地铁信号技术的发展与应用

地铁信号技术的发展与应用

众所周知，由于基础设施建设的成本高，地铁和轻轨交通系统通常采用高密度和高密度的运营，因此必须依靠先进的通信信号设备进行控制和管理。由于中国地铁建设的缓慢，严重限制了地铁信号行业的发展。不仅没有系统设备，也没有独立设备的发展。20世纪90年代，中国地铁开始引入国外的先进信号设备。采用引入装置后，地铁列车的跟踪间隔大大缩小，识别能力也得到了提高，但引入装置的价格和维护费用很难被接受。因此，我们迫切需要对全球铁路信号设备进行全面的现代化研究。本文拟对中国地铁信号技术的发展进行分析研究。1国内外基于地铁技术的发展现状和技术特点1.1国外地铁信号系统的发展目前我国只有北京、天津、上海和广州建成了地铁.其中只有北京地铁建设时运用的设备大多是国内自己研制的.如电气集中、有绝缘移频自动闭塞、机车信号和自动停车、单轨条轨道电路,以及与此配套的信号电源、扼流变压器、信号机、分线柜等,在北京地铁一线和环线工程中推广使用.目前这些设备还在环线继续使用;一线除电气集中外,则采用了英国西屋公司的设备.调度集中CTC(CentralizedTrafficControl)成套设备随北京地铁的建设一直在研制更新,由于种种原因,直到90年代初,才研制出稳定运行的计算机化CTC.世界各发达国家的地铁信号技术装备,都采用了先进的无绝缘轨道电路技术,有的可以向列车发送速度限制信息,如英国西屋公司和美国GRS公司的系统,有的还可向列车发送自动驾驶用的各种信息,如德国西门子公司的系统.德国Alcatel-Sel公司的系统,更是采用了铺设于轨道间的交叉电缆作为传输通道完全实现了车与地双向数据传输.在这些信息传输媒介的基础上,先进的地铁信号系统还包括:列车超速防护ATP(AutomaticTrainProtectionSystem)、列车自动驾驶ATO(AutomaticTrainOperationSystem)、列车自动监控ATS(AutomaticTrainSupervisionSystem)和微机联锁SSI(SolidStateInterlocking)设备.其中ATP可靠性非常高,全部实现了真正意义上的故障安全,即系统故障后导致列车停车;ATO可实现高精度的运行时分控制、定点停车控制和节省能源控制;ATS实现列车运行图动态规划与调整.1.2针对地铁信号技术的发展特点(1)缩短追踪间隔,提高乘车舒适性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.通过自动驾驶,以提高旅客乘车舒适度;提高停车精度从而实现站台门控制,以改善乘车环境,确保旅客安全等.(2)atc的子系统间由于ATC系统是为了实现优化列车运行控制,各子系统之间必然存在分工与协作问题,显然协作的好坏直接影响到系统的性能.随着计算机、控制、通信与信息技术的发展,为ATC系统化建设准备了物质条件.各发达国家的ATC系统各子系统间都有高容量的信息交换接口,在计算机的管理下,有条不紊地控制、管理着整个交通系统中的列车运行.(3)地铁信号系统的现状由于信息是控制的基础,无论ATP还是ATO及ATS控制,都需要地车甚至车地通信.两个代表性信息传输方式分别是数字编码无绝缘轨道电路方式和轨间交叉电缆传输方式.目前数字编码无绝缘轨道电路方式在应用数量上占据了明显优势,而轨间交叉电缆传输方式只在特别强调运输密度的场合下才应用.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,但目前基于无线通信方式的地铁信号系统还没有开通的先例.(4)信号系统的监控管理以及维修管理信息系统除了设备本身需要进行可靠性控制外,由于地铁交通空间狭窄,运输密度高,设备故障对系统的影响非常大,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.2中国长距离技术的发展是一个重要的问题2.1地铁交通用量及信号系统由于各城市规模不同,即使同一城市的不同区域流动人口密度也不同,因此所需地铁运量也就不同.地铁交通运量大致可分为高密度(运行间隔2min左右)、中密度(运行间隔3~4min左右)、低密度(运行间隔5min及以上).为了确保正常实现所需密度的运输,至少要配置不同的信号系统技术方案.(1)地面发送设备对于低密度运营线路,其运量相对于干线铁路来讲完全有必要建立CTC,以实现对行车间隔的优化控制及对外提供列车到发时刻信息.ATP作为安全的基础设备是任何系统所必需的,无论选用低档次的台阶速度控制方式的设备,还是选用模式曲线控制方式的设备,都能满足追踪间隔要求.地面发送设备可以采用信息量较少的无绝缘轨道电路甚至有绝缘移频轨道电路.当然轨道电路要求集中设置,以提高可维护性;要求与联锁设备接口,以简化发码序列控制.SSI作为安全的基础设备,它比传统的继电联锁设备节省空间、功能强、接口方便,更适用于地铁系统而成为必需采用的设备.它只设在有岔车站,并控制周边的无岔车站.车辆段设备不需要专门设计,只在车辆段采用一套SSI设备.为了信号设备的维修及测试,需要设计安装一套完整的ATP发送设备.(2)车辆段的主要参数,设置了ssi设备.在合理的模式下,对地面信息进行了调整,从总体上提出了对于中密度运营线路,由于ATS具有更优的控制性能,建立ATS应认为是应该的,虽然CTC也大致满足运营要求.可在部分车站安装发车定时控制显示器和车辆自动识别设备.ATP设备是必需的.车载设备可采用分级速度控制方式,也可采用先进的模式曲线控制方式.地面信息的发送方式可采用信息量较少的无绝缘轨道电路.当然有绝缘移频轨道电路也能满足要求,只是系统性能上不协调.ATO设备可选,它可带来控制水平的提高和安全性的提高,人员节省的作用不明显,但成本会有一定提高,从经济效益上讲有些不值.SSI是必需的,理论上讲对其控制性能、接口功能、辅助性能等有较高要求.车辆段设备需要专门设计.车辆段应安装SSI设备,保证行车安全;设置车辆控制中心,实现车辆与乘务员的调度管理;安装一套完整的ATP直至ATO的发送、测试设备,可供信号设备日常维修及测试.(3)车辆段的性能要求高密度运营线路,必需建立ATS系统,性能应先进,应负责行车调度、管理及ATO控制.站内应安装发车定时显示器,以及车辆自动识别系统.ATP设备是必需的.车载设备应采用模式曲线控制方式以缩短追踪间隔.地面信息的发送方式采用信息量较大的环线或无绝缘报文式轨道电路.信息量较少的无绝缘轨道电路也可满足要求.ATO设备是必须的,但成本会有一定提高.它能明显提高运行密度,同时带来节能、舒适、安全等辅助效果,但人员节省的作用不明显.停车精度一般要求<50cm,如果有站台屏蔽门,精度要求<30cm.高性能的SSI是必需的.车辆段设备需要专门设计.SSI设备、车辆控制中心、ATP/ATO测试设备必需设置.2.2地下通道行业的发展(1)性能高效的信号设备最近10年,干线铁路结合技术引进,在具体设备研制方面已经取得了巨大成绩.针对干线铁路,成功地研制推广了大量车站微机联锁设备,在干线运用的机车大量地安装数字化机车信号和ATP设备,许多干线区段装设了调度监督、调度集中等设备.这些设备的正常运行,保证了铁路行车的安全和效率.为了满足干线提速及高速建设的需要,目前正在进行提速及高速车载ATP设备的研制.另外还在开发/试验干线无绝缘轨道电路,完善运行图铺画与调整软件等.这都为地铁信号设备国产化奠定了物质基础.针对北京地铁环线,电子总公司研制了计算机化的SCC-1型CTC并于1994年1月正式投入运用,该系统运行稳定可靠.北方交通大学为北京地铁环线研制的机车信号设备与ATP设备正在北京地铁环线进行运行试验.我国新近需要建的地铁,在建设及使用前期一段较长时间内,运量大都为中、低密度,国内信号产业完全有能力以较高性能价格比提供这种设备.(2)信号系统的互联互通目前我国在地铁信号方面,已研制出ATP、SSI、CTC等设备,只是新型ATO和ATS设备研制还没有起步.对于ATS,作为其核心技术的运行图调整技术已基本解决.作为实现ATP、ATO基础之一的新型无绝缘轨道电路,我国应立即进行开发和研究.为了实现优化控制,各设备应进行数据交换,先进的信号系统中轨道电路、ATP、ATO、ATS以及SSI之间必须有标准信息接口.3中国应该采取针对地铁信号技术的措施3.1建立新的机制(1)信号工艺技术的上年度投资和注国家主要要进行政策性、方案性研究的投资,并制订各种标准.信号技术装备产业化研究的投资应由企业来支付.国家为了行业保护,为了今后信号产业的发展,可以进行部分投资.而其它资金应以入股的形式多方筹集.(2)投资加大国家项目投资力度,不致使研究部门因项目经费不足,而因陋就简、草草了事,这反而会造成巨大浪费.(3)建立企业技术保护数据库,发挥其可持续发展作用国家投资项目的成果归属应有明确的政策,要制订出一些原则、规范、标准,以最大程度地发挥其社会效益.国家或行业部门应建立完善的数据库,便于他人查找参考.企业投资的成果要进行知识产权保护,以鼓励通过技术创新来获得效益