城市轨道交通信号系统现状及发展趋势

发表时间:2021-12-27 | 浏览次数:

城市轨道交通信号系统现状及发展趋势

轨道建设设备部 李显敖

    城市交通运输是影响和制约城市发展的重要因素,城市轨道交通系统作为大容量公共交通工具,其安全性直接关系到广大乘客的生命安全。城市轨道交通信号系统是保证列车运行安全,实现行车指挥和列车运行现代化,提高运输效率的关键系统设备。

一、我国城市轨道交通信号系统的现状

目前中国的城市轨道交通建设规模空前,方兴未艾;另一方面,机电系统如车辆、牵引及信号控制等依赖国外供货的局面仍制约着中国城市轨道交通建设的开展。车辆牵引系统的国产化已取得阶段性成果,而地铁轻轨的信号控制系统的国产化还处于举步维艰的阶段。信号系统已成为中国城市轨道交通建设的关键瓶颈,政府部门在思索良策,地铁轻轨业主呼吁国内有社会责任感的公司提供自主知识产权的信号系统,以打破垄断、改变目前受制于人的窘境。众所周知,城市轨道交通系统因基建成本高,往往采用高速度、高密度方式运营,这样就必须依靠先进的通信信号设备来进行控制和管理。同时,随着科学技术的进步,信号系统必将发展成为更先进、更可靠、服务性能更佳、智能化程度更高的系统。

城市轨道交通的信号系统,已从早期的固定闭塞发展到了准移动闭塞,正在向移动闭塞方向发展。传统的信号系统即以地面信号显示为依据,司机按行车规则操纵列车运行。现代信号系统有6个基本目标:以安全的方式控制列车有条件地前进使本列车与前行车或股道尽头保持安全距离防止出现列车冲突进路;使列车能够按要求的时间间隔运行;使列车能够按时刻表速度运行,以便最大程度地避免危及安全的各种干扰;保证关键点闭锁在正确位置。

目前世界各国的城市轨道交通信号系统大都采用列车自动控制系统(ATC),已基本上满足上述6个基本目标。列车自动控制系统由列车自动防护(ATP )、列车自动驾驶(ATO)和列车自动监督(ATS)三个子系统组成。ATP的主要作用是根据故障安全原则,执行列车间安全间距的监控、列车的超速防护、安全开关门的监督和进路的安全监控等功能,确保列车和乘客的安全ATO主要执行站间自动运行、列车在车站的定点停车、在终点的自动折返等功能;ATS的主要作用是监督列车状态、产生列车时刻表、自动调整列车运行时刻和保证列车按时刻表正点运行、生成运行报告和统计报告、向旅客向导系统提供信息等。

二、我国城市轨道交通信号系统的发展趋势

所有的地铁轻轨均离不开核心的控制设备——列车运行自动控制系统ATC,它包括三个子系统∶列车超速防护系统ATP;列车自动驾驶系统ATO;列车自动监控系统ATS。

ATC系统所含设备的品种多、设备量大、接口关系复杂,在安全性、可靠性等方面尚有需完善的空间,地铁信号系统的发展趋势主要体现在以下四个方面∶

(1)基于通信的ATC系统作为信号基础设施的轨道电路将被日新月异的现代通信技术所代替,形成以通信为基础的ATC系统。由于无线具有设置灵活、双向传输、信息量大、易于维护、成本低等特点,发达国家开始开发基于无线通信技术的ATC系统。

(2)全程无人ATO系统随着通信安全性、可靠性的提高和通信手段的多样化,目前普遍采用的站间ATO方式将向全程无人ATO方式发展。应用全自动化的先进系统,以消除人为因素的不利影响,缩短追踪间隔, 提高通过能力,使系统运行准时、可靠。

(3)集成的综合轨道交通控制系统。由于通信技术的发展, ATC系统中ATS子系统的功能也越来越强,已不仅仅是传统意义上的“列车自动监督”,ATS子系统正在向集成化方向发展。轨道交通系统的其它子系统如电话系统、无线通信系统、公共广播系统、闭路电视系统、环控系统、电力监控系统、自动售检票系统、火灾报警系统及保安系统等的监督和控制功能,都可与乘客信息系统、列车自动监督系统等功能集成在一个系统中。

(4)维修管理更加重要为了提高系统的可靠性、减少维护费用,信号系统的监控管理以及维修管理信息系统都非常重要,如发达国家地铁ATC系统大都具有在线维护计算机、综合测试试验车、维护管理信息系统、设备维修基地等。

目前世界上最先进的信号系统是:移动闭塞,采用CBTC技术,并实现无人驾驶。移动闭塞的追踪目标点是前行列车的尾部,并留有一定的安全距离。后行列车从最高速度开始制动的计算点是根据目标距离、目标速度以及列车本身的性能计算决定的,目标点是前行列车的尾部,与前行列车的运行和速度有关,是随时变化的。而制动的起始点是随线路参数和列车本身性能不同而变化的,空间间隔的长度是不固定的,其追踪运行间隔要比准移动闭塞更小一些。列车最小运行间隔约为80秒。移动闭塞一般采用无线通信和无线定位技术来实现。最先进的移动闭塞甚至要考虑前行列车的速度。

CBTC是基于通信的列车控制系统,目前完全被国际上少数几个公司垄断,CBTC以列车与地面的传输信息方式来划分,分无线、环线、漏缆及波导管等几种,带环线的CBTC技术最成熟的是阿尔卡特,无线CBTC技术最成熟的是庞巴迪(已有较好的开通业绩)。

目前国内有几家单位正在对CBTC技术进行研发。北京交大和北京地铁运营公司在北京市科委立项,据说样机已试完,准备现场试验。南京14所在试验室中已取得阶段性成果,铁科通号所注重研发,中国通号正在进行核心设备的深入研究,其余公司大都停留在理论探讨阶段。

三、我国城市轨道交通信号系统的发展方向

信号系统是城市轨道交通的发展是一个关键节点,实用的是最好的,应是中国特色的发展之路之一。准移动闭塞、固定闭塞其实已能满足我国城轨目前对信号的要求,移动闭塞CBTC是城轨信号系统的发展方向。城市轨道交通的信号系统一般领先铁路5到10年,以城轨的实践来带动铁路信号系统的发展,意义深远。建议国家有关部委对城市轨道交通信号系统的发展尽快制定出相应的战略,并推动、扶持肩负历史责任的单位承担研发重任,对国内选用自主知识产权的列控信号系统的项目进行政策倾斜,鼓励科技创新。呼吁城市轨道交通建设当局选用列控制式时采取稳妥的方式,以梯队结构选取合适的系统,使中国的城市轨道交通建设沿着正确的轨道前行。相信,随着科学技术的进步,信号系统必将发展成为更先进、更可靠、服务性能更佳、智能化程度更高的系统。


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