高丰华
中铁四局 山东省青岛市 266100
摘 要：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，目前我国已经有几十个城市开通了城市轨道交通线路，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。
关键词：轨道交通；信号系统；安全技术；应用
一、轨道交通信号系统安全概述
城市轨道交通信号系统已经陆续开始在新建线路中按照信息系统安全等级保护的要求推进相应等级保护工作，并在正式运营前通过等级保护测评。自从《网络安全法》颁布实施后，国内城市轨道交通领域又迅速将目光转向既有线信号系统信息安全等级保护，并进行了广泛的分析和探讨。城市轨道交通信号系统是保证列车运行安全，控制列车运营间隔，提高列车运行效率的先进控制系统，一般由列车自动控制系统（ATC）、计算机联锁系统（CI）、数据通信系统（DCS）以及外围信号设备组成。信号系统的网络由有线网络、无线网络两部分组成。有线网络部分包括骨干网和接入网，骨干网主要由工业以太网交换机组成，接入网主要由交换机和光电转换器组成；无线网络部分包括轨旁无线网络和车载无线网络，轨旁无线网络由轨旁无线接入点AP、功分器及定向天线等组成，车载无线网络主要由车载调制解调器及天线组成。
二、信息安全技术在轨道交通信号系统中的应用
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。
1.2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。（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。
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，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系统间的互联互通必将成为未来的发展趋势。
结束语
综上，城市轨道交通信号系统是保证列车运行安全，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。目前城市轨道交通信号系统大多数采用基于无线局域网的CBTC系统，CBTC系统的可用性、可靠性等均能满足当前城市轨道交通安全高效运营的需要，是实现轨道交通高安全、高速度和高密度的最佳技术之一。
参考文献
[1]孙文胜.城市轨道交通信号系统新技术发展前景[J].电子技术与软件工程,2018(30):133-134.
[2]王天卓.我国城市轨道交通信号系统的发展方向[J].交通世界,2020(18):258-259.
[3]刘国东.城市轨道交通AFC系统新技术应用及展望[J].都市快轨交通,2019(21):341-342.