探讨城市轨道交通信号系统互联互通解决方案

摘 要：目前，国、内外各城市轨道交通已从单一的线路建设逐步走向多线路并行建设，日渐行成城轨交通网络化运营，但由于各条线路单独建设、设计标准的不同，造成了各线路单独运营的现状，因此实现线网间的运营互联互通需求日益凸显出来。本文将基于假定其他专业都可实现互联互通条件的前提下，将就信号系统实现线间互联互通的进行讨论分析。

关键词：城市轨道交通；信号系统；互联互通

中图分类号：C913文献标识码： A

所谓城市轨道交通的“互联互通”，是指列车可以在包含不同厂商设备的线路或网络中安全运营。若买现路网间的联通、联运，轨道交通的建设、运营、管理就可以买现资源共享，减少轨道交通的建设、维修和运营成本等优点。还有利于不同车辆的共线混跑;有利于不同线路的车辆综合备用;有利于线路改造及延长。

1城轨互联互通实现的条件

城市轨道交通线路之间运营互联互通是一个系统工程，涉及土建、轨道、车辆、行车组织、供电、信号、安全门/屏蔽门等多个专业，需要各线路统一标准，协同配合才有可能买现(如图1)。

2城轨信号系统互联互通的优点

可以独立于轨旁设备，自由的采购车载设备;列车能够在多条线路上运行，而只装备一套车载ATC设备;对于既有线路的延长，能够有具有竞争力的报价;可提供替代设备的供应商数量增加;降低了信号系统全生命周期成本;由于标准化，降低了培训的成本。

3城轨信号系统互联互通方案

目前，随着我国城轨信号系统核心技术设备从自主研发已走向成熟应用，使得我国城轨信号系统之间实现互联互通已不再是雾里看花，根据国铁互联互通成功实施的经验，城轨实现互联互通已完全成为可能。但我们需要清晰地看到目前已经研发出来的几家国产化信号系统由于设计理念和设计标准的不统一，使得虽然实现的系统功能基本相同，但系统的结构、子系统的功能分配、子系统间的接口等存在着诸多的不同点，这就需要制定统一的信号系统互联互通相关标准，结合各家的开放的接口，进行二次开发，实现真正意义上的信号系统互联互通。

3.1从众共性的基础设备

实现城轨信号系统互联互通首先要实现基础设备的设计标准的统一，基础设备的统一是互联互通的前提条件、基础设备的统一不是狭义的统一生产厂家，而是统一基础设备的类型、性能和设计规范统一基础设备采取的原则为“从众共性”的原则，保证基础设备的选择满足大多数供货商的设备选型需求，从而减少大多数供货商实现互联互通的工作量和实现难度。基础设备主要包括:通用基础设备(包括信号机、计轴、转辙机等)、应答器、无线通信设备等。

3.2统一标准的信号系统解决方案

3.2.1互联互通需求分析

在实现信号系统间的互联互通前，必须统一地进行功能需求分析，所有需要互联的子系统必须有统一的功能需求书。然后通过功能需求细分，进而将整个信号系统的功能变成各子系统的功能，从而得到大家都认同的系统需求书，并对系统间的接口进行详细定义。按照目前信号系统的组成，大致可以分为轨旁系统、车载系统、车地通信系统和列车自动监督系统、实现互联互通的基础是列车和轨旁ATP的相互通信和安全功能的共同实现，还有列车和ATS系统的相互通信和非安全调整功能的共同实现。可以通过系统功能分配，建立各子系统需求书。

(1)车载系统需求

线路间识别能力;存储所有线路的地图数据，且和轨旁系统的地图数据必须完全兼容;同一类型车载系统可以和不同供应商提供的轨旁ATP通信;车载系统和不同供应商提供轨旁系统的数据交换可以保证列车的运行安全;车载系统可以适应不同类型的列车性能和线路条件，保证列车安全和列车自动运行。

(2)轨旁系统需求

同一类型轨旁ATP系统可以和不同供应商提供的车载系统通信;和不同供应商提供车载系统的数据交换可以保证列车的运行安全;和不同供应商提供车载系统的地图数据必须完全兼容;和不同供应商提供轨旁系统的数据交换可以保证列车在跨区时运行安全。

(3)车地通信系统需求

车地通信系统必须是选明传输;必须建立统一的开放标准和协议，并采用共同认可的通用制式、

(4)ATS系统需求

ATS系统可以和不同供应商提供的车载系统通信;和不同供应商提供车载系统的数据交换可以保证列车的运行调整;可以识别不同供应商提供车载系统的位置报告;可以和不同供应商提供轨旁ATP系统通过通用标准进行通信。

3.22互联互通接口要求

CBTC系统是模块化设计的现代化系统.提供了灵活的接口。图2展示了互联互通接口

（1）通信接口条件

CBTC互联互通包括以下通信接口:

车载设备与轨旁ATP设备接口;轨旁ATP设备与相邻轨旁ATP设备接口;ATS与轨旁ATP设备接口;ATS与车载设备接口。

(2)轨旁连续式通信

建议轨旁连续式通信系统依据开放无线局域网(WLAN)标准，并以选明传输方式支持所有IP协议。对于ATC设备，车地通信系统就像是两个冗余的标准连接的路由器。连续通信系统允许如下的直接通信:车载系统和 ATS系统;车载和轨旁ATP系统。连续式通信系统必须完全独立于ATC系统，只是为ATC系统提供一个传输通道。

(3)轨旁点式通信

根据国内业主的需求和互联互通的需求对应答器报文预留字段的补充定义，制定统一的国内应答器报文标准。使用主流产品S供应商提供的欧式应答器即可实现互联互通。

3.2.3统标准的信号系统解决方案

目前轨道交通信号系统通常具有三种控制级别，分别是联锁控制等级，点式控制等级和连续式控制等级。从这三个等级方面，各家信号系统供应商可以通过统一的标准来实现信号系统的互联互通。互联互通标准按照控制等级可以划分为联锁控制等级互联互通标准，点式控制等级互联互通标准和连续式互联互通控制等级标准。这些标准制定的完成和信号基础设备的统一将成为互联互通实现的关键。

(1)联锁控制等级互联互通标准

联锁控制等级属于互联互通标准中最低等级的标准，其他两个等级能够向下兼容本控制等级，由于本控制等级只由基础的信号设备构成，因此基础的信号设备及信号设计的统一即能满足本控制等级的互联互通，例如统一信号机的显示制式，统一设计保护区段、接近区段等，因此本控制等级最容易实现互联互通，该控制等级能够满足装备列车和非装备列车混跑的功能需求。由于没有车载ATP的防护，这种互联互通方式效率和安全性比较低。此方式只运用到非运营时段的列车跨线调车中。

(2)点式控制等级互联互通标准

点式控制等级是基于点式应答器及轨道检测设备的列车运行控制信息的点式系统，本控制等级的信号设备是通过联锁控制等级增加点式信号设备来实现点式控制等级，点式控制等级的地面设备由轨道检测设备、点式应答器设备、联锁设备以及列车自动监督设备组成，车载设备由车载ATP设备及设备构成。速度传感器、HMI、信标天线等)，系统的机构如图3所示。

互联互通需要确定和分配的主要功能如下:

列车定位功能;点式下列车安全防护功能(包括接近锁闭和解锁，保护区段锁闭和解锁，进路和道岔保护等);点式下的屏蔽门联动功能;点式下的临时限速功能;点式下列车自动驾驶功能。

其中列车定位和列车安全防护功能是强制需求，其他功能是可选需求，可以根据具体用户需求确定。对于上面的功能实现，需要各供应商共同协商和制定统一的功能需求书和接口说明书。

对于点式下的互联互通由于关键接口比较少，车地设备相对较独立，相对于CBTC模式下实现互联互通在统一功能需求、系统需求以及接口需求方面都相对容易实现。采用欧式应答器标准，效仿欧洲的URTMS根据国内的需求出具统一报文标准，便可以方便享用互联互通成果，如与干线铁路、市郊铁路和城际铁路联通联运。而且可在最终实现连续式ATP的互联互通之前，率先实现在点式ATP上的互联互通。

4结束语

随着通信技术、计算机技术、控制技术的发展，信号系统也由地面信号显示发展到列控系统，由固定闭塞发展到自动闭塞，由调度监督发展到列车自动监督。目前基于通信的列车控制系统(CBTC)现已得到普遍应用，CBTC系统的模块化设计为实现联通联运提供了条件。虽然CBTC系统中的各子系统功能相对独立，但是系统间接口较多，实现互联互通仍存在一定的难度，最主要的难点为车地之间的通信接口，制约了不同车载跨线运行的实现。