城市轨道交通信号系统未来发展趋势

前言

伴随着国内诸多二线城市开设城市轨道交通项目，在2020-2023年我国预计在40个城市新增50地铁线路。作为目前世界最为先进的交通工具，城市轨道交通正处于高速发展的趋势。但是，由于目前国内使用的信号系统是基于LTE（4G网络传输）下CBTC通信级别下的列车自动运行监控系统，伴随着5G时代的来临,LTE即将推出历史舞台，城市轨道交通如何紧跟潮流，实现技术更新迭代呢，下面请跟随我一起了解城市轨道交通信号系统如何在5G时代独领风骚。

2020年5G时代全面到来，基于4G网络下的LTE网络将被逐步淘汰，华为在全球内首先推出5G手机，在原有4G网络基础上，将网络传输速度进行质的提升。所以，城市轨道交通交通势必要向5G靠拢。但是，手机5G网络出现问题至多影响个人使用情况，但是如果城市轨道交通中5G网络出现问题，将会面临大规模的瘫痪，影响的是整条线路的安全性，在充斥着风险与技术难点的问题上，如何趋吉避凶呢？

众所周知，目前国内采用的信号系统是基于无线通信下的列车自动控制，所有的数据传输皆由ZC地面区域控制器进行管理，在整条线路中划分出多个大联锁区，每个大连锁区内通过ZC地面区域控制器对该区段内的轨旁设备（转辙机、信号机、道岔）进行控制，如果ZC地面区域控制去出现宕机或者故障，联锁区内所有列车均无法收到MA（移动授权）。目前CBTC系统主流设计任然是地面设备为核心，列车通过“车-地-车”这种信息交互模式实现移动闭塞，这种设计虽然逻辑缜密，但是也存在一些不足。尤其是其结构负载，地面设备和轨旁设备众多，各设备间存在复杂的信息交互，这也导致建设成本和运营成本增大。

针对上述问题，假设能够将轨旁设备的控制功能转移到车载设备上，进而减少相应的地面设备，这样既可以降低地面设备的建设周期及运营维护成本，又可以提高运营效率。

即，可实现基于CBTC通信级别下的车-车直接通信模式。

“车-车通信模式”理论首先是由阿尔斯通提出，并在法国里尔的1号线上进行施工改造，2016年以成功试运行，在2017彻底完工。在使用“车-车通信模式”后方案后，精简了大量地面设备如CI（联锁）等控制设备，保留ATS系统与车载控制器直接通信的设备，如此一来减少了地面20%的设备数量，操作更为灵活，安全行车间隔缩短到66秒。

基于CBTC通信级别下的“车-车通信模式”与现有主流的CBTC系统的区别在于：将传统的地面联锁机取消，相应功能集成到车载控制VOBC上；中心ATS系统直接将进路信息发送给车载控制器VOBC，简化了通信链路；车载控制器VOBC可以根据进路信息，直接控制道岔的转换和进路开放；车载控制器自行计算轨旁安全逻辑以及行进中的行车移动授权MA。这种硬件架构上的调整，减少了数据接口和数据交互的复杂度，降低了信号系统的网络负荷，缩短延时，从而提高整体的系统效率。如图1所示，通过对比发现，车-车通信模式相对于传统的CBTC模式，接口清晰，结构简单，便于维护和管理。

图1 车-地-车通信模式（上）与车-车通信模式（下）对比图

车-车通信管理方式大体有三种：（1）完全由中心ATS设备获取全线列车数据，协助列车确定其关联前车，列车只与前车保持通信。（2）由中心ATS设备来获全线列车数据，由车载设备确定关联前车，列车只与前车保持通信连接。（3）列车车载设备通过车-车通信获取前线列车位置，自主判断关、联前车，并与全线列车保持通信。方式一中的车载设备的信息处理负担比后两站方式要小的多，对车-车无线通信的要求很低，但中心设备需要具备强大信息处理能力并承担较大的安全责任，且此种方式几乎等同于CBTC系统区域控制中心行车许可计算功能，违背了“重车载，轻地面”的设计初衷。方式二，中心设备无需具备逻辑计算功能，只作为一个列车建信息存储与转发的“中介”，较大程度上减弱了车-地通信的复杂程度。方式三的车-地通信方式简单，通信内容单一，最大限度减少了车地信息交互，但对车与车之间的无线通信能力要求过高，当线路列车过多时，容易出现广播风暴等问题。

伴随着5G时代来临，标志着我国全面进入信息化新时代。城市轨道交通信号系统抓住这一机遇，在搭乘5G网络快车的同时，尽可能的将信号系统简化。但是在车-车通信模式下的网路通信速率及信息交互时间成为了车-车通信的一大技术难点。伴随着我国迎来5G时代，这一问题也迎难而解，我相信在未来3-5年时间内，车-车通信技术将普及个城市轨道交通线路，届时，城市轨道交通通信技术工种将大幅度减少，各大高校将面临着市场大于需求的问题，各大城轨企业也将对人才输入要求进行拔高。