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【摘要】本文以城市轨道交通信号系统的分类为基础，着重分析了城市轨道交通建设信号系统的选用，以实际为出发点对城市轨道交通信号系统制式的研究进行了探讨。
【关键词】轨道交通，信号系统，制式研究
中图分类号：U491文献标识码： A
一、前言
信号系统是城市轨道交通的重要基础设施之一，轨道交通信号系统保证了列车的运转安全和为行车功率起到重要的作用。在中国城市轨道交通大发展过程中，要注意选用适用的信号系统。
二、城市轨道交通信号系统的分类
1、点式信息传输系统
点式信息传输系统主要由音频无绝缘轨道电路（或计轴设备）和轨旁应答器构成，向车载设备定点地传输ATP信息。轨道电路（或计轴器）用于检测列车的占用情况，应答器用来实现车-地数据传输，根据需要还可用环线来延伸信息点的范围。
2、阶梯式速度曲线控制方式
基于传统的音频轨道电路，其传输的信息量少，对应每个闭塞分区只能传送一个信息代码，即该区段所规定的最大速度命令码或入口/出口速度命令码，列车速度监控采用的是闭塞分区出口检查方式，当列车速度超过规定速度时，施行常用制动或紧急制动，施行常用制动时，如制动率达不到要求，会自动转为紧急制动；一旦施行了紧急制动（称之为惩罚性制动），必须在列车停止后，通过一定操作才能缓解。为保证列车运行的安全，这种滞后的速度检查方式必须要有一个完整的闭塞分区作为列车的安全保护距离。
如制动率达不到要求，会自动转为紧急制动；一旦施行了紧急制动（称之为惩罚性制动），必须在列车停止后，通过一定操作才能缓解。为保证列车运行的安全，这种滞后的速度检查方式必须要有一个完整的闭塞分区作为列车的安全保护距离。阶梯式速度曲线控制方式属于二十世纪八十年代技术水平，西屋公司、GRS公司分别用于北京地铁、上海地铁一号线的ATC系统均属于此种类型。
该方式由命令编码单元通过轨道电路、查询应答器、电缆环线、裂缝波导管或无线等设备向列车提供目标及限制速度等命令信息，同时还向列车提供目标速度、目标距离、线路状态等信息，在列车的每一确切位置，车载ATP设备据此计算出列车运行的速度/距离曲线，保证列車在最高安全速度下运行。采用速度-距离曲线控制模式的ATP/ATO系统属二十世纪九十年代技术水平，西门子公司在广州地铁一、二号线使用的LZB700M、US＆S公司在上海地铁二号线使用的AF-900以及我国香港地区机场快速线使用的阿尔斯通公司SACEM（ATP/ATO）信号系统均属于此种类型。
阶梯式速度曲线和速度-距离曲线模式两种列控方式相比，前者两列车之间的最小行车安全间隔距离至少应为一个固定的闭塞分区，为了保证列车正常追踪运行，两列车间隔距离在三个闭塞分区以上，前者两列车之间的最小行车安全间隔距离较后者需要的空间距离大，降低了线路通过能力，且不能实现列车连续速度控制，列车运行的平稳性差。相比之下，速度-距离模式曲线控制方式可以提高线路利用率，相应缩短追踪列车之间的最小安全行车及正常行车间隔距离，可提高行车密度及列车运行的平稳度。故本次投标设计推荐速度-距离模式曲线控制方式。
3、按闭塞制式分类
目前用于城市轨道交通系统的闭塞方式有三种：固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞。采用固定划分区段的轨道电路，即基于传统的多信息音频轨道电路，列车以闭塞分区为最小行车间隔，且需设防护区段。其传输的信息量少，对应每个闭塞分区只能传送一个信息代码，即该区段所规定的最大速度码或入口/出口速度命令码。准移动闭塞一般采用数字式音频无绝缘轨道电路、音频无绝缘轨道电路+感应环线或计轴+感应环线方式作为列车占用检测和ATP信息传输的媒介，具有较大的信息传输量和较强的抗干扰能力。前两种闭塞制式均属于基于轨道电路的ATP系统，而移动闭塞是基于通信的ATP系统。移动闭塞系统不依靠轨道电路，而是采用交叉感应电缆环线、漏缆、裂缝波导管以及无线电台等方式实现车地、地车间双向数据传输，监测列车位置使地面信号设备可以得到每一列车连续的位置信息和列车运行其它信息，并据此计算出每一列车的运行权限，并动态更新，发送给列车，列车根据接收到的运行权限和自身的运行状态计算出列车运行的速度曲线，车载设备保证列车在该速度曲线下运行，ATO子系统在ATP保护下，控制列车的牵引、巡航及惰行、制动。
三、城市轨道交通建设信号系统的选用
1、选用城市轨道交通信号系统的基本原则
安全、可靠、适用、先进和经济，是我国城市轨道交通建设的基本原则，不管是什么子系统必须遵循。需要综合考虑各项原则，不能片面追求先进，而不重视其他方面，尤其是不考虑经济。目前，在各地建设城市轨道交通时，存在互相攀比的情况，不管经济情况是否允许，总想一步到位，把全世界最先进的技术和功能都集中到拟建设的轨道交通中。要知道，城市轨道交通技术设备的现代化是应该逐步实现的，不必一步到位。即使现在一步到位，对于新建城市轨道交通线路，尤其是部分二、三线城市，必然会出现功能过剩，同时加大了维修工作量和维修成本。
2、CBTC是否应该是信号系统的首选
目前，城市轨道交通信号系统主要有基于轨道电路的ATC和基于无线通信的ATC（CBTC）。CBTC按通信通道又分开采用感应环线的、波导管的和自由波的。究竟采用什么系统，应该根据实际情况确定，不能贸然认为CBTC是信号系统的首选。对于信号系统来说，诚然，CBTC具有灵活的系统分级控制架构，运营效率高，方便维修等技术优势，逐渐成为城市轨道交通信号系统的发展方向，但是其建设成本较高，而且由于采用公用频段抗干扰能力有待提高。另外，在采用CBTC的线路上必须用计轴器作为后备模式，计轴器只能检查列车占用的功能，其故障率也不低。当然轨道电路有其局限性，它们的数据传输量有限，受环境影响存在不确定性等，但是其检查列车占用的真实性，以及可以检查断轨，这是其他检测手段不能相比的。在我国采用CTCS-3级的高速铁路上，用GSM-R作为传输车-地信息的通道，但仍然采用ZPW-2000A型轨道电路作为后备通道，运用情况良好，可以作为参考。
3、计算机联锁的选用应因地制宜
计算机联锁的选用，也不必片面追求高可靠性。计算机联锁目前有国产的和引进的，当然应该首先考虑国产的计算机联锁，因为国产的计算机联锁的任何技术指标都不亚于引进的计算机联锁，而且价格较低。国产的计算机联锁又有二乘二取二和双机热备两大类，两者价格相差三、四倍。对于正线，考虑高安全、高可靠，采用二乘二取二计算机联锁，是可以理解的。而对于车辆段/停车场，多为进出段/场作业或调车作业，不载客，可以不要正线那样高的安全、可靠性，采用双机热备计算机联锁完全能够满足需要。双机热备计算机联锁在众多车辆段/停车场安全运用，多年来未发生问题。在我国高速铁路上各车站都是采用二乘二取二的计算机联锁，但动车段（所）则采用双机热备计算机联锁，动车段（所）的作业类似于城市轨道交通的车辆段/停车场，可以作为例证。
四、城市轨道交通信号系统制式的研究
1、列车检测方式的选择
实时安全的列车检测是实现列车安全运行和其他系统安全工作的基础，合理选择列车检测方式也就成为确保运营安全、高效的关键课题。列车检测的方法有模拟轨道电路、音频数字轨道电路、查询应答器、感应电缆环线、计轴以及无线通信等。
2、机车信号的选择
由于在城市轨道交通的正线运营中，已基本取消地面信号，列车凭借ATP机车信号运行。依据ATP机车信号的“车—地”信息传输方式，可分为连续式还是点式ATP系统，虽然点式ATP系统和连续式ATP系统都属于“故障—安全”系统，并且在信息量、信息传输速度，信息码可靠性等技术参数均能满足城市轨道交通的需求，但是两者的区别仍对运行的安全性和行车效率产生影响。
3、设备控制方式
设备控制方式指的是对沿钱各种信号设备控制点的设置方式，一般分为集中控制和分散控制两种。虽然控制方式的不同选择对设备本身的可靠性并不会产生变化，但对于整个系统运行的可用性带来影响。采用设备集中控制方式，可以减少系统维护工作，并且减少沿线工区和人员配置；而采用设备分散控制，则可以减小系统故障时的影响面，从而提高全线运营的保障性。由此在系统设计时，可依据设备不同的重要性来选择，例如：ATS设备的故障—般不会对全线运行安全产生巨大影响，采用集中控制方式有利于发挥其优势；而ATP中央设备的故障可能造成全线范围的停运，其的后果是严重的，所以对于可靠性不是很高的ATP系统采用采用分散控制方式是个明智之举，即便设备故障其影响也是局部的，可以容忍的。
4、系统的通信
现代化的信号系统依赖于计算机之间大量的信息传递，所以系统通信的安全、可靠性必须得到保障。通信网络运行的安全问题是一个综合、复杂的问题，值得注意的是除了提供商所描述的系统功能外，用户必需关注系统的安全通信接口、升级能力、失败/恢复技术以及我国对密码进口的制度等等。
五、结束语
在城市轨道交通蓬勃发展的进程中，只有迅速建立起城市轨道交通信号规范的系统，才能够促进城市轨道交通的健康发展。
参考文献
[1]徐金祥，冲蕾.城市轨道交通信号基础[M].北京：中国铁道出版社，2012
[2]刘志远，王其增.城市轨道交通设备系统综述[M].北京：中国铁道出版社，2012
[3]支柱.城市轨道交通自动驾驶（ATO）测试系统中信号模拟的研究[M].北京：北京交通大学交通运输学院，2007
【关键词】轨道交通，信号系统，制式研究
中图分类号：U491文献标识码： A
一、前言
信号系统是城市轨道交通的重要基础设施之一，轨道交通信号系统保证了列车的运转安全和为行车功率起到重要的作用。在中国城市轨道交通大发展过程中，要注意选用适用的信号系统。
二、城市轨道交通信号系统的分类
1、点式信息传输系统
点式信息传输系统主要由音频无绝缘轨道电路（或计轴设备）和轨旁应答器构成，向车载设备定点地传输ATP信息。轨道电路（或计轴器）用于检测列车的占用情况，应答器用来实现车-地数据传输，根据需要还可用环线来延伸信息点的范围。
2、阶梯式速度曲线控制方式
基于传统的音频轨道电路，其传输的信息量少，对应每个闭塞分区只能传送一个信息代码，即该区段所规定的最大速度命令码或入口/出口速度命令码，列车速度监控采用的是闭塞分区出口检查方式，当列车速度超过规定速度时，施行常用制动或紧急制动，施行常用制动时，如制动率达不到要求，会自动转为紧急制动；一旦施行了紧急制动（称之为惩罚性制动），必须在列车停止后，通过一定操作才能缓解。为保证列车运行的安全，这种滞后的速度检查方式必须要有一个完整的闭塞分区作为列车的安全保护距离。
如制动率达不到要求，会自动转为紧急制动；一旦施行了紧急制动（称之为惩罚性制动），必须在列车停止后，通过一定操作才能缓解。为保证列车运行的安全，这种滞后的速度检查方式必须要有一个完整的闭塞分区作为列车的安全保护距离。阶梯式速度曲线控制方式属于二十世纪八十年代技术水平，西屋公司、GRS公司分别用于北京地铁、上海地铁一号线的ATC系统均属于此种类型。
该方式由命令编码单元通过轨道电路、查询应答器、电缆环线、裂缝波导管或无线等设备向列车提供目标及限制速度等命令信息，同时还向列车提供目标速度、目标距离、线路状态等信息，在列车的每一确切位置，车载ATP设备据此计算出列车运行的速度/距离曲线，保证列車在最高安全速度下运行。采用速度-距离曲线控制模式的ATP/ATO系统属二十世纪九十年代技术水平，西门子公司在广州地铁一、二号线使用的LZB700M、US＆S公司在上海地铁二号线使用的AF-900以及我国香港地区机场快速线使用的阿尔斯通公司SACEM（ATP/ATO）信号系统均属于此种类型。
阶梯式速度曲线和速度-距离曲线模式两种列控方式相比，前者两列车之间的最小行车安全间隔距离至少应为一个固定的闭塞分区，为了保证列车正常追踪运行，两列车间隔距离在三个闭塞分区以上，前者两列车之间的最小行车安全间隔距离较后者需要的空间距离大，降低了线路通过能力，且不能实现列车连续速度控制，列车运行的平稳性差。相比之下，速度-距离模式曲线控制方式可以提高线路利用率，相应缩短追踪列车之间的最小安全行车及正常行车间隔距离，可提高行车密度及列车运行的平稳度。故本次投标设计推荐速度-距离模式曲线控制方式。
3、按闭塞制式分类
目前用于城市轨道交通系统的闭塞方式有三种：固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞。采用固定划分区段的轨道电路，即基于传统的多信息音频轨道电路，列车以闭塞分区为最小行车间隔，且需设防护区段。其传输的信息量少，对应每个闭塞分区只能传送一个信息代码，即该区段所规定的最大速度码或入口/出口速度命令码。准移动闭塞一般采用数字式音频无绝缘轨道电路、音频无绝缘轨道电路+感应环线或计轴+感应环线方式作为列车占用检测和ATP信息传输的媒介，具有较大的信息传输量和较强的抗干扰能力。前两种闭塞制式均属于基于轨道电路的ATP系统，而移动闭塞是基于通信的ATP系统。移动闭塞系统不依靠轨道电路，而是采用交叉感应电缆环线、漏缆、裂缝波导管以及无线电台等方式实现车地、地车间双向数据传输，监测列车位置使地面信号设备可以得到每一列车连续的位置信息和列车运行其它信息，并据此计算出每一列车的运行权限，并动态更新，发送给列车，列车根据接收到的运行权限和自身的运行状态计算出列车运行的速度曲线，车载设备保证列车在该速度曲线下运行，ATO子系统在ATP保护下，控制列车的牵引、巡航及惰行、制动。
三、城市轨道交通建设信号系统的选用
1、选用城市轨道交通信号系统的基本原则
安全、可靠、适用、先进和经济，是我国城市轨道交通建设的基本原则，不管是什么子系统必须遵循。需要综合考虑各项原则，不能片面追求先进，而不重视其他方面，尤其是不考虑经济。目前，在各地建设城市轨道交通时，存在互相攀比的情况，不管经济情况是否允许，总想一步到位，把全世界最先进的技术和功能都集中到拟建设的轨道交通中。要知道，城市轨道交通技术设备的现代化是应该逐步实现的，不必一步到位。即使现在一步到位，对于新建城市轨道交通线路，尤其是部分二、三线城市，必然会出现功能过剩，同时加大了维修工作量和维修成本。
2、CBTC是否应该是信号系统的首选
目前，城市轨道交通信号系统主要有基于轨道电路的ATC和基于无线通信的ATC（CBTC）。CBTC按通信通道又分开采用感应环线的、波导管的和自由波的。究竟采用什么系统，应该根据实际情况确定，不能贸然认为CBTC是信号系统的首选。对于信号系统来说，诚然，CBTC具有灵活的系统分级控制架构，运营效率高，方便维修等技术优势，逐渐成为城市轨道交通信号系统的发展方向，但是其建设成本较高，而且由于采用公用频段抗干扰能力有待提高。另外，在采用CBTC的线路上必须用计轴器作为后备模式，计轴器只能检查列车占用的功能，其故障率也不低。当然轨道电路有其局限性，它们的数据传输量有限，受环境影响存在不确定性等，但是其检查列车占用的真实性，以及可以检查断轨，这是其他检测手段不能相比的。在我国采用CTCS-3级的高速铁路上，用GSM-R作为传输车-地信息的通道，但仍然采用ZPW-2000A型轨道电路作为后备通道，运用情况良好，可以作为参考。
3、计算机联锁的选用应因地制宜
计算机联锁的选用，也不必片面追求高可靠性。计算机联锁目前有国产的和引进的，当然应该首先考虑国产的计算机联锁，因为国产的计算机联锁的任何技术指标都不亚于引进的计算机联锁，而且价格较低。国产的计算机联锁又有二乘二取二和双机热备两大类，两者价格相差三、四倍。对于正线，考虑高安全、高可靠，采用二乘二取二计算机联锁，是可以理解的。而对于车辆段/停车场，多为进出段/场作业或调车作业，不载客，可以不要正线那样高的安全、可靠性，采用双机热备计算机联锁完全能够满足需要。双机热备计算机联锁在众多车辆段/停车场安全运用，多年来未发生问题。在我国高速铁路上各车站都是采用二乘二取二的计算机联锁，但动车段（所）则采用双机热备计算机联锁，动车段（所）的作业类似于城市轨道交通的车辆段/停车场，可以作为例证。
四、城市轨道交通信号系统制式的研究
1、列车检测方式的选择
实时安全的列车检测是实现列车安全运行和其他系统安全工作的基础，合理选择列车检测方式也就成为确保运营安全、高效的关键课题。列车检测的方法有模拟轨道电路、音频数字轨道电路、查询应答器、感应电缆环线、计轴以及无线通信等。
2、机车信号的选择
由于在城市轨道交通的正线运营中，已基本取消地面信号，列车凭借ATP机车信号运行。依据ATP机车信号的“车—地”信息传输方式，可分为连续式还是点式ATP系统，虽然点式ATP系统和连续式ATP系统都属于“故障—安全”系统，并且在信息量、信息传输速度，信息码可靠性等技术参数均能满足城市轨道交通的需求，但是两者的区别仍对运行的安全性和行车效率产生影响。
3、设备控制方式
设备控制方式指的是对沿钱各种信号设备控制点的设置方式，一般分为集中控制和分散控制两种。虽然控制方式的不同选择对设备本身的可靠性并不会产生变化，但对于整个系统运行的可用性带来影响。采用设备集中控制方式，可以减少系统维护工作，并且减少沿线工区和人员配置；而采用设备分散控制，则可以减小系统故障时的影响面，从而提高全线运营的保障性。由此在系统设计时，可依据设备不同的重要性来选择，例如：ATS设备的故障—般不会对全线运行安全产生巨大影响，采用集中控制方式有利于发挥其优势；而ATP中央设备的故障可能造成全线范围的停运，其的后果是严重的，所以对于可靠性不是很高的ATP系统采用采用分散控制方式是个明智之举，即便设备故障其影响也是局部的，可以容忍的。
4、系统的通信
现代化的信号系统依赖于计算机之间大量的信息传递，所以系统通信的安全、可靠性必须得到保障。通信网络运行的安全问题是一个综合、复杂的问题，值得注意的是除了提供商所描述的系统功能外，用户必需关注系统的安全通信接口、升级能力、失败/恢复技术以及我国对密码进口的制度等等。
五、结束语
在城市轨道交通蓬勃发展的进程中，只有迅速建立起城市轨道交通信号规范的系统，才能够促进城市轨道交通的健康发展。
参考文献
[1]徐金祥，冲蕾.城市轨道交通信号基础[M].北京：中国铁道出版社，2012
[2]刘志远，王其增.城市轨道交通设备系统综述[M].北京：中国铁道出版社，2012
[3]支柱.城市轨道交通自动驾驶（ATO）测试系统中信号模拟的研究[M].北京：北京交通大学交通运输学院，2007