对我国城市轨道交通信号系统发展战略的思考.doc

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1、展趋势，针对我国城市轨道交通信号系统技术目前存在的问题，并结合实际情况，提出我国城市轨道 交通现代信号系统发展战略的思考。关键词：城市轨道交通；信号系统；发展；战略国首次把“发展城市轨道交通”列入国民经济第 10 个五年计划发展纲 要，并作为拉动国民经济、特别是大 城市经济持续发展的重大战略。目前，北京、上海、广州、天津、 大连等城市轨道交通的运营里程达236 km， 现有北京、上海、广州、天 津、深圳、南京、重庆、大连、武汉、 长春等城市正在建设有 16 条线， 共 333 km。沈阳、哈尔滨、济南、 青岛、西安、郑州、成都、杭州、苏 州、福州、长沙、厦门、昆明、佛山 等大中城市在积极筹划建

2、设不同类 型的轨道交通。据预测，未来 10 年 新建各种类型的轨道交通将达到1 000 km 左右。作为城市轨道交通 安全保证之一的城市轨道交通信 号系统也必将进入快速发展的历 史时期。1.2 城市轨道交通信号系统的发 展趋势1.2.1 城市轨道交通信号系统的发展 概况目前城市轨道交通信号系统技 术已经发展到以先进的列车自动控 制系统为代表的信号系统。一般来 说，列车自动控制 (ATC)系统主要 包括列车自动防护 (ATP)、列车自 动监 控 (ATS) 与列车自动运行 (ATO)子系统。城市轨道交通信号系统是城市轨道交 通机电设备的重要组 成部分，是保证列车 安全、高密度运行和 行车的重要基

3、础设 备。信号系统的制式、 技术标准、技术水平 直接影响城市轨道交 通发展规模和速度。制定城市轨道交 通信号长期发展战 略，将指导信号系统 发展方针和政策的制 定，有利于信号产业 的发展和信号系统国 产化，有利于信号标 准化，有利于城市轨 道交通系统互连互通 的实现，有利于信号 系统技术水平的提 高，将极大促进城市 轨道交通的发展。1制定城市轨道交通信号发展战略的依据1.1 我国城市轨道交通发展的规划进入 21 世纪，我肖宝弟贾学祥肖宝弟，铁道科学研究院通信信号研究所，副所长，研究员，北京 100081发展战略的思考对我国城市轨道交通信号系统ATP 子系统是保证列车运行的安全设备，是 ATC

4、系统的安全核 心，其主要功能包括：自动检测列 车的位置；确定列车运行的最大安 全速度；连续速度监督，实现超速 防护及车门控制；控制列车运行间 隔，满足规定的通过能力；保证车 站设备的正确联锁。ATS 子系统主要由中央计算机 及相关显示、控制与记录设备以及 车站 ATS 分机构成，是 ATS 系统的 上层管理部分， 其主要功能包括： 列车运行状态监视；自动、人工设 置列车进路；列车运行自动描述； 自动、人工调整列车运行；列车运 行图 / 时刻表的编辑和管理 ；与旅 客向导、SCADA 或其它系统接口 ； 中央自动进路控制和车站自动控 制 ；能利用车站级的ATS 分机设备 完成对进路的“后备模式”

5、控制。ATO 子系统在 ATP 的保护下， 根据 ATS 的指令实现列车的自动运 行，提高旅客乘坐的舒适度和减轻 司机的劳动强度。ATO 子系统能够 自动完成：对列车的启动、加速、 匀速、惰行、减速和停车的控制； 以合理的速度和最优化的驾驶进行 追踪运行和折返作业，确保达到设 计间隔及旅行速度；根据不同的条 件选择最佳运行工况，确保列车按 照运行图/时刻表运行，达到节能及 自动调整列车运行的目的；可根据 ATS 的调整指令改变区间走行时 分；可和 ATS 进行双向的车地通 信，将运行列车的有关信息传递至 ATS 子系统，以便于 ATS 子系统能 对在线列车进行监控。目前，世界上主要的城市轨道

6、交通信号系统的提供商主要包括： USSI 公司、西门子公司、阿尔卡特、阿尔斯通公司，以上各公司的设备基本代表了目前世界轨道交通信号 系统的先进水平。由于城轨信号系 统的要求较高，我国各城市轨道交 通建设主要以引进国外先进的成套 信号系统为主。北京地铁是我国建成最早的地 铁，在信号系统升级改革过程中，采 用了以西屋公司的设备为主的信号 系统。上海地铁1号线引进了美国的 GRS 公司的信号系统，2 号线引进了 美国 USSI 公司的以 AF-900 系列数 字轨道电路及 MICROLOKII 为控 制核心的信号系统，明珠线采用了 阿尔斯通公司提供的 SACEM 系统。 广州地铁1号线及2号线的信号

7、控制 设备是德国西门子公司的产品，区 间采用 FTGS 数字式音频无绝缘编 码轨道电路，联锁系统采用 SICAS 计算机联锁设备。广州地铁3号线则 引进了阿尔卡特的 SELTRAC 信号 系统，该系统的一个特点是利用电 缆环线实现移动闭塞。1.2.2 城市轨道交通信号 ATC系统的 主要类型城市轨道交通列车自动控制系 统（ATC ）按照系统不同的特征主 要可以从以下几方面进行分类。（1 ） 按照区间闭塞方式划分。 闭塞方式是列车控制系统最主要的 特征，城轨交通信号系统按照闭塞 方式可分为固定闭塞、准移动闭塞 和移动闭塞 3 种类型。固定闭塞的特点是闭塞分区的 长度固定，并按列车最不利条件下 的

8、制动距离进行设计，列车的运行 间隔按照后续列车与前行列车之间 的闭塞分区数进行计算，与列车在 闭塞分区中的位置无关。移动闭塞的特点是没有闭塞分区的概念，列车之间的运行间隔是按照后续列车与前行列车之间的 实际距离来计算出来的，并随着列 车实际位置的变化而随时动态刷 新的。准移动闭塞则是介于移动闭塞 和固定闭塞之间，其特点是仍然保 留有闭塞分区，其长度划分是综合 考虑轨道电路的极限长度及运行间 隔的要求而制定的，在同一时间，一 段闭塞分区只能被一辆列车所占用， 列车之间的运行间隔是按照后续列 车的实际位置距前行列车所在闭塞 分区的距离来进行计算，是随着后 续列车实际位置的变化而随时动态 刷新的。（

9、2 ） 按照信息的传输方式划 分。按照车地间的传输方式，主要分 为点式、连续式、点连式。（3 ） 按照信息的传输介质划 分。按照车地间的传输介质划分，主 要包括依靠轨道电路、电缆环线、漏 泄电缆、应答器点式设备、无线等。1.2.3 城市轨道交通信号系统的特点 城市轨道交通信号系统区别于 其他信号系统的特点，主要表现在以下几个方面。（1 ） 系统性。城轨交通信号系 统表现出很强的系统性，系统集成 度高，各子系统关系也更加紧密，信 息交换更加频繁，只有在各子系统 的密切配合下，才能保证列车高密 度的安全运行。（2 ） 高安全性及高可靠性。城 轨交通信号系统要求更高的安全性 及可靠性系统功能。只有系

10、统达到 高可靠性及高安全性，才会减少因 为系统的故障所造成对经济效益及 社会效益的影响。（3） 运行间隔小、运行密度高。5现代城市轨道交通2/ 2004 MODERNURBAN TRANSIT高密度的运行是城市轨道交通系统的主要特点。城市轨道交通信号系 统必须能够达到较小的运行间隔以 保证列车的高密度运行。1.2.4 国外城市轨道交通信号系统的 发展趋势目前，国外城市轨道交通信号 系统的发展主要表现出以下特点。（1）基于数字轨道电路的列车 自动控制系统成为城市轨道交通信 号系统的主流。目前，轨道电路所提 供的列车占用检查、列车完整性检 查及断轨检查的功能，还无法找到 更好的手段进行替代，所以轨

11、道电 路作为一种检查手段及传输方式在 城市轨道交通信号系统中仍将发挥 重要作用。数字轨道电路的优点在 于能提供大容量的信息传输，对改 善列车自动控制系统的控制性能， 减少运行间隔发挥了重要的作用。 数字轨道电路也是目前城市轨道交 通信号系统中技术相对比较先进、 成熟的产品。美国 USSI 公司及德国 西门子公司的地铁主流产品都是数 字轨道电路，英国西屋公司也推出 了自己的采用数字轨道电路的城轨 交通信号系统。欧共体目前为了实 现不同线路及信号系统互连互通而 制定了 Cenelex标准，该安全标准 旨在规范欧洲各国详细的安全 标准及控制系统接口。 目前 USSI 公 司 在哥本哈根所实 施 的基

12、于 AF900 数字轨道电路 及 MICROLOKII 微控制器的 ATC 系统，成为迄今为止唯一通过 认证的 ATC 系统。（2）采用基于数字通信的列车 控制系统（CBTC）是未来城市轨道 交通信号系统的发展方向。随着计 算机技术、通信技术、控制技术的发展，采用 3C 技术来替代轨道电路逐渐成为可能。作为未来极有前途的 基于数字通信的列车控制系统，尤 其是基于无线传输的列车控制系统 也必将越来越完善，目前也成为世 界各国争相研究的重点。但是需要 指出的是，目前这一系统在技术还 不是非常完善，仍存在许多不足，该 系统所带来的降低工程造价、减少 系统运行间隔、增加系统灵活性的 优点还很不明显。1

13、.3 我国城市轨道交通信号系统 目前存在的问题由于国内的信号系统起步较晚， 目前国内信号厂商还不能提供自己 的城轨交通信号系统，各城市轨道 交通建设，主要以引进国外先进的 成套信号系统为主，这就带来以下 几个问题。（1）城轨信号系统造价居高不 下。由于过分依赖国外的系统供货 商，信号系统的招标主要在国外供 货商之间进行，国内信号厂商无法 有效参与竞争，造成了城轨信号系 统造价居高不下，尤其是城轨系统 建设经常分期完成，在一期选定信 号系统后，以后的延伸线的信号系 统很难更改，更无法控制外商的高 额售价，建设费用哄抬。（2） 无法有效实现互连互通。 在城轨轨道交通的工程建设中，往 往对一条线或几

14、条线进行单独的招 标，这就可能造成同一城市（区域）， 不同的线路采用不同的信号系统制 式。信号和控制系统的不统一，造成 在不同线路过轨运营时地面设备与 车载设备之间互不兼容，从而限制 了列车的共用和系统的互连互通。 制式不统一，使系统的维修工作复 杂化，效率低、经济不合理。（3 ） 无法有效的扶植民族产业。缩短并赶上世界先进水平，有效 提高民族产业的竞争力，使国内的 信号厂商有效参与竞争是我们努力 的目标。但由于目前国内城市轨道 交通系统信号设备制造业基础薄弱， 城轨交通信号系统又属于较封闭的 领域，使国内的信号系统制造商很 难找到好的突破口来介入城市轨道 交通信号系统建设工作。2对于城市轨道

15、交通信号系统发展的战略思考为了适应我国城市轨道交通大发展的要求，分析城轨交通信号系 统的发展趋势并结合我国目前实际 情况，制定出适合的城市轨道交通 信号系统发展近、远战略是很有必 要的，具有很强的现实指导意义。 增加城轨交通信号系统国产化份 额，逐步实现国产化，并为最终能拥 有我国自主独立知识产权、成熟、先 进、可靠的城轨交通信号系统是我们 的目标，在实现这一目标的过程中， 我们应分阶段、分步骤地采取措施。2.1 第一阶段：参与技术服务，国 内硬件加工，逐步吸收熟悉国外技术通过进行技术服务及硬件加工， 是国内信号厂商创造进入城市轨道 交通信号系统领域的切入点，并提 高信号系统国产化率。选用国内

16、的信号厂商作为轨道 交通信号工程的主承包商，在充分 利用自己技术的基础上，在外国公 司的技术支持下，通过提供技术服 务和硬件加工的方法，加大地铁信 号系统国产化份额。这样做，一方面 可以大幅度降低工程造价，同时也 能培养和锻炼一批国内的熟悉城轨46现代城市轨道交通MODERNURBANTRANSIT 2/ 2004交通信号系统的技术队伍。在信号工程中，技术服务主要 包括 ：信号系统设计、工程的资料 准备与输入（录入）、硬件采购和生 产的分工、综合测试分工、安装设计 和督导、现场测试、验收测试与试运 行、保修服务等。其中，信号系统设 计主要包括区间闭塞设计及生成轨 道电路布置图。（1 ） 对系统

17、功能和性能充分消 化的基础上，由国内工程技术人员 参与工程设计，直至独立完成。（2） 对于一些通用的计算机、 工作站、服务器、交换机、站间通信 等设备，应在国内采购，可以避免不 必要的设备进口。（3）首先完成信号系统设备在 国内组装。在此基础上，逐步地、有 选择性地将设备的生产转移到国内 的信号厂家来完成。（4） 在目前工程任务中，安装 督导及测试工作量占有很大的比重， 同时也是工程中极为重要的环节， 将信号系统的技术督导及工厂综合 测试、现场测试、验收测试等测试工 作交给国内的厂家，不仅可以加深 国内厂家对于整个系统的理解和掌 握，对于降低整个工程造价、加快工 程进度更有着极为重要的作用。（

18、5）在国内技术人员对系统充 分理解、掌握的基础上，由国内的厂 家来完成整个系统的保修服务也是 必要的，它可以避免国外返修周期 长、手续复杂、费用高昂的缺点，并 能有效保证系统的正常运营。2.2 第二阶段：通过技术引进，掌 握系统功能单元间接口协议和技 术标准国内厂商在城轨交通信号方面 起步较晚，对于全套技术尚未完全掌握，但是不排除在某一方面可以率先取得突破的可能性。由于城轨 交通信号系统的封闭性，接口标准 也不公开，所以很难找到突破点。如 果不经过科学研究以及时间考验， 凭空建立一种新的信号制式，既缺 乏经验也没有安全保障，风险大。这 样的信号系统在选型及招投标中也 无优势可言。所以，在此阶段

19、，应由 国家有关部门牵头，选用 23 家国 外运用成熟、先进的城轨交通信号 系统，通过引进技术，并促使国外厂 家公开系统功能单元间接口协议及 技术标准。使国内外有条件的厂家 可以根据接口技术标准对其进行全 部或部分替代。这样既能促使厂商 间竞争，有效地控制造价，又可以实 现互连互通、并最终实现信号装备 国产化。之所以选用 23 家国外技 术，既可避免出现一家独揽的局面， 又有比选的余地，达到鼓励竞争，控 制好合理的工程造价的目的。标准制定后，国内有条件的信 号厂商完全可以据此标准独立或协 作研发自己的城轨交通信号系统。 在逐步完成功能模块并取得替代程 度的基础上，最终研发完成具有中 国特色和自

20、主独立知识产权的城轨 交通信号系统。这一标准的选择至关重要，既 要选择成熟的，有丰富的工程实践 基础的信号系统，又要结合国情选 择技术先进的，不能在短时间内被 淘汰或落伍的信号制式。对于那些 成熟但是技术相对落后，或者虽然 技术先进，但目前还不成熟的系统 都必须被排除在外。正如我们在前 面所提到的，基于数字轨道电路的 城轨列车自动控制系统，它作为一 项成熟、先进的技术正代表着目前城市轨道交通信号系统发展的主流，所以应选择基于数字轨道电路的城 轨列车自动控制系统，作为我国城 市轨道交通信号系统的标准制式。 这对于我国在实现城轨交通互连互 通，降低工程造价，促进城轨信号系 统国产化的实现将有着重要

21、的作用。2.3 积极跟踪并参与 CBTC 的研究CBTC 是基于通信的列车控制 系统，尤其是基于无线传输的列车 控制系统。CBTC 系统优点是可以 在不干扰既有线信号制式正常运营 的基础上进行叠加。尤其对于同一 城市具有多种信号制式线路，并且 线路间需要接轨运行时， 发展 CBTC 有着良好前景。目前这一系 统技术还不是非常完善，相对于其 他系统优势也不明显，在国内制定 统一的 CBTC 标准，时机也还不成 熟。所以国内的信号厂商、科研院所 应该积极跟踪并参与 CBTC 的研 究，并在恰当的时侯，由有关部门统 一制定或选定 CBTC 标准。相信届 时，无论从技术上、还是在造价上， CBTC 都

22、将比既有的城市轨道交通 信号系统有着无可比拟的优势。3结束语城轨交通信号系统是技术含量高、行车指挥自动化和保障安全的 重要技术装备。面对我国城轨交通 现代信号尚处于依赖进口、国产化 进程滞后的现状，必须引起城轨界 的高度关注。尽快提高我国信号装 备的技术水平，发展具有中国特色 的城轨交通现代信号系统具有深远 的战略意义。收稿日期 2004-01-3047现代城市轨道交通2/ 2004 MODERNURBAN TRANSITABSTRACTSBuild a Metro Network of High Quality and Make a Full Use ofIt as the Major Me

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