互通，给运营维护部门的管理增加了难度，同时降低了建设投资单位分期建设的选择权，不利于地方轨道交通建设健康有序的发展。实现互联互通有利于城市轨道交通建设的标准化，降低产品研制成本，提高产品安全性和可靠性。

（2）互联互通能够降低城市轨道交通生命周期成本。在运营维护阶段，不同线路的制式需要信号维护人员投入较长时间进行学习，运营人员需要适应不同信号系统的操作和界面，无法有效跨线调配，同时由于轨旁、车载设备各不相同，各条线路设备更新都很困难。这些弊端都造成了宝贵的人力、物力资源的浪费，全生命周期成本明显增加，互联互通将能够有效减少信号维护的人力、物力和时间需求，降低运营维护的综合成本。

（3）互联互通是CBTC信号系统产品技术标准化的需要。近年在轨道交通信号系统的技术进步和市场需求扩大的同时，由于缺少能够实现互联互通的信号系统产品标准，市场上出现了多种制式和实现方式的信号系统产品，例如不同信号设备商的操作方式、人机界面、所提供的功能、接口方式等都有差异。上述差异使不同信号厂家在不同线路上所研制的产品失去了互联互通的可能性，不仅给运营维护部门带来了人员和备品备件冗余配置和管理复杂的问题，对信号厂家而言，为不同的线路要进行单独的产品研发、安全质量和配置管理，工作量和复杂度成倍的增加，同一功能在不同线路上不同的实现方式也导致产品成本的提升和安全质量风险的加大。

（4）互联互通是自主化CBTC信号系统技术提升的需要。在这几年国内轨道交通的大力建设和发展过程中，国产自主化信号系统也进入了黄金期。国产信号设备商掌握了CBTC系统核心技术，轨道交通工程新线建设和旧线维护升级正处于增速期，在国家相关部委和行业协会的领导下针对CBTC信号系统正在编制一系列规范并已发布部分成果，从统一信号制式、系统架构和功能分配、功能实现方式和系统接口、操作方式和界面等方面满足区域轨道交通互联互通的运营需求。

（5）互联互通有利于实现轨道交通网络化运营。城市轨道交通互联互通能满足城市轨道交通线网中共线、跨线运营的需要，从而有效提升运营效率和服务水平，实现城市线网的网络化运营。

2 信号系统是实现互联互通的关键

城市轨道交通互联互通运营是一个复杂的、系统性的工程，涉及线路、限界、轨道、车辆、行车组织、供电、通信信号、综合监控、站台门、维修、培训等多个专业。信号系统作为保证城市轨道交通运行安全的核心系统，是实现城市轨道交通互联互通的关键。

我国早期轨道交通CBTC信号系统主要依赖进口，国内不掌握信号系统的核心关键技术，从实际需求层面和关键技术储备层面，并不具备实现轨道交通CBTC信号系统互联互通的条件。近几年国家大力发展和扶持技术装备产业及轨道交通产业，很多城市的轨道交通路网已成规模，CBTC信号系统的核心技术、关键设备、系统设计集成等方面已经实现了完全自主化，因此，从实际需求和技术层面，已具备实现互联互通的的条件。

城市轨道交通信号系统的互联互通项目建设工作，要结合不同的供应企业提供的系统以及专业设备自身的特征，确保这些系统及设备采用一定的互联互通的标准，从而使其能够在不同的线路上发挥其应有的作用，实现相互之间的联合运行，保证列车乃至整个线网的实际运行管理与监督控制。我国的城市轨道交通信号系统中应用的互联互通技术时间比较短，还处在一个发展的阶段，在实际应用的过程中有很多问题还需要解决。例如，如今我国城市交通信号的互联互通技术在国内的应用范围并不广，还处在推广应用阶段。与其他的轨道交通工程项目相比，互联互通工程相对较为复杂，专业性更强，需要专业的团队进行全面的合作。在目前我国城市轨道交通信号系统的运行中互联互通工程建设项目会存在多方面的内容和问题。首先，轨道交通信号系统的整体框架之间会存在较大的差别，在互联互通工程项目建设的过程中也需要专业的部门投入足够的资金与技术，这样才能够实现轨道交通信号系统互联互通应用的效果。其次，城市轨道交通信号系统的基础设计与设备的使用之间会存在一定的差异，在各线路信号系统设计中需要参照互联互通标准配置相关参数及接口，才能够提高整个信号系统的使用效率，达到互联互通的效果。再次， 城市轨道交通信号系统的内部接口设计也会不同，这样会给不同设备的连接造成一定的难度，也增加整个互联互通工程建设的困难。最后，因为城市轨道交通信号系统的使用功能不同，会造成后期信号的连接过程中需要对设备自身的使用功能进行重新的分配与设计，才可以满足互联互通的要求。因此，对于互联互通工程中专业技术的要求非常严格[1]。

3 轨道交通互联互通工程的实施对策

要实现城市轨道交通线网级别的互联互通，需要在新线建设初期做好顶层设计，将后续线路的设计标准进行统一。信号系统互联互通设计要能够实现网络指挥中心的监督功能，满足不同线路的不同速度及发车密度需求。信号系统选型时相关线路应尽量统一制式或能够兼容。

3.1 设计阶段

（1）合理设置跨线点、跨线方向。在设计时要做好客流量的预测，保证跨线方向和运行客流量相一致，提高整个轨道交通线网的运行效率。

（2）优化配线设计，提高运营组织灵活性。互联互通运行对配线设计要求较高，在设计阶段应该对各线路的配线进行优化，为整个线网的互联互通服务。

（3）提前布局导向标识。互联互通工程在进行设计和施工的时候，要保证满足轨道交通发展规划的要求。由于互联互通设计方案与实际运营阶段之间会存在一定的差距，所以导向标识还需要具备后期更改的可能性。

（4）列车运行速度限制与匹配设计。关于速度限制及控制的概念和定义，各专业包括车辆、限界、线路、结构、信号等应保持统一。

（5）统一互联互通相关标准和接口。在互联互通工程项目招标和实施过程中，需要求各设备厂商的CBTC系统遵循互联互通的标准及要求，设计和提供满足互联互通功能的设备产品。对不同信号厂商的轨旁设备、包括支柱、基础及支架、信号机、应答器、轨旁天线、波导管、漏缆等通信传输介质、计轴设备、车载设备的速度传感器、应答器接收器、天线的安装等统一原则，以满足互联互通要求[2]。

（6）采用支持互联互通的车载电子地图。互联互通的网络化运营中，各线路的变化会导致所有线路电子地图均需修改。为解决此问题，需要采用统一格式的支持互联互通的电子地图。

（7）统一应答器报文规范。工程设计过程中，需明确CBTC互联互通应答器报文的总体要求、通信数据结构及接口方式。

（8）统一车载信号系统与车辆的接口技术要求。工程设计过程中，需统一信号系统与车辆之间的物理和功能接口。

（9）不同线路之间的地面设备接口协议。互联互通工程设计中，需对CBTC互联互通地面设备之间接口进行统一，明确跨线间ZC、CI、ATS、MSS设备间的接口连接方式、通信数据结构、接口数据的处理等。

（10）统一LTE专用频段。原有CBTC系统的车地无线通信制式多种多样，包括802.11 b/g/n/i，GSM-R等，传输介质包括无线自由波、波导、漏缆，频率也包括2.4G、5.8G、专用频段等。传输协议方面各厂家也不尽相同。为满足城市轨道交通列车在较高速度下运行时车地通信质量要求，更好的解决通信干扰问题，应对LTE频段进行统一，以满足互联互通的需求。

（11）互联互通对各专业的技术要求。互联互通运营线路的轨道须采用相同的轨距和相同的结构形式，轨道和路基的结构承载能力能满足互联互通的要求。车辆方面，互联互通线网内应统一车辆型号，减少车辆类型，统一线路条件满足车辆运行。供电方面，互联互通运营线路应采用相同的牵引供制式和接触网馈电形式。互联互通线路的站台门需符合列车编组要求，通信系统制式以及车地通信方式应统一，以满足互联互通的运营需求[3]。

3.2 运营阶段

（1）提前宣传、加强乘客引导。在线网互联互通车辆的运营过程中，要正确的引导乘客，通过张贴相应的宣传文件以及指导标识，通过对应的车站、广播等引导服务，保证对互联互通列车的正确区别和引导。

（2）全局调度系统的强化应用。互联互通线网的线路间运营调度应制定有效的机制和措施，进行统一协调，提高整个线网车辆运行的效率和灵活性。

（3）统一的维护及培训平台。在互联互通的线网内，建立统一的维护体系和培训平台。针对不同岗位制定不同的培训方式和培训策略，提供符合运营人员需求的原理及实操培训，为线路的顺利开通及运营保驾护航[4]。

4 结束语

随着城市轨道交通的高速发展，网络化运营时代已经到来。互联互通运行模式下能够有效地节约乘客的出行时间，缓解车站的客流量压力，同时增加行车组织方式，实现了运输资源的充分调配和共享。互联互通运营能有效提升服务水平，提高乘客满意度，创造出巨大的社会效益和经济效益。随着技术的发展和不断进步，基于信息化和智能化的互联互通信号系统必将成为将来的发展趋势。■