车车通信在轨道交通信号改造中的应用研究

来源：核心期刊咨询网时间：2022-04-16 10:2412

摘要：摘要 针对城市轨道交通信号改造需求和既有线信号改造存在的问题，结合车车通信技术来研究新一代的轨道交通信号改造方案。文章提出基于车车通信的信号改造系统架构，分析信息交互和改造实施过程，以及从无线通信要求、车载改造空间和新旧系统倒切方面来探讨车车通信改造

　　摘要 针对城市轨道交通信号改造需求和既有线信号改造存在的问题，结合车车通信技术来研究新一代的轨道交通信号改造方案。文章提出基于车车通信的信号改造系统架构，分析信息交互和改造实施过程，以及从无线通信要求、车载改造空间和新旧系统倒切方面来探讨车车通信改造的关键技术问题。基于车车通信的信号改造方案可发挥车车通信技术优势，并解决轨道交通信号改造中的难点问题，为轨道交通信号改造提供新的方向。

　　关键词 车车通信;信号系统;城市轨道交通;信号改造

　　0 概述

　　我国早期建成的线路已逐步进入大修期限并开始进行大修改造，如北京地铁1、2、8号线，上海地铁1、2、5号线，天津地铁1号线，深圳地铁1号线，大连地铁3号线等已经完成或正在进行改造。在既有线改造作业中，信号系统改造乃重中之重，关系到行车安全。信号系统改造的目的在于解决设备的老化、制式的陈旧、运力的不足，以及设备达到自身设备寿命等问题。

　　城市轨道交通早期的信号系统多为基于轨道电路的固定闭塞/准移动闭塞制式(TBTC)，通过轨道电路传递速度命令信息，追踪列车与前行列车的行车间隔依据闭塞分区的划分。随着通信技术的发展，基于通信的列车运行控制(CBTC)系统逐渐成为主流信号制式。CBTC系统属于移动闭塞制式，采用无线通信技术实现列车与地面的双向通信，追踪列车与前行列车的行车间隔依据制动距离与动态安全防护距离而定。

　　基于车车通信的列车自主运行系统(TACS)是信号领域的新一代列控技术，也是我国轨道交通关键核心领域的一次重大突破，该技术已列入中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要。车车通信系统以列车为主体，以列车之间数据通信为基础，以车载控制平台为功能核心，实现由列控中心集中控制到列车分布式控制、从列车自动运行向列车自主运行的技术转变，目前已在青岛6号线一期工程中进行了示范应用[1-2]。

　　1 既有线信号改造现状分析

　　信号设备寿命一般15～20年，长期运营设备老化，可靠性降低，故障率提升;早期建设的信号系统存在制式陈旧、备品备件短缺、不能适应运营能力要求的问题。

　　1.1 当前改造方案

　　1.1.1 维持既有系统制式

　　上海地铁1号线由于其既有系统故障率低，维护工作量可观，在大修改造时沿用了既有系统制式，仅对部分硬件和软件进行了更新。但TBTC系统为早期的信号系统制式，技术水平相对落后，供货厂家相对单一，已经难以适应小间隔的运营能力要求。为此，除特别考虑，不建议维持TBTC系统[3]。

　　1.1.2 CBTC系统替代TBTC系统

　　CBTC系统为当今轨道交通信号系统的主流系统，目前已在我国地铁线路中广泛应用。由于其无线通信方式与既有轨道电路互不干扰，也成为信号改造的首选，北京2号线、北京八通线、天津1号线采用的均是此改造方案。改造后的CBTC系统基本可满足运营需求，且考虑设备设施的运营和维护成本，在新旧系统倒切之后拆除既有的系统设备。

　　1.1.3 新旧系统并存

　　上海地铁2号线由于分为四个阶段开通运营，每个区段的系统设备寿命不一，为了解决只更新“到期”的旧系统，但保留“未到期”的新系统，其采用了新旧并存的方案。对于“到期”的线路采用CBTC系统，对于“未到期”的仍维持既有的TBTC系统，同时车载设备采用兼容CBTC与TBTC的车载系统。

　　1.2 当前改造存在问题

　　由于信号设备数量较多，导致改造阶段既有信号机房面积不足，不得不新设信号设备室。轨道交通用房是非常稀缺的，这将进一步增大房屋的紧缺，给日常运营带来了诸多不便。

　　TBTC或CBTC的系统间接口较多，以CBTC为例，联锁和区域控制器(ZC)需与列车自动监控(ATS)、车载控制器(VOBC)、微机监测以及邻站系统接口，两个系统也均需采集道岔位置、计轴区段等设备状态及进路信息。系统间接口多，随之带来调试工作量也较多。对于既有线改造，须在不中断运营的前提下完成，这样安装及调试工作只能在夜间天窗时间完成，老化的设备也亟须尽快更新，工期非常紧张。

　　2 基于车车通信的信号系统改造方案

　　2.1 技术优势

　　相比于CBTC系统，TACS有以下技术优势：

　　2.1.1 系统结构更简洁

　　TACS系统优化了车-地-车的系统结构，采用车载控制器集成聯锁和ZC的功能，取消了轨旁的联锁和ZC，减小了各子系统间接口量，降低了系统复杂度[4]。系统结构、设备数量精简后，也随之减少了设备维护工作量以及设备用房使用面积。

　　2.1.2 系统性能更优

　　TACS将移动授权和线路资源管理从轨旁移至车载，通过列车间的通信，车载数据流直达被控列车，实现列车自主控制和自主调整。追踪列车直接与前行列车通信，直接获取所需的位置、速度等信息，提高了系统的实时性，有利于提高数据处理速度，减小列车行车间隔。

　　2.1.3 设备故障影响更低

　　传统的CBTC系统通过联锁与ZC子系统来集中控制，其设备故障将影响整个系统，以至于不得不降级运行，运营能力难以保证。TACS系统以列车为控制核心，轨旁设备较少，类似于分散式控制，采用线路资源占用的理念。若车载设备故障，可让列车停到存车线快速退出运营，退出运营后其他列车不受影响。

　　2.1.4 节省安装调试时间

　　由于系统结构的优化，轨旁需要安装的设备数量更少，各子系统间接口数量更少，进而可降低系统设备的安装和调试工作量。另一方面融合设计后的车载设备可直接进行工厂调试，或者在试车线完成调试，不用长时间地占用正线车站或区间资源来调试，大大节能调试时间，尤其对于时间紧张的改造工程效果显著。

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