城市軌道交通信號系統現狀及發展趨勢
軌道建設設備部 李顯敖
城市交通運輸是影響和制約城市發展的重要因素，城市軌道交通系統作為大容量公共交通工具，其安全性直接關系到廣大乘客的生命安全。城市軌道交通信號系統是保證列車運行安全，實現行車指揮和列車運行現代化，提高運輸效率的關鍵系統設備。
一、我國城市軌道交通信號系統的現狀
目前中國的城市軌道交通建設規?？涨?，方興未艾；另一方面，機電系統如車輛、牽引及信號控制等依賴國外供貨的局面仍制約著中國城市軌道交通建設的開展。車輛牽引系統的國產化已取得階段性成果，而地鐵輕軌的信號控制系統的國產化還處于舉步維艱的階段。信號系統已成為中國城市軌道交通建設的關鍵瓶頸，政府部門在思索良策，地鐵輕軌業主呼吁國內有社會責任感的公司提供自主知識產權的信號系統，以打破壟斷、改變目前受制于人的窘境。眾所周知，城市軌道交通系統因基建成本高，往往采用高速度、高密度方式運營，這樣就必須依靠先進的通信信號設備來進行控制和管理。同時，隨著科學技術的進步，信號系統必將發展成為更先進、更可靠、服務性能更佳、智能化程度更高的系統。
城市軌道交通的信號系統，已從早期的固定閉塞發展到了準移動閉塞，正在向移動閉塞方向發展。傳統的信號系統即以地面信號顯示為依據，司機按行車規則操縱列車運行?，F代信號系統有6個基本目標:以安全的方式控制列車有條件地前進；使本列車與前行車或股道盡頭保持安全距離﹔防止出現列車沖突進路;使列車能夠按要求的時間間隔運行;使列車能夠按時刻表速度運行，以便最大程度地避免危及安全的各種干擾;保證關鍵點閉鎖在正確位置。
目前世界各國的城市軌道交通信號系統大都采用列車自動控制系統(ATC)，已基本上滿足上述6個基本目標。列車自動控制系統由列車自動防護(ATP )、列車自動駕駛(ATO)和列車自動監督(ATS)三個子系統組成。ATP的主要作用是根據故障—安全原則，執行列車間安全間距的監控、列車的超速防護、安全開關門的監督和進路的安全監控等功能，確保列車和乘客的安全；ATO主要執行站間自動運行、列車在車站的定點停車、在終點的自動折返等功能；ATS的主要作用是監督列車狀態、產生列車時刻表、自動調整列車運行時刻和保證列車按時刻表正點運行、生成運行報告和統計報告、向旅客向導系統提供信息等。
二、我國城市軌道交通信號系統的發展趨勢
所有的地鐵輕軌均離不開核心的控制設備——列車運行自動控制系統ATC，它包括三個子系統∶列車超速防護系統ATP;列車自動駕駛系統ATO；列車自動監控系統ATS。
ATC系統所含設備的品種多、設備量大、接口關系復雜，在安全性、可靠性等方面尚有需完善的空間，地鐵信號系統的發展趨勢主要體現在以下四個方面∶
(1)基于通信的ATC系統作為信號基礎設施的軌道電路將被日新月異的現代通信技術所代替，形成以通信為基礎的ATC系統。由于無線具有設置靈活、雙向傳輸、信息量大、易于維護、成本低等特點，發達國家開始開發基于無線通信技術的ATC系統。
(2)全程無人ATO系統隨著通信安全性、可靠性的提高和通信手段的多樣化，目前普遍采用的站間ATO方式將向全程無人ATO方式發展。應用全自動化的先進系統,以消除人為因素的不利影響,縮短追蹤間隔, 提高通過能力,使系統運行準時、可靠。
(3)集成的綜合軌道交通控制系統。由于通信技術的發展, ATC系統中ATS子系統的功能也越來越強,已不僅僅是傳統意義上的“列車自動監督”，ATS子系統正在向集成化方向發展。軌道交通系統的其它子系統如電話系統、無線通信系統、公共廣播系統、閉路電視系統、環控系統、電力監控系統、自動售檢票系統、火災報警系統及保安系統等的監督和控制功能,都可與乘客信息系統、列車自動監督系統等功能集成在一個系統中。
(4)維修管理更加重要為了提高系統的可靠性、減少維護費用,信號系統的監控管理以及維修管理信息系統都非常重要,如發達國家地鐵ATC系統大都具有在線維護計算機、綜合測試試驗車、維護管理信息系統、設備維修基地等。
目前世界上最先進的信號系統是:移動閉塞,采用CBTC技術,并實現無人駕駛。移動閉塞的追蹤目標點是前行列車的尾部,并留有一定的安全距離。后行列車從最高速度開始制動的計算點是根據目標距離、目標速度以及列車本身的性能計算決定的，目標點是前行列車的尾部,與前行列車的運行和速度有關,是隨時變化的。而制動的起始點是隨線路參數和列車本身性能不同而變化的,空間間隔的長度是不固定的,其追蹤運行間隔要比準移動閉塞更小一些。列車最小運行間隔約為80秒。移動閉塞一般采用無線通信和無線定位技術來實現。最先進的移動閉塞甚至要考慮前行列車的速度。
CBTC是基于通信的列車控制系統,目前完全被國際上少數幾個公司壟斷,CBTC以列車與地面的傳輸信息方式來劃分,分無線、環線、漏纜及波導管等幾種,帶環線的CBTC技術最成熟的是阿爾卡特,無線CBTC技術最成熟的是龐巴迪(已有較好的開通業績)。
目前國內有幾家單位正在對CBTC技術進行研發。北京交大和北京地鐵運營公司在北京市科委立項,據說樣機已試完,準備現場試驗。南京14所在試驗室中已取得階段性成果,鐵科通號所注重研發,中國通號正在進行核心設備的深入研究,其余公司大都停留在理論探討階段。
三、我國城市軌道交通信號系統的發展方向
信號系統是城市軌道交通的發展是一個關鍵節點,實用的是最好的,應是中國特色的發展之路之一。準移動閉塞、固定閉塞其實已能滿足我國城軌目前對信號的要求,移動閉塞CBTC是城軌信號系統的發展方向。城市軌道交通的信號系統一般領先鐵路5到10年,以城軌的實踐來帶動鐵路信號系統的發展,意義深遠。建議國家有關部委對城市軌道交通信號系統的發展盡快制定出相應的戰略,并推動、扶持肩負歷史責任的單位承擔研發重任,對國內選用自主知識產權的列控信號系統的項目進行政策傾斜,鼓勵科技創新。呼吁城市軌道交通建設當局選用列控制式時采取穩妥的方式,以梯隊結構選取合適的系統,使中國的城市軌道交通建設沿著正確的軌道前行。相信,隨著科學技術的進步,信號系統必將發展成為更先進、更可靠、服務性能更佳、智能化程度更高的系統。