城市区域交通信号

城市区域交通信号（共9篇）

城市区域交通信号 篇1

城市区域各交叉路口的交通信号不协调、不优化是造成交通堵塞、道路通行效率降低的一个重要原因。为了解决这一问题,国内外的专家学者进行了大量的研究[1,2,3,4,5,6,7,8]。本文设计的城市道路区域交通信号控制系统采用具有I2C总线接口的高性能P89LPC952单片机作为路口控制器,通过I2C总线与交通流量检测装置进行通信,通过RS484总线与上位机进行通信,根据实时检测的车流量信号,调控各路口的配时方案,并能实现路口的倒计时显示。

1 城市道路区域内交通信号控制系统的组成

城市道路区域交通信号控制系统由上位机、下位机、交通指示信号灯组、倒计时显示和车辆检测器等主要部分组成。其组成如图1所示。

2 控制系统硬件电路设计

上位机通过PCI总线的RS-485接口卡或RS-232接口至RS-485接口转换器得到RS-485接口。下位机采用P89LPC952单片机通过MAX3485将UART0转换为RS-485接口。本文重点讨论下位机的硬件电路设计。

2.1 MCU的选型[9]

通过对比各种类型单片机,本系统的MCU选定功能强、可靠性高、外围元件需求少的NXP Semiconductors的P89LPC952芯片。与标准80C51相比,P89LPC952的指令执行时间只需2～4个时钟周期,6倍于标准80C51器件。考虑占用电路板面积、安装可靠性和成本等因素,选定LQFP44封装形式。P89LPC952 具有5个可编程I/O 口:P0,P1,P2,P3,P4,P5。片内还具有8 kb/s可擦除Flash程序存储器,256B RAM和256B附加片内RAM,2个增强型UART,400 kHz字节宽度的I2C通信端口和SPI通信端口,片内具有高精度的RC振荡器,带有时钟倍频器,无需外接振荡器件。

2.2 P89LPC952单片机的I/O口分配及配置

1) 交通信号灯控制。P0.0～P0.7作为交通信号灯控制口,配置为推挽模式。P4.4～P0.7作为备用交通信号灯控制口,配置为推挽模式。P4.0～P0.1作为行人交通信号灯控制口,配置为推挽模式。

2) 等待时间显示。P5.4～P5.7作为字形信号,配置为准双向口模式。P5.0～P5.3作为位选信号,配置为准双向口模式。

3) UART。P1.0、P1.1 、P4.2、P4.3作为通用异步收发器,配置为准双向口模式。

4) I2C。P1.2、P1.3作为I2C通信端口,与车辆检测器的I2C总线相连接。

2.3 MCU外围辅助电路设计

P89LPC952集成有丰富的功能,只需连接电源和地线就可工作,极大的简化了MCU外围辅助电路设计[9]。P89LPC952工作电压范围为2.4～3.6 V,本系统采用LM1117-3.3低压差稳压芯片提供3.3 V电源,采用MCU内部具有的上电自复位功能,上电过程中,电源监测电路检测到供电稳定后,自动对芯片进行复位,为确保正常复位,将复位引脚P1.5通过10 kΩ电阻将其上拉至VCC。系统时钟可由用户选择,用户通过设置振荡器选项来产生CPU时钟,考虑控制功耗,减少外围元件,提高可靠性等原因,本系统采用芯片内置的RC振荡器作为系统时钟源,系统的时钟频率为7.373 MHz,可以获得低误差的标准UART波特率。

2.4 信号灯控制

信号灯是交通控制信号中最主要的部分,传统的信号灯控制逻辑非常简单、容易实现。但新型的大型路口中需实现多车道分别控制,因此采用MCU集中控制。考虑到实际使用中交通信号灯通常亮度较高、功率较大,采用了继电器控制方式,继电器选用OMRON G5V-1 5VDC。

每组交通信号灯(红、黄、绿3盏),采用2个继电器控制,如图2所示,同路口不同方向的2个继电器K1的1、10两引脚反接。这种连接方式可保证在控制系统完全瘫痪的情况下,每组信号灯只亮一盏,并且交汇路口的2个方向分别为红灯和绿灯,避免发生绿冲突。

由于继电器线圈工作电压与单片机I/O口输出电压不一致,且电流较大,超过单片机I/O口负载能力,因此单片机I/O口通过一个PNP型三极管间接控制继电器线圈。为获得足够的驱动力,选配置为推挽模式的P89LPC952 的I/O口控制继电器。PNP三极管选常用的9012低频小功率管。继电器线圈上反向并联一个续流二极管,以消除断开线圈时产生的反电动势干扰。

2.5 显示控制电路[10]

倒计时显示可以使通行的交通流提早做出反应,有利于提高通行效率。系统中由P89LPC952的P5口输出显示的控制信号,低4位输出74HCF4511芯片的片选信号,高4位输出要显示数字的BCD码。片选地址信号接74HC154的输入端,经74HC154译码后为16线负逻辑信号,送往74HCF4511的LE端,作为锁存信号。高4位为显示数字的BCD码,以总线形式同时送往所有74HCF4511的BCD输入端,显示控制电路如图3所示。

图3中只画出了16路显示中的2路,在实际使用中,倒计时显示为2位,都是2组同时使用,最多可有16路8组。

2.6 通信总线

在城市道路区域交通信号控制系统中,完整的网络结构分为3层:上位机、下位机和车辆检测器。其中1、2两层之间通过RS-485总线通信,3、4两层间通过I2C总线通信。如图1所示。

2.6.1 RS-485总线

下位机通过MAX3485将UART0转换为RS-485接口。MAX3485是MAXIM公司的RS-422/RS-485总线收发器。采用3.3 V电源,可与MCU统一供电,传输速率最高达12 Mb/s,具有±15 kV ESD保护,为防止反射信号干扰,RS-485总线在两端添加120 Ω终端电阻,焊接在下位机的电路板上。下位机的物理接口采用RJ-11标准接口,连接电缆使用RJ-11接头压制2芯屏蔽双绞线使用。

2.6.2 I2C总线

在控制系统中,下位机与车辆检测器通过I2C总线进行通信,传递控制指令及车流量信息。I2C 总线为双线总线,通过串行时钟线(SCL)和串行数据线(SDA)在与总线相连的器件之间传递信息。

P89LPC952内置硬件I2C 总线控制器,具有独立的I2C 频率寄存器和独立的I2C总线中断,大大减少软件的复杂度,可实现高可靠性通信。根据I2C 总线协议的规定,I2C 总线内的器件必须为开漏输出,整个总线上须有2个2～5 kΩ的上拉电阻,分别将SCL和SDA上拉至VCC,在本系统中,下位机的电路中已设计有上拉电阻,在车辆检测器端将无需再设计上拉电阻。

2.7 GPS校时电路

在控制系统中,包含有一可选的GPS芯片安装位置,安装HOLUX GR-86D型20通道的GPS接收芯片后,系统可使用GPS作为一个高精度的秒脉冲时钟源。该芯片为3.3 V供电,通过MCX接口连接外部有源接收天线,串行数据的输出与P89LPC952的UART1连接。

3 系统软件设计

本系统软件由上位机软件和下位机软件组成。上位机软件运行于Windows平台的通用PC机,用于在联机模式下从下位机收集交通流量信息,进行实时的交通信息控制运算,得出优化的信号配时方案,传送给下位机,并完成各下位机的控制时钟同步工作。下位机软件运行于P89LPC952增强型的MCU中,能够通过I2C总线从车辆检测器中获取车流量数据,通过RS-485总线与上位机通信,完成车流量数据上传、控制指令接收和时钟同步等功能,并也可在无网络连接的情况下独立工作。

3.1 上位机软件

上位机软件在Microsoft Visual Studio 2005集成开发环境中开发,用Visual Basic语言开发编写基于.NET Framework2.0的上位机程序。上位机软件主要包括通信、时钟同步、控制策略算法、状态显示、路口参数设定和应急人工介入控制等几部分组成。控制策略算法将另文介绍,本文主要介绍其他几部分。

上位机控制台程序界面分上下2部分,上半部分为当前路口实际状态显示,下半部分为人工操作界面。图中模拟有3个路口的区域交通信号图,从左到右分别为左转弯独立控制的十字路口,普通十字路口和普通丁字路口。在当前路口实际状态显示部分显示当前各路口各方向指示灯显示情况和等待/通行时间显示情况(灰色Frame中),以及当前各方向的车流量数据(中心方框内,不同颜色表示车流量级别)。在人工操作界面部分可以手工设定对应路口的各种控制参数,特殊情况下还可立即放行任意方向车流。

RS-485总线在Windows系统中是以标准串口的形式提供接口。因此,使用.NET Framework类库中提供的SerialPort组件进行通信程序的设计,无须进行底层编码,就可高效、可靠的完成串行通信。

3.2 下位机P89LPC952 MCU的软件设计

下位机软件负责联机状态下的终端信号控制,单机状态下的控制策略储存,和单机状态下时钟信号的获取。

下位机软件主要有信号灯控制、等待/通行时间显示、脱机模式下时钟信号获取、与车辆检测器通信、与上位机通信和数据储存等功能,下位机的控制程序使用单片机C51语言编写。

下位机控制信号灯与显示等待/通行时间两个功能是紧密相关的。在控制系统中所需的时钟信号有3种获得方式,通过用户跳线进行工作模式选择,工作模式K=1时,GPS时钟模式;K=2时,联机模式;K=3时,片内实时时钟模式。

在联机模式下,下位机通过接收上位机广播的时钟信号读取秒中断标志。这种方案成本低,同步性好,上位机精度可由互联网等其他校时手段校准。

在片内实时时钟模式下,下位机通过片内集成的3位系统定时器读取秒中断标志。这种方案成本低,不依赖通信连接,但同步性差,精度低。

在GPS时钟模式下,下位机通过UART1端口接收GPS信号读取秒中断标志。这种方案同步性好,精度高,不依赖通信连接,但成本较高。系统复位后,从Flash中读取预设的各种参数(可通过上位机实时更改),如切换信号灯组的状态及等待时间显示等数据。选择不同的工作模式,将分别由UART0、UART1或RTC产生秒中断标志,主程序判断是否有新控制方案标志,如果上位机更改了控制方案后,将生成标志信号,主程序查询到标志信号后将载入新的控制参数,否则调用原有预设参数,输出灯色控制信号,进行倒计时显示,1秒标志到,将当前等待时间减1,同时判断倒计时时间是否为零,不为零则继续等待1 s标志信号,为零则切换信号灯信号,并载入下一组等待时间,主程序流程如图4所示,各中断服务程序和子程序的流程图省略。

4 结束语

本文设计和实现了城市道路区域信号控制系统,该系统可实现区域内多路口交通信号的协调控制,具有很好的实用性。本文的创新之处在于建立了以高性能的P89LPC952 MCU为下位机路口控制器的城市道路区域交通信号控制系统,该路口控制器可通过I2C总线与车流量检测器通信,通过RS485总线与上位机通信,可控制区域内多路口的控制器,协调控制各路口的交通信号,实现倒计时显示。

摘要：设计的城市道路区域交通信号控制系统采用P89LPC952单片机作为各路口控制器,通过RS-485总线与上位机进行通信,I2C总线接收由车辆检测装置检测到的实时车流量信号。上位机根据实时车流量信号进行分析计算,得到优化的信号配时方案,传送给各路口控制器,控制各路口交通信号灯的变化,实现各路口通行、禁行时间的倒计时显示。各路口控制器可工作在单机控制和通信控制2种模式下,既可根据上位机指令进行路口控制,又可独立控制路口,实现区域内多路口的交通信号控制。

关键词：交通信号控制系统,RS-485总线,P89LPC952单片机,I2C总线

参考文献

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[9]NXP Semiconductors Ltd,Co.P89LPC952 User'smanual,2006

[10]何立民.单片机应用技术选编[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004

城市区域交通信号 篇2

推进城市道路交通信号灯 配时智能化工作方案

根据《道路交通安全法》及其实施条例等相关法律规范标准，以排查整改城市道路交通信号灯的设置和使用问题为推进城市道路交通信号灯配时智能化的着力点和着手点,重点解决城市主、次干路上信号灯不符合标准、设置不规范和配时不合理等问题。推进交通信号灯配时智能化，依法科学分配通行权利，改善通行秩序，提高道路交叉口的通行能力和通行效率，减少交通延误和资源浪费，提升区域和城市路网的承载能力，有效缓解交通拥堵。单点定时控制应根据交通流量、通行效率等情况，及时调整并应保持与各相关路口信号配时关联协调。通过排查整改，应实现全路网、局域路网、重点路段或至少部分交叉口的交通量采集、传输、处理和交通信号灯配时的智能化，逐步减少单点定时控制。

一、总体要求

（一）道路交通信号灯的灯具应符合国家标准《道路交通信号灯》（GB 14887）的要求，信号机应符合国家标准《道路交通信号控制机》（GB 25280）的要求。新建的信号灯和信号机应有国家相关机构出具的检测合格证书。

（二）信号灯的设置、安装应符合国家标准《道路交通信号灯设置与安装规范》（GB 14886）的要求。信号灯设置的位置、方位、数量应能保证车辆驾驶人和行人均能清晰、准确地观察到信号灯。在大型路口、畸形路口、视线不良的路口，应根据需要在适当位置增设信号灯。

（三）信号灯的设置应与交通标志、标线等设施表达的信息互相协调，不应自相矛盾。信号灯的组合应与导向车道划分相配合，合理选用方向指示信号灯。

（四）信号相位、配时要科学、精细，根据交通流量的分布情况合理划分控制时段、确定控制方案。设置的行人绿灯时间要确保行人能够安全步行过街。信号放行规则在一个城市内的道路上应基本一致。

（五）市区道路或相对独立的城市片区应尽量采用可以联网控制的交通信号控制机，鼓励根据实际需要联入统一的交通信号控制系统，便于对信号灯路口进行协调控制。

（六）主、次干道信号灯路口应进行协调控制并优化，运用“慢进快出”、“截流、分流”等控制策略，采用“绿波带”、“红波带”等控制方式，在高峰时有效均衡交通流、缓解拥堵；在平峰时保证交通流连续、畅通，提高通行效率。

（七）信号灯及信号控制系统的新建、更新、改造，应纳入规划，有序实施，工程建设公开、公正。鼓励采用先进的控制设备和控制系统，但同时要考虑设备、平台的对接和兼容。鼓励新建、补充和完善交通流检测设备，用数据支撑交通信号的控制和优化。

（八）城市要有专业的交通信号维护队伍，建立完善的巡检、报告、维修制度，维护的资金应纳入财政预算予以保障。公安交 通管理部门应明确信号灯管理、应用的职责和岗位，不断提升专业能力，定期开展信号优化调整。鼓励通过政府购买服务等方式，积极引入社会力量开展交通信号设施的管理、维护和信号控制的优化服务。

二、排查整改任务

（一）摸清辖区内所有交通信号灯底数，信号灯排查率100%，建立完整的基础台账。

（二）逐步整改交通信号灯存在的问题，2016年12月底前，信号灯灯具和设置问题的整改率不低于40%，信号灯应用问题的整改率不低于80%。未完成的整改工作纳入2017年的整改计划，并提前安排预算。

（三）提高交通信号灯配时智能化水平，要根据交通流量的分布情况确定控制策略，增加和优化多时段配时方案，大力提高单点信号控制方式的效能。根据实际需要，推广信号自适应控制、线协调控制和区域协调控制，原则上人工干预须经严格审批。2016年12月底前，每个城市至少有两条主干路或者一个区域实行信号灯自动配时，有条件的应当实现区域路网或者全路网信号灯自动配时。

（四）逐步理顺信号灯管理体制，建立完善的巡查、应用和维护机制。促进各地制定信号控制系统统一建设管理规定和信号系统应用、维护管理规定。

三、常见问题和整改措施

（一）信号灯灯具问题

1.信号灯不能正常使用。信号灯硬件缺损或故障，不能正常 显示，导致信号灯不亮、单一灯色显示时间过长、信号灯亮度不够等问题。

整改措施：及时更新修复不能正常工作的信号灯。2.信号灯使用“复合灯”。“复合灯”是指在同一个发光单元内显示红、黄、绿灯多种灯色。未按标准要求“红色、黄色、绿色三个几何位置分立”，色盲、色弱等交通参与者无法通过位置辨别信号灯的灯色，存在安全隐患。

整改措施：换装符合标准、几何位置分立的信号灯。3.信号灯排列顺序不规范。信号灯上下、左右关系或灯组排列顺序不符合《道路交通信号灯设置与安装规范》（GB 14886）的强制性规定，影响交通参与者的视认，存在安全隐患。

整改措施：按照标准要求，调换或调整排列顺序不正确的信号灯。

4.信号灯形状或图案不正确。信号灯的形状、图案不符合标准，影响执法效力。

整改措施：按照标准要求，换装符合标准的信号灯。

（二）信号灯设置问题

5.信号灯应设未设。已达到设置条件的路口或路段未设置信号灯，路口交通秩序差，易导致交通拥堵，甚至引发交通事故。

整改措施：依据《道路交通信号灯设置与安装规范》（GB 14886）标准排查路口和路段的交通条件，符合设置条件的应设置信号灯。

6.信号灯安装数量过少。道路路段双向六车道及以上的大型路口每个进口方向仅设置1组信号灯（主灯），无法满足信号灯 的覆盖范围要求，影响驾驶人准确辨识。

整改措施：在适当位置增加设置信号灯辅灯。

7.信号灯安装位置和方位不正确。信号灯的位置未按标准规定设置，不符合驾驶人的视认习惯，不利于驾驶人的快速识别和反应。

整改措施：根据标准要求，调整信号灯的安装位置和方位。8.信号灯安装位置过远。信号灯设置的位置距离所指示方向停止线达到80米以上，在雾霾或光照比较强烈时影响驾驶人准确辨识，存在交通隐患。

整改措施：在进口道附近增加设置信号灯辅灯。

9.信号灯被遮挡。部分道路上信号灯特别是立柱式信号灯，被树木、广告牌和宣传横幅等遮挡，影响驾驶人视认，存在交通安全隐患。

整改措施：排查信号灯被遮挡情况，修剪遮挡信号灯的树木、拆除广告牌和横幅。若不能确保驾驶人在规定范围内能清晰观察到信号灯时，应设置相应的警告标志。

10.信号灯与路口车道功能不匹配。在没有专用左转车道或专用右转车道的路口设置了左转或右转方向指示信号灯及专用左转或右转相位，信号灯与路口车道功能不匹配。

整改措施：拆除方向指示信号灯，保留机动车信号灯；或通过渠化改造增设必要的转向专用车道。

（三）信号灯应用问题

11.方向指示信号灯放行相位通行权冲突。部分路口方向指示灯与机动车信号灯（即满屏灯）绿灯同亮，或左、直、右三个 方向指示信号灯绿灯同亮，存在信号灯指示的机动车交通流与同向非机动车、行人交通流通行权以及对向交通流冲突的问题，存在安全隐患和执法定责问题。

整改措施：按照《道路交通信号灯设置与安装规范》（GB 14886）要求，信号灯组采用“方向指示信号灯”+“机动车信号灯（即满屏灯）”的组合。在左转或右转转向机动车流量不大且不需设专用相位时，可将左转和右转方向指示信号灯全部熄灭，驾驶人按照“机动车信号灯”指示通行。

12.信号灯灯色转换顺序不规范。部分交叉口机动车信号灯、方向指示信号灯从红灯向绿灯过渡时增加了“红灯闪烁”或“红黄同亮”灯色，或者绿灯向红灯转换时未设置黄灯信号。

整改措施：按照标准要求，调整信号灯灯色转换序列为：红-绿-黄-红，其中黄灯时长应为3~5秒。

13.右转方向指示信号灯黄灯闪烁。部分地方对路口的右转机动车采用了右转方向指示信号灯黄灯常闪的方式，用以指示右转车辆注意安全通行，不符合标准对黄闪信号灯的定义以及信号灯组合的要求。

整改措施：取消右转方向指示信号灯“黄灯闪烁”信号。（1）对于非机动车、行人流量较小的路口，可不设置右转方向指示信号灯；（2）对于非机动车、行人流量较大的路口，可增加右转方向指示信号灯红灯相位，在高峰时段禁止右转机动车通行。

14.信号灯信号配时不合理。信号灯配时未考虑交通流量的实时变化情况，全天各时段配时方案固定不变或只有

一、两个方案。整改措施：（1）根据交通流量变化情况，分别对应早高峰、日间平峰、晚高峰、晚间平峰、夜间低谷等时段采取不同的信号配时方案，必要时增加平峰到高峰的过渡方案、中午高峰方案等。（2）信号灯周期时长要合理，一般不宜超过180秒。（3）增设线圈、视频、地磁等交通检测设备，采取实时感应控制。

15.行人过街信号时间不足。设置的行人绿灯时间不足，或没有采取交通工程措施缩短行人过街距离，导致行人无法在绿灯期间安全通过路口，存在安全隐患。

整改措施：（1）根据过街行人的流量和步速，合理配置行人过街信号的绿灯时间。行人步速可按1.0~1.3米/秒计算。（2）过宽的路口可利用机非隔离带或中间隔离带设置行人过街安全岛，并根据实际需要增设行人二次过街信号灯。

16.多相位信号灯应用不当。在交通流量、流向不满足设置条件的路口采用了多相位信号控制方式，例如城市新开发区夜间交通流量极少但仍采用多相位信号控制，导致路口通行效率降低。

整改措施：根据路口的实际交通流量、流向情况，缩短信号周期或采用两相位信号控制方式。

17.用信号灯代替交通标志。在禁止机动车左转（或右转）的路口，通过左转（或右转）方向指示信号灯常红方式，代替禁止左转（右转）的禁令标志；或创造新型图案的信号灯来表达禁止左转（右转）的含义。

整改措施：拆除非标准信号灯，或取消常红相位方式。对需禁止机动车左转或右转的路口，应通过设置显著的禁令标志、标 线来表达管理措施。

四、相关标准和规范

 《道路交通信号灯》（GB 14887-2011）

 《道路交通信号灯设置与安装规范》（GB14886） 《道路交通信号控制机》（GB 25280-2010） 《道路交通信号控制机安装规范》（GA/T 489-2016） 《道路交通信号控制方式

第1部分：通用技术条件》（GA/T 527.1-2015）

 《人行横道信号灯控制设置规范》（GA/T 851-2009） 《太阳能黄闪信号灯》（GA/T 743-2007）

 《道路交通信号倒计时显示器》（GA/T 508-2014） 《交通信号控制机与车辆检测器间的通信协议》（GA/T 920-2010）

 《公安交通集成指挥平台通信协议

第2部分：交通信号控制系统》（GA/T 1049.2-2013）

城市区域交通信号 篇3

【关键词】轨道交通；信号系统；设计

城市轨道交通的信号系统是整个城市交通运营中最为重要的任务。如其主要任务是控制列车运行，同时也能对列车的实际运行进行相应的指挥等。可以说，它影响着整个城轨交通的实际运营情况，能影响到它的安全，能关乎它的效益，这是一个至关重要的关键点。而城市快速轨道交通现代化也是社会发展的必然结果，它的最为直接的标志我们可以进行把握，应该是信号系统的实际水平。而设计者的责任也就凸显出来了，其设计的优秀系统方案能利于行车的安全，有效提升道路的整体运输能力。更为直接的是能对行车进行迅速上的控制，能进行相应的准确及时的调度。总之，就是最大化的提高其服务质量。同时，还能有效降低工程投资以及降低工程造价等。

1、系统构成方案

城市轨道交通从本质上来说就是个运输体系，而这个体系具有技术先进的特点，同时还具备一定的自动化水平。信号控制系统的构成要依据整个交通运输情况。

《城市快速轨道交通工程项目建设标准—试行本》对信号系统划分为三个层次：第一层次，主要是设备在运量不大的线路，也或是在行车密度不高的线路上；第二层次，同第一层次恰好相对，其设备在运量相对较大的线路上，在行车密度较高的线路上，一般都可配置列车自动监控，也就是ATS系统，也可配置列车自动防护系统；第三层次，同第二层次较为相似，其设备在运量相对较大线路上等，很多时候都可配置列车自动监控系统或是配置列车自动防护系统，也可配置ATO系统。

在上述内容中，从水平等级来看，第一层次系统配置属最低水平等级。一般其适用线路较为固定，一般只适于行车间隔不小于3 min 的线路。话句话说，如果行车密度相对来说还是较高的。可以依据实际情况，对线路实施的整个系统进行相应的改造或是完善，但是这样就的话其实也是合适的。因为在改造的过程中就必须投入自己，而这样的造成了一定的浪费，进而也会出现一些烂尾工程等；另一方面，机车信号信息量有限。其自动停车装置也不能容纳更多的信息。这也造成了列车运行过程的安全性较不稳定，保障程度不高。更多时候依赖于司机的驾驶，依靠其经验实现。其国产化率水平和工程造价水平也都是呈现两极分化，一个最高，一个最低。此外，还有第二层次的信号系统配置，更为适于行车间隔在2min以上。而其行车安全主要是通过列车自动防护系统提供保障；第三层次的系统配置，它的现代化技术水平相对较高。主要适于行车间隔小于2min的线路运用，由列车自动防护系统来保证行车安全。

2、主要技术方案

2.1设计行车间隔

如今的城市轨道交通的乘客运量相对都较大，其行车密度也很高，这样相应的城市轨道交通工程就应该抓住这一特点，采取有效的办法，如多采取缩短行车间隔方法，进而减少旅客候车时间，相应地也能提高其服务质量。同时，还能减少列车编组辆数，进而最大限度的节省工程投资。然而受到信号ATP系统技术等诸多因素的影响，其正常的行车间隔的缩短也是有限度和范围的。

我们可以参照发达国家城市轨道交通的运营的成功经验，利用信号ATP系统。可以说，客流量如果在某个特殊时段内，增加到了预测高峰值的130%时，这样ATP系统还是可以满足运营采取的临时措施。如，临时增加运营列车等措施。表1以某一条线路运营方案为例予以说明。

而在对这两种方案进行分析后，我们知道，这两种方案都能满足其运量的要求。但是，方案A和方案B的单向运输能力与高峰小时单向最大断面客流量比分别为1.00和1.08，也就是说这个数值还是存在差异的。整体上，从信号系统设计角度分析出方案B应该是更为优化的，也是更为科学的，相对来说方案A还存在一定的缺陷和不足。

当然，在实际的工程运用中应结合线路近、远期运量，同时也要考虑到工程实施方案，结合ATS调控能力等，这些综合因素都需要注意。在此基础上，才能设计行车间隔，才能保证其能满足运营要求，同时还能最大化节省工程投资。

2.2ATP信息传输方式

一般来说，我们更为关注的是列车运行安全。而提供为其提供最为有效的保障的应该有很多环节或是关键设备。而ATP系统相对来说又是其最为关键、也是最为重要的设备。一般都是由轨旁设备，当然也必须包括车载设备等，由他们共同组成了ATP系统。在列车的运行中，其信息的接收途径相对单一，一般都主要通过地面ATP设备来实现。

而连续式的ATP设备主要是接收地面信息，基本都是利用轨道电路，也有的是利用连续敷设的电缆来实现的。其特点也比较明显，信息传递实时性相对高，同时其技术也相对复杂，进而造成了其造价也相对昂贵一些。点式ATP设备主要是通过地面应答器，也有的是通过点式环线等，实现列车的地面信息接收。但是，其具备实时性相对较差的特点，相对来说其技术较为简单，当然造价也相对低廉一些。

我国的现有地铁交通情况还不够理想，也可以说其实际情况还存在较大的不足。其特殊性也较为明显，在个别时期的运量非常之大，其行车密度也相对较高。还有就是在地铁隧道内的驾驶条件还不容乐观，这些实际问题很是明显。而这些特点也都是需要我们关注的。而依据这些特点就可采用连续发码方式的ATP系统，这也最为有效的，也是最为适宜的。

如今，点式ATP技术不断发展，其具体应用也越来越多，越来越合理。如在城市轨道交通工程中就能有效采用点式ATP设备。目前，较有代表性的西门子公司ZUB120点式ATP系统的主要技术指标如下：

·传输制式移频键控（FSK），串行

·传输速率50k-1

·传输间距130～210mm

·电码可靠性循环码多次判断，海明距为4

·电码长度可编程有用比特96位

·機车设备平均故障间隔时间2×104h

·地面应答器平均故障间隔时间9×105h

点式系统控制实时较差的缺点不容忽视，其还缺乏紧急停车功能等。而这些问题都应该想法解决，一般通过接近连续式发码方式就能进行一定程度上的弥补。如，上海莘闵轻轨交通线是我国第一条城市轻轨线路，在这一系统中就按点式ATP系统来实现其特有设计。而，最新的点式ATP系统打破了90s行车间隔限制，更为重要的是这一系统实现了自动驾驶的目标，具备独特的功能。

3、小结

总之，系统构成以及技术方案相继确定，那么信号系统也就随之构成，或是说基本上就定型了。然而这还不是一个良好的系统，在设计的过程中还需要注重很多的细节问题。因为这些细枝末节会影响到这个系统，正所谓牵一发而动全身。此外，在设计过程中，更应该关注城市轨道交通信号系统的特殊技术指标。这是其设计情况的最为直接的体现。

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中小城市交通规划与交通信号控制 篇4

1.1 交通经济

交通发展依赖于经济的发展, 交通的发展是经济发展的外在表现。随着经济的快速发展, 对小城市交通规划问题, 应整合城市未来发展空间, 引导城市向良性发展, 制定出适合城市经济发展的交通规划和策略。

1.2 交通信号发展状况

交通信号的发展与经济的发展紧密结合, 因为交通信号设置建设是城市建设投资很重要的一个组成部分。目前, 我国中小城市的交通信号主要根据城市的发展进行设置, 以单点定时控制为主, 部分节点采用感应控制, 没有交叉口采用干线或区域协调控制。城镇设置交通信号设施的策略是城市发展到哪里, 为便于管理, 就考虑设置设施, 基本没有详细的计划或规划。

2中小城市交通规划存在的问题

从甘肃省、湖南省、江西省等多个地区调查数据来看, 主要存在以下几种问题。

2.1 缺乏停车场及道路基础设施

中小城市中缺少专用停车场, 加之管理不善, 各种车辆任意停靠, 占用了车行道与人行道, 且道路两侧违章搭建房屋多, 不满足道路的红线要求, 相应地占用了人行道的土地空间。违章摆摊设点, 占道经营多, 这些因素都造成了中小城市的交通不畅, 且严重影响城市道路的景观美感。以前国家较重视大城市的发展, 对中小城市投入的建设资金较少。虽然现在逐渐开始大力发展中小城市的道路建设, 但是相配套的交通管理组织设施配备不足, 城市道路路灯、绿化、交通标志牌等附属设施也相对不足。此外, 中小城市中交通管理人员少, 体制不健全, 交通标志、交通指挥信号等设施缺乏, 致使交通混乱, 一些交通繁忙路段常常受阻。

2.2 缺乏交通管理

在交通管理工作方面, 许多中小城市的交通管理部门缺少前瞻性、整体性和连续性, 只有在出现问题时才进行管理, 工作经常处于被动局面。同时, 交通管理缺乏强制性手段, 对非机动车和行人的管理不严, 道路上经常是非机动车干扰严重。而且居民的交通安全意识不强, 居民参与交通比较随意, 行人常常违反交通规则穿越道路。由于这些影响因素, 道路交通非常混乱。

2.3 横断面规划问题

为解决交通问题, 使城市交通能可持续发展, 城市道路的横断面规划的作用非常重要。以前为提高机动车的行车速度, 盲目加宽道路的路幅宽度, 没有为自行车及行人留有较宽的车道, 这是一种“车本位”的规划思想。这种规划方法并不能真正解决城市的交通拥挤问题, 相反, 机、非、行人相互干扰造成交通更加拥挤。同时, 道路宽度的增加不仅使行人穿越道路很不安全, 而且在机动车道上等待过街, 还影响道路上机动车的通行能力。

2.4 交通信号及相关设施

2.4.1 信号灯设置不符合规范要求或与实际需求不匹配

中小城镇交叉信号灯的设置一般都出现在近10年, 许多设置与国家规范不符, 如图1所示, 地级市信号灯设置33%不符合规范要求, 县级以下城镇甚至超过了50%。有的城镇部分交叉口信号灯设置与实际需要不符, 交叉口可能需要设置多个相位, 而设置的信号灯却是满盘灯, 无法满足信号设置需求。

2.4.2 信号机不符合要求

信号机往往是交通信号设施中问题最多的硬件。由于交通信号设施往往是分期投资建设, 购买的信号机可能是由不同厂商供应, 信号机的功能也有所不同。有的信号机有网络通信功能, 有的没有;有的有多时段控制功能, 而有的不具有;这样就导致了信号机之间无法通信或协调控制, 影响整个网络的控制效果。

交通信号机还存在以下问题:信号机产品的故障监控功能不能达标;信号机的电磁抗扰度性能不能达标;部分信号机的基本功能不能达标, 存在相位突变, 易诱发交通事故;连续工作可靠性差, 频繁出现故障。

存在以上问题在实际应用中, 信号机就不能很好的发挥道路交通组织的和疏导的作用, 在一定程度上就为事故和交通拥堵的发生埋下了隐患。

2.4.3 相关设施问题

参考国家规范, 地面标线、标志与信号控制方案不匹配, 例如某市某交叉口现状如图2所示, 交叉口信号相位如图3所示, 南北方向设置单独左转相位, 显然地面标线和标志没有标示单独左转车道, 二者之间存在矛盾导致驾驶员误判, 影响交叉口有效通行。交叉口设置的电子警察无法判断在红灯时是否对闯灯车辆进行抓拍, 尤其是对左转待行区等待左转车辆抓拍, 导致车辆不能有效利用道路空间资源。

2.5 交通信号设置不合理

(1) 信号周期。

许多城镇交叉口信号周期设置及其简单, 一天只设置一个周期, 小的城镇超过90%的交叉口只设置一个时段, 地级中等城市也有近70%的交叉口只有一个配时方案, 如图4所示。部分交叉口信号周期时间设置过长导致延误增加, 或由于设置过短造成行人过街不安全。

(2) 信号相位。

相位设置只根据感性认识, 在满足交通需求条件下通常通过设置多相位保证交叉口交通流通行的有序性, 没有根据实测交通量进行分析。

(3) 绿灯间隔。

多数城市绿灯间隔设置一般为黄灯3s, 全红时间没有。没有根据交叉口具体特征或本地区机动车机动性能进行设置, 往往造成交叉口事故率居高不下。

(4) 信号协调。

交叉口交通信号协调控制往往实施起来较为困难, 但在一些有条件的地方, 比如以一条主干线为轴发展的城市完全可以实施干线协调控制。

3改善措施

3.1 交通规划改善

3.1.1 规划城区交通规划

主要面向中远期的规划控制层面, 目的是将道路交通规划与土地利用、综合公共交通充分协调, 建立一体化的城市交通系统, 以支持城市的可持续发展, 规划涵盖交通发展战略、道路系统、轨道交通、客运与货运枢纽布局等内容。重点是重要通道的确定和大型基础设施布局, 制定服务于引导城市未来发展格局的城市干线道路网络体系。

3.1.2 核心城区 (建成区) 近期交通综合改善规划

主要面向近期实施层面, 目的是短时间内通过规划与实施并重解决市民关心的交通实际问题, 涵盖内容为通过“短平快”的道路交通设施改造、交通组织与管理、行人与公交设施改善等方面综合治理措施, 制定交通改善方案和实施计划, 以解决交通拥挤和矛盾突出区域的交通问题。重点是对拥挤区域的道路、公交、停车及行人系统进行改善, 通过消除道路交通“拥堵”点、增加路网容量、完善公交设施以及合理交通组织等措施, 在私人小汽车不断增长的前提下, 将核心城区交通质量提高到一个新的水平。并建立近期交通改善实施计划表, 方便政府部门实施。我们可以把中小城市交通规划技术路线组织及技术路线线整合成如图5所示。

3.2 交通信号改善措施

交通信号的发展应考虑近、中、远期城市发展规划, 设施建设及实施应相互结合、综合考虑, 保证投资的有效性和交通控制效果。在交通管理规划的基础上, 从信号设施和信号设置着手, 交通信号建设发展一般性原则归纳如下:

3.2.1 交通信号设施

(1) 信号灯。

信号灯的形状一定要考虑交叉口在城市中的区位及相交道路的等级, 并为未来预留发展空间。根据未来相位设置需求信号灯的灯头选择主要两种满盘灯和箭头灯;信号灯灯杆根据交叉口大小进行设置, 为减少投资, 可全部设置为立杆灯;根据路口形状、交通流量和交通事故情况等条件, 确定路口、路段信号灯的设置;在设置信号灯时, 应配套设置相应的道路交通标志、道路交通标线和交通技术监控设备。根据规范设置机动车信号灯、行人信号灯、自行车信号灯等。

(2) 信号机。

信号机根据中远期进行设置, 在招标过程中信号机基本参数应有以下要求:支持8个以上相位、支持4个以上时段、具有TCP/IP网络通信功能。若城镇管理规划中有部分交叉口实施线控或区域协调控制, 则该区段交通信号机应支持感应式、内嵌时钟或网络协调功能。

加强对地方公安交通管理部门对信号机新标准的了解, 防止主观否定标准的规定、要求;选用优质的电子零部件, 产品结构设计须合理;建立信号机产品认证制度, 规范市场等。

(3) 管线。

若交叉口近期没有实施信号控制, 交叉口信号机、信号灯之间连接的过路钢管应预埋。若交叉口与交叉口之间远期实施协调控制, 交叉口之间管线可考虑远期铺设。

3.2.2 交通信号设置

(1) 周期设置。

在给定条件下, 进行长或短时交通调查, 结合道路规化, 设置信号周期。一天中应设置多个时段 (至少在白天和夜间设置两个时段) , 设定多个配时方案。其中周期时长宜为80～120 s。

(2) 绿灯间隔。

绿灯间隔的选择较为困难, 无大量调查数据条件下可以相位绿灯起始至第二辆车通过停车线时间差值的平均值作为参考。

(3) 相位。

相位的设置, 应该首先考虑交叉口的构造、交通条件、交叉口的布局, 其中尤其是左转相位的设置一定要调查一个周期内左专车的交通量, 按照规范要求, 一般大于3辆车即可考虑设置单独左转相位。

3.2.3 交通信号协调控制

根据城镇发展走向以及道路网结构, 考虑近、远期实施干线协调控制或区域协调控制, 实施交通信号设施协调发展, 并在今后对交通信号进行改造。交通信号的发展必须结合城镇综合交通规划、交通管理规划、交通安全规划等内容, 进行交通信号的发展投资建设规划, 信号设施间协调发展, 比如普通的定时控制不允许设置感应式信号机, 只需设置多时段的信号机即可。信号设置相互协调控制, 以便于交通组织和管理, 同时信号设置必须保证交通安全。

4结束语

中小城市的交通规划应结合城市长远发展考虑, 应做到城市交通可持续发展。交通信号是对交叉口实施交通管理, 有效组织交通的重要手段。交通信号建设的连续性是保证交通控制能否完成未来交通需求的重要内容。建议中小城镇在实施交通信号时, 在所述内容框架下, 进行交通管理规划, 保证交通信号系统安全有效的实施。

摘要：随着我国经济的发展, 城市日新月异, 城市交通规划也应随着经济的发展做出合理的规划。本文通过对中小城市的交通规划现状进行调查, 提出合理的交通规划改善措施。

关键词：城市交通,交通规划,措施

参考文献

[1]陈小鸿.城市交通可持续发展的理念价值观和规划方法[R].第十届上海.东京交通与经济学术研讨会”论文辑览, 2003.

[2]王丰元, 解维亮, 孙刚.青岛市城市交通需求管理策略研究[J].青岛建筑工程学院学报, 2005.

[3]马苏红, 叶建勇.城市新区交通规划与可持续发展探讨[J].交通企业管理, 2009.

[4]范桂莲, 胡光明.对城市交通规划的探讨[J].交通标准化, 2006.

城市轨道交通与通信信号系统 篇5

1 城市轨道发展现状透视

世界经济一体化的到来使整个世界经济都息息相关。中国作为世界上首屈一指的经济实体, 近几年的经济发展也十分惊人。与此同时带来的城市交通问题也是尤为突出的。为了缓解这一问题, 发展城市城际交通必然是当务之急。发展交通不仅是注重数量上的增长还应该把重心放在质量上的提升。以城市立交桥为代表的城市便捷交通设施已经不能够完全满足当前城市人口流动的需求, 而是应该将更多的精力放在城市综合交通体系的建立上。比如说, 为了城市经济的繁荣和人们出行的便利, 地铁、高铁和城市城际轻轨已经成为发达国家和发展中国家争相青睐的项目。尤其是高铁技术的引进和开发不仅为当地的经济发展注入了强大的生命活力, 更是一个地区乃至一个国家科学技术力量的集中体现。以磁悬浮技术为例, 抛开这一高新技术引进带来的科技辐射作用不说, 在方便人们出行的前提下更是带动了当地材料学、建筑业以及劳动保障部门的发展。所以, 不难看出, 发展以信息科技技术为支撑的前沿交通技术是一项一举多得措施。

具体来说, 引进和发展城市交通通信和信号系统是该项举措的重点之处。交通信号就像交通系统的眼睛, 是交通系统监督城市交通流量的重要保证。信号系统的建立和监管是保证城市交通流畅度的保证, 表现在城市车辆、轻轨和地铁的安全行驶和高效率的同行能力。自上世纪中叶以来, 高新技术的发展给社会各行各业都带来了不同程度上的福利。尤其是在城市交通方面, 更是一场根本性的革命。以信息监管和计算机管理为技术支持的城市轨道交通信号系统 (ATC) 在新的城市化进程中发挥着不可替代的作用。这一技术的发展和晚上不仅保证了城市车辆的通过率大幅度提升, 还为城市轻轨和城际列车自动化驾驶提供了强大的导航作用。

2 城市轨道交通与通信信号系统现状的具体分析

城市轨道交通与通信信号系统主要是由装备各式信号装置的电路岔口装置和附属的公共设施组成的。这些公共设施基本上都是隶属于原城市基础设施, 比如城市轻轨轨道、路口交通信号灯以及公共停车管理系统。通信信号系统的组建和发展就是依赖这样的基本设施壮大起来的。并在此基础上不断巩固和升级, 依赖于电子数控的技术支持组建出一套完整的指挥系统。其中, 起着关键心作用的是城市城际联动锁定装置和自动控制装置。这两种装置是城市轨道交通和信号通信系统 (ATC) 的关键所在。细化来看ATC又可以分为自动监控系统ATS、列车自动防护系统ATP和列车自动运行系统ATO。举例来说, 城市轨道交通和通信信号系统是基于地面 (轨道实时监测数据) 来反馈城市轻轨和城际高铁上列车运行的实时状态, 对运行列车状态最最初整体预估, 评判列车的车速、阻力、制动能力的可控程度;同时通过数字化和自动化技术远程调控列车的制动刹车系统, 一方面保证列车的运行速度在合理范围之内, 另一方面可以及时的应对突发情况, 在保证列车安全的前提下杜绝轨道上的意外状况。智能化系统的引进和深化让城市轨道交通与通信信号系统可以随时接受远程控制, 既保证了列车操控人员的安全性也保证了列车的可调度性, 这样一来列车的运输能力和通过能力得到了实质上的提高, 城市物资配送、公共资源的安排也得到了合理化和高效率的配合。

城市轨道交通与信号通信系统给城市交通带来大便利的同时也有自身固有的缺点, 而这些缺点也在很大程度上制约了城市轨道与信号通信系统的深度发展。这些缺点主要体现在以下几个方面:

首先是当前我国的城市轻轨和交通信号系统的造价居高不下。以上海市的地铁造价为例, 每一公里的资金成本投入高达六亿人民币, 这一成本预期要在三十年内收回。造成这一因素的主要原因还是核心技术依靠进口, 成套的系统装备也依赖进口。国外承包商争先瓜分中国市场和国内企业竞争力不足是客观原因。加之大部分的交通信号系统是分期完成, 一旦选定承包商信号系统无法进行修改, 这就造成后期信号维修和管理对外的高度依赖性, 这样的情况不仅会造成当前系统定价由外国承包商决定的局面还会国家安全埋下隐患。

再者就是国内信号的不兼容问题。在我国首先引进该系统的大多是发达城市, 而后逐渐向大中型城市进行推广。这样的模式虽然能有效的降低引进成本但是带来的是区域与区域之间信号系统的不兼容问题。这样的局面会直接造成区域内部列车运营的沟通困难, 尤其是在地域之间由于信号不兼容会造成列车速度和行驶安全上的隐患。虽然在地域内部能达到效率的最高值但是在地域之间的配合就显得非常乏力。另一方面也使系统的维护和保修工作效率低下, 不能实现区域之间的合理统筹管理。

最后在信号材料和核心技术开发方面。我国企业的发展步伐缓慢, 竞争能力低下不能够与国外厂商在同一个平台上进行正面的较量。这不仅使得我国城市轨道与信号通信技术被国外承包商所垄断也大大不利于我国民族厂商的进步和创新。没有一个好的平台和实战战场, 使我国厂商生产出来的产品与实际运用频频脱节, 这对我国在该领域的高新技术研发是致命性的打击。如果我国企业不能积极向国外技术层次靠近不进行深度产品开发和实战演练, 那么带来的后果将是灾难性的。

3 对于我国城市轨道交通和通信信号系统的展望

我国ATC行业的发展前景是十分明朗的, 并且国家在这方面的需求是十分旺盛的。为了弥补业内的需求, 我国民族企业应当正视当前的情况, 迎难而上正确处理好需求和技术之间的问题, 积极找出解决方案。

首先要放低姿态, 以积极地锐意创新的态度吸取国外先进技术的优点, 加快国内硬件加工技术的步伐, 配合当前ATC行业的发展态势, 开发属于自己的核心技术, 推动国产城市轨道交通行业的进步。

其次要通过对引进的技术进行消化吸收, 掌握系统功能单元间接口协议和技术标准。让国内有条件的企业优先系统性学习, 争取在短时间内突破ATC在我国区域之间不兼容的瓶颈, 开创出一套适合我国大部分城市的接口协议。加大研发力度, 在政策和资金上都采取倾斜性的辅助态度, 使该项技术尽早实现国产化, 打破国外垄断, 实现行业内水准化生产, 保证国家公共交通设施安全。

再者就是以缓解城市交通压力为前提, 进行多元化的系统开发。ATC是基于信号的列车控制系统, 我国也可以积极参与基于通信的列车控制系统。这种控制系统一方面可以打破通信信号系统一家独大的局面另一方面也可以充分发挥我国的本土优势和固有的通信设施优势, 实现对城市交通的可控管理。

总的来说, 随着经济社会的发展和城市交通压力的日益增大, 发展城市轨道交通和信号通信系统是目前最为可行的方法。但是我们仍要积极克服当前的难点, 为营造一个完善便捷的城市交通网而努力。

参考文献

[1]张立国, 丁静波.城市轨道交通轨道与供电杂散电流接口设计研究[J].铁道标准设计, 2005.

城市轨道交通信号系统解决方案 篇6

随着国内城市轨道交通网络的大力发展, 近10年来, 有20多个大中城市建设近千公里的城市轨道交通线路。作为城市轨道交通“大脑”的信号控制系统, 是提高运营效率、保证行车安全及乘客舒适度的关键。基于通信的移动闭塞系统 (CBTC) 是当前世界轨道交通列车控制系统的发展趋势, 是近年来国内外使用的最先进的一种闭塞系统。

为打破国外轨道交通信号技术垄断, 加速我国城市轨道交通信号系统国产化进程, 卡斯柯信号有限公司从1994年开始启动智能列车监控子系统 (i TS) 的开发。2009年智能安全型计算机联锁子系统 (i LOCK) 开发完成并通过国际第三方独立安全认证。现在智能列车控制子系统 (i TC) 开发完成。历经17载的技术攻关, 最终开发并推出了具有完全自主知识产权的城市轨道交通信号系统解决方案——基于通信的智能型移动列车控制系统 (i CMTC) 。

1 i CMTC系统方案

基于通信的智能型移动列车控制系统采用目前最先进的基于通信的移动闭塞技术, 通过数据通信网络实现地面与车载控制、车站与中央控制相结合, 是一个集行车指挥、运行调整、安全间隔防护以及列车自动驾驶等功能为一体的移动闭塞列车运行控制系统。

1.1 i CMTC系统结构

i CMTC系统继承了卡斯柯信号有限公司现有的成熟地铁信号系统解决方案 (URBALIS 888系统) 良好的架构设计。

i CMTC系统由以下子系统组成:

(1) i TC。监控列车安全运行, 通过i TC车载部分和轨旁部分构成信息闭环控制, 实现移动闭塞控制功能。

i TC是i CMTC系统的一个核心子系统, 由车载和轨旁两部分组成。车载部分包括车载控制器 (i CC) 和驾驶员接口 (DMI) ;轨旁部分包括区域控制器 (ZC) 、线路控制器 (L C) 、编码器 (L E U) 和欧式信标 (BEACON) (见图1) 。

(2) i TS。提供自动或由人工控制进路功能, 实现行车调度指挥, 并向行车调度员和外部系统提供信息。

(3) i LOCK。执行i TS功能命令, 管理进路、道岔和信号控制, 并将进路、计轴、道岔和信号等状态信息提供给i TS和i TC子系统。

(4) DCS。通过网络通信和无线通信, 实现i CMTC系统各设备之间的安全信息和非安全信息传输。

(5) MSS。对i CMTC系统各设备的状态进行检测、诊断和集中报警, 帮助维护人员进行故障设备定位和维修。

i CMTC系统中, i LOCK、i TS、DCS和MSS子系统为既有成熟产品, 已在多个项目中应用。i TC子系统正按照EN 50126/50128/50129标准自主研发, 已处在系统集成和现场中试阶段。

1.2 i TC

1.2.1子系统组成

(1) i C C。主要实现两大功能:一是自动列车防护 (ATP) 。根据安装在列车车身上的编码里程计、信标天线和安装在轨旁的欧式应答器进行列车安全测速和定位。通过采集驾驶员输入和轨旁有源信标或区域控制器获得的变量信息和EOA信息, 确定列车的驾驶模式, 并对列车的速度、间隔、能量、退行、车门开关等进行监控, 在列车发生超速、超能、冒进、退行时对列车施加紧急制动, 保证列车运行和乘客安全;二是自动列车驾驶 (ATO) 。根据安装在列车车身上的编码里程计、信标天线和安装在轨旁的欧式应答器进行列车精确测速和定位。根据运行调整指令 (来自i TS的运行调整命令或司机人工调整停站时间) 自动驾驶列车运行, 保证列车运行时的乘客舒适性和自动精确停站。

(2) DMI。用于显示车载控制器信息的专用车载嵌入式计算机, 通过车载以太网与列车头尾2个车载控制器连接。DMI是车载控制器与列车驾驶员的接口, 根据车载控制器请求, 通过声音、图像等方式将列车运行状态和辅助驾驶信息通知列车驾驶员, 从而辅助驾驶员驾驶列车。

(3) ZC。实现移动闭塞控制的核心设备, 对其管辖区域范围内所有列车的安全间隔进行防护和管理。ZC根据车载控制器发送的位置报告或轨道区段的占用检测, 为每列列车创建自动保护区域 (AP) , 通过管理区域内的AP和轨旁状态为每一列通信列车计算移动授权 (EOA) 和安全变量信息, 并将其发送给车载控制器, 以实现对列车安全间隔的防护。

(4) L C。管理i T C子系统内部软件版本和安全时钟同步, 并接收来自i T S子系统的临时速度限制 (TSR) 设置和修改, 将线路TSR发送给车载控制器。

(5) LEU和BEACON。LEU接收i LOCK子系统的轨旁变量信息, 将其编码后通过信标发送给车载控制器。BEACON分为有源信标和无源信标。信标沿轨道布置, 用于列车越过信标时定位列车。有源信标与LEU连接, 将轨旁变量信息传递给车载控制器。LEU和信标提供轨旁i LOCK子系统和车载控制器之间的接口, 用于实现后备模式 (降级模式) 功能。

1.2.2开发流程

i TC核心子系统严格按照欧洲铁路应用标准EN 50126/50128/50129开发, 执行高标准的质量控制。 (1) 项目开发采用设计、测试、安全和质量相独立的组织结构。 (2) 系统开发过程采用安全生命周期模型 (V Cycle) , 安全生命周期模型各个阶段的输入和输出严格通过审核、验证和批准。 (3) 系统确认测试采用严格的零缺陷出口标准。 (4) 系统开发过程和安全由国际第三方安全机构进行独立安全认证。 (5) 系统开发采用标准推荐的组合故障安全和反应故障安全技术。 (6) 安全相关软件采用标准推荐的形式化开发方法, 使用经过SIL4级认证的SCADE工具进行开发。

1.2.3主要技术特点

i TC子系统符合“故障-安全”原则, 安全完整性等级为SIL4。主要技术特点体现在以下方面: (1) 车载控制器硬件采用“2取2”结构, 通过相异设计和双通道安全输出比较来提高系统的安全性。 (2) 车载控制器软件采用安全编码处理器 (VCP) 技术和数字集成安全保证逻辑 (NISAL) 编码技术, 使系统发生随机错误的不可检出率达到SIL4级要求, 保证系统的高安全性。 (3) 车头车尾的车载控制器构成冗余, 根据设备的可用性等级实现自动主备切换, 保证系统的高可用性。 (4) 轨旁设备统一采用卡斯柯信号有限公司自主研发的通过国际第三方SIL4级独立安全认证的轨旁安全平台 (TSP) 。该平台采用双系并行控制的“2乘2取2”技术、在线检测 (BIT) 技术和相异性 (DIV) 技术, 以保证轨旁系统的安全完整性等级达到SIL4级要求。 (5) 车载输入/输出模块的安全输入和输出采用并接方式连接, 构成双驱双采工作方式。 (6) 系统内部设备之间采用SACEM安全通信技术, 使用双24位SACEM编码和时间标签技术, 保证安全数据交换的安全性和时效性。

1.3 i LOCK

i LOCK是i CMTC系统中的一个关键子系统。该子系统符合“故障-安全”原则, 是以微处理器为基础的计算机联锁信号控制系统。它是卡斯柯信号有限公司引进法国阿尔斯通公司 (ALSTOM) SMARTLOCK系统核心技术, 结合我国铁路运营技术条件, 经过二次国产化开发而成的一种安全型计算机联锁系统。

i LOCK综合运用“反应故障-安全”、“组合故障-安全”和“固有故障-安全”技术, 采用双CPU表决输出方式, 比采用单一安全技术的系统具备更高的安全性。

该系统自2009年开始已广泛应用于我国国家铁路、地铁等领域, 如沪杭高速铁路, 虹桥枢纽, 北京地铁2号线、机场线和房山线, 上海地铁10号线, 深圳地铁2号线和5号线等。

i LOCK子系统的主要技术特点是: (1) 采用“2取2”双CPU结构和NISAL技术。NISAL技术在基本逻辑运算之外提供一种独立的安全校核, 使得i LOCK系统比一般的“2取2”双CPU结构具有更高的安全度等级, 保证系统的高安全性。 (2) 采用“故障-安全”通信协议与i TC系统交换安全数据, 保证安全系统之间数据通信的安全性和时效性。 (3) 采用“2乘2取2”结构和采集共享、并行驱动技术, 最大程度地提高i LOCK系统的可靠性。 (4) 采用多处理器、相互独立的计算机电源保护、防浪涌和双重电源防雷、机箱屏蔽接地、分区滤波等技术, 使i LOCK具有较高的防雷和抗干扰能力。 (5) NISAL技术的采用能确保输出驱动安全性的同时, 简化接口电路, 降低系统成本。

1.4 i TS

i TS是基于现代数据通信网络的分布式实时计算机控制系统, 与i LOCK子系统、i TC子系统、站台设备等连接, 为控制中心行车调度员和车站行车值班员提供信号和列车的监控功能, 并在此基础上实现对列车的自动化调度和运行调整, 从而减轻调度员和值班员的工作强度, 优化线路运行效率。

作为卡斯柯信号有限公司的既有成熟产品, i TS子系统在国内外地铁项目中得到了广泛的应用, 如伊朗德黑兰地铁1号线和2号线, 北京地铁2号线、9号线、机场线、房山线, 上海地铁1号线、10号线, 深圳地铁2号线和5号线等。

i T S子系统的主要特点是: (1) 关键单元采用“1+1”防护, 故障情况下冗余设备自动实现无扰切换。 (2) 采用分散自律功能配置, 在中央故障时仍可完成大部分自动控制功能。 (3) 对于涉及安全的操作, 采用高完整性控制安全协议 (HILC) , 提供安全操作的二次确认, 以确保安全。 (4) 对恶意入侵的实时监测, 保障系统的信息安全。 (5) 符合人机工程原理的标准化图形用户界面。 (6) 完善的故障诊断功能, 减少系统维护时间。

1.5 DCS

DCS为i CMTC系统提供可靠的通信连接, 主要由两大部分组成: (1) DCS有线传输系统。为i CMTC信号系统提供信息交互传输通道, 保证地面应用间正确的通信连接, 同时也为轨旁设备和车载设备通信提供接口。 (2) DCS无线传输系统。包括车载无线设备和轨旁无线单元, 为轨旁和车载设备提供可靠、持续、双向的通信服务。

DCS有线传输系统的核心网络采用基于同步数字传输 (SDH) 技术的多业务网络解决方案, 利用同步数字传输技术完善的保护机制确保信号应用通信具有更高的可靠性。DCS无线传输系统用于实现车辆与地面设备间的无线通信, 根据车-地无线传输方式不同, 系统支持自由无线和波导管两种无线方案。DCS子系统采用冗余设计 (红网和蓝网) , 具有高可用性、高带宽、双向自愈、组网灵活等特点。

1.6 MSS

MSS对i CMTC信号系统所有设备 (包括电源设备) 的工作状态和电气性能指标进行在线监测和集中报警, 收集并显示包括i TS、i TC、i LOCK等子系统设备的报警信息, 帮助维修调度人员计划和制定预防性和纠正性维护作业。MSS子系统是i CMTC系统的设备状态监测和维护辅助工具, 具有智能化诊断、功能易扩展等特点。

2 i CMTC系统特点

i CMTC系统设计充分考虑国内城市轨道交通现状和用户操作习惯, 能够满足兼顾安全和高效运营的需要。主要技术特点体现在以下方面: (1) 系统集成了多个既有的成熟子系统 (i LOCK、i TS、DCS和MSS) , 这些子系统经过充分应用验证, 技术稳定可靠。 (2) 整个信号系统中所有安全子系统的安全完整性等级达到SIL4级, 导致危险侧的故障率低于10-9/h, 确保系统的高安全性。 (3) 所有关键设备采用冗余热备配置, 故障情况下冗余设备之间自动实现切换, 不影响系统正常运营。 (4) 在同一线路上, 系统支持CBTC模式列车和点式后备模式列车的混合运营, 并提供完整的SIL4级安全防护。 (5) 在点式后备模式下提供ATO功能, 提高系统后备模式运营效率。 (6) 支持3种不同等级的运营模式——联锁模式、点式后备模式和CBTC模式, 当无线通信不能正常工作时, 系统可降级为后备模式或更低的联锁模式运行。 (7) 提供电信级的SDH骨干网, 具有高带宽、双向自愈、组网灵活, 可同时承载信号和实时多媒体, 以及视频监控等多项附加应用等特点。 (8) 采用模块化设计, 可根据项目需求灵活裁剪和扩充系统功能, 满足系统用户需求。

3 i CMTC系统研发历程

从1994年启动i TS子系统自主研发到现在整个i CMTC系统的集成和中试, i CMTC系统解决方案的设计和开发集结了众多中外信号专家的智慧与丰富经验。i CMTC系统具体研发历程如下:

1994年, 启动i TS子系统的自主研发;

1998年, 具有完全自主知识产权的i TS子系统成功应用于伊朗德黑兰地铁1号线和2号线;

2002年, 启动i LOCK子系统的自主研发;

2005年, 具有完全自主知识产权的i LOCK子系统 (采用“2乘2取2”结构) 研发成功;

2006年, i LOCK子系统通过铁道部技术审查, 被批准在客运特等站——上海南站投入使用;

2007年, 启动i TC核心子系统自主研发, 从概念、设计到开发, 整个过程由国际第三方进行独立安全审查和认证;

2008年, i TS、i LOCK作为国产化URBALIS 888信号解决方案的子系统, 成功应用于北京地铁2号线和北京首都机场线;

2009年, i LOCK子系统通过国际第三方SIL4级独立安全认证;

2011年, i TC子系统获准在上海轨道交通10号线试车线进行现场动车调试;

2011年, i CMTC获准在上海轨道交通张江实训基地进行中试;

2012年, 计划i TC子系统通过国际第三方SIL4级独立安全认证;

2012年, 计划推出具有完全自主知识产权的城市轨道交通信号系统解决方案——i CMTC系统。

4 结束语

随着i TC子系统开发完成并通过国际第三方SIL4级独立安全认证, 以及与既有成熟子系统集成, 卡斯柯信号有限公司将为中国城市轨道交通提供一个高安全性、高可靠性的具有完全自主知识产权的CBTC信号系统解决方案——i CMTC系统, 这将成为中国城市轨道交通国产信号控制系统发展的里程碑。

浅谈城市轨道交通的无线信号覆盖 篇7

与传统的陆地通信网建设一样, 城市轨道交通公用通信必须具备全程全网的基本特征, 同时又有其自身的不同特点。地下轨道交通公用通信主要在地下且大部分在隧道里面建设, 这样一来, 如何保证在隧道区间、站厅层和站台层无线通信信号的无缝覆盖, 以及行人进出地铁站和列车在隧道区间越区切换的顺利进行就成了一个重要问题。本文结合南京地铁二号线及一号线南延线移动通信系统建设实际, 就城市地下轨道交通的公网移动通信的无线覆盖问题进行探讨。

1 城市地下轨道交通通信系统的组成

地下轨道交通通信系统主要由专用通信、公安通信、公网通信3个通信系统组成。公网通信系统应满足地铁公众通信服务, 将电信运营商移动通信系统覆盖至地铁全程地下空间。公网通信系统由传输系统、移动通信引入系统、集中监测告警系统、电源系统等组成。移动通信引入系统是多种公网无线信号合路及分配网络, 可提供和预留不同制式的射频信号合路, 通过天馈方式和漏缆方式将信号覆盖于地下车站和隧道空间。

当条件允许时, 专用通信系统、公网通信引入系统和公安通信系统宜共建共享相应的基础设施和网络资源。

2 地下轨道交通的公网无线覆盖

城市轨道交通的主要形式为地铁。地铁地下站有“站台”“站厅”“商业层”和“设备层”之分。“站台层”为上下列车点, 和隧道同层;“设备层”为地铁专网和公网设备的安装地点, 一般在“站厅层”和“站台层”之间。“商业层”则通常和站厅层同层。

在对地铁地下车站进行无线覆盖时需要考虑地下站的结构对信号覆盖的影响, 行人出入地铁站时和列车在隧道内行驶时以及列车进出隧道洞口时移动通信网络小区信号切换的影响。

为满足移动运营商公共无线信号在地铁内的延伸和覆盖, 在地下车站设置了公网通信机房。各运营商的信源设备与配套的传输、电源设备等, 均安装在各地下车站的通信机房内, 各运营商的信号经POI (point of interface) ———多系统接入平台, 包含相应信源的功率放大器———合路后, 经天馈系统 (采用泄漏同轴电缆、天线和馈缆) 的传输和辐射, 完成对所有地下车站站厅、站台层、商业层和地下隧道区间无线信号盲区的覆盖。如图1所示。

2.1 地下轨道交通无线信号覆盖方式

2.1.1站台、站厅层的覆盖

站台及站厅覆盖主要有3种方式:室内吸顶天线阵覆盖, 室内定向天线覆盖, 泄漏电缆覆盖。

2.1.1.1室内吸顶天线阵覆盖

信号覆盖均匀, 吸顶天线可以暗装, 部分需要明装, 对地铁内饰装修环境影响不大, 作为站台及站厅内的首选覆盖方式。

另外, 采用此种方式, 便于日后2G、3G扩容时控制切换区间;泄漏电缆只需要从隧道口开始布放, 节省成本和隧道区间覆盖功率。

2.1.1.2定向天线覆盖

信号覆盖不均匀, 某些拐角区域由于楼梯等建筑阻挡致使信号急剧下降, 部分工作区域、设备间等区域难以覆盖。另外此种方式不便伪装, 影响地铁整体内饰。但是天线数量少, 施工简单, 当无法使用室内吸顶天线阵覆盖时, 可作为备选方案。

2.1.1.3泄漏电缆覆盖

信号覆盖电平相对均匀, 但是其造价高、施工复杂, 并且部分区域无法走线, 如工作区域以及站台层部分墙壁为整板壁画时。因此不建议采用该方式覆盖站厅、站台部分。

1) 地下岛式站台。

岛式站台利用两侧隧道内漏缆辐射信号进行覆盖。考虑到站台屏蔽门和列车停靠站台时对信号的阻挡, 可在站台层加装全向吸顶天线进行覆盖, 同时也有利于信号越区切换和位置更新。

2) 地下侧式站台。

由于现场安装环境影响, 可能导致某些侧式站台轨道两侧不具备布设漏缆的条件, 因此站台和轨道均依靠站台层全向吸顶天线进行覆盖, 天线布设充分考虑站台屏蔽门、车体以及人群拥挤对靠站列车内信号的影响。

2.1.2 隧道区间的覆盖

地下站沿线隧道区间, 采用泄漏电缆完成无线信号覆盖。泄漏电缆集信号传输、发射与接收等功能于一体, 同时具有同轴电缆和天线的双重作用, 适应现有的各种无线通信体制。

2.2 地下轨道交通的无线信号切换

所谓切换, 就是指当移动台在通话过程中从一个基站覆盖区移动到另一个基站覆盖区, 或者由于外界干扰而造成通话质量下降时, 必须改变原有的话音信道而转接到一条新的空闲话音信道上去, 以继续保持通话的过程。切换是移动通信系统中一项非常重要的技术, 切换失败会导致掉话, 影响网络的运行质量。因此, 切换成功率 (包括切入和切出) 是对移动通信网络考核的一项重要指标。

地铁覆盖时需要考虑的切换主要分为两个方面:行人出入地下站通道的切换和地铁隧道区间的切换。

2.2.1 行人出入地下站通道的切换

乘客出入地铁站, 会造成室外宏基站信号和地铁站厅信号之间的切换。由于GSM900是硬切换系统, 因此首先以GSM系统为例进行分析。

乘客出入地铁站厅的过程中, 自动扶梯运动产生的瑞利衰落及人群拥挤产生的信号衰落, 导致手机信号强度锐减, 造成信号重叠区域 (切换区) 不够。只要保证两个小区信号重叠区边缘场强在-85 d Bm以上, 即可确保信号良好无间断地切换。

假设乘客行进的时间为4 s, 行进的速度为1.5 m/s, 则走过出入口的距离为:4 s×1.5 m/s=6 m。由于地铁站内外场强相等, 只要确保行人出地铁站6 m后, 信号电平在-85 d Bm以上, 即可保证乘客经过地铁出口时切换平稳。移动终端出入地铁站时, 站厅信号与室外信号电平场强变化如图2所示。

对于CDMA和3G系统, 其切换一般为软切换方式, 切换时间短 (一般小于1 s) , 在与GSM网络类似条件下更容易实现良好的切换。

2.2.2 隧道内切换

根据国内外地铁移动通信工程设计经验, 地铁无线通信进行单次正常切换需要6 s, 对于切换区应取单次成功切换时间的2倍, 为12 s, 保证一次成功切换不成功再进行2次切换。列车最高时速为80 km/h, 12 s内行进距离为:L=266 m。在理想情况下, 本小区与相邻小区信号在泄漏电缆中传输损耗是相同的, 故它们的场强衰减特性曲线相对于它们的交点是对称的, 所以泄漏电缆越区切换损耗余量在距离上可由本小区和相邻小区各负担一半, 即1/2×266 m=133 m。对应于泄漏同轴电缆传输损耗为24 d B/km, 越区切换损耗余量为24 d B/km× (1/1000) ×133 m=3.1 d B, 所以, 要保证隧道中的切换区长度超过266 m。根据漏缆指标计算得知:900 MHz信号在133 m的漏缆中共衰减3.1 d B, 所以在最坏情况下原小区的900 MHz信号将衰减到-80-3.1=-83.1 d Bm, 将驶入小区的900 MHz信号强度增强到-80+3.1=76.9 d Bm, 信号强度相差6 d B, 可通过场强比较的方式进行切换。我们只要保证切换区长度达到266 m, 即可达到移动台良好无间断的切换要求。如图3所示。

切换区域的设置是保证切换成功率的关键。一般最小切换区域为:Smin=vt。式中Smin为最小切换区间长度, v为列车运行速度, t为切换时间。故不同速等级下地铁列车的最小切换区域见表1。

3 地铁二号线覆盖方案与工程实践

南京地铁二号线及一号线南延线, 地铁建设方已经建设了地铁站台、站厅以及隧道漏缆覆盖系统。由于系统建设比较早, 没有充分考虑3G移动通信系统的覆盖需求, 且在整个车站内部、地铁出入口 (人出入口) 、隧道区间和隧道洞口等尚不能很好满足网络覆盖的质量和切换需求, 因此需要对现有室内分布系统和隧道漏缆覆盖系统进行改造。主要改造内容如下:

3.1 3G引入改造

地铁建设方在移动电话引入系统中已初步考虑到3G系统的引入条件, 站厅、站台采用泄漏电缆及分布式天线阵方式覆盖, 所采用的无源器件、天线、馈线均涵盖3G频段, 泄漏电缆与天线布放也基于3G网络的要求设计, 现有室内射频信号分布系统可支持3G信号引入覆盖的要求。

隧道区间系统的泄漏电缆与射频电缆均采用宽频指标, 频率上限为2.5 G MHz, 可直接引入3G系统信号。但所采用的POI设备并不具备3G信号的合路条件, 需要对合路系统进行改造。

3.2 站台、站厅分区改造

南京地铁二号线及一号线南延线改造工程中, 站厅、设备层、换乘厅, 商业区及联络, 人行通道等, 均采用宽频小天线的方式进行覆盖, 射频同轴电缆走线采用楼板吊挂方式。

根据以往工程项目的经验, 地铁站厅较为空旷, 并且各站点装修情况也不相同, 无论是从经济投资的角度还是从工程实施的角度考虑, 在地下车站站厅层、设备层、公共区域及部分出入口通道, 均可以采用全向吸顶小天线进行覆盖, 既能够避免破坏站厅公共区域的装修美观, 又能安装灵活, 可确保信号覆盖各个角落。此外, 考虑到二号线换乘站较多, 对于部分较长的联络通道或狭长的出入通道可采用线径较细的泄漏同轴电缆进行覆盖, 同时合理控制切换区域的信号强度。

南京地铁二号线及一号线南延线各地下站的站台类型分为岛式和侧式, 根据车站的结构和引入信号要求的不同, 采用不同的分布系统设计方案。

在原覆盖系统中已设置了一套有源系统覆盖整个站台、站厅 (商业层、设备层等) 以及隧道。由于一号南延线和二号线有部分站台站厅比较大, 因此考虑实行站台、站厅分区改造。图4、图5为系统改造示意图。

站台层通常利用过站台的泄漏同轴电缆进行信号覆盖, 但在本系统中充分考虑屏蔽门对站台信号的影响。

初期考虑:为了加强隧道内和站台站厅的覆盖效果, 一号南延线和二号线共计24个站点均考虑进行站台站厅分区改造。后经过多方沟通, 确定需要分区改造的站点为二号线集庆门大街站和新街口站, 一号南延线河定桥站。改造站点见表2。

3.3 车站出入口增设天线

在原有室内分布系统中, 出口位置均没有设置天线, 根据实际经验, 移动通信用户在乘坐自动扶梯进出地铁车站时, 由于自动扶梯运动产生瑞利衰落以及人群拥挤而产生的信号衰落, 使手机信号强度锐减, 造成信号重叠区域 (切换区) 不够, 易造成用户通话中断, 发生掉话现象。

由前文分析可知, 只要确保行人出地铁站6 m后, 信号电平在-85 d Bm以上, 即可保证乘客经过地铁出口时切换平稳。所以, 只需要在出入口位置增加天线, 即可以保证出入口信号电平在-85 d Bm以上, 从而可以确保行人进出地铁站无线信号覆盖的稳定性。

3.4 对地铁隧道及隧道洞口的改造

在南京地铁二号线及一号线南延线公网无线通信系统中采用分缆辐射方式, 上下行信号分开传输, 增加了收发的空间隔离度。泄漏电缆系统上行链路和下行链路各用一条泄漏电缆, 双线双隧道中每条隧道均用一收一发共两条电缆, 在各个区间从相应的车站引出, 连续贯通整个区间。

针对区间分布系统的设计, 综合考虑将来3G网络的引入要求, 在长隧道区间内, 采用增加信源方式的组网方案。

2G系统:在南京地铁二号线及一号线南延线的最长的4个隧道洞口的区间, 各加装一套GSM/CDMA光纤直放站, 实现中长隧道区间各公网通信系统的延伸覆盖并与室外信号过渡。

3G系统:在将来3G扩展过程中, 根据南京地铁二号线及一号线南延线区间长度各不相同, 分别加装1~2套RRU (射频拉远单元) 设备, 满足各区间各系统信号网络覆盖指标, 并结合2G区间分布系统的设计, 合理设置接入点, 在满足覆盖要求的前提下, 尽可能减少漏缆开断。

地铁隧道洞口狭长封闭的特殊结构, 造成室外信号本身很难延伸到隧道内, 当列车高速驶入隧道洞口时, 在极短的时间内服务小区的信号电平急剧下降, 使得移动台没有足够的时间完成整个切换过程, 导致通话信号越区切换失败, 掉话率升高。同样情况也发生在列车高速驶出隧道洞口的过程中。

原系统使用漏缆信号加装定向天线覆盖隧道口, 此方案不能满足隧道口切换的需求。考虑在6个隧道口加装有源设备 (联通GSM、WCDMA, 移动GSM、TD, 电信CDMA) 。用POI合路覆盖隧道和洞口外。改造原理如图6所示。

在对原系统的改造方案进行认真论证后各方取得共识, 联合建设, 共同推进, 全部覆盖系统按期改造完成, 于地铁正式开通前, 分成3个阶段, 将站点和隧道线分两种场景对地铁无线覆盖系统进行了测试, 并对发现的问题进行了优化、调整和复测, 特别是对3G信号覆盖的测试。测试内容包括整个站台及隧道的覆盖情况、各小区的覆盖范围、各小区的业务验证及同站内的两个小区切换验证等项目, 现场测试结果覆盖情况均正常, 确保了地铁开通后的无线信号覆盖质量。

4 结束语

城市道路交通信号控制系统分析 篇8

关键词：平面交叉口,交通信号,协调控制,设计

1 交叉口交通管理与控制设施设计

1.1 平面交叉口交通管理设施设计

城市道路平面交叉口交通控制与管理设计首先要确定平面交叉口交通控制管理类型。同一级的平面交叉口可以采用不同的平面形式，同一等级同一平面形式的平面交叉口也可采用不同的交通控制管理类型，同一个平面交叉口在不同的交通时段也可以采用不同的交通控制管理类型。

信号灯的设置应包括机动车信号灯、行人信号灯、自行车信号灯。当自行车交通流可与行人交通流同样处理时，可装自行车、行人共用信号灯。

第I类无控制平面交叉口只能在城市支路相交时采用，此种交叉口的进入交通流量常在600Pcu/h以下，只需在距离过街人行横道20～50米处的适当位置设置必要的标志标线，即可由驾驶员自行决定减速穿越车流空档通过交叉口。

第II类次路让行平面交叉口可在城市支路与次干路相交以及主要支路与次要支路相交时采用，其适宜交通量为600～1100Pcu/h。

此类交叉口在次要道路进口处的适当位置设置减速让行标志及停车线。次要道路进入需减速或停车，视主要道路车流有足够的穿越空档时再行通过。

第III类主路优先灯控平面交叉口可在交通量较大的主路与支路相交的平面交叉口采用。其适宜交通量可为700～2000Pcu/h(支路交通量通常在200Pcu/h以下)。此类交叉口在次要道路进口前适当位置设置车辆检测器，当相交采用道路无来车时，相交主要道路方向一直显示绿灯放行，而只有当相交次要道路有来车时，信号灯自动按周期控制模式运行，依次放行主次道路车辆。

第IV类普通灯控平面交叉口通常在城市次主干路与主干路相交的平面交叉口以及次主干与次主干相交的平面交叉口中采用，其适宜交通量为2000～4000Pcu/h。通常可以采取二相位或四相位的配时控制。

第V类环形平面交叉口属于自行控制通行的交叉口，或连续、或伺机环道交织车道空档进入交叉口的直行和左转的车辆均绕中心岛作逆时针行驶，相互交织后驶离交叉口，而右转车辆在环道右侧专用车道上转向行驶。该类环形交叉口可分为大直径中心岛连续进入环交路口与小直径中心岛让行进入环交路口两种，适宜在自行车干扰少，交通量不大的城市次干道相交时采用，其适宜直行、左转总交通量在3000Pcu/h以内。

在平面交叉口周边道路条件允许时，可采取道路单向通行或左转车绕街坊变右邻向入口直行通行的措施实现平面交叉口二相位配时控制管理，以达到简化交叉口交通组织，提高其通过量和服务水平的目的。

2 干线交通信号定时式协调控制

2.1 信号控制系统的基本参数

在干线交通信号协调控制系统中，周期时长与绿信比两个信号基本参数同点控制中的稍有不同，另外，在控制系统中还有一个重要的参数———时差。

1)周期时长。在信号控制系统中，为使各交叉口的交通信号能取得协调，各个交通信号的周期时长必须是统一的。为此，必须先按单点定时信号的配时方案方法，根据系统中各交叉口的布局及交通流向、流量，计算出各个交叉口交通信号所需的周期时长，然后从中选取最大的周期时长作为这个系统的周期时长，把需要周期时长最大的交叉口叫做关键交叉口。在近代控制系统中，对有些交通量较小的交叉口，实际需要周期时长接近于系统周期时长的一半，可以把这些交叉口的信号周期时长定成系统周期时长的半数，这样的交叉口叫双周期交叉口。

2)绿信比。在信号控制系统中，各个信号的绿信比是根据各个交叉口各向交通量的流量比来确定的，因此，控制系统中，各个交叉口信号的绿信比不一定相同。

3)时差。时差也称为“相位差”，有绝对时差和相对时差之分。

3 干线定时式控制系统的配时设计方法

对于本论文主要研究的内容———干线“绿波”交通的实现，相邻各交叉口信号间的时差可按式以下公式确定：

式中：Qf为相邻信号间的时差，s;s为相邻信号间的间距，km;v为线控系统车辆可连续通行的车速，km/h。

3.1 时间-距离图

控制系统配时方案通常可用时间-距离图(见图1)描述。图中，以时间隔(即信号配时)为纵坐标，干道上交叉口距离为横坐标。

图中所绘一对平行斜线所标定时间范围称为通过带，其宽度就是通过带宽(或绿波带宽)，简称带宽。它确定干道上交通流所能利用的通车时间，以秒或周期时长的百分数计。平行斜线的斜率就是车辆沿干道可连续通行的车速，可称为通过带速度，简称带速。

3.2 配时所需的数据

在确定线控制系统的配时方案之前，必须调查收集一批必要的道路交通数据。

1)交叉口间距：相邻交叉口停车线到停车线的距离。

2)街道及交叉口的布局：干道及相交道路的宽度，各进口道宽度及进口道车道数。

3)交通量：交叉口上交通流向、流量、各向交通量的日变、时变图。

4)交通管理规则：如限速、限制转弯、是否限制停车等。

5)车速和延误：路上(或每对交叉口之间的)规定行驶车速或实际行驶车速(或行驶时间)，及当时所用控制方式下的延误。

然后根据调查数据，特别是交叉口间距及交通量数据，确定干线上交叉口纳入线控制的范围。把交叉口间距过长和交通量相差悬殊、影响信号协调效果的交叉口，排除在线控制系统之外，或纳入另一相宜的系统内，再用这些数据计算入线控制系统范围内的各信号所需的配时，确定一批配时方案备用。

3.3 计算备用配时方案

计算步骤如下：

1)根据每一交叉口的平面布局及计算交通量，按单点定时控制的配时方法，确定每一交叉口所需的周期时长。

2)以所需周期时长最大的交叉口为关键交叉口，以此周期时长为线控系统的备选系统周期时长。

3)以各交叉口所需周期时长并根据主次道路的流量比，计算各交叉口各相位的绿信比及显示绿灯时间。

4)上步算得关键交叉口上主干道相位的显示绿灯时间，就是各交叉口上对干道方向所必须保持的最小绿灯长度，显示绿灯时间和有效绿灯时间见式(2)和式(3):

式中gm为关键交叉口上主干道方向显示绿灯时间;gme为关键交叉口上主干道方向有效绿灯时间;lm为关键交叉口绿灯间隔时间;l为启动损失时间;Cm为系统周期时长;Lm为关键交叉口总损失时间;ym,ym'为关键交叉口上主干道两向的流量比;Ym为关键交叉口上最大流量比之和。

5)系统周期时长大于非关键交叉口所需周期时长时，非关键交叉口改用，其各相绿灯时间均随着增长，非关键交叉口次要道路方向的绿灯时间只需保持其最小绿灯时间即可。为有利于线控系统协调双向时差，在非关键交叉口上保持其次路方向的最小绿灯时间，把因取系统周期时长后多出的绿灯时间全部加给主干道方向，这样还可适当增宽线控系统的通过带宽。

以上计算的配时方案，在线控系统中，只是备用方案，也要根据配合协调系统时差的需要而给予调整。

3.4 选定周期时长

交通信号协调控制系统中的系统周期时长，不仅决定于各交叉口信号配时的结果，还同取得适用时差有关，所以在协调系统时差时要经过反复试算来确定。

在选定试算周期时长时，常用的依据是：使通过带速度接近街上车辆的实际平均车速，定出一段周期时长的备选范围，如果系统中信号间距相当整齐，则用典型信号间距s和测得的车速v可由式(4)定出一批周期时长C。

式中：C为系统周期时长;v为线控系统车辆可连续通行的车速，km/h。

把这些备选周期时长与从各个交叉口配时计算所得的所需系统周期时长对比，如果其中某个周期时长接近或略大于该公用周期时长，则选用此周期时长作为试算的基础，但首先要检验所选用的周期时长能否保证各个交叉口有效地运行。如果所要设计的线控系统同其他线控系统相交或相近，这些线控系统已采用的周期时长就可定为要设计系统的周期时长。

4 交通控制设施设计的一般规定

城市干道相交的平面交叉口均可安排布设必要的交通监控设施。城市道路交叉口交通监控设施包括交通信号控制系统、交通违章自动抓拍系统、闭路电视监控系统、交通环境监测系统以及交通监控设备供电、防雷接地系统。应按照平面交叉口交通的重要性、复杂性、城市交通建设能力及管理水平选择布设多项系统或单项系统，提倡采取统一设计、分期实施的技术措施。

灯控平面交叉口的交通信号控制系统包括信号控制机、机动车信号灯、行人信号灯、分道指示器以及车辆检测子系统，也允许只控制交通信号控制机、机动车信号灯的布设方案。

城市道路平面交叉口宜优先选用计算机联网控制方式的信号控制机，以实现单个路口优化控制为基础并为逐步实现联网优化控制创造条件。信号控制机一般布设在路口靠近市政通讯井处，落地安装。

机动车信号灯可采取立柱式，悬臂式、悬臂大杆式安装在行车前进方向的直线位置，一般宜采用远灯布置形式，安装在路口出口道右侧。当交叉口较小时也可采用近灯布置形式，安装在路口进口道右侧。

在灯控路口过街人行横道靠近来车方向的一侧应设二灯位组合(红、绿)的人行信号灯，可采用单独立柱式安装，也可附设安装在机动车信号灯杆上。碟式渠化灯控路口的右转车道一般情况下无需布设人行信号灯，此时应设置机动车让行固定标志牌。有条件时，每套人行信号灯应配置行人过街蜂鸣器以方便盲人过街。

在城市干道相交叉的灯控路口的进入路段的适当位置，应设置车辆检测器，为统计交通数据、建立自适应控制系统创造条件。检测器宜采用埋地线圈形式，也可采用光电或声波探头形式，探头设置位置依实际要求而定，一般情况下，布设于距进口停车线100米左右处，车辆检测器的输出方式可采用继电器方式或静态式。

在灯控平面交叉口中，可采用照相机型闯红灯自动抓拍系统。该系统的电源、时间控制器、车辆检测器、摄像仪控制器、计数器等安装在主机箱内，可与摄像机同杆安装;车辆检测线圈可采用口字型单线圈(用于交通状况规范的路口)或日字型双线圈(用于交通状况较混乱的路口)埋设在停车线前1～3.5米处。

城市道路平面交叉口处的供电、通讯等设施的线缆、管道要求采取入地敷设，敷设线路包括自取电点、路段线路至路口交通信号系统、交通违章自动抓拍系统、闭路电视系统等的供电、通讯线缆和管道。

参考文献

[1]合肥市道路交通及附属设施设计指导手册.

[2]马建明.信号交叉口优化设计及其微观仿真研究.2000.

[3]刘智勇.智能交通控制理论及其应用.2003.

城市区域交通信号 篇9

城市轨道交通信号设备按地域划分为五部分:控制中心设备、车站及轨旁设备、车辆段设备、试车线设备、车载ATC设备, 工程施工具备点多线长、交叉施工多、持续时间长等特点, 施工验收也具备类似的特点, 因此在验收工作开始前必须对验收内容进行详细划分, 对验收流程高度优化。

1 验收内容

信号工程施工质量验收划分为单位工程、子单位工程、分部工程、分项工程和检验批。信号工程作为弱电系统的单位工程进行验收。城市轨道交通信号工程相对规模较大、运行线和车辆段的使用功能差别较大, 因此一般情况下将信号工程按照地域划分为运行线信号工程和车辆段信号工程两个子单位工程, 单位和子单位工程验收由建设单位项目负责人组织, 施工、设计、监理等单位项目负责人参加。将子单位工程按功能或地域等划分为分部工程, 例如运行线信号工程一般划分为电 (光) 缆、信号机、转辙设备、轨旁设备、车载设备、室内设备、联锁、ATC、防雷及接地、设备标识及硬面化等, 车辆段的分部工程划分方式基本一致, 分部工程验收由总监理工程师组织, 施工单位项目负责人和技术、质量负责人等参加。将分部工程按工种、材料、施工工艺、设备类别等划分为分项工程, 并根据施工及质量控制和验收需要划分检验批, 检验批及分项工程验收由监理工程师组织, 施工单位质量负责人等参加。

信号工程的施工质量验收内容可分为四个方面:设备、安装、功能和观感。设备验收指原材料、构配件和设备按进场批次进行验收, 其型号、规格、质量应符合设计要求及相关产品标准的规定。安装验收主要有设备安装、电缆敷设、桥架及保护管安装等, 其验收标准为设备安装牢固, 安装位置、安装方式等应符合设计和相关技术要求;电缆分层敷设, 敷设按照设计要求, 根据规格型号敷设在托架上的相应位置;桥架安装高度和路径符合设计要求, 桥架安装应接地, 接缝处应有连接线或跨接线;保护管宜采用整根材料, 如必须连接时, 在连接处做防水处理, 管口应做防护处理, 保护管应接地, 保护管连接后保证整个系统的电气连通性, 如果设计要求, 保护管要做防火处理。功能验收指单体设备、子系统及系统整体的各项功能全部检验通过, 测试数据和性能指标应符合设计和相关技术要求。观感验收也涉及设备、电缆、桥架及保护管等, 设备安装应排列整齐, 漆饰完好, 铭牌、标记清楚正确, 设备外表完好、无破损;电缆排列整齐, 没有破损、扭绞、交叉, 标识齐全、清晰、不易脱落;桥架固定牢固、横平竖直、内层平整;多根保护管同向敷设时, 应注意间距一致, 整齐划一, 管路应做整体接地连接。

验收工作还要求具备完整的符合国家和地方政府规定的相关技术资料和程序性文件, 包括设计文件、施工图纸、技术说明、设计变更通知书、技术交底、主管部门审批文件、分部分项及检验批验收文件等。

2 验收程序

信号系统安装工程的验收程序分工程预 (初) 验收、竣工验收、最终验收等。各验收阶段要求对工程实体及文件资料进行检查、修补、再检查, 循环往复直至符合合同和相关标准规范的要求, 只有完成前一步程序后方可进行下一步程序。

2.1 预验收

在信号系统完成综合联调后, 施工单位配合建设单位对工程进行预验收。预验收前, 施工单位应进行自检自验, 由项目负责人组织生产、技术、质量、合同、预算及施工人员等共同参加。对检查的全过程要做好记录, 对出现隐患或不符合标准的部位和项目提出整改措施, 要求相关负责人限期整改完成。

施工单位在自检自验合格, 确认符合正式验收条件后, 向监理单位提出预验收申请, 由监理单位组织, 建设、设计、施工等单位参加, 也可邀请工程质量监督机构参与监督, 对工程或部分工程、系统进行预验收。预验收标准应与正式验收一样, 即检查工程是否满足完成设计和合同约定的各项使用要求, 工程质量是否符合标准、设计文件和合同的要求, 工程验收资料是否符合要求等。预验收通过后, 监理单位和建设单位将出具预验收报告。施工单位对预验收中提出的所有问题进行整改修补, 经复验合格后, 方可投入空载试运行。

2.2 竣工验收

试运行通过以后, 施工单位应再次进行自检, 确认工程全部符合竣工验收标准, 经监理单位检查通过后, 可向建设单位提出竣工验收申请。建设单位在收到竣工验收申请后启动竣工验收工作, 确定验收时间, 并提前10天通知施工单位。工程竣工验收工作由建设单位组织, 设计单位、监理单位、施工单位、工程质量监督机构等有关方面参加。

竣工验收要求工程符合相关标准规范、设计和合同的全部要求, 整个验收过程要求在行政主管部门或工程质量监督机构的监督下进行, 验收通过后由建设单位向施工单位发房竣工验收证明书。工程竣工验收合格后, 建设单位应在规定时间内将工程竣工验收报告和有关文件, 报建设行政管理部门备案。

系统竣工验收合格后, 工程进入质量保证期阶段, 质量保质期从竣工验收签署之日起开始计数, 一般情况下质量保证期为2年。建设单位收到信号系统安全评估报告后, 信号系统投入载客试运营。

2.3 最终验收

在质量保证期结束后, 系统能持续平稳的正常运行, 且性能指标和功能指标能达到标准规范、设计和合同的要求, 施工单位可向建设单位提出办理最终验收的手续, 最终验收由建设单位组织, 施工单位协助, 其他有关各方面参加。

3 结束语

信号系统虽然在城市轨道交通建设的投资占比不大, 却是非常重要和关键的部分, 具有不可替代的作用。信号系统为城市轨道交通的指挥控制提供重要的监控支持, 为保障列车和乘客安全, 实现列车运行高效、指挥管理有序发挥着关键作用。由于轨道交通建设工期一般较为紧张, 施工调试时间较为仓促, 且零星的验收工作可能穿插于整个施工阶段, 因此, 提前做好验收准备具有重大的意义。建设、监理、设计、施工等单位与工程质量监督机构可针对具体施工情况事先会商针对性的验收措施, 使验收工作标准化、规范化、透明化, 促进城市轨道交通信号工程施工质量的不断提高。

参考文献

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