刘净 陈燕
摘 要：该文简要介绍了我国城市轨道交通的发展现状，通过对全自动驾驶、车-车通信、互联互通等新技术原理及特点的分析，探讨其在提高行车效率、保障行车安全、降低运营成本等方面的作用。在未来的城市轨道交通的规划建设中，要顺应时代的需要，充分利用不断发展成熟的信号系统新技术和计算机信息技术，助力城市轨道交通向智能化、自动化不断迈进。
关键词：城市轨道 新技术 发展 全自动驾驶 互联互通 车-车通信
中图分类号：U239 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）09（a）-0021-03
Abstract： This paper briefly introduces the development status of urban rail transit in China. Through the analysis of new technologies such as full-automatic driving， vehicle-to-vehicle communication and interconnection， it explores its role in improving driving efficiency， ensuring driving safety and reducing operating costs. In the planning and construction of urban rail transit in the future， it is necessary to meet the needs of the times， make full use of the new technology of signal system and computer information technology， and help urban rail transit to move forward towards intelligence and automation.
Key Words： Urban rail; New technology; Development; Full-automatic driving; Interconnection; Vehicle-to-vehicle communication
近年来，伴随着我国经济的飞速发展以及城市化进程加速，城市轨道交通发展迅速，目前我国已经有39個城市开通了城市轨道交通线路，运营里程超5800km，客运量超200亿人次，在开通城市数量、运营里程、客运量均居世界第一。信号系统作为城市轨道交通的重要组成部分，建立起零散轨旁设备之间的联系并有效控制，保障列车运行安全，实现高效有序的行车组织。
随着通信与计算机技术的发展，全自动驾驶、车-车通信、互联互通等新技术逐步走上历史舞台，城市轨道交通向着自动化、智能化的方向迈进的。这些新技术在提升效率、降低成本上较传统CBTC信号系统具有明显优势，可靠性也更高，是未来智慧城市轨道交通信号系统的发展方向。
1 全自动驾驶FAO
1.1 全自动驾驶日常运行场景
全自动驾驶FAO是列车ATO的延伸，可分为DTO和UTO。DTO自动驾驶模式无司机但有人值守，正常情况下列车自动运行，只有在异常情况下才由值班人员介入控制。UTO自动驾驶模式既无司机也无人值守，完全自动驾驶，可有效应对大多数异常情况。
全自动驾驶的列车在库区自动唤醒，上电后综合自检，自检正常后自动行驶，经转换轨进入正线并自动升级至CBTC按列车时刻表运行，全自动完成区间运行、到站停车、开关门作业、自动发车、自动折返等操作，完成当天运营任务后自动回库并对位停车，上传当天运行数据并自动断电休眠[1]。
1.2 全自动驾驶关键技术
相较于CBTC系统，FAO系统设置备用控制中心，主备中心服务器及接口设备应热备冗余;车站增设车辆监控与乘客服务功能服务器，增设车载专业FEP，与站台门通信;车辆段设置人员防护开关，检修库内增设休眠唤醒应答器，车辆基地内增设无源应答器;车载设备增设辅助运行单元，测速及定位系统头尾冗余。通过架构上的升级确保系统稳定安全运行。
全自动驾驶FAO的关键技术主要有以下几种。
（1）联动功能。TIAS高度集成ATS、CCTV、广播联动、站台门、时钟等系统，实现整个地铁运营系统的监控和程序联动。
（2）自动化功能。在传统CBTC系统基础上新增设备，实现自动化功能。实现列车运行全流程自动化，包括自动唤醒与休眠、自动出入库、自动对标停车、自动调车、自动折返、自动库门防护、有人区与无人区隔离、自动车辆监测与数据上报等各项操作[2]。
（3）冗余技术。全自动驾驶相关设备全部按照冗余的方式配置，包括速度传感器、计轴设备等车载设备，轨旁联锁、继电器等地面设备。
（4）软件系统升级。全自动驾驶的功能性更强，较传统的ATO更复杂，为保证系统的高效运行，需要更成熟稳定的软件系统。
1.3 全自动驾驶的优势
全自动驾驶目前逐步在实际运营中得到运用，相较于传统ATO具有较大优势：（1）全自动驾驶取代人工操作，大幅降低人为误操作造成事故的可能，安全性能更佳;（2）实现列车从激活出库、正线运行到回库休眠的全流程自动驾驶，大幅度提高运行效率，节约能源;（3）降低司机及相关工作人员的劳动强度，减少人员数量，节约人工成本;（4）全自动驾驶FAO实现对列车车辆、信号、供电等设备的统一管理、远程监控，实时获取列车实时状态信息，提升行车组织的灵活性，增强列车调度和维护功能。
2 基于车-车通信的新型CBTC系统
在未来CBTC系统的发展中，基于车-车通信的CBTC系统必将逐渐取代基于车-地通信的CBTC系统，基于车-车通信的CBTC系统需要用到的轨道设备、涉及到的接口数量都更少，使系统结构大为简化，集成度也更高，能够适应当前复杂多变的运输需求。
基于车-车通信的新型CBTC系统的车载设备集成度高，轨旁不再设置区域控制器子系统ZC和计算机联锁子系统CI，只需要对轨道旁站台门和信号机等设备进行管控[3]，系统接口数量减少，复杂度大幅降低。前后车可直接通过无线通信进行位置交互，后车根据接收到的信息自动计算移动授权和速度曲线。ATS可直接与列车通信，发送进路信息给车载设备，通过对象控制器控制道岔转换和进路锁闭。车-车通信将原本轨旁设备的功能都集中在车载设备上，缩短了信息传输路径，加速了反应时间，提高列车运行效率，具有广阔的发展空间。
基于车-车通信的新型CBTC系统各方面性能都明显优于传统CBTC系统：（1）车-车通信系统的列车可直接与前后车进行信息交互，不再经过轨旁ZC，简化了数据交互的复杂度，降低了网络负荷，提高系统整体性能;（2）车-车通信系统取消了轨旁ZC和CI子系统，节省了空间，降低施工难度，同时减少了接口数量，维护成本也随之降低;（3）车-车通信减少了原先车-地通信的数据交互时间，可进一步缩短列车运行间隔，加大客运量;（4）车-车通信较车-地通信减少了需传递的数据量，提高车载设备的响应速度，能根据前车位置快速更新速度曲线，及时调整运行状态，确保安全。
3 互联互通
城市轨道交通互联互通是指不同厂商车载设备的列车可以在不同厂商的线路上运行，其目的在于改变传统一对一的运营模式，打通整个城市轨道交通网，实现数据和资源共享。要实现这个目标，首先要实现信号系统标准化，各厂商采用统一的标准和规范，主要包括系统功能和架构、互联互通接口规范、轨旁设备设计和安装原则、人机界面等的一致性。
目前我国城市轨道交通信号系统设备虽然已实现自主研发，但多数线路设备还是依赖进口，各大厂商CBTC系统因接口不一，无法实现互联互通，造成线路中富余运能无法得到有效利用、客流分布不均衡、车辆及设备资源无法共享等问题，随着我国城市轨道交通建设规模的不断扩大，对城市轨道交通提出了更高的要求，为了实现资源共享与网络化运营的目的，CBTC系统间的互聯互通必将成为未来的发展趋势。
相较于传统CBTC系统，互联互通的优势在于：（1）实现停车场、信号设备、维护设备等资源共享，有效节约成本[4];（2）实现不同线路间列车共享，提高调度灵活性;（3）统一人机界面，规范化操作，人员线路变更无需再次培训，降低人工与培训成本;（4）供应商统一标准，线路二、三期工程无需考虑一期工程信号系统架构及接口问题，实现公平竞争;（5）易于全市统一指挥，集中调度。
城市轨道交通信号系统互联互通应提前规划布局，否则在城市轨道交通网络建立起来后，由于车型、限速、限界等问题，改造难度极大。并且信号的互联互通只是整个城市轨道交通网互联互通的一部分，城市轨道交通网互联互通还包括车辆、土建、运营、维护等各个领域，各领域间相互配合才能保证整个城市轨道交通网互联互通的实现。各地市需要根据国家统一规范以及自身实际情况，实现互联互通的建设。
4 结语
当今的时代是信息化的时代，智能化、自动化技术发展迅速，被广泛运用于各行各业，随着我国城市轨道交通的不断发展，人们对于城市轨道交通的关注逐渐由规划建设向运行效率、行车安全、运营成本转移。所以在城市轨道交通的规划建设中，要顺应时代的需要，不断发展新技术，充分利用计算机信息技术，全力推进城市轨道交通的智能化、自动化发展进程。可以预见，文中提到的新技术将是城市轨道交通信号系统未来发展的方向，随着这些新技术的不断成熟并成功应用，相信在不久的将来，城市轨道交通将焕发新的光彩。
参考文献
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