轨道交通信号系统范文

导语：如何才能写好一篇轨道交通信号系统，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：城市轨道交通车地通信无线网络

中图分类号：U213文献标识码： A

当前，列车控制系统已经成为我国城市轨道交通信号系统的主流，但是在已经开通或者是待建城市轨道交通CBTC项目中，许多城市轨道交通运营线路在使用CBTC时因受到车地通信状态不稳定的因素影响，多数仍沿用传统落后的后备降级模式运营，使得多数专家质疑CBTC信号制式的稳定性和可靠性，当前城市轨道交通通信信号系统的焦点已经集中到了车地无线通信，这就为我们轨道交通信号系统工作人员提出了全新的研究方向。

CBTC系统概述。

基于通信的列车控制(Commullications一basedTrainContrOI，CBTC)系统是脱离轨道电路的一个独立系统，采用高精度的列车定位和连续、高速、双向的数据通信，通过车载和地面安全设备实现对列车的控制。欧洲连续式列车控制系统是CBTC技术的源头，多年的发展历程使其取得了长足的进步。包括阿尔斯通、西门子、阿尔卡特等多家列车控制系统设备供应商均进入了CBTC系统市场竞争中，具有自己的科技产品。温哥华、巴黎、伦敦、武汉、香港等多个城市都已经将CBTC系统应用到城市轨道交通信号系统当中。迄今为止最大的，实现不同厂商CBTC系统设备互连互通的cBTc项目正在纽约地铁进行，并准备将该技术用于改造纽约地铁信号系统。

无线CBTC系统的组成。

无线CBTC系统主要由3部分组成:无线移动通信系统,列车控制系统和列车定位子系统.列车控制系统又包括:中央控制室,无线闭塞中心(RBC,Radio Block Center)和车载子系统.其中,高可靠的无线移动通信系统是RBC、车载子系统和列车定位子系统的基础。无线移动通信系统主要是进行车地通信,在移动的列车和地面控制设备之间实时双向传输行车信息,由无线车-地通信技术提供技术保障.列车通过相应的地面设备,如信标灯、应答器,可以获知自身的位置及速度等信息.通过可靠的无线移动通信网络,列车将位置、车次、列车长度、实际速度、制动潜能、运行状况(诊断数据)等信息以无线的方式发送给RBC;RBC则开始追踪列车并发送移动权限、允许速度、限速、紧急停车等命令.因而,无线CBTC系统中,无线移动通信网络取代了轨道电路的信息传输地位[2].

CBTC系统的车-地通信系统按车-地信息采集方式分为连续式和点式传输方式.连续式能连续不断地将地面信息即列车间隔、线路容许的速度等情况及时地向车上反映,使司机随时掌握列车速度,有利于保证行车安全和提高行车效率。

无线CBTC系统属于连续式车-地信息传输方式,按数据传输媒介可分为:无线电台、裂缝波导管、漏缆和GSM-R(GSM for Railway)等方式。其中,无线电台、漏缆常用在城市轨道交通中,如无线电台、裂缝波导管方式在地铁使用,漏缆可在磁悬浮使用等;GSM-R是铁路专用无线通信,在我国一些新建铁路线使用,如在青藏线使用。

城市轨道交通信号CBTC系统中的车－地通信技术应用。

3.1 CBTC系统中主要的车－地信息交换。

在固定闭塞技术中，线路上有固定的区段划分，这一区段只要有车占用，就意味着整个区段是占用的。而移动闭塞在线路上没有区段的划分，以前车的尾部或进路边界为追踪的目标，这就是固定闭塞和移动闭塞的区别。所以，在固定闭塞技术中一定要采用轨道空闲检查设备来检查列车的位置，而移动闭塞则靠车载设备自主定位来描述轨道的占用情况。

从车－地信息交换的角度来看，移动闭塞与固定闭塞不同，线路固定数据都存储在车载设备的数据库中，在进入正常的 CBTC 移动闭塞模式之后，车－地双向通信的关键内容包括：

（1）轨旁到车载的移动授权信息（亦称 MA，EOA 等）；

（2）车载到轨旁的位置报告；

（3）运营调整信息及维护信息等。

当然车－地信息中还包括其他的内容，如 IP 寻址、ATS 调整、维护事件或故障报警、车站设备控制、旅客信息、校验及时间戳等。不同供货商会根据各自系统的特点有不同的信息结构。

3.2 CBTC系统的车－地通信方式。

CBTC系统的车－地通信方式通常由点式通信技术和连续式通信技术两种技术。

点式通信技术在线路上的某些特定位置安装固定的应答器（信标），当列车通过时，经车载查询器（天线）的激励，应答器会根据互感原理，把数据发送给车载接收设备，这就是点式通信。

连续式通信技术是基于 WLAN的无线通信方式。经过近十年的技术发展，与世界上多个互联互通试验工程的经验，虽然做到真正意义上的互联互通还有很长的路要走，但是对于 CBTC 系统所采用的无线通信系统，业内已经有了一定的共识。首先，从技术发展角度来说，采用商务现货供应（COTS）的产品；其次，把 ISO 七层模型中的低层统一采用IEEE802.11 WLAN 标准。

3.3 CBTC系统的无线传播方式。

目前我国多数城市轨道交通系统CBTC系统供货商采用的传播方式主要分为空间自由传播和导行传播两种。

空间自由传播是目前使用最多最常见的一种传播方式。它利用电磁波在空气中从发射天线到接收天线传递数据，而无需线缆介质。空间自由传播的方式节省轨旁设备，在轨道交通狭窄的隧道安装上具有优势。理论上空间自由传播的无线小区最大距离在 400 ～ 500 m 之间。

导行传播因为轨道交通的特点，对无线覆盖的要求不是空间上的，而是线性的，所以采用漏缆或漏泄波导管作为传输介质，形成一个沿走行轨的无线覆盖网，在轨道交通的复杂传输环境中具有优势。

结束语：

基于通信的列车控制(CBTC)系统代表了城市轨道交通信号列车控制系统技术的发展方向。在城市轨道交通信号系统中有效的运用CBTC通信系统技术誓将对其发展必将起到促进的作用。因此，尽快开展基于无线通信的CBTC系统的研究并进行有效的应用，已经成为国内城市轨道交通信号系统发展的一个契机。

参考文献：

［1］ 刘宏杰，陈黎洁． CBTC 列车安全定位中通信中断时间的研究［J］． 铁道学报，2012，34( 6) : 40-45．

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（1）ATS自动监控模式：一般情况下，该运行模式对在线列车的运行进行自动监控，并向列车自动发出进路指令，列车在安全保护下司机按照规定的运行时刻表驾驶列车。

（2）调度员人工介入模式：调度员在工作站下达相关的列车运行指令，并人工干预全线列车的运行。介入的内容主要包括对列车进行“扣车”、“终止”、改变行车路线、列车增减等。

（3）列车出入车场调度模式：列车调度员在当天列车运行时刻表的指导下编制列车的运营计划及场内行车计划，并上传至控制中心。车场信息值班工作人员根据运营计划调整相应的进路信息，以满足列车的行车需求。

（4）车站现地控制模式：一般情况下只有设备集中站参与到列车运营控制，车站联锁及车站ATS系统结合实现对车站及中央二级控制权的调整。经中央ATS设备故障后车站值班工作人员的申请后，并经调度员同意后，可改由车站现地控制。

（5）车场控制模式：场地值班人员根据用车计划对列车的出入场及场内的作业安排进路排列。

2项目管理及生命周期

项目管理，作为管理学中最为重要的分支学科，一般是指在项目活动过程中，应用专门的知识、技能、工具及方法，并在项目可利用的有限项目资源条件下，实现或超过预期的需求及期望的活动过程。项目管理，主要是对成功实现系列目标相关的活动进行整体的检测及管控，包括策略、进度计划即维护项目活动的进展。一般而言，项目管理内容主要包括对项目范围、项目时间、项目成本、项目质量、项目人力资源、项目沟通及项目风险等内容的管理。项目管理主要经历项目需求调研、项目分析、项目设计、项目实施、项目上线及项目运维跟踪等生命周期。

3轨道交通信号系统项目管理模式

3.1城市轨道交通信号系统项目特点

与其他的项目相比，城市轨道交通信息系统拥有独特的建设特性及建设目标，主要体现在以下方面：首先、需按照地铁业主的时间要求，保质保量地完成轨道建设，确保顺利开通运营。其次、需完成相关设备的安装调试、以确保设备的正常运转。

3.2城市轨道交通信号系统项目管理模式

项目管理生命周期中不同的阶段有相应的管理任务，需使用到多种技术与工具，信号管理项目管理需完成以下的实践过程：

3.2.1信号系统项目集的定义

项目集定义阶段，主要包括对项目期望收益的定义，对关键成功要素的确定及对项目集所需的资源进行估算，并进行论证商业过程。而城市轨道交通信号系统，在项目集定义阶段主要有两方面的内容：第一、掌握用户运营层面的需求，熟悉城市轨道交通建设的标准流程，以满足信号系统的国产化率达到70%的目标。第二、努力成为信号系统供应商，掌握信号系统领域的核心科技，并提供信号系统领域的完整解决方案，以实现自主化发展目标。而信号系统项目集资源管理，主要是估算人力、财力及物力。而商业论证的任务，主要在于对项目集进行合理性方面的论证，这是信号系统成功的关键因素所在。

3.2.2信号系统项目集的启动

启动阶段，一般包括项目经理指派、项目章程制定、收益分解结构分解、项目资源预算编制、项目路线图制定等方面的内容。信号系统项目集经理需同时与多个项目经理或者职能经理打交道，因此指派的项目经理需在沟通和协调方面拥有较强的能力，并具备较强的说服能力。而项目章程的制定，需从信号系统项目集的愿景、核心目标及期望收益等方面出发。对于信号系统项目集而言，路线图就是项目的进度计划，一般是由里程碑构成。而商业论证是启动阶段最为重要的成功之一，等待规划阶段的审批。

3.2.3信号系统项目集的规划

（1）明确项目的发展方向，主要包括项目愿景、任务和战略目标。

（2）为项目成功构建必要的组织，主要包括政策、流程、角色与职责的定义，并解决项目进展中的各种争端。

（3）控制、监控、评估及审批项目变更，以确保实现项目目标和收益。

3.3信号系统项目集的实施与监控

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关键词: 城市轨道交通; 控制; 信号

1城市轨道交通信号系统技术发展趋势

信号系统是保障行车安全、提高运输能力的关键技术装备。城市轨道交通信号系统随着微电子技术、计算机技术、通信技术的发展而不断发展。信号系统中,地面与车载设备的安全信息传输方式,大致经历了模拟轨道电路、数字轨道电路和无线通信3个阶段。

1.1基于模拟轨道电路的ATC系统

轨道电路是将区间线路划分为若干固定的区段,进行列车占用检查和向车载ATC设备传送信息的载体。列车定位是以固定的轨道电路区段为单位,采用模拟轨道电路方式由地面向车载设备传送

图1模拟轨道电路列车运行速度控制示意图

10～20种信息,列车采用阶梯式速度控制,称之为固定闭塞。如图1所示。模拟轨道电路在我国应用的代表产品有:从英国西屋引进的FS-2500无绝缘轨道电路(北京地铁1号线、13号线) ;从美国GRS公司引进的无绝缘数字调幅轨道电路(上海地铁1号线) ;大连轻轨采用国产WG-21 A轨道电路。从系统整体角度来看, 基于模拟轨道电路的ATC系统中各子系统处于分立状态, 技术水平明显落后, 维修工作量大, 制约了列车运行速度和密度的进一步提高, 将逐步退出历史舞台。

1.2基于数字轨道电路的ATC系统

数字轨道电路采用数字编码方式, 地面向车载设备传送数十位数字编码信息, 列车可实现一次模式曲线式安全防护, 缩短了列车运行间隔, 提高了舒适度。数字轨道电路列车速度控制曲线如图2

采用数字轨道电路的ATC系统, 列车可实现一次模式曲线式安全防护, 因此称之为准移动闭

塞。数字轨道电路在我国应用的代表产品有美国USSI公司的AF-904无绝缘数字轨道电路(上海地铁2号线、津滨轻轨等) ; 德国西门子公司的FTGS无绝缘数字轨道电路(广州地铁1、2号线, 南京地铁1号线等) 。数字轨道电路的ATC系统采用微电子技术、计算机技术和数字通信技术, 延续了轨道电路故障2安全的特点, 目前在我国和世界范围内开通运用较多, 系统的可靠性和稳定性得到了充分的验证。但数字轨道电路存在以下缺点。

1. 必须具备很强的抗干扰能力。轨道电路中ATC信息电流一般在几十毫安至几百毫安, 而列

车牵引回流最大可达4000 A。

2. 受轨道电路特性限制, 只能实现地面向列车的单项信息传输, 信息量也只能到数十比特, 限制了ATC系统的性能。

3. 与牵引供电专业的设备安装相互影响。信号设备和牵引供电设备都需要安装在轨道上, 2个专业设备的安装必须相互协调, 否则会相互影响对方系统的性能。

4. 无法进行列车精确定位。只能按轨道电路区段对列车进行定位, 一般区段长度为30～300 m, 对缩短列车运行间隔有一定的限制。

1.3基于通信的列车运行控制系统( CBTC)

CBTC的特点是前、后列车都采用移动定位方式, 通过安全数据传输, 将前行列车的位置信息安全地传递给后续列车, 可实现一次模式曲线式安全防护, 并且其防护点能够随前车的移动而实时更新, 有利于进一步缩小行车间隔, 提高运输效率,称之为移动闭塞。CBTC系统列速度控制如图3所示。

图 3CBTC列车运行速度控制示意图

无线通信的传输方式很多, 但是目前国内主要采用的有4种方式。

1. 无线AP传输方式: 采用沿着轨道方向的无线定向天线, 传输距离可以达到200 ～400 m 。优点是安装简单, 施工方便, 成本低。缺点是无线场强分布不均匀。

2. 漏缆传输方式: 沿着同轴电缆的外部导体

周期性或非周期性配置开槽口, 电信号在该电缆中传输的同时, 能把电磁能量的一部分, 按要求从特殊开槽口以电磁波的形式放射到周围的外部空间,既具有传输线的性质, 又具有无线电发射天线的性质。优点是场强覆盖均匀、适应性强、电磁污染小等。缺点是成本较高。

3. 波导管传输方式: 波导管是一种双向数据传输的无线信号传输媒介, 具有传输频带宽、传输损耗小、可靠性高、抗干扰能力强等特点。缺点是工艺复杂, 受环境湿度影响较大。

4. 感应环线方式: 通过轨道铺设交叉感应环线, 实现无线通信。

在我国已经开通使用的武汉轻轨和广州地铁3号线是采用加拿大阿尔卡特公司的Sel Trac MB 系统, 用感应环线实现车2地信息双向传输; 北京地铁10号线和奥运支线、广州地铁4号线用德国西门子公司的TrainguardMT, 用点式AP实现无线信息传输; 北京地铁2号线改造、机场线采用法国阿尔斯通公司的URBAL ISTM, 用波导管和点式AP实现无线信息传输。现在正在建设的项目(广州地铁5号线、广佛线, 上海地铁6、7、8、9号线,北京地铁4号线, 沈阳地铁1、2号线, 成都地铁1号线等) , 都选择了基于点式AP 无线通信的CBTC系统, 它已经成为我国城市轨道交通信号系统选型的主流制式。CBTC系统采用当前先进的计算机技术和信息传输技术, 不与牵引供电争轨道, 有利于牵引供电专业合理布置设备; 不需要在轨道上安装设备, 易形成疏散通道。采用CBTC技术, 具有多方面优势(提高效率、易于延伸线建设和改造升级) , 可以充分利用国内现有的信号产品和资源, 易于实现国产化。其中具有完全自主知识产权的计算机联锁设备和ATS子系统已经成功在现场开通使用。但目前CBTC系统的应用在国际上还处于初期阶段, 国外厂商都在结合工程实践不断完善, 开通投入商业运营的线路并不多, 开通过程中主要存在以下技术瓶颈, 需要在今后的研制和工程实施中加以解决。

1) CBTC系统的列车定位和移动授权依赖无线信息传输, 如果某列车或地面某点发生无线通信中断或故障, 就会失去对列车的定位, 将对运营造成较大的影响, 且故障处理将比原来的轨道电路系统复杂。世界上已进行了近30年的CBTC系统研制, 最大的技术瓶颈就是一旦发生通信故障时, 如何保障行车安全和减小对运营的影响面问题。为此绝大多数采用CBTC系统的工程都配置了后备信号系统, 以解决上述问题。

2) 除采用环线通信外, 目前CBTC系统采用的IEEE802.11系列的WLAN标准是一个开放的无线频段, 该频段不限制其他用户使用, 用户较多时容易造成相互干扰, 特别是在高架开放区段, 抗外部干扰问题尤为重要。

3) 列车从地面的一个AP切换到另一个AP时信息传输会有中断, 存在一定程度的丢包现象, 如何提高信息传输的可靠性也待研究。

2城市轨道交通线信号系统选型

2.1新建线路信号系统制式选择

根据上述城轨交通信号系统发展情况和各种制式的应用情况, 对于城市轨道交通线网新线建设,信号系统制式选择原则如下: ①不宜再采用基于模拟轨道电路的ATC系统; ②仍然可采用基于数字编码轨道电路的ATC系统; ③推荐采用基于通信的列车控制系统(CBTC) 。

2.2旧线改造信号系统模式

我国早期建设的运营线路(旧线) 一般采用轨道电路方式的ATC系统, 因此在信号系统改造时, 推荐采用基于通信的列车控制系统(CBTC)方案。改造期间, 无线通信的CBTC系统与既有的轨道电路互不影响, 减少了改造的技术难度和工程管理难度。

3国产化城轨交通信号系统进展情况

国内开发的城市轨道交通系统3种制式都有,基本上都采用CBTC基于无线的列车控制系统。主要开发进展情况如下。

1. 中国铁道科学研究院, 充分利用专业齐全的优势, 通过多年的研发, 完成了包括CBTC系统的所有子系统(ATS、联锁、ATP、ATO、DCS、应答器等) , 并进行了室内系统调试、现场试验和调试。铁科院的ATS子系统、计算机联锁子系统是国内成熟技术, 具有城市轨道交通业绩, 已经具备工程实施的条件。铁科院的CBTC系统对无线故障情况下的后备转换, 进行了深入的研究, 能够在保证行车安全的情况下, 尽量减少对正常运营的干扰, 达到了先进的水平。在安全性方面, 与研发同步进行第三方安全认证工作, 已签署安全认证合同并开展安全认证工作。

2. 2004年, 北京交通大学、北京地铁运营公司、北京和利时公司申请北京市科委“基于通信

的城轨CBTC系统研究”科研项目, 在北京地铁试车线进行了ATP、ATO 试验, 并在大连设立了10 km试验段, 包括地面线路和地下线路, 进行了2列列车的追踪试验。亦庄线计划2010 年底开通点式ATP, 2011年底CBTC全系统全功能开通。

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【关键词】 LET技术 城市轨道交通 信号系统

保证列车运行安全，实现列车运行自动化，行车及时指挥以及提高其运营效率的关键就是信号系统。城市轨道交通信号系统，是由地面的信号设备提供列车移动的命令授权，车载信号的接收设备根据地面信号设备提供的命令来指导列车运行。那么在系统信号的传输过程中我们使用了LTE技术的根本目的就是保证信号指令能够及时准确地进行传输。

一、轨道交通信号系统现状

目前我国城市轨道交通信号系统一般包涵并采用以下几种系统：基于通信业的自动控制系统；列车的自动监控子系统；列车自动防o子系统；列车自动运行子系统；计算机联锁子系统以及及数据通信子系统等构成。国内，现阶段开通运营的城市轨道交通信号系统中无线类的通讯系统大部分采用免费开放的2.4GHz频段的无线局域网络技术。这种技术虽然可以满足大部分城市轨道的信号传输需求，但也存在很大的局限性。主要问题有以下几点：

1、易扰。由于免费开放的2.4GHz频段的无线局域网络技术在遇到同频段设备的信号干扰时容易被抢占信号，阻断通信系统的信号传输。会经常导致信号系统采取，各种应急措施。曾经就因为有乘客携带移动的，wifi网络信号发射设备干扰到了列车的信号传递，导致多趟列车在正常运行中突然停车。这件事在当时引起的社会的广泛关注，也正是因为此次事故，相关的研究人员，开始着力于研究不容易扰的信号来运用到城市轨道交通信号系统中。

2、信号的不稳定性。开放的2.4GHz频段的无线局域网络技术虽然优点是易于设置，减少了建设初期的经济成本。但在区域覆盖边缘，该频段的网络信号会产生不稳定的状态。这种状态也很可能导致列车车载信号的发射接收装置与地面信号设备不能及时的进行沟通。

二、LET技术的特点

LTE移动通讯技术的目的在于，成立建设一个支持多媒体增强性的广播组业务，建立低延迟，具有超高传输效率且可演进的无线接入框架。

1、抗干扰。通常信号的干扰来自于系统内相同频率的干扰，这时候需要考虑到同向前后，同频率邻区间的信号对使用的主信号干扰情况。而LTE技术是由于频段资源有限及又容量需要高带宽的原因，这就可以很好地解决这种被同频段信号干扰的情况。

2、灵活性。除了可以支持多种厂家设备的混合组网以外，还可以支持多种时钟同步协议。这种灵活性能够更全面的支持于不同环境，不同设备的匹配，使得LTE技术能够有更广泛的应用空间。

3、可维护性。采用漏缆作为传输介质，所采用的轨道旁的设备数量减少。同时LTE采用网络扁平化构架，无线网部分只有少部分的元件设备组成，整体元件数量变少方便后期对整体设备进行维护。

4、高速移动性。LTE技术基于3Gpp技术进行提升发展。解决了在高速移动的环境下，能够使得网络进行快速的连接。同时LTE技术采用了多普勒频偏纠正技术，用以支持其较快的移动性。

三、系统解决方案

为了能够更好地配合该技术与轨道交通的现实需求，需要注意LTE技术在轨道交通多业务平台的融合性，轨道交通重要的安全运营性，以及为了满足不同城市，不同地区，不同环境的轨道交通，进行定制化的服务。在该技术使用的需要继续跟进改善以下几点：

1、时钟同步。由于目前国内使用的是GPS时钟同步。但局限于轨道交通的特殊性，在地下较深的站点，不一定能够有GPS信号。而且GPS信号范围大约在100米左右，超过100米后，信号开始衰弱变得不可使用，这就给，LTE技术在轨道交通方面的使用带来了相当大的困难。

2、信息安全。LTE技术目前在国内属于新型的信号交互技术。这就导致了在网络的使用过程中信息安全的维护有一定的困难。

3、信号覆盖。由于我国的轨道交通技术正在不断发展。城市轨道交通建设正在由线路向线网进行升级。多条线路的交汇使得信号的覆盖需要普及到更复杂的场景中，这对LTE信号的频段，容量等一些方面的建设需要更高的要求。

结语：综上所述，LTE技术以其超高的网络传输速率，超低的网络延迟，高质量的实时通信保证以及，其他相关的抗干扰性灵活性，方便维护，高移动性能等特点可以得出。LTE技术更适用于，城市轨道交通信号的传输以及系统的组件。本文仅以目前国内的，该技术在行业中的应用及发展水平进行简要的分析，希望对本技术的推广做出简单的普及和简要的分析。

参 考 文 献

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【关键词】轨道交通通信信号应用发展

一、引言

1、城市轨道交通发展概况。

伴随着世界经济的不断发展，城市人口的增加和规模的扩大，给公共交通造成了很大压力，也必然促使城市公共交通的积极发展，不仅数量上激增，而且在质量上也提出了更高要求。当前，以城市轨道交通为主、高速公路、等级公路为辅的立体交通网络日趋完善，已经形成了一个综合的交通体系，为城市经济繁荣和人们出行带来了很大便利。近年来，地铁和轻轨发展迅速，颇受一些发展中国家的重视，都在积极规划和建设，以缓解城市日趋严峻的交通拥堵问题。值得一提的是，高铁的发展给城市间的交通以及经济繁荣带来了巨大生命力，特别是磁悬浮轨道技术的应用，更是体现了当前轨道交通的前沿科技水平和发展趋势。例如，上海磁悬浮列车的运行，是我国最新城市轨道交通技术发展的缩影，产生了巨大影响力。

2、城市轨道交通信号系统的应用。

交通信号不仅是列车运行的通行证，更是安全运行的指挥棒。轨道交通要实现安全运行和提高通过能力两大要求，离不开轨道交通信号的发展和应用。20世纪中叶以来，微电子技术，信息技术和计算机网络技术等科学技术的发展，给轨道交通信号技术带来了了一场颠覆性革命，城市轨道交通信号系统（即ATC）应运而生，它为轨道交通安全运行和通过能力的提高发挥了巨大作用。不仅提高了运行效率，同时实现了列车运行的自动化。

二、城市轨道交通信号系统

1、城市轨道交通信号系统组成和作用。

轨道交通信号系统是由各类信号显示、轨道电路、道岔转辙装置等主题设备及其他有关附属设施构成的一个完整的体系。目前城市轨道交通的信号系统一般包括两大部分：联锁装置和列车自动控制系统ATC（Automatic Train Control）。ATC系统包括三个子系统：列车自动监控系统（简称ATS）、列车自动防护系统（简称ATP）、列车自动运行系统（简称ATO）。

ATC系统是一种依据地面传送的信息，自动控制列车运行状态的信号设备。可实时监控列车的轨道运行速度，并参照允许速度及时作出反应，通过对列车的制动控制，自动降低列车速度，确保列车高效、安全的运行。城市轨道交通信号系统是确保列车安全运行，实现行车综合指挥和列车运行智能化，提高运输能力和效率的重要系统设备。

2、城市轨道交通ATC系统的特点。

传统的轨道交通信号系统是通过设置在地面的色灯信号机来传递不同的行车信息和命令，这种信号模式是依赖司机对列车进行速度控制和调整，人为因素占主导地位，安全性差，已经不适应轨道交通的发展。而ATC系统是一种智能化系统，它将列车信号作为主体信号，把具体的速度或距离信息传递给列车指挥系统，列车按调度人员设置的工作程序和时刻表，实现自动运行、自动调整停站时分，以及运用控制程序实现列车在车站的停靠要求。ATC系统大大提高了轨道运营效率和安全系数，具有广阔的发展和应用前景。

3、城市轨道交通信号系统的功能理解。

（1）联锁是指为确保列车运行的安全，将轨道线路中的所有交通信号机、轨道电路及道岔等相对独立的信号设备构成一种相互制约、互为控制的连带环扣关系，即“联锁”关系。它主要是控制列车的确定路线和进出改变路线。

（2）ATC系统各部分的功能理解。①列车自动防护（ATP）子系统。ATP子系统可分级或连续对列车运行的速度状态进行防护，主要是针对列车运行进行防护，实行监控与安全有关的设备或系统，实现列车间隔保护、超速防护等功能，其主要工作原理是及时的将一些地面信息（如来自联锁设备和操作层面上的信息、地形信息、前方目标点的距离和允许速度等）传至车上，进行分析判断，从而得出此时所允许的安全速度，依此来监督和管理列车的速度状态。当列车实际速度大于安全速度时，ATP子系统就会通过全制动或紧急制动控制列车速度，使列车停在显示红灯信号机或停车指定位置。这种系统通过仪表指示方式向司机显示列车应有速度、目的地距离和目的速度等数字式信息，司机只要按列车的这些速度信息操作列车运行，就能保证列车的安全。这样可以有效缩短列车间隔，提高轨道线路的运行效率和行车的安全可靠性。②列车自动监控（ATS）子系统。ATS系统依靠ATP系统的支持完成对列车运行的自动监控。ATS子系统在电脑辅助下做出对列车基本运行图的编制及管理，并具有较强的人工介入能力。它主要实现对列车在轨运行的监督和控制，辅助行车调度人员对全线列车运行的状态进行管理。行车调度人员可以以此把控列车的运行情况，监督和记录运行图的执行情况，在列车因故偏离运行图时，及时提出调整建议或者自动修整运行图，作出处理反应，通过ATO系统的显示终端，向无线通信、广播、旅客向导系统提供必要的信息（例如：列车到达、出发时间，运行方向，中途停靠站名等）。③列车自动运行（ATO）子系统。ATO子系统是控制列车自动运行的设备，由车载设备和地面设备组成，它可以对列车进行自动驾驶，并实现行车安全和行车要求，可以避免不必要的、过于剧烈的加速和减速，使列车出于最优化运行状态，节约电能。ATO子系统主要用于实现“地对车控制”，即用地面信息实现对列车驱动和制动的控制。使用ATO子系统后，列车能根据停车站点的位置及停车精度，自动地对车门进行开关控制，因此明显提高了旅客的舒适度、列车准点率，提升了列车运行档次。

三个子系统是个有机的整体，通过信息共享网络构成一个安全指挥系统，实现地面控制与列车控制的有效结合，提高了运行效率。

三、通信信号系统的发展趋势

（1）系统的应用实现IP化。随着科技进步，轨道交通信号系统将逐步地实现IP化。多信息传输和共享平台以及虚拟专用局域网业务（MPLS/ VPLS）等技术的成熟应用，使得IP服务质量将逐步得到保障，这将有力促进轨道交通运营的信号系统实现IP化，IP化可以使轨道交通运营的管理更加便捷，效率更高，进一步降低交通运行的成本。（2）通信、信号系统一体化。就目前而言，城市轨道交通的信号和通信系统还是相对独立的。这种局面不利于轨道交通的发展。近年来，轨道交通列车自动控制系统（ATC），需要经过多次数据处理和信息交换，才能实现安全防护功能，这种情况需要通信技术和信号技术的融合统一。实践证明，网络通信技术和信息技术的迅速发展为信号系统的进一步发展提供了有利条件。我们有理由相信，发展中的通信信号系统将逐步走向一体化，最大限度地实现信息共享和信息传输，发挥城市轨道交通通信信号系统的最大作用，体现系统一体化优势。

四、结语

根据发达国家城市轨道交通的发展现状，以及通信信号技术的发展趋势，通信信号系统将会进一步完善，集成化更高，会更有效地促进城市轨道交通的发展，这也是顺应时展的必然要求。我相信，我国的轨道交通建设以及通信信息技术会取得长足的发展，定会为城市繁荣和经济发展贡献更大力量。

参考文献

[1]肖培龙.城市轨道交通信号系统设计与系统集成设计差异分析[J].铁路技术创新. 2010（5）：57-58.

[2]李增海.铁路信号微机监测系统中通用轨道信号发码器的硬件设计[J].科技创新导报. 2010（7）：76.

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【关键词】轨道交通；信号故障；安全

中图分类号： C913 文献标识码： A

一、前言

轨道交通属于大容量的交通运输工具，它的安全性与信号系统紧密相关。随着计算机技术的快速应用，对轨道交通信号的安全性提出了更高的要求，本文将进行分析。

二、信号系统安全技术发展

安全始终是信号系统发展的主旋律,信号系统的安全技术是以防止人身伤亡、环境破坏和财产损失为目的的,从信号系统安全技术的发展趋势,可以发现,科学技术的提高和人们安全意识观念的变化对信号系统的重要影响。

安全技术是人们在汲取血的教训基础上发展进步的,实际上,安全技术首先是从铁路信号开始的,而且是以铁道历史和当时科学技术水平为背景不断发展进步。在1825年，世界上就已经出现了第一条铁路。当时在夜间是用车站窗口的蜡烛烛光指挥行车的,约定以烛光点亮为停车信号,以烛光熄灭作为允许运行信号。由于烛光常被风吹灭而发生多次冒进停车地点的行车事故,从那时起人们就开始研究安全对策了。

19世纪铁路刚刚出现后,人们用人工手势来解决安全问题。例如,双手上举表示/停车，单手举起表示/注意等等,显然,该方法只适于列车少且速度慢的铁路初期阶段。1841年戈雷格里(Gregory)发明了易于被司机辨认的臂板信号机,铁路信号由人工式控制转为机械式控制。这种信号机白天利用臂板的位置、形状来显示信号,夜间用灯光的颜色和数目来表示。它模仿人们举手发出信号的动作,并约定以举起臂板作为停车信号,但是由于牵引臂板动作的导线常发生折断事故,在应该发出停车信号时不能发出停车信号,使列车冒进而造成伤亡事故,于是人们开始意识到应使设备在发生故障的情况下,造成的后果应导向安全方面,也称安全侧。改进后的臂板信号机能够在系统发生故障是借助重力自动恢复到发出停车信号的位置。从此,故障导向安全成为铁路信号领域必须贯彻的原则,铁路信号安全技术以故障-安全为核心逐步发展起来。1912年出现色灯信号机,1920年开始采用探照式三显示色灯信号机。色灯信号机采用不同的灯光颜色及其组合来表达信息含义。

1869年美国人WilliamRobinson发明了轨道电路,可谓是铁路信号史上的革命性事件。以轨道电路为基础,研制了自动闭塞设备,提高了列车在区间运行的安全性和效率。轨道电路一直沿用至今。早期的轨道电路都是直流的,主要用于检测列车的存在,不能用来传输车地信息。后来先后发明了工频、音频轨道电路,使利用钢轨的交变电磁场传输车地信息成为可能。早期轨道电路的逻辑和执行单元由故障-安全继电器构成,它在系统故障时借助重力导向安全侧以实现故障-安全。但是随着I/O数量的增加,继电器系统的缺点也慢慢显现出来,如配线麻烦、逻辑难以更改等等。为了克服继电器的缺点,开发了其他系统,例如,固态系统(SolidStateSys-tem)。1985年英国开发出了SSI(SolidStateInterlocking)系统,它采用三取二冗余结构来保证系统的安全性。

三、城市轨道交通线信号系统选型

1、新建线路信号系统制式选择

对于城市轨道交通线网新线建设,信号系统制式选择原则如下:不宜再采用基于模拟轨道电路的ATC系统;仍然可采用基于数字编码轨道电路的ATC系统;推荐采用基于通信的列车控制系统(CBTC)。

2、旧线改造信号系统模式

我国早期建设的运营线路(旧线)一般采用轨道电路方式的ATC系统,因此在信号系统改造时,推荐采用基于通信的列车控制系统(CBTC)方案。改造期间,无线通信的CBTC系统与既有的轨道电路互不影响,减少了改造的技术难度和工程管理难度。

四、安全技术的可信性故障

由于轨道交通列车控制系统要求在正常运行和故障情况下都能保证列车的安全性,即系统必须满足“故障一安全”。在低速、低密度时代的传统铁路信号,这种安全技术总是将“系统故障时让列车停止运行”为首要方针。禁止列车运行的命令信息为安全侧,允许列车运行的命令信息为危险侧。根据安全信息定义每类安全设备的安全侧,对控制道岔的命令信息来说,一种状态准许道岔转换,另一种状态禁止道岔转换,因此后者应作为安全侧;对于轨道电路,用它反映进路上有车还是空闲,轨道电路有车占用状态禁止信号机开放,禁止列车驶入,而轨道电路空闲是允许信号开放允许列车运行,所以应把轨道电路的有车占用状态作为安全侧。

在高速铁路和现代轨道交通领域,列车控制系统由中心、车站、轨旁和车载等多系统构成，系统间通过并发、协同、分布控制列车安全运行。这种单一的“故障一安全”措施并不一定能够带来系统的安全性,如在高速运行中的列车,紧急刹车会带来危害。所以在现代信号控制系统,“故障一安全”的措施也是多层面的、多场景的多级控制模式,即要求能够实现多系统协同联锁完成列车的安全控制。这就要求在不同的危害场景下,系统应该采用不同故障一安全的措施,其总体技术方案是:针对每类安全关键设备,依据危害场景,制定平滑的故障一安全降级措施。面向列车运营场景,确定系统整体、局部的安全侧,并制定安全侧的系统协同联锁动作。“故障一安全”的处理过程共有三级模式:正常运行、故障一运行和故障停止。

图1面向故障安全的可信技术体系

当出现系统部件失效、首先通过容错机制,平滑转化系统正常运行的状态;当系统的正常服务得不到满足时,需要降级服务,保障列车的安全运行;如,在轨道交通的CBTC控制模式下,一般都采用多级后备模式来保障当存在局部故障时,能够通过模式降级保障列车继续运行。在高速铁路的CTCS3级列控系统,采用CTCSZ级作为后备模式保障高速列车的安全运行。如果能够预测故障系统或部件产生危险侧的输出,需要对故障部件进行监测,并对故障系统进行隔离;如果出现系统故障无法满足系统的运行,则需要最终停止服务。所以说,列车的终止运行是最终的安全侧,但并不是所有的故障处理模式都要求转到列车终止运行服务。而是一个以安全性为基础的平滑的过渡过程,以最大限度的提供安全、舒适、便利的运营服务,满足广大乘客的需求。

五、城市轨道交通信号设备国产化的优势

1、技术储备

铁道部科学研究院通号所具有50年的技术储备、360多项科技成果、优越的试验条件(有可进行通信信号综合试验的环行试验线。目前正在进行秦沈客运专线的200km/h速度的通信信号综合试验,对于城轨交通的通信信号综合试验也可在环行线上进行)。

2、技术优势

硬件配置:国际一流水平。软件开发:功能齐全、人机界面友好、符合国情。能够提供高安全性、高可靠性、系统配置灵活和功能可扩展的信号系统设备。

3、技术服务

根据铁道部安排,通号所成立了计算机联锁系统一级维修中心、调度集中和调度监督系统一级维修中心,承担系统设备的维修指导、咨询、培训和部分维修(如板级维修)服务等任务,开展系统和设备的模拟调试、远程诊断等。并供应备品备件、硬件维修指导、系统功能扩展、软件维护及升级等。对软件终身保修,提供长期技术服务。

六、结束语

轨道交通信号要遵守安全确认故障的安全原则，通过对信号安全技术的研究，结合我国的实际情况，才能促进我国轨道交通信号系统的进步和发展。

参考文献

[1]唐涛,都春海.城市轨道交通安全评价体系研究,[J]都市快轨交通,2010

[2]王艳明，谈城市轨道信号故障安全的分析[J]信息技术，2011

[3]燕飞,唐涛.轨道交通信号系统安全技术的发展和研究现状[J]. 中国安全科学学报. 2005(06)

篇7

关键词：地铁建设管理信息管理系统开发与应用侯

1前言

上海地铁建设的规模日益增大，建设速度越来越快。目前正在进行建设的轨道交通8号线(M8线)全长25.6km，共有地下车站22座，总投资113亿如此大规模的工程，其管理工作是非常复杂和繁重的，若采用传统的方式进行管理，不但效率低下，而且往往时间滞后，不能及时有效的实现对整个工程的控制和管理。

信息技术的飞速进步给工程信息管理带来了新方法，通过开发工程信息管理系统(Project Informa-tion System简称PIS)来对工程进行辅助管理在一些工程的建设管理中已经有了应用。如国外的P3系统，国内北京住六公司的信息管理系统等。但在上海地铁的建设管理中，由于工程分散、信息繁多，各种PIS都无法真正满足工程管理的需要。因此，在M6线的建设中.结合实际需要，开发了网络文档管理系统，借助于Internet及计算机技术对整条线路建设过程中的文档、进度、投资等各工程相关的信息进行统一管理，使工程管理者可以及时掌握工程进度以及投资情况，及时了解工程相关信息，大大提高了工程管理效率，同时为一便了工程资料、文档的完整归档。

2 系统总体构思

上海地铁M8线整个工程由M8线项管部统一管理，下以标段为单位由各标段项目经理负责。整条线共分为十一个标段，标段的管理人员都驻工地现场，工程管理人员分散在这种情况下，工程信息的交流、汇总传统的方法是电话、传真以及纸质文档的递送，信息传送不及时，效率比较低。因此，建立M8线PIS的思路是建立统一的信息平台，所有管理人员都可以通过这个平台交流、查询工程信息，在保证信息平台中信息的及时性、接受信息的方便性的前提下，工程管理的效率即可以大大提高。

基于以上思路，即可以通过B/S( Brower/Server浏览器/服务器)架构，建立信息管理系统服务器，为整个项管部营造一个信息沟通与协作的共享环境，使所有工程信息的、资料归档、查询等均通过标准的WEB界面完成。同时借助于Internet技术，各工地均可以随时随地连接到PIS中，获取工程信息，对工程进行管理，保证信息的及时性。同时，采用数据库技术，将所有工程资料全部放人中央数据库进行保存，保证工程信息的完整性。系统结构如图1所示。

3 系统技术要点

M8线网络文档管理系统作为一个PIS系统，将PIS的一些通用技术与工程实际相结合。它的成功开发，为今后类似系统的开发积累了宝贵的经验。

3.1 系统的B/S架构

M8线网络文档管理系统所采用的是B/S架构，是目前较为流行的PIS系统的架构方式。采用该架构的优点在于:①仅需要开发服务端程序，开发、维护工作量小;②用户访问采用标准的浏览器界面，容易操作;③系统运行于服务器，对用户硬件配置要求低:①访问时不需专用通讯线路，系统使用时没有时间、地域等的限制。然而，与目前流行的另一种架构形式C/S ( Client/Server)相比，该架构也存在着一些不足，主要是:①功能开发受限制较多，功能相对较弱;②开发难度相对较大;③安全性相对较低。在PIS的开发需要根据实际情况采用相应的架构形式，在M8线网络文档管理系统中，考虑到工地分散、用户方便操作、维护升级方便等因素，采用B/S架构是最适应工程需要的解决方案。

3.2 系统数据库

在整个系统中，数据库用于保存所有系统信息，是整个系统的核心。数据库系统的选取需要考虑整个数据库中需要保存的信息容量大小、数据库系统本身的稳定性以及数据库系统的兼容性等多种问题。M8线网络文档管理系统中，服务器端采用了Microsoft SQL Server 2000系统架设中央数据库保存信息。

数据库的设计是开发过程中非常重要的阶段。M8线网络文档管理系统共涉及了包括文档、进度、投资等数十种信息，在将这些信息设计成数据表进行存储时，需要充分考虑各相应信息之间的关系，使数据表建立后，既可以储存所有信息，又最大限度的减少冗余数据，同时，对信息进行查询时，又可以方便快速的根据找到需要数据。如在设计用于保存工程进度信息的数据表时，需要考虑保存进度项目设置信息、各进度项目计划工程量信息、各进度项目的实际进度工程量信息等;在输人数据后，又需要根据输人的时间等参数，方便的查询工程进度。

3.3 系统安全

由于PIS系统在管理工作中的地位重要，因此其信息的安全性也是在开发中需要考虑的囚素之一。系统的安全性主要包括在以下几个方面的内容:

(1)系统自身的安全性，指的是整个系统是否安全，会不会受到攻击或是由于病毒破坏，造成系统崩溃;

(2)信息的安全性，指的是系统内的信息会不会由于种种原因而泄露;

(3)数据本身的安全性，指的是系统数据会不会由于程序错误等原因造成数据的丢失或数据库的毁坏。

对于以上几种情况，在M3线网络文档系统中均采取了相应措施，以保证系统的安全。

(1)系统在硬件上采用了CISCO公司的防火墙，可以有效阻止对服务器的攻击。服务器端安装Symantec Antivirus企业版病毒防火墙，及时升级病毒库，保证服务器端系统不受病毒侵害。同时，实行多机备份，在主机瘫痪的情况下，可以及时启动备份，保证系统稳定运行。

(2)在程序编制时，通过各种加密手段，对系统进行加密，保证系统不被非法用户侵人。同时建立完善的用户管理体制，对不同用户分别赋予不同的权限，使其查询信息的范围受到限制，最大限度保证信息安全。在用户管理休制下，用户权限的授予、修改、收回等均处于可控状态。

(3)程序编制时，针对各种误操作均采取了相应应对措施，保证数据不会由于误操作而丢失;在数据库设计时，对关键数据表设置冗余校验字段，在对该数据表进行操作时，首先校验数据完整性，保证关键数据不会出错。同时，自动对系统数据进行备份，一旦数据出现损坏或系统出现故障，可以及时恢复，把损失减至最小。

4 系统应用

M8线网络文档管理系统的开发历时一年多，从2003年4月正式使用至今，其间修正了功能上的种种不足，目前已稳定使用。该系统目前己具备的功能如图2所示，共分为9个大类，其中每个大类中又有若干个子项。

在系统应用后，逐步改变了M8线项管部对工程进行管理的方式，工程信息的均通过系统进行，文档、资料的查询也可通过系统方便及时进行，大大提高了工作效率。同时，由于工作效率的提高，以往需要跑工地才能了解的工程进度、工程发生问题等，也只需要通过系统即可方便反映，大大节约了管理成本。更为重要的是，以往长期无法解决的工程文档的归档问题得以很好的解决，工程文档归档的完整性有了很大提高。

在整个应用过程中，有以下几个问题需要强调:

（1)强调反馈与沟通的作用

系统使用人员应当及时反馈使用情况，同时开发人员应该与使用人员进行沟通，从而对系统不断进行调整，以满足用户对系统功能的需求以及用户实际的使用习惯。否则，系统开发完成后，系统难免与实际情况有所出人，影响系统应用。

（2)强调领导的作用

在采用PIS用于辅助管理的初期，员工由于对系统本身不熟悉，同时又要输人大量数据，再加上系统初期的不稳定或不符合工程使用习惯等因素，系统的优点不明显，系统的推广使用具有一定的难度此时只有部门领导坚持使用PIS，才能使整个部门逐渐接受PIS，从而逐渐发挥PIS作用，提高工程管理的效率。

5 小结

在地铁的大规模建设中，采用PIS可以大大提高工程管理的效率和水平、在开发这样的系统时，需要结合实际情况确定系统的架构方式、数据库组成等，同时需要考虑T程实际，以适应T程使用的需要。系统开发完成后，使用过程中开发人员需要与使用人员及时沟通，解决功能上的不足。另外在使用过程中使用单位的领导能够足够重视的话，将对系统功能的发挥有很大的促进作用。

参考文献

1. 王宝中，王旭萌.信息管理系统在施工企业的应用.施工技术，200l（12）:14-16.

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关键词：城市轨道交通信号联锁设备轨道电路列车自动控制基于通信的列车控制

Abstract：Along with the advancement of urbanization construction, more and more cities begin to build up Urban Rail into use. So control of Urban Rail traffic signal system becomes very important. Introduce the composition of the Urban Rail traffic signal system function and principle, urban rail traffic signal application in urban rail traffic.

Keywords：Urban Rail traffic signals, Interlocking Equipment, Track circuit, Automatic Train Control, Communication Based Train Control.

中图分类号：C913.32文献标识码：A 文章编号：

随着城市人口的增加和客流量的增大，很多城市的交通已经越来越不堪重负，在每个城市，除了公路交通外，城市轨道交通越来越成为解决城市交通压力的一种途径，由于城市轨道交通的方便、舒适和快捷，使得越来越多的城市都在修建城市轨道。城市轨道交通有地铁和轻轨，为了保证其运输的高效性和安全性，城市轨道交通应用了高技术的信号控制系统，由于控制城市轨道交通系统的信号系统在整个城市轨到交通系统中起到非常重要，因此，弄清城市轨道交通信号系统的原理对维护人员来说显得至关重要，只有信号系统的安全可靠才能保证市民能够安全、舒适、快捷的出行。

城市轨道交通信号系统主要由列车自动控制（ATC）系统、联锁设备、轨道电路等组成。

列车自动控制（ATC）系统是城市轨道交通信号系统最重要的组成部分，它实现行车指挥和列车运行自动化，能最大限度的保证列车运行的安全，提高运输效率，减轻运营人员的劳动强度，发挥城市轨道交通的通过能力。

ATC（automatic train control）系统由列车自动防护（ATP—automatic train protection）、列车自动运行（ATO—automatic train operation）和列车自动监控（ATS—automatic train supervision）三个子系统构成。

ATP系统分为轨旁ATP和车载ATP，负责对列车的运行进行保护，对列车进行超速防护、车门监督和速度监督，保证列车的安全间隔。

ATO系统分为轨旁ATO和车载ATO，主要实现“地对车控制”，即用地面信息实现对列车的驱动、制动，并送出车门和屏蔽门同步开关信号。

ATS系统分中央ATS和车站ATS主要实现对列车运行的监督和控制，包括：列车运行情况和设备的集中监视、自动排列进路、自动列车运行调整、自动生成时刻表、自动记录实际列车运行图、自动进行数据统计以及各种报表的自动生成，辅助调度人员 对全线进行管理。

联锁设备有中央联锁系统和车站联锁计算机，主要对室外设备信号机和道岔进行控制，排列列车进路并传送进路信息给轨旁ATP/ATO。

轨道电路主要用于传送轨道电路信息和ATP报文信息。

下图是城市轨道交通信号系统的控制框图：

在控制中心设备正常情况下，中央ATS系统发出排列进路的指令，中央联锁工作站通过车站联锁计算机进行进路的排列，即转换道岔和开放相应的信号机。另外一方面，中央ATS通过车站ATS分机传送信息给乘客向导系统PIIS，用于显示时间，语音等乘客需要的信息。室外道岔、信号机和轨道电路的信息通过计算机联锁设备传给控制中心，控制中心需要这些信息作为依据向轨旁设备发送信息。

轨旁ATO一般兼做轨旁ATP，轨旁ATP不断将计算联锁设备和操作层面上的信息、线路信息、前方目标点的距离和线路允许速度等通过车地通信设备在传送给列车的车载设备，车载设备接收接收到这些信后计算出列车允许运行的速度曲线。

轨旁设备发送给车载设备的信息还包括，车辆车门开启命令、列车号的确认、列车长度、性能修改数据、出发测试指令、车门循环测试、主时钟参考信号、跳停指令、搁置指令等，这些信息其中可变数据自于控制中心ATS，固定数据固化于轨旁设备中，车载设备收到这些信息对列车进行相应的控制。另外车载设备也将列车的状况信息传递给轨旁设备，再由轨旁设备传给控制中心。

在列车底部装有雷达测速单元，测出的列车运行速度信息也传递给车载设备，车载设备将此速度和列车允许运行的最大速度进行比较，由车载ATO对列车进行控制，若运行速度超过曲线所允许速度，车载ATO则实施列车制动。

轨旁设备和车载设备交换信息的车地通信设备一般有一下几种：

通过轨道电路进行传送

轨道电路不仅可以进行列车占用的检测，也可给车载设备传递报文信息。轨道电路空闲时，向联锁系统传递轨道电路信息，当列车占用轨道时，通过切换装置，停止轨道电路信息的发送，由轨旁设备开始向钢轨连续发送ATP报文信息，在列车底部装有接收和发送设备，可接收到信息传递给车载设备，同时也可以向地面发送列车信息。

通过轨间电缆传送

单独沿着钢轨铺设一条线路，专门用于传送ATP报文信息，此方法安全可靠，但费用较高。

通过点式应答器传送

在轨道电路的某些点设置应答器，应答器的设置又分为固定数据应答器和可变数据应答器。其中固定数据应答器用于存储固定数据，可变应答器通过控制中心获取数据，列车底部装有接收和发送天线，列车行驶通过应答器的时候感应到应答器的信息，可以双向进行数据的交换，由于这种信息的传送不是连续的，而是在某些点才会收到，所以称之点式ATC。

通过无线方式进行传送

用无线方式进行无线车地通信时，车载ATP/ATO的功能由控制中心实现，通过无线交换器和轨旁无线单元AP与车载无线通信设备进行数据的交换。通过无线方式进行传送的城市轨道交通信号系统一般称之为基于通信的列车控制（Communication Based Train Control，简称CBTC）系统，其轨道电路的检测一般采用计轴系统作为后备模式。

通常一个控制中心可控制一条线路的所有车站，当控制中心设备故障时，为了保证不让整条线路瘫痪，在车站设有车站现地工作站和车站ATS远程控制单元。控制中心故障后，车站工作人员可通过车站现地工作站进行操作来实现联锁计算机的功能，ATS远程控制单元可代替中央ATS系统向联锁系统和轨旁设备发送相关信息，此时ATS远程控制单元所具有的信息不全面，但能够保证列车在本站的正常运行。

整个城市轨道交通信号系统其宗旨在于控制列车，一方面提高运输效率，两一方面保证列车安全可靠的运行，其控制总体来说分为中心控制和车站控制，车站控制作为中心故障后的一种后备模式。控制中心ATS系统掌握所有车站和列车的状况信息，将信息和指令下发后，由联锁系统开通进路，由ATP进行列车防护，ATO进行列车控制，实现整个城市轨道交通信号系统的功能。

参考文献：

【1】林瑜筠 《城市轨道交通信号》北京，中国铁道出版社，2011年

【2】吴汶麒 《城市轨道交通信号与通信系统》北京，中国铁道出版社，2003年

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关键词:信号系统;安全性;可靠性

1概述

轨道交通系统作为大容量的公共交通工具，其安全性直接关系到广大乘客的生命安全。信号系统作为保证列车运行安全，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，在轨道交通系统中有举足轻重的地位，通常由列车自动控制系统(AutomaticTrainControl，简称ATC)组成。ATC系统包括列车自动监控系统(AutomaticTrainSupervision，简称ATS)、列车自动防护子系统(AutomaticTrainProtection，简称ATP)、列车自动运行系统(AutomaticTrainOperation，简称ATO)。其中，ATP主要对行驶中的列车进行监控和安全防护，避免其出现联锁备或自身系统中出现问题故障而影响列车运行安全。ATS对列车的实际运行情况进行监督与控制，可使行车调度工作者对整个线路的列车进行全面、系统、完整的管理。ATO则通过分析地面情况来对列车进行控制，避免列车在行驶中突然加速或减速，提高列车运行的舒适性和节能性。3个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，实现地面控制与车上控制结合、现地控制与中央控制结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的列车自动控制系统。

2轨道交通信号系统的安全性分析

对于轨道交通信号系统而言，安全性主要是指行车的安全和乘客的人身安全。在列车的行驶过程中，无论是因为设备出现故障，还是因为电路、软件出现问题，都可能会影响到列车的正常行驶，而由此造成的误动或错误操作，极有可能造成严重的安全事故。为此，在轨道交通信号系统的设计与应用中，应该以故障－安全为原则。在此过程中，需要解决的问题主要包括轨道数据处理、数据采集与驱动以及数据传输等三个方面的故障－安全问题。可以采用当前先进的计算机技术，如容错技术、故障检测和诊断技术以及多重化技术等，均能够为提高轨道交通信号系统的安全性提供技术支持。

2．1ATS系统

在控制中心设立两套ATS系统，互为热备份，即其中的一个系统在线时，另一个系统也在不断更新其数据信息，当出现故障需要切换时，热备份系统在很短时间内完成对轨旁信息的扫描，从而保证系统获取最新的数据。各车站和车辆段ATS系统通过冗余配置的网络通道和控制中心ATS连接，实现信息交换，以保证某点或某段通信信道发生故障时，系统仍能正常工作。ATS系统采用DCS系统提供的接口独立组网，实现信息的安全独立稳定传输。ATS采用集中控制的方式，可以减少系统维护工作，并且减少沿线工区和人员配置。车站自动控制为控制中心自动控制的降级模式，当控制中心设备故障或者控制中心与车站通信网络故障，造成控制中心ATS子系统无法正常工作时，系统自动降级为车站自动工作模式，此时ATS本地系统根据本地服务器中存储的时刻表信息继续进行进路自动办理。

2．2ATP系统

由于ATP系统主要是对列车的设备和系统进行安全监控，因此其安全性设计应该将重点放在保证设备系统安全上。首先，ATP系统可以利用双层网络与全冗余的模式来进行设计，将系统中的所有设备都设置相应的冗余接口，并做好备份，以保证系统某个节点出现故障后系统也可以不受影响而正常运行。其次，编码软件也可以利用冗余技术，且编码中不可出现循环语句，这样是为了保证某个编码控制程序出现中断后可以继续对系统进行控制，且不会形成死循环的问题。第三，为了进一步保证系统的安全性与可靠性，对于一些较为重要或者较为容易出现故障的设备，应该进行双重备份。同时，为了避免强信号对系统产生干扰，还要在电路中设计一定的防冲击电路和防干扰措施。这样才可以很好地保证系统的安全运行。例如地面ATP子系统一般采用“二乘二取二”安全冗余设计，带独立“故障－安全”检验的安全冗余系统，其硬件平台从硬件设计上采用了“二乘二取二”结构、双系并行工作的“二乘二取二”安全计算机系统，内部通信和外部通信都采用冗余通道设计。双系之间采用隔离技术，对其中一系进行维修与替换不会对另外一系以及其他子系统正常工作有任何影响，任何一个计算机或网络设备不能正常工作，整个系统仍可继续正常运行，不会导致其他子系统的无故切换。

2．3ATO系统

作为以地控车的控制系统，ATO系统自动完成对列车的启动、牵引、巡航、惰行和制动的控制，以较高的速度进行追踪运行和折返作业，确保达到设计间隔及旅行速度。当其因故障无法自动运行，应该能够尽快转入人工操作的程序中，以保证列车安全运行。同时，在系统的运行中需要大量的实时数据，因此数据传输应该首先循环传送。为了保证行驶中的列车和地面工作站点之间可以随时联系沟通，在列车出站之前，要对ATO系统进行检查，尤其是要对接口处进行仔细检查，以保证系统的安全工作。ATO系统主要与列车控制系统非安全性的功能相关，深圳地铁7号线车载ATO子系统在车头、车尾各设置一套，单套ATO子系统采取双机热备的冗余架构，若一系出现故障，可自动切换为备机工作。

3轨道交通信号系统的可靠性分析

对于系统可靠性要求，目前一般以平均功能故障间隔时间(MeanTimeBetweenFunctionalFailure，MTBFF)和平均故障间隔时间(MeantimeBetweenFailure，MTBF)两个参数作为定量可靠性性分析指标。规定系统的MTBFF应考虑影响系统完成规定功能的所有故障，系统的MTBF则既包括影响系统功能的故障，也包括不影响系统功能完成(例如由于设备冗余)的所有故障。考虑实际应用系统的特点，在对现场的城市轨道交通信号系统评估时，MTBF作为基本可靠性的特征量，应反映出系统对维修人力、费用及备品备件的需求。如果一个系统基本可靠度低，即便任务可靠度满足要求，也会导致该系统维护成本太高，不能说该系统是一个可靠的系统。因为，只要有设备故障，即使由于设备采用冗余并没有影响系统功能的完成，却仍马上需要有维修人员进行诊断、维修或更换备件。而软件故障是指软件设计的缺陷在一定的运行条件下，导致系统运行中出现可感知的不正常、不正确和不按规范执行的状态。任何软件内部缺陷引起的错误，不在用户维修范畴内，并且用户也无法维修，因而考虑软件故障，并不能考察出系统对维修人力、费用和备品备件的需求。因此，针对城市轨道交通信号系统，MTBF应主要考虑硬件故障。MTBFF则应综合考虑硬件故障与软件错误，考察系统在规定的任务剖面中完成规定功能的能力。随着现代信号系统中采用计算机(包括微机、单片机)越来越广泛，由软件来承担安全和可靠性需求的比重越来越大，因而软件的可靠性在完成系统功能方面往往起着至关重要的作用。实际运行的故障统计也表明，由于软件缺陷引起的系统功能失效约占故障总数的70%。因此，只有综合考虑软件故障和硬件故障，才能全面准确地衡量系统完成规定任务的可靠度。综上所述，信号系统可靠性指标可以参考国际相关标准，明确MTBF主要考虑硬件故障以衡量系统对维修人力、费用及其备品备件的要求;MTBFF综合考虑软件和硬件故障，以便准确考察系统完成规定功能的能力。例如在城市轨道交通中，由于ATP系统在正常驾驶模式下使用是惟一能连续控制列车运行，并长期确保列车安全运行的驾驶模式。降级驾驶模式是ATP系统出现故障情况下，在限速条件以人工驾驶来降低列车运行风险所采用的一种驾驶模式。不过，该模式并不能避免所有风险，所以要求正常驾驶模式必须非常稳定可靠，以尽量减少采用降级驾驶模式。鉴于上述因素，在国外城市轨道交通工程中，提出ATP系统正常驾驶模式的可靠性必须高于99．99%。参考相关的技术标准，计轴设备平均无故障工作时间≥1.75×105h;BTM天线≥2．5×105h;雷达传感器在40℃环境温度下，平均无故障时间≥1．66×105h;速度传感器平均无故障时间≥1×105h。

4轨道交通信号系统安全性与可靠性的关系

信号系统的安全性与可靠性相辅相成，并且相互影响。可靠性是衡量系统在规定的时间内、规定的条件下完成规定功能的能力，而系统的安全性是衡量系统在发生故障时不致产生危险侧输出的能力，二者密不可分。系统的可靠性越高，其发生故障的概率越小;系统的安全性越高，发生故障时产生危险侧输出的概率也就越小。

参考文献:

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关键词：城市轨道交通 CBTC 施工

0 引言

城市轨道交通信号技术的发展，历经了大致三个阶段。初创阶段、过渡阶段、发展阶段。从1994年至今，我国城市轨道交通建设进入快速发展期，随着计算机技术（Computer）、通信技术（Communication）和控制技术（Control）的飞跃发展，向传统的以轨道电路作为信息传输载体的列车运行控制系统提出了新的挑战。综合利用3C技术代替轨道电路技术，构成新兴列车控制系统已成必然。用3C技术代替轨道电路的核心是通信技术的应用，目前计算机和控制技术已经渗透到列控系统中，称为：基于通信的列车运行控制系统（Communication Based Train Control），简称CBTC。

1 概述

CBTC系统是新型的城市轨道交通ATC系统，是一个安全、可靠、先进、适应线性电机运载、基于无线通信的列车运行控制系统。它由计算机联锁系统、移动闭塞式列控系统（APT/ATO）、自动监控系统（ATS）三个子系统构成。它们分为中央层、轨旁层、通信层、车载层四个层级，分级实现ATS功能。如图一所示。

图一

中央层分为中央级和车站级。在中央级，实现集中的线路运行控制；在车站级，为车站控制和后备模式的功能提供给车站操作员工作站（LOW）和列车近路计算机（TRC）。

轨旁层沿着线路分布，它由计算机联锁、移动闭塞式列控系统、信号机、计轴器和应答器等组成。它们共同执行所有的联锁和轨旁ATP功能。

通信层在轨旁层和车载设备之间提供连续式和/或点式通讯。

车载层完成移动闭塞式列控系统的车载ATP和ATO功能。

2 CBTC系统的优点

CBTC系统是现代轨道交通列车运行控制系统的发展趋势，是近几年来国际国内推荐使用的一种闭塞制式。在国内各大城市已经广泛采用：如北京、上海、广州等。 基于通信技术的列车控制（CBTC）移动闭塞系统采用了先进的通信和计算机技术，可以连续控制、监测列车运行。它摆脱了使用轨道电路判别闭塞分区的占用，突破了固定（或准移动）闭塞需要固定的区间分区的局限性，较以往系统具有更大的技术优越性。

3 施工重点

3.1 施工调查

地铁信号工程是地铁系统工程的最后一个环节，施工条件受装饰、铺轨进度的制约，因此施工前期的调查，是我信号专业人员安排和施工部位先后顺序制定的重要依据。在本阶段中，主要对其他专业进行详细的调查，这是整个工程中比较重要的一部分，如隧道专业、轨道专业、机电装修专业及通信专业等施工进度的调查、作业区域照明、临时电、空气质量调查等。

3.2 设备安装

所有地铁信号系统的室内、室外设备必须严格按照相应的操作手册和使用说明书进行安装和调试。在设备开箱过程中，注意对设备进行保护，避免撞击，刮伤。要注意防潮防尘，以及随机附件的收集整理，因为大部分附件都是要等到安装接近完成时才用到，为防安装过程中，出现丢失，因需设置专人负责保管。开箱后要做好相应的记录，比如机柜是否为本站标识、机柜外观有无缺损及机柜内是否有缺件情况等。设备安装时，应严格按照厂家说明书，准备相应工具。严格按照验收标准进行安装。

3.3 电缆敷设：了解铺轨专业的铺轨进度，因为铺轨进度会影响弱电电缆支架的安装。了解弱电电缆支架的安装情况，要求其安装电缆支架以便信号电缆敷设。了解各区间电缆敷设所需的电缆如何到达敷设现场，通常有三种方法，一是利用铺轨专业施工单位的龙门吊将电缆盘吊至施工轨道车平板上，再由轨道车运至敷设电缆现场比较近的站台或隧道口空地上，派人看守等待敷设。二是调查各站排风口是否能直接到站台层或者合适的轨排井，利用吊车将电缆盘通过排风口或轨排井吊至空地存放电缆，派人看守等待敷设。三是人工通过地铁进出口进行电缆倒盘，同样可以将电缆运至站台层。这种方法需要大量的人力并且消耗的时间比较长，通常为了避免影响其他专业施工，选择在晚上作业。

4 施工安全

4.1 人身安全

进入地铁施工工地时，必须带安全帽，穿荧光服。进行电器操作时，必须穿绝缘鞋，戴绝缘手套或其他绝缘配件。从事高空作业时，必须使用安全带。在有粉尘的环境下施工，必须使用防尘面具。在其它有可能危及人身安全和身心健康的环境下，施工时也必需使用相应的安全防用品。高处坠落也是地铁施工的常发事故。地铁线路有各种电缆、管线的预留孔，如果未经防护便成为不折不扣的陷阱，因此在现场施工要多留心，以防高处坠落。轨行区是信号施工的主要场所，信号电缆敷设、轨旁设备安装、道岔与信号机安装等主要工序都是在轨行区。建设管理单位对此有严格的管理办法，我们在施工中，除了执行必需的登记要点制度外，采取防护措施同样必不可少。

4.2 用电安全

工地临时用电，应根据批准的施工组织计划申请供电，用电时应遵守供电部门的规定。电气设备和电动施工机具外壳必须保护接地或保护接零。室内外使用的电动机具，照明设备，开关，插座不得受潮或雨淋，电烙铁应放在支架上，用完后立即断开电源，严禁将电烙铁，电炉接通电源后离开。隧道内临时使用电源时，电源线应使用符合规定的电源线，使用前应对电缆盘，电缆进行检查，如有破损，不得使用。要认识到临时施工用电安全的重要性，地铁施工多在地下，环境潮湿，易发生触电事故。施工用电要严格执行临时用电技术规范，坚持一机、一闸、一漏、一箱制，从根本上杜绝触电的可能。另外，电缆、电源屏及机柜的装卸都是不容忽视的危险源，设备租用必须遵守租赁、检验制度、相关人员持证上岗制度。

4.3 高处作业安全

高处作业人员必需进行身体检查，不能让患有高血压，心脏病等不适合高处作业者从事高空作业。凡属高处作业，必须系好安全带，安全带应扎在不会滑出的主体结构上。高处作业点下方不得有人逗留，作业人员应戴安全帽，严禁上下抛掷工具，材料，严禁将工具，材料放在机柱顶或其它不易放稳的地方。