城市轨道交通信号系统互联互通研究

陈彦熹

（贵阳市城市轨道交通运营有限公司，贵州 贵阳 550081）

1 城市轨道交通信号系统互联

在新开地铁线路与既有线信号系统不一致的情况下，开展城市轨道交通信号系统互联互通研究具有重要意义。这一研究重点关注如何实现不同信号系统之间的协调和互联互通，以确保城市轨道交通的高效运营和安全[1]。在系统改造方面，研究着眼于既有线路的信号系统升级和改造，包括更新既有线路的信号硬件和软件，使其与新线路的信号系统兼容。同时，需要考虑如何进行平稳过渡，以最小化对现有运营的干扰和影响。

要想实现安全和可靠的城市轨道交通运营，要达到以下标准。第一，互操作性。不同线路和系统应具备互操作性，即能够有效地与其他系统进行通信和协调，包括列车运行、调度、信号控制以及紧急情况的处理等方面的互通能力。第二，标准化。采用行业内广泛接受的标准和规范，以确保不同系统之间的兼容性。标准化有助于简化工程建设和系统改造流程，降低成本，提高可维护性。第三，平稳过渡。在引入新线路或升级信号系统时，需要制定详细的过渡计划，以最小化对现有运营的干扰。平稳过渡涉及时间表的合理安排、列车运行的协调、系统改造的阶段性实施等内容。第四，安全性。确保信号系统互联互通不会损害列车和乘客的安全，包括信号系统的故障容忍性、备份、应急方案的准备等，以更好地应对可能的故障和紧急情况。

2 城市轨道交通信号结构系统

2.1 联锁系统

联锁系统是保证车辆行驶安全的核心要素之一。在车厢进出口和信息交换环节，连锁系统的可靠度对运输体系的工作效能与安全性能至关重要。该系统可以实时捕捉并分析车辆行进速率、位置等信息，并将结果反馈给其他车站，以便调整行车计划，确保行程的安全[2]。通常联锁系统会使用控制器局域网总线（Controller Area Network，CAN）网络架构，受外部环境的影响较小，因此站点之间的信息交互过程更加顺畅，能够有效避免安全隐患。联锁系统结构如图1所示。

图1 联锁系统结构

2.2 数据通信系统

数据通信系统在城市轨道交通中具有关键作用，负责传递列车运行期间产生的各类数据。在通信系统中，各子系统需要根据这些数据执行相关指令，以管理和监控列车整体情况。算法在通信系统中同样具有重要作用，是支持系统功能运行的基石。然而传统的算法在处理大量数据时效率不高，因此在未来的研究中，需要对相关的算法进行优化和改良，以保证数据通信系统的高效运作。列车通信系统如图2 所示。

图2 列车通信系统

2.3 列车自动监控系统

列车自动监控系统在信号系统中至关重要。例如，该系统能够依据火车行驶的数据识别火车的状态，且能在检测出问题的时候给出警告。自动化监测体系作为保障信号网络连接的关键元素，其任务在于将火车的信息实时传递给分析系统，以便对火车的行进情况做出综合性评估。自动化监测体系主要是依靠程序和行驶信息模式来处理数据，可以精确地抽取火车行驶的相关指标，以判定火车是否存在问题。

3 信号系统互联互通建设难点及问题分析

3.1 通信系统信号延迟

通信系统信号延迟是一个普遍存在的问题。这种延迟会对交通通信的质量和安全性产生多方面影响[3]。随着交通网络的不断完善和规模的扩大，将面临越来越多的挑战。

受信号延迟的影响，列车同步管理变得日益复杂，而精确确定列车位置，并对其进行实时控制是维持运输通信顺畅的关键。由于传统的信息传输方式通常会产生一定程度的延迟，因此可能会使列车的位置与实际运行情况不能即时反馈到操控环节。当大量火车同时行驶时，信号延迟可能会引发交通事故，这可能是因为工作人员没有足够的反应时间。此外，目前使用的信号系统难以保证数据传递的稳定性。系统一旦接收到信息，通常需要经过多轮验证才能实施相应的命令。这不仅增加了列车运行的不确定性，还可能导致运行计划陷入混乱。

3.2 网络安全问题

城市轨道交通信号系统的网络安全是至关重要的。早期的信号设施通常依赖于国外开发的管理软件，而后期建立的部分则采用我国提出的解决方案。受编程源头与专利因素的影响，这2 个部分未能有效地整合在一起，而是各自独立运行。由于2 个体系之间的兼容度不足，且其中潜藏着不少的安全隐患，严重威胁着网络安全[4]。如果黑客利用这些安全漏洞侵入交通信号系统，可能会造成全城地铁网络停摆。

3.3 信息共享不理想

轨道交通中的信号系统主要负责信息共享，从而对所有线路上的列车运行情况进行调整和管理。我国现阶段的轨道交通信息共享体系尚未完全成熟，存在的问题影响着通信的效率和稳定性。目前，列车的运作信息一般由多项系统协同操作。此方法存在一个显著的问题，如果信息在传输过程中出现失误，可能会导致信号系统入瘫痪，使列车行驶的表现无法达到预期目标，进而降低城市轨道交通资源的使用效益。

4 轨道交通互联互通工程的实施对策

4.1 信号转化技术

信号转换技术的职责在于对各种形式的信息进行格式的调整与转变，便于各管理模块及其下属分支之间的信息交流。目前，我国众多城市的基础交通设施采用多种类型的信息管理平台，并针对特定的数据格式进行了优化。但若这些数据的格式不能保持一致，则无法顺利地在各系统间进行传输，进而导致整体网络断层[5]。而信号转换技术的核心任务在于调整信息形式，经过一致性的平台来处理数据，使不同系统之间能够顺利地进行信息交流。

4.2 5G 通信技术

在城市轨道交通领域，5G 通信技术主要用于解决信息传输的延迟问题，对城市轨道交通运营有重大影响。目前，5G 通信技术已经相当完善，其采用独特的密码算法以确保信息的可靠性、安全性、高速性及准确性，已成为城轨交通信号体系的关键组成部分。未来，将重点研究如何减少因时延而产生的错误。为满足这一需求，相关研究人员必须积极推进基于5G的新一代无线网的研究与开发工作，并量身定制城市铁路专用的5G 站点。随着先进科学技术的不断发展进步，我国的公共交通运输设施将变得更加平稳有序，从而提供更为安全、便捷的出行体验。

4.3 数据处理技术

目前，数据处理系统通常由3 个关键部分组成，即计算机网络系统、网络传输系统及数据处理服务器，每个部分都担负着不同的任务。

第一，计算机网络系统能够提供基础的服务功能，允许管理人员在平台上选择特定的服务。根据算法需求，系统提供相应的服务，有助于管理人员更有效地监控和管理列车的运行。第二，网络传输系统负责数据的传输和交换。该系统可以确保数据在不同的系统和部件之间流通，以进行信息共享和处理。第三，数据处理服务器是整个信号系统的核心[6]。信号其实是一种数据，信号经过数据处理系统处理后，会变成特定的指令。这些指令在发布后，子系统能够接收并执行他们，从而实现对列车运行的集中管理。数据处理技术不限于大数据技术，还包括人工智能技术的应用。因此，管理人员可以根据列车的运行状况调整其运行方式，从而确保列车运行的顺畅和高效，以应对复杂的运行环境和变化。

5 结 论

随着都市交通轨道的发展与进步，建立信号系统的连结互动是重要的发展方向。各式创新科技已经在信号系统中发挥作用，提高了其运作效能与品质。未来，研究人员应持续深入探究我国大城市交通信号系统连接互动过程中遇到的问题，并提出适当的解决方案，以优化信号系统的运营效果，进一步满足公众的需求。