轨道交通系统

轨道交通系统（精选12篇）

轨道交通系统 篇1

一、缺乏城际铁路, 影响了嘉定新城对长三角的吸引与辐射

嘉定新城是上海第二个重点建设的新城。随着轨道交通11号线的建成运营, 嘉定新城建设步伐加快。然而, 与毗邻的江苏昆山、太仓等城市相比, 嘉定新城整体发展相对比较滞后。虽然嘉定位于沪宁通道上, 是上海陆上运输的北大门, 但长期以来, 嘉定并没有发挥出上海北部陆上运输门户的枢纽功能。由于地位和区位较近的关系, 长三角北翼地区基本越过嘉定与上海中心城区直接联系, 大量的产业也向毗邻的昆山、太仓等转移, 嘉定反而成为区域发展的洼地。

21世纪以来, 上海加快了郊区新城的建设速度。根据长三角区域城市群发展规划、上海郊区新城发展规划, 嘉定新城将定位于具有综合辐射功能的长三角重要节点城市。然而, 与松江新城相比, 嘉定新城既没有普通铁路、也没有城际铁路通过。经过嘉定区的京沪铁路、沪宁城际铁路均远离嘉定新城;虽然京沪铁路、沪宁城际铁路都在安亭设了车站, 由于可达性差, 列车班次少, 这些车站对嘉定新城甚至安亭汽车城几乎没有发挥作用。

嘉定城区距离沪宁城际铁路安亭北站直线距离超过10公里, 实际行亭北站通过地铁11号线绕行需要近1小时。由于可达性很差, 沪宁城际铁路、京沪铁路等对嘉定新城均没有吸引作用, 嘉定新城对外交通仍然依赖于上海市中心的铁路主客站。因此, 为了进一步提升城际铁路安亭北站对嘉定城区的服务, 需要建设一条直接连接安亭北站及嘉定城区的轨道捷运系统。

二、轨道交通11号线对嘉定城区的可达性差

与轨道交通9号线直接穿越松江新城和老城区不同, 轨道交通11号线在规划时就特意绕开嘉定老城区。轨道交通11号线进入嘉定城区后, 沿胜辛路、平成路从嘉定老城区西侧绕至北侧, 在城区西北侧设置嘉定西站, 在城区北侧设置终点嘉定北站, 2座车站均偏离城区中心。嘉定东部城区距离轨道交通11号线车站大多需要2~5公里的短驳距离, 导致总时耗增加, 出行不便。整个嘉定城区东部轨道交通服务较为薄弱, 可达性差。嘉定城区本身是组团式用地结构, 随着嘉定新城的建设规划, 老城区、嘉定工业园区、新城区等组团之间的联系将加强。然而这些组团之间的交通大部分仍然依赖传统的公交车, 速度慢、运能低。

三、嘉定区域快速轨道交通规划方案

1. 区域轨道交通功能定位

一是为嘉定老城区、嘉定新城区、安亭城区与沪宁城际铁路安亭北站、京沪铁路铁路安亭站之间提供快速联系服务, 提升城际铁路、市郊铁路对嘉定城区的服务。通过这条区域轨道交通的规划建设, 整合嘉定区域的轨道交通、市郊铁路和城际铁路, 提升铁路对嘉定城区的服务。二是填补轨道交通11号线覆盖的不足, 为11号线提供网线补充。通过该条区域性轨道交通的规划建设, 可以为嘉定城区东部提供服务, 实现东部城区与11号线快速衔接。三是为嘉定老城区、嘉定工业区、嘉定新城区、安亭汽车城等各组团之间联系提供快速服务, 进一步提升嘉定区域各组团之间的交通服务水平。

2. 规划目标

实现嘉定老城区30分钟内可到达城际铁路安亭站。

3. 线路选线规划

从轨道交通11号线终点嘉定北站起, 线路往东沿嘉罗公路穿越嘉定城区东部、嘉定工业园区, 衔接11号线嘉定新城站后沿宝安公路至京沪铁路安亭站、沪宁城际铁路安亭北站, 并延伸至11号线安亭站。该线路总长约25公里, 将11号线、沪宁城际铁路、市郊铁路实现网络整合 (图1) 。

4. 站点规划

设置换乘枢纽站和普通站两类车站:换乘枢纽站主要实现与轨道交通11号线、城际铁路、市郊铁路的衔接与换乘;普通车站主要为沿线居住区、商业区及工业园区提供服务。换乘枢纽站之间可以开行大站快线列车, 普通车站之间提供站站停服务。

5. 线路制式

根据规划目标、列车平均运营速度达到50公里/小时以上, 列车设计时速超过100公里, 建议采用区域快速轨道交通模式。

轨道交通系统 篇2

摘 要 介绍城市轨道交通系统各种模式的车辆，涉及轮轨制式地铁系统(包括直线电机系统)、轻轨系统、单轨系统、自动导向系统、磁悬浮系统和无人驾驶系统的车辆。分析我国城市轨道交通的现状，指出国内城市轨道交通领域中的车辆以钢轮为主，并已基本实现国产化。最后对城市轨道交通车辆技术的未来进行展望。关键词 城市轨道交通 车辆 技术特点 展望 美国的科学家曾对城市居民出行可容忍的时间进行研究，结论是 45 min。这就是说，一个城市需要有与之规模相适应的、具有最高运行速度的交通工具。目前，世界上居住人口超过 1 000 万的城市约 20个，超过 100 万的城市约 300 余个，不少城市圈的直径超过 50 km。因此，最高运行速度为 80 km/h 的交通工具基本可以适应，而目前能承担如此重任的只有城市轨道交通。无论是供给型还是导向型的城市轨道交通，运送出行居民是一致的;无论是什么制式的城市轨道交通，载客的工具都是车辆。自世界上首条地铁线路建成以来，车辆在设计制造技术、性能、功能上都经历了不断发展的过程，出现了不同制式的车辆，以适应不同城市轨道交通模式的需求。1 城市轨道交通车辆的制武 1． 1 轮轨制式车辆 轮轨制式车辆有钢轮与橡胶轮两种，传统的城轨车辆采用钢轮。橡胶轮车辆在转向架上安装了驱动和导向橡胶轮，驱动橡胶轮运行在混凝土或钢制轨道梁上。橡胶轮具有较高的黏着系数，能发挥较大的启动牵引力和制动力，噪声相对较低，爬坡能力高于常规的钢轮钢轨制式。但是，由于橡胶轮污染环境、使用寿命短，使得技术成熟、适应性强的钢轮钢轨制式仍然在应用上占绝对优势。各种地铁车辆见图 1。

现代城市轨道交通车辆集机械、电器、计算机、制冷、光学及噪声学等技术于一体，交流异步传动是当前电力牵引的主流模式。国际电工委员会规定的供电电压标准为直流 600、750 和 1 500 V，我国国标规定为直流 750 和 1 500 V 两种，多数采用 A 型车的线路和近年来采用 B 型车的线路都用 DC 1500V 作为供电电压。电气绝缘材料的发展，为地铁车辆采用 DC 1500V 工作电压提供了有利条件。作为轮轨制式特例的直线电机车辆(见图 2)于20 世纪 80 年代问世，在技术上采取非黏着驱动，有利于提高车辆的启动加速度和制动减速度，爬坡能力强，电机结构简单;采用径向转向架后，能适应曲线半径为 50 m 的弯道;采用小直径车轮，降低了车辆高度，可用于较小直径的隧道;自重轻，对线路冲击小，车辆运行时噪声相对较小。不过，直线电机车辆受电机功率的限制，车辆较小，载客量少;由于电机气隙较大，损耗也较大，功率因数和效率相对较低。

直线电机模式是轮轨制式的特例，只有在特殊的线路条件下应用，才能显示出它的优越性。1． 2 轻轨系统车辆 1879 年，在德国西门子公司展示了一列 3 辆编组的小功率有轨电车后，美国于 1888 年造出了世界上第一列用于商业运营的有轨电车。在此之后，有轨电车在世界上得到了飞速发展。有轨电车系统是轻轨系统的前身。从 20 世纪 70年代开始，一些国家对城市的旧式有轨电车系统

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进行技术改造，建成了新型的有轨电车系统(见图 3)，将线路建成相对独立或封闭(或半封闭)的形式，将现代科技(包括计算机技术)应用于车辆、通信、信号及供电系统中，提高了系统的安全性、可靠性和舒适性，同时提高了车辆的运行速度。1978 年，国际公共交通联合会(UITP)在布鲁塞尔召开会议，将新型有轨电车系统统一命名为 LRT(light rail transit)，翻译为“轻轨”。目前，世界上已有 300 多个城市(包括一些大城市)拥有轻轨。轻轨车辆一般采用较小型的车辆，低地板或 70% 低地板，车站简易，线路设置灵活，最高速度多为 60 km/h。现代轻轨多采用模块化铰接式多轴车辆，适应城市中转弯半径小的线路和不同客流需求的线路。另外，国际上用于轻轨系统的供电制式多为 DC 600V 和 DC 750V。1． 3 单轨系统车辆 单轨系统是指车辆在特殊的单轨道梁上运行的城市轨道交通，有跨座式和悬挂式两种类型。轨道梁既承重车辆，又是车辆运行的导向轨道。单轨系统也有百余年的历史: 早在1821 年，英国人 P． H． Palmer 开发了单轨线路;1888 年，法国人在爱尔兰铺设了约 15km 的跨座式单轨铁路，采用蒸汽牵引;1893 年，德国人 Eugen Langen 研制成悬挂式单轨系统，并在德国的伍珀塔市建成了13 km 的线路，该系统运营至今，是世界上最古老的单轨模式。1952 年，瑞典出生的德国工业家 Axellenard Wenner-Gren 在德国科隆市建成了一条跨座式单轨试验线，采用混凝土轨道和橡胶充气轮胎，获得了最佳效果，并形成了目前通用的 ALWEG 型跨座式单轨模式。单轨系统采用高架线路，分为跨座式和悬挂式两种，如图 4 所示。跨座式单轨车辆在轨道上方运行，车辆有 3 种车轮，走行轮运行在轨道梁上，导向轮在轨道侧面滚动导向，每一转向架另设 2 个稳定轮，起稳定作用。悬挂式单轨车辆的转向架安装在车厢上方，沿钢轨运行，车轮有钢轮和橡胶轮两种。单轨系统车辆最高速度可达 80 km/h，列车可有4 ～ 6 辆编组，其爬坡能力大，易于通过小半径曲线，环境影响小;但是能耗较大，车辆的走行装置结构复杂，价格较高，轮胎寿命短。一般单向运能达 1万 ～2． 5 万人次/h。1． 4 自动导向系统车辆 为了减少城市的噪声和废气污染等公害，20 世纪60 年代末，国际上一些国家研制了新型的由导向轨导向的新交通系统，如图 5 所示。这是一种自动化程度高的轨道快速客运系统，车辆在专用的轨道上定时自动运行，车站上无管理人员，完全由中央控制中心的计算机系统集中控制。一般车辆较小，列车的编组也较短，运输能力也相对较小。

自动导向系统的车辆采用全自动无人驾驶，车轮为橡胶轮，在专用的混凝土轨道上运行，导轨系统有中央导向轨和侧向导向两种方式。自动导向系统车辆一般采用低地板，特点是噪声低，爬坡能力大，适应曲线半径小的线路，载客量不大，用得较多的是在机场内部，或在范围不大的区域内接驳乘客换乘其他市区交通。1． 5 中低速磁浮系统车辆 磁浮交通系统于 20 世纪 60 年代分别在德国和日本开始研究。经过几十年的研究和试验，2002 年 12 月31 日在上海建成了高速磁浮列车示范运营线，日本也建有中低速磁浮线并投入了运营。磁浮模式的交通有高速、中速和低速 3 种系统，如图 6 所示。高速系统用于长距离的线路，使命：加速中国职业化进程

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中、低速系统适用于城市轨道交通。中低速磁浮轨道系统依靠磁场吸引力或排斥力使车体悬浮;并依靠现代控制技术实现动态稳定悬浮;由直线电机驱动列车行驶，列车运行速度可达 100 km/h以上。中低速磁浮轨道交通系统比较适合于高峰小时单向客流 2 万 ～3 万人的中等运量的城市高架轨道线路，站间距越大，则优势越为明显。磁浮系统的主要特点是非黏着驱动，加减速度动力性能强、噪声小、振动小，适用于曲线半径小和坡道大的线路。1． 6 无人驾驶模式车辆 国际上城市轨道交通运行模式的发展大致经历了 3个阶段: 人工驾驶模式、人工驾驶的自动化运行模式、全自动无人驾驶模式。“无人驾驶系统”在我国还有点陌生，但近20 年来在国际上已得到了广泛的应用，并且已成功地应用于一些大运量的城市轨道交通系统中。全世界现有 30 多个机场设有自动化运输系统(people mover)，里尔、里昂、巴黎、哥本哈根、伦敦、纽伦堡、新加坡、洛桑、巴塞罗那等城市已建成约 20 条全自动无人驾驶的城市轨道交通线。鉴于全自动无人驾驶系统已越来越被人们所接受，以至于像巴黎、马赛、里昂、柏林、汉堡、法兰克福、纽伦堡和纽约等城市，拟将既有的传统地铁运输系统陆续改造成为全自动无人驾驶系统，而我国上海已建设的轨道交通 10 号线就是采用这种模式。可见，全自动无人驾驶的模式代表了国际上城市轨道交通的一种新的潮流。无人驾驶模式车辆(见图7)的技术特点主要体现在: 有人驾驶时，司机的职能完全由自动化的技术来替代。在车辆的设计制造、可靠性、可使用性和安全性方面，等级大幅提高，达到 99． 9% 以上;自动化程度大幅上升，通信的信息量也大幅增加，信号及综合监控系统的技术接口更加紧密和复杂。在车辆上增加了火灾探测与烟雾报警系统，增加了轨道障碍物探测、脱轨检测以及 CCTV 视频系统;车门不再由司机控制，而是由 ATC(列车自动控制系统)进行控制;列车的各主要系统都由 OCC(运营指挥中心)远程监控。全自动无人驾驶模式车辆的安全性和可靠性高，有利于实现列车高密度运行。2 我国城市轨道交通车辆的现状 2． 1 我国城市轨道交通的现状 从 20 世纪初上海在我国率先建成第一条有轨电车线路开始，到 60 年代北京开始建设具有交通和人防双重功能的第一条地下铁道，开创了我国现代城市轨道交通的先河。限于当时的技术，采用直流调阻 B 型车辆。上海在20 世纪90 年代初开始兴建地铁1 号线，并于 1995 年 5 月建成通车，标志着我国城市轨道交通系统步入了现代化的行列。我国的城市轨道交通在 20 世纪 60年代起步后，由于种种原因，中间停顿了很长一段时间，因此有关技术的发展较慢，离世界水平有相当的距离，特别在车辆、信号等专业上尤为明显。因此，20 世纪 90 年代我国地铁车辆基本依赖进口，导致造价高，建设周期长，维护费用也高。经过 10 余年的努力，大力开展国产化工作，在采取“引进—消化—吸收”国外技术措施后，我国城市轨道交通车辆在技术国产化、自主化方面取得了明显的效果，基本甩掉了“洋拐棍”，出现了如中国南车和北车集团等6 家具有自主设计、制造、集成能力的车辆生产基地。2． 2 车辆 我国城市轨道交通系统的模式是多样化的。地铁模式是国内城市轨道交通的主要模式，钢轮钢轨制式车辆是主要的车型(见图 8)

按我国标准，用于地铁的钢轮钢轨制式的车型分 A、B 和 C 型共 3 种。在我 使命：加速中国职业化进程

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国南方几个城市客流量较大的线路较多地采用 A 型车，主要集中在上海、南京、广州和深圳等城市，其余线路大多采用 B 型车，如图 9所示。轻轨模式比较适合中小城市，对于大城市近郊或与地铁接驳的线路或组团区域内的线路也是非常合适的。大连、长春、天津、上海等城市已建成 100 km 多的轻轨线路，除中央导向橡胶轮车辆进口外，其余均为国产车辆。我国的重庆市素有“山城”之称，市内建筑密集，城市道路狭小，坡度大，因此比较适宜单轨模式。目前，重庆已建成我国首条跨座式单轨线(较新线)，全长 17 km，线路采用预应力混凝土轨道。通过引进、消化、吸收国外技术，采用单轨制式的重庆市轨道交通 3 号线橡胶轮车辆全部在国内生产。广州市建成 2 条直线电机模式的轨道交通线，车辆在国内生产;北京的首都机场线也是采用直线电机模式，在 2008 年奥运会前建成并通车试用，车辆采用了国外的技术。广州 3． 9 km 长的 APM 制式(自动导向轨道系统)线路，采用进口车辆;北京 T3 航站 AGT 制式线路的车辆也是国外生产的;天津和上海分别于 2007 年和 2009年建成带中央导向轨的橡胶轮制式线路，车辆是从国外购买的。我国除了上海建有一条 30 km 长的高速磁浮线外，国内尚无中低速的磁浮线，目前车辆尚处于研究开发阶段。纵观国内城轨交通的现状可知，我国城市轨道交通的模式是多样的，但应用最为广泛的仍然是地铁模式，以钢轮钢轨制式车辆为主，并已基本实现了国产化。轻轨模式一旦被人们所认识，相信会得到较多的应用。至于其他模式，只是在特殊的线路条件、特殊的应用环境下才是可选的模式，目前这些模式的车辆基本通过进口。我国城市轨道交通发展较晚，因此车辆有可能采用最新的技术，如铝合金和不锈钢车体、交流异步传动、模拟式制动机以及计算机网络控制等。可以说，就钢轮钢轨制式车辆而言，我国的车辆是当今世界城市轨道交通车辆先进技术的集中体现。3 未来我国城市轨道交通车辆技术展望 据有关资料统计，未来 10 年我国总计 30 个城市将建设130 条地铁线路，约3600 km，总投资约16000 亿元;估计需要25 000 辆车辆，6 个每年生产 600 辆车的工厂需生产约 7 年。目前，我国车辆采用的是世界上最先进的技术。但是，科学技术在不断地发展，低碳、节能、环保对车辆技术提出了新的挑战。德国、法国以及日本早在 10 年前就开始研究永磁同步牵引电动机，并已成功地运用于城市轨道交通项目。与异步牵引电动机相比，永磁同步牵引电动机具有转速平稳、过载能力强、功率因数高、效率高、体积小、重量轻、噪声低、可靠性高等优点，而且结构多样化，应用范围也广。永磁同步牵引电动机体积小、重量轻，有条件满足直驱电机转速低、电机极数相对多的要求，并有可能在有限的空间下增加转矩，有可能实现直接传动方式。特别是对于最高运行速度低于 160 km/h的车辆，采用直接传动方式更加充分。实现了直接传动后，取消了齿轮传动，使车辆体现节能、高效、轻量等优越性。未来 10 年，永磁同步牵引技术有望在城市轨道交通车辆上得到推广应用。我国永磁同步牵引技术尚处在小功率研究阶段，为了能与国际接轨，我国不妨引进这一技术，应用到某一城轨项目，通过“引进—消化—吸收”，及早掌握这项技术。4 结语 车辆是城市轨道交通系统重要的技术装备，也是技术密集的机电一体化设备。它与城市轨道交通系统中的供电、接触网(轨)、通信、信号、综合监控、屏蔽门、土建、线路及轨道等专业有着密切的技术接口，也是相关专业服务的对象，在城市轨道交通系统工程的投资中占有较大比重。因此，合理地选择

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车辆的制式及其技术标准，及早地掌握和应用永磁同步牵引技术和低碳、节能、环保技术，是城市轨道交通技术领域面临的新任务。

城市轨道交通中视频监控系统 篇3

关键词：城市轨道交通 模拟视频监控系统 半数字视频监控系统 数字视频监控系统

1 概述

视频监控系统是保证城市轨道交通行车组织和安全的重要手段。调度员和车站值班员利用它监视列车运行、客流情况、变电所设备室设备运行情况，提高行车指挥透明度的辅助通信工具。当车站发生灾情时，视频监控系统可作为防灾调度员指挥抢险的指挥工具。本系统的特点是：各级监视相互独立、多个子系统可共享图像资源、按优先级控制云台和摄像机焦距。

2 视频监控系统的发展历程

视频监控系统随着社会的进步，近来越来越被广泛地应用到各个领域。同时随着社会的发展，视频监控系统也随之经历了三个时代。

第一代：模拟时代。

视频以模拟方式采用同轴电缆进行传输，并由控制主机进行模拟处理。

第二代：半数字时代。

视频以模拟方式采用数字技术进行传输，由多媒体控制主机或硬盘录像主机进行数字处理与存贮。

第三代：数字时代。

视频以数字方式采用网络技术进行传输，基于国际通用的TCP/IP协议，采用流媒体技术实现视频在网上的多路复用传输，并通过设在网上的网络虚拟（数字）矩阵控制主机来实现对整个监控系统的指挥、调度、存贮、授权控制等功能。

3 城市轨道交通中视频监控系统

近年来，随着现代科学技术的不断发展特别是网络带宽、计算机处理能力和存储容量的迅速提高以及各种实现视频信息处理技术的出现，视频监控技术也有所长足的发展。城市轨道交通中视频监控系统的发展基本上是从早期的模拟视频监控系统向模数结合的视频监控系统和现在的数字视频监控系统演变的过程。

3.1 模拟视频监控系统

控制中心和车站的组网方式以及控制中心与车站间的视频信号传输均采用模拟方式。

将车站摄像机的模拟信号通过车站矩阵送入模拟视频复用光发送器变成光信号，利用专用光纤将视频信号传输至控制中心对应的模拟视频复用光接收器，还原成多路独立的模拟信号，经视频矩阵切换输出到各调度员处的监视器上。

本系统的优点是系统独立、视频信号清晰、无延时。缺点是每站占用光纤，资源利用率太低；点对点传输图像，车站与中心之间通道无保护；系统一旦设定，扩容非常困难；定向传输图像，只能满足一个中心的监控；中心矩阵庞大，维护不便；现已很少使用。

3.2 半数字视频监控系统

控制中心和车站的组网方式仍采用模拟视频技术，只在硬盘录像以及控制中心与车站的视频传输采用了数字技术。

将各车站的控制和模拟视频信号送入本地模拟矩阵，输出多路视频信号，供本地监视和进行数字压缩编码，送入传输系统提供的以太网接口进行共线传输。控制中心将接收到的数字视频信号进行解码，并转换为模拟视频信号，接入显示系统；同时模拟视频信号和控制信号一起送入至网络设备，各个调度值班员能够任意选取各站的图像。

本系统的图像传输是架构在光传输系统上，不独占光纤，且享有传输系统的环网保护机制；中心可利用软件进行图像切换，设备规模小；只需增加编解码板即可扩容；易维护；满足多点监控的需求，是目前各地铁采用的主流方案。

3.3数字视频监控系统

控制中心和车站的组网方式均采用计算机局域网组网方式，并通过城轨专用传输网连接成为广域网。

采用将各车站的控制和模拟视频信号送入本地视频数字编码板进行压缩编码或接入视频网关，再送入本地以太网交换机。以太网交换机输出的信号，一路给本地监视器，另一路输送给传输设备的以太网接口进行共线传输。控制中心将接收到的数字视频信号进行解码，并转换为模拟视频信号输出给监视器；同时模拟视频信号和控制信号一起送入至网络设备，各个调度能够任意选取各站的图像。

本系统具有多点观看图像、资源共享、组网简单、易扩容优点。但由于整个系统的传输依赖于以太网，Qos无法保证，若产生网络风暴，会造成网络瘫痪。

4 数字视频监控系统的优点

与传统的模拟视频监控相比，数字视频监控具有许多优点。

第一，便于计算机处理。由于对视频图像进行了数字化，所以可以充分利用计算机的快速处理能力，对其进行压缩、分析、存储和显示。通过视频分析，可以及时发现异常情况并进行联动报警，从而实现无人值守。

第二，适合远距离传输。数字信息抗干扰能力强，不易受传输线路信号衰减的影响，而且能够进行加密传输，因而可以在数千公里之外实时监控现场。特别是在现场环境恶劣或不便于直接深入现场的情况下，数字视频监控能达到亲临现场的效果。即使现场遭到破坏，也照样能在远处得到现场的真实记录。

第三，便于查找。在传统的模拟监控系统中，当出现问题时需要花大量时间观看录像带才能找到现场记录；而在数字视频监控系统中，利用计算机建立的索引，在几分钟内就能找到相应的现场记录。

第四，提高了图像的质量与监控效率。利用计算机可以对不清晰的图像进行去噪、锐化等处理，通过调整图像大小，借助显示器的高分辨率，可以观看到清晰的高质量图像。此外，可以在一台显示器上同时观看16路甚至32路视频图像。

第五，系统易于管理和维护。数字视频监控系统主要由电子设备组成，集成度高，视频传输可利用有线或无线信道。这样，整个系统是模块化结构，体积小，易于安装、使用和维护。

正是由于数字视频监控具有传统模拟监控无法比拟的优点，而且符合当前信息社会中数字化、网络化和智能化的发展趋势，所以数字视频监控正在逐步取代模拟监控，广泛应用于各行各业。

5 视频监控系统的发展方向

现今视频监控系统已经步入了全数字时代。这将彻底打破视频监控系统模拟方式的结构，从根本上改变了视频监控系统从信息采集、传输处理、系统控制的方式和结构形式，也标志着监控正在走向现代“四化”阶段即：

前端一体化：视频监控系统前端一体化意味着多种技术的整合、嵌入式构架、适用和适应性更强以及不同探测设备的整合输出，为系统集成化奠定了基础。

传输网络化：视频监控系统的网络化意味着系统的结构将由集总式向集散式系统发展，集散式系统采用多层分级的结构形式，将使整个网络系统硬件和软件资源以及任务和负载得以共享，这也是系统集成与整合的重要基础。

处理数字化：信息处理数字化意味着信息流的数字化、编码压缩、开放式的协议，具有微内核技术的实时多任务、多用户、分布式操作系统，以实现抢先任务调度算法的快速响应，硬件和软件采用标准化、模块化和系列化的设计，系统设备的配置具有通用性强、开放性好、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、人机界面友好以及系统安装、调试和维修简单化，系统运行互为热备份，容错可靠等功能。

系统集成化：系统集成化正是由于构建系统的各子系统均实现了网络化和数字化，特别是使视频监控系统与弱电系统中其它各子系统间实现无缝连接，从而实现了在统一的操作平台上进行管理和控制。

6 视频监控系统发展的特点

前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化是视频监控系统公认的发展方向，而数字化是网络化的前提，网络化又是系统集成化的基础，所以，视频监控发展的最大两个特点就是数字化和网络化。

6.1 数字化

数字化是21世纪的特征，是以信息技术为核心的电子技术发展的必然，数字化是迈向成长的通行证，随着时代的发展，我们的生存环境将变得越来越数字化。

视频监控系统的数字化首先应该是系统中信息流（包括视频、音频、控制等）从模拟状态转为数字状态，这将彻底打破经典闭路电视系统是以摄像机成像技术为中心的结构，根本上改变视频监控系统从信息采集、数据处理、传输、系统控制等的方式和结构形式。信息流的数字化、编码压缩、开放式的协议，使视频监控系统与安防系统中其它各子系统间实现无缝连接，并在统一的操作平台上实现管理和控制，这也是系统集成化的含义。

6.2网络化

视频监控系统的网络化将意味着系统的结构将由集总式向集散式系统过渡。集散式系统采用多层分级的结构形式，具有微内核技术的实时多任务、多用户、分布式操作系统以实现抢先任务调度算法的快速响应。组成集散式监控系统的硬件和软件采用标准化、模块化和系列化的设计，系统设备的配置具有通用性强、开放性好、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、人机界面友好以及系统安装、调试和维修简单化，系统运行互为热备份，容错可靠等优点。系统的网络化在某种程度上打破了布控区域和设备扩展的地域和数量界限。系统网络化将使整个网络系统硬件和软件资源的共享以及任务和负载的共享，这也是系统集成的一个重要概念。

7 总结

综上所述，随着计算机技术及网络技术的迅猛发展，世界掀起一股强大的数字化、网络化浪潮，对于城市轨道交通中视频监控系统的发展，必须经历模拟数字混合的阶段，但是最终的趋势必然是全面数字化，即视频在前端进行数字化、网络化，利用网络进行传输，采用分布式存储系统，模块化结构，完成视频监控任务。

轨道交通系统 篇4

关键词：轨道交通,轨道电路,CBTC

1 轨道电路概述

当闭塞区间内无列车行驶, 电流会从轨道流经继电器, 并使其激磁带动接点, 接通绿灯电路, 显示绿色灯光, 表示前方线路空闲, 允许车辆占用。当列车占用轨道电路, 电流通过机车车辆轮对, 轨道电路被分路, 由于轮对电阻很小, 使之短路, 继电器吸力减弱, 释放衔铁搭在后接点上, 接通信号机的红灯电路, 显示禁止信号。轨道电路的另一个重要作用是能发现钢轨断裂。当导线的钢轨安全无事时, 轨道电流保持通畅, 继电器工作正常。旦若前方钢轨折断或出现阻碍, 即切断轨道电流, 会使继电器因供电不足而释放衔铁接通红色信号电路。此时线路虽然空闲, 但信号机仍然显示红灯, 从而防止列车颠覆事故。

轨道电路有多种分类, 按信号电流可分为交流轨道电路、直流轨道电路和脉冲轨道电路;按分支接受电端的多少, 分为一送一受轨道电路和一送多受轨道电路;按结构可分为开路式轨道电路和闭路式轨道电路, 除此之外还有无绝缘轨道电路, 中国和世界大多数国家都采用闭路式轨道电路。

轨道电路主要工作状态有调整状态、分路状态、断轨状态。

(1) 调整状态指轨道电路在没有机车车辆占用时, 不论在任何不利天气条件下, 接收端的继电器都处于励磁状态, 发出轨道电路区段空闲的信息。 (2) 分路状态指轨道电路被机车车辆占用时, 不论在任何不利的电源和天气等条件下, 接收端的继电器都处于失磁状态, 发出轨道电路区段被占用的信息。 (3) 断轨状态指轨道电路任何部分出现故障时, 接收端的继电器都处于失磁状态, 发出故障信息, 除了与电源电压最大, 钢轨阻抗最小有关系外, 还与道渣电阻和断轨地点大小有关。目前, 北京、天津、上海、香港等地都有采用轨道电路的信号系统。

2 CBTC系统概述

基于无线通信的列车控制系统 (Communications-Based Train Control, CBTC) , 采用高精度的列车定位和连续、高速、双向的数据通信, 通过车载和地面安全设备实现对列车的控制, 监测列车运行的移动闭塞方式, 在保证行车安全的基础上, 缩短行车间隔, 提高运行效率。 (如图1)

CBTC以列车与地面的传输信息方式来划分, 分无线、环线、漏缆及波导管等几种, 摆脱了轨道电路对闭塞分区占用与否, 突破了固定 (或准移动) 闭塞的局限性, CBTC系统的优势主要表现在以下几个大的方面:

安全可靠性:高安全性设计, 信号系统主要行车设备均采用多重冗余技术, 涉及行车安全的计算机设备均采用二乘二取二的安全冗余结构。ATP、联锁采用2乘2取2冗余结构, ATS子系统和ATO子系统采用双机热备的冗余结构, 车载ATP/ATO为2取2冗余结构, 双套车载设备构成2乘2取2冗余结构, 提高系统的安全可靠性。

系统可用性:系统采用的设备、材料及技术指标均符合国际/国内标准, 设备便于安装、维护和升级, 产品灵活性高, 采用简单的数据库升级, 即可实现系统扩展升级或更改配置并具有灵活的控制模式及满足用户需求的降级使用 (包括后备运营) 模式。

集中控制性:采用区域控制方式, 减少轨旁设备, 降低安装成本和维护成本, 系统中所有关键子系统都采用多重冗余的容错设计, 故障产生时, 支持快速恢复, 一套RATP/RATO及联锁系统可以管理60列车并具有多种驾驶模式, 车载ATP及车载ATO支持无人自动驾驶列车或无人看守自动驾驶列车。

数据传输系统:先进的组网技术, 数据传输子系统热备冗余, 拥有自动恢复功能, 容许单个点出现故障, 并完全透明, 不会对系统运行产生影响, 实现综合、连续的列车监控, 并可集成实现SCADA、旅客信息系统、CCTV子系统等功能。在CBTC系统中, 通过车地通信系统, 将实时信息准确地报告给地面设备, 这与传统列车通过轨道电路检测位置的方法不同。实现轨旁设备与车载设备间的实时双向通信。目前, 旧金山、西雅图、达拉斯、马德里、台北都新线采用CBTC系统。

3 CBTC与轨道电路的简明比较

综合轨道电路和CBTC系统, 得出以下简明的特点比较 (表1) :

北京地Á铁10号线一期开通, 是世界上第一条开通即采用了CBTC的城市轨道交通线路。同天, 机场线也开通运营, 机场线列车同样采用CBTC系统, 并且具有无人驾驶功能, 但目前仍将由驾驶员进行监控等操作。2009年, 北京地铁4号线开通, 同样采取了CBTC系统。上述四条线路采用的CBTC系统均为从国外引进的成套设备, 其中2号线和机场线引进的是法国的阿尔斯通技术, 4号线引进的是法国的阿尔卡特技术, 而10号线是德国西门子的技术。

轨道交通系统 篇5

用来检测轨道的几何状态和不平顺状况，以便评价轨道几何状态的特种车辆，简称轨检车。它是保障行车安全、平稳、舒适和指导轨道养护维修的重要工具。根据轨检车的记录，可以发现轨道平顺状态不良的地点，以便采取紧急补修或限速措施，并确定应进行计划维修的里程段落，编制维修作业计划。此外，根据轨检车的记录也可评定轨道的养护水平和整修作业质量.1.发展沿革................................................................................................................................2 2.我国轨道检测车的发展........................................................................................................4 3.日本轨检车的发展................................................................................................................4 4.美国轨检车的发展................................................................................................................5 5.意大利轨检车发展..............................................................................................................5 6.法国轨检车发展..................................................................................................................6 7.轨检车的发展趋势..............................................................................................................7 8.轨道检测车的任务..............................................................................................................7 9.轨道探伤技术的发展..........................................................................................................8 10.多功能安全综合检测车...................................................................................................10 11.现上海钢轨探伤车——地铁眼：“大黄蜂”兄弟.............................................................11

1.发展沿革

早期轨道状态采用人工检测，19世纪70年代出现了轨道检查小车。用人力推行小车和机动的检测小车进行检测。用这些方法检查不能反映轨道在列车车轮荷载作用下的几何状态。因此在19世纪70～80年代，欧洲有些国家开始研究在普通客车上装备检测设备，并出现了一些雏型的轨道检查车。20世纪初，俄国、德国和美国铁路正式使用轴重较大的客重式机械轨检车，检测在轮载作用下的轨道几何状态，开创了轨道动态检测新阶段。

机械轨检车是借助检测车轮、重铊、杠杆、滑轮、弹簧等机件，由钢丝绳直接牵动绘图笔在纸带上记录检测的结果。这种轨检车的检测速度低，误差大。20世纪50年代末，苏、日等国制成电气轨道检查车。此后各种电测装置逐渐取代了机械检测系统。70年代以前的轨检车，都用弦测法和接触检测小轮来测量轨道的不平顺状况。弦测法的测量值随测量弦的长度与轨道不平顺波长的比值变化，测得的高低等波形，往往与实际轨道不平顺情况有较大的差异。接触检测小轮在高速时，因惰性等影响，误差较大。近十多年来,由于行车速度提高,运量增大，需进一步提高轨道的不平顺性，要求更准确地测出轨道不平顺波形，因而促进了轨道检测新技术的发展。70年代前期，美、英、日等国相继采用惯性基准、无接触检测等先进技术，研制成功用电子计算机自动处理检测数据、能如实地反映轨道状态、检测速度达每小时200公里的现代化高速电子轨道检查车。

近年来，各国使用的现代轨道检查车由检测和数据处理系统（图1）、发电供电系统、空气调节系统、仪表工作室、了望台以及走行转向架等几部分组成。其检测项目有轨道的高低、水平、三角坑、方向、轨距，以及里程和行车速度等。有的还能测量曲线超高、曲率，以及高低方向等轨道不平顺的变化率、曲线通过的均衡速度等。还有些现代轨检车通过测量车体和轴箱的振动加速度、轮轨作用噪声，以及轮轨间的垂直力、水平力、脱轨系数等，为更全面地评价轨道的状态提供依据。现代轨检车能及时提供直观反映轨道状态的波形图，并能提供经车载计算机处理打印成的轨道状态报告表，以及记录在磁带上的轨道状态资料等。有的还可在轨道状态严重不良和需紧急补修的地方，直接在轨道上喷上颜色标记。将磁带记录送地面计算机进一步处理，便可编制出各种轨道状态管理图和轨道整修作业计划表。

2.我国轨道检测车的发展

中国于1953年试制成功第一辆自己设计的客车式机械轨检车。1971年又制成客车式电气轨检车。图2为1971年中国制成的“TSK22”型电气轨道检查车。这种电气轨检车长约26米,自重约62吨,能同中国的特快列车联挂进行检测。这种电气轨检车采用旋转变压器作位移传感器，借助三个轮对所构成的18.5米不对称弦测量轨道高低，用三轴转向架的三个轮对构成的 3.4米对称弦测量钢轨接头低陷；轨道水平状态由陀螺装置测量，三角坑由相距15.1米的两个轮对测得。测量结果用电磁笔记录仪记录在纸带上。70年代中期，中国开始进行轨检新技术的研究，现已先后研制出能测量轨道高低、水平、轨面不平顺的“惯性基准轨道不平顺检测装置”和“轨道超高检测装置”、“充电式轨距检测装置”、“多功能振动检测装置”等新装置。目前正在进一步研制用这些新装置和其他先进设备（如电子计算机等）装备的新型轨道检查车。

3.日本轨检车的发展

East－i综合检测列车可在一次运行过程中实现对线路的综合检测功能，但各检测项目之间的检测数据并不综合到一个统一的中心，各检测单元有各自独立的数据显示、记录、转储和地面分析、处理、维护管理决策等系统，全系统仅有位置、时间和速度是统一的。

一般认为，弦测法传递函数收敛性差，East－i采用了相应的修正方法。由于弦测法不能全部真实反映轨道状况，在复原及逆滤波处理时仅能换算到40m波长的测值，因此该方法存在一定的缺陷。惯性基准法受速度影响较大，不适宜低速检测，在高速时更具优势。另外，East－i整套设备及软件均为日本的品牌和自主开发的产品，与我国设备和软件的兼容性差，不利于系统的后续使用和二次开发。

4.美国轨检车的发展

美国各铁路公司均拥有自主研发的轨检车，美国联邦铁路署还委托ENSCO公司研制了技术先进的T10型轨检车，用于抽查各铁路公司的线路质量。T10型轨检车采用惯性基准测量原理和非接触式测量方法，应用光电、伺服、数字滤波、局域网技术，最近还增加了钢轨断面测量系统，使轨检车的功能更加齐全，检测速度可达192km/h。

ImageMap公司研制的Laserail轨道测量系统采用激光摄像、高速图像处理技术取代了光电伺服技术，体现了轨道检测技术的发展方向。它采用惯性基准原理、非接触式测量方法，系统包括两个光纤陀螺和两个加速度计及其模拟处理板，4个激光器、10台摄像机等，可测量轨距、左右轨向、左右高低、超高、水平、三角坑、曲率、钢轨顶磨和侧磨等。检测速度可达300km/h。

5.意大利轨检车发展 “阿基米德号”综合检测列车又称 Roger2000，是 MER MEC公司和TECNOGAMMA公司为意大利铁路设计制造的，检测速度可达220km/h。检测项目包括轨道几何参数、钢轨断面、钢轨波浪磨耗、接触网及受流状态、通信和信号、车体和轴箱加速度、轮轨作用力等。车上有57台计算机，每秒钟可处理30G数据，有24个激光器、43个光学摄像传感器、47个加速度计以及大量的强度速度、定位以及温度传感器，以及用于航空电子领域的惯性平台。

意大利高速铁路使用“阿基米德号”综合检测列车已经形成了一整套检测和维修养护体制。综合检测列车各子系统有独立的存储数据库，在速度、时间、空间上保持同步，所有子系统的检测数据集成到车载中央数据库，由中央数据库将数据通过无线网络传输到地面的RFI数据处理中心进行综合分析、比较，从而制定科学的维修保养计划，指导养护维修。其轨道检测在较低速度时采用弦测法，在较高速度时采用惯性基准法，较好地发挥了两种测量原理的优势。

6.法国轨检车发展

MGV是专为法国高速铁路研制的综合检测列车，该车检测速度设计为320km/h，检测周期预计为两周一次，设计目标是在列车正常运行条件下检测各项基础设施参数，于2006年6月投入运用。

MGV综合检测列车车辆由法国铁路公司（SNCF）指定，拟采用法国既有成熟的动力集中式TGV动车组。SNCF作为该车检测系统的集成商，各子系统通过国际公开招标方式采购。该车检测项目比较齐全，几乎包括了从接触网及受流状态、通信信号、轨道几何、钢轨断面、钢轨表面、线路环境数字图像、扣件、轨枕、道碴等各项基础设施和运行状态。

7.轨检车的发展趋势

现代化轨检车有两种代表性检测系统。英国、加拿大采用了由传感器、模拟计算机、数字、计算机组成的捷联式系统。美国ENSCO公司的轨检车采用了由传感器、模拟与数字混合处理组成的捷联式系统，由于模拟及数字处理特征相匹配，各误差信号进行完善修正与补偿，轨检结果不受速度和运行方向的影响，具有很高的一致性。因此，传感器、模拟及数字混合处理捷联式系统是将来高速轨检车发展的主要方向。

高速线路上，轨道的短波不平顺，如波浪磨耗、扁疤、焊接部分的凹凸不平等，引起轮对对轨道的巨大动力作用，并产生强噪声，长波不平顺将降低旅客乘车舒适度指标。因此，扩大不平顺检测波长范围，是高速轨检车发展中必须解决的一个重要课题。

现代化轨检车中，计算机不单单是轨检数据处理的工具，在模拟数字混合处理轨检系统中，计算机还是轨道几何参数检测的重要组成部分。微机轨检数据检测处理将在轨检车上广泛发展

8.轨道检测车的任务

检查——依据确定的评价指标，在一定程度范围内检测，评价轨道状态和养护水平

计划——根据不同等级线路提出的安全度和舒适度要求，提出恢复到设计状态所需要进行的维修保养计划

分析——提供轮轨关系在行车、科研、养路等方面的原始数据并进行整理分析，用以加强科学管理，提高养路水平

9.轨道探伤技术的发展

铁路是较早开展无损检测工作的部门之一，钢轨探伤是无损检测技术应用的一个重要领域，由于钢轨在使用过程中会因应力作用产生各种疲劳裂纹，如检测不及时，会造成钢轨断裂，以至于引起列车颠覆，中断交通等恶性事故，因而各国对钢轨探伤都十分重视，不惜投入大量人力物力对现役钢轨进行定期检测，以便及早发现疲劳伤损，防止断轨，确保安全。

在探伤设备和手段方面，国内外有较大差别。目前国外钢轨探伤主要使用大型探伤车，小型设备一般只用来复查大型探伤车的检测结果。

目前探伤车探伤速度大多在20～50km/h。德国拟把电磁声技术运用到钢轨探伤车上，准备研制探伤速度在70km/h以上的探伤车，但此项目目前还没有正式投入使用，探伤车的工作方式多采用停顿式，即探伤线路是封闭的，发现伤损马上停下来手工复核，一旦确认立即换轨，目前这点在我国也很难做到。

美国、德国、法国、澳大利亚、俄罗斯等国都可以设计和生产钢轨探伤车，有些国家还少量出口。美国PJT公司生产的SYS—1000型探伤车是较有代表性的具有90年代先进水平的探伤车，我国成都铁路局等使用的是该型进口探伤车，国内生产的GT3型大型探伤车，其检测系统就是SYS—1000，探伤速度可达40km/h。

国外钢轨探伤部门一般与铁路运输部门是分离的，也就是说探伤部门和铁路部门分属不同的公司，铁路部门将探伤工作以合同形式委托给探伤公司，铁路部门只负责提供必要的探伤条件，探伤公司则要根据铁路部门要求定期对钢轨进行检验。这种做法的优点在于责任明确，工作上避免人为的干扰，铁路部门可以不必配备大量的探伤人员和设备，而探伤公司则可按照探伤工作固有规律开展工作，履行职责。这样打破了探伤技术和设备的行业所有，有利于发挥探伤人员的积极性，真正做到人尽其才，物尽其用。在激烈的市场竞争中，迫使探伤部门不断完善更新自己的探伤技术、设备和提高探伤人员素质，有利于探伤技术水平的提高。

另外，国外在探伤方面的投资也很大，许多国家都建有钢轨探伤的研究中心或探伤设备的生产基地。如美国的SPERY公司、PJT公司，康州大学；德国的明登机械研究所、弗琅霍费研究所；法国的MATIX公司等，都有很强的钢轨探伤研究能力和探伤设备的生产能力。

在我国，铁路是最早开展无损检测工作的部门之一，1950年铁道部引进瑞士生产的共振式超声波探伤仪检查钢轨，是公认的我国超声波探伤的开端。经过50多年的努力，钢轨探伤已取得长足发展，经国内与国外合作，已经能够生产大型探伤车，并开发研制了一系列探伤仪，还先后制定了钢轨探伤仪和专用探头的技术条件，发布了钢轨探伤管理规则，标志着我国探伤已经逐步向成熟化、规范化、制度化方向发展。

我国钢轨探伤的基本特点是任务重，要求严和条件差，这与我国有缝线路较多，钢轨质量差，车流密度大，钢轨损伤快有关。长期以来，铁路运输安全基本上是用提高探伤灵敏度和增加探伤次数的方法来实现的。

国外钢轨探伤周期长，例如美国一般线路每年只检查两遍，重点线路包括客运线路也只有三遍。而我国则不然，基本上一个月一遍，一些特殊区段，如石太线差不多10天就要检查一遍，又基本靠手推小车完成，工作量之大可想而知，每年探伤的线路长度可绕地球30余圈，基本靠探伤工手推车步行完成。艰苦的环境，恶劣的条件不仅影响探伤人员的工作积极性，同时还影响探伤设备的正常使用和钢轨探伤效果。

在一定的维修模式与运营条件下，对于既定的钢轨伤损检测机制，应当通过研究，确定钢轨伤损检查的可靠性，从而计算出可能漏探的伤损数量，确定采用其它检测方式进行补检的措施。

钢轨伤损是重复受载下钢轨疲劳的结果，未发现的钢轨伤损可能造成钢轨突然折断，造成行车中断或更加灾难性的后果，最直接的后果是造成额外的两个焊缝。钢轨风险管理中探伤管理的目的是在保证行车安全的前提下，不使钢轨过分保守地更换，提高钢轨使用的经济性。

为了取得最大的经济效益，同时将事故隐患减至最小，国外铁路公司在提高钢轨检测与监控水平、管理以及维护水平方面下大力气，采用先进的设备、技术及管理理念，取得了十分突出的效果。

10.多功能安全综合检测车

多功能安全综合检测车是高速铁路配备的专用检测车。其功能是测量轨道几何状态、轴箱构架和车体加速度、钢轨表面状态、接触网以及轮轨作用力、无线通信、信号等项目。线路地貌监测系统和GPS系统作为辅助系统，协助检测人员对检测项目进行定位和分析。同时，能够实现综合检测列车各检测系统间的位置与地面高程同步，并实现自动修正里程。各检测系统的检测数据都能够传输到指挥控制中心。

11.现上海钢轨探伤车——地铁眼：“大黄蜂”兄弟

每当午夜时分，当上海停止喧嚣，一列涂着黄漆，联挂2节车厢的特殊列车悄然出发，开始为上海地铁的轨道排除病害。这两节车，地铁人称为“大黄蜂”兄弟。其中一节是上海地铁钢轨探伤车（简称探伤车），另一节是轨道检查车（简称轨检车）。

4年开行1万公里，累计排除千余处轨道病害，这就是地铁“大黄蜂”——钢轨探伤车。

图为“大黄蜂”午夜出车前最后安检。

“大黄蜂”第一眼感觉外型并不新奇，车头、车窗等甚至与普通火车类似。但仔细观察发现，车厢内、车底的配置非常奇特。没有一排排的旅客座位，有的是各类操控台、发动机、机房等独立房间。车底还能看到红色的激光照射出来。“大黄蜂”高精尖设备都在车底，需要贴着钢轨工作。整列车犹如一个“移动医院”，出车前，检测人员都要提前几小时趴到车底对设备一一确认，一切运转正常，才可捕捉到所有细小问题，钢轨探伤最小精确度可达0.01毫米。

“大黄蜂”出车需要检测员、驾驶员等12人团队各司其责。探伤、轨检在0时至凌晨3-4时进行，而“大黄蜂”作为上海唯一的地铁大型检测装备，每位操作人员需要经过专业封闭式培训，并考试取得专门技能国际认证。

“大黄蜂”自2010年3月开行后，已经开行超过10000公里。相比人工手推车式检测仪器，效率提升了20倍。探伤车和轨检车投用后，检测了不少钢轨病害。

图为午夜“大黄蜂”出发开始探轨。

图为检测员时刻操控设备不放过任何钢轨细纹。

轨检车依靠的是激光摄像探头，通过扫描，可获得钢轨轨距、水平、轨向、曲线平整度等9大指标，最终判定地铁轨道是否健康平顺。每次开行后都将形成评级报告和评分，拉出的报告和心电图一样。

探伤车内聚集最多操控仪器的是一套超声波检测设备。车底放下的多个特殊材质探轮，贴上钢轨，就算车速达60公里小时，也可发现钢轨的各类情况，特别是有无裂纹。而当车速降至40公里小时，检测精度将提升至3毫米细裂纹都不会逃过。

图为检测人员正在监控激光探测到的10号线轨道健康状况。

轨道交通系统 篇6

【关键词】城市轨道交通;列车控制系统;超速防系统;地铁

一、前言

随着城市现代化的发展，城市规模的不断扩大，城市轨道交通的发展已成为解决现代城市交通拥挤的有效手段，其最大特点是运营密度大、列车行车间隔时间短、安全正点。城市轨道交通列车自动控制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。

二、列车自动控制系统的组成

列车自动控制（ATC）系统由列车自动防护系统（ATP）、列车自动驾驶系统（ATO）和列车自动监控系统（ATS）三个子系统组成。

（一）列车自动防护（ATP-Automatic Train Protection）系统

列车自动控制系统中的ATP的子系统通过列车检测、列车间隔控制和联锁（联锁设备可以是独立的，有的生产厂商的系统也可以包含在ATP系统中）控制等实现对列车相撞、超速和其他危险行为的防护。

（二）列车自动驾驶系统（AT0–Automatic Train Operation）

列车自动驾驶子系统（ATO）与ATP系统相互配合，负责车站之间的列车自动运行和自动停车，实现列车的自动牵引、制动等功能。ATP轨旁设备负责列车间隔控制和报文生成;通过轨道电路或者无线通信向列车传输速度控制信息。ATP与ATO车载系统负责列车的安全运营、列车自动驾驶，且给信号系统和司机提供接口。

（三）自动监控（ATS-Automatic Train Super

-vision）系统

列车自动监控子系统负责监督列车、自动调整列车运行以保证时刻表的准确，提供调整服务的数据以尽可能减小列车未正点运行造成的不便。自动或由人工控制进路，进行行车调度指挥，并向行车调度员和外部系统提供信息。ATS功能主要由位于OCC（控制中心）内的设备实现。

三、列车自动控制系统原理

（一）列车自动防护（ATP）

ATP是整个ATC系统的基础。列车自动防护系统（ATP）亦称列车超速防护系统，其功能为列车超过规定的运行速度时即自动制动，当车载设备接收地面限速信息，经信息处理后与实际速度比较，当列车实际速度超过限速后，由制动装置控制列车制动系统制动。

ATP通过轨道电路或者无线GPS系统检测列车实际运行位置，自动确定列车最大安全运行速度，连续不间断地实行速度监督，实现超速防护，自动监测列车运行间隔，以保证实现规定地行车间隔。防止列车超速和越过禁止信号机等功能。

按工作原理不同，ATP子系统可分为“车上实时计算允许速度”及“地面集中计算后直接向列车传送速度信息”两大类。前者的工作原理是：通过车—地通信，不断将地面信息、线路参数信息、前方目标点的距离和允许速度信息等等传至车上，由车载计算机实时计算得出即时的运行速度，依此对列车速度实现速度监控。

在ATP基础上建立的ATC，其功能还包括对列车的起动、加速、惰行的监控。它是按规定程序结合有关地面信息来实施操作的，可以使列车经常处于最佳运行状态，避免了不必要的、过于剧烈的加速和减速，因此明显提高了旅客的舒适度，提高了列车的准点率，以及减少了轮轨磨耗。若与列车的再生制动配合，可以最大限度地节省电能。

ATP系统由地面ATP设备和车载ATP设备构成，地面设备主要包括轨道电路机构，联锁控制机柜，站联通信机柜，轨道电路，色灯信号机，道岔转辙机等设备组成。车载ATP设备主要由车载ATP CPU板，供电板，输入输入继电器板，列车状态采集电路板，司机状态显示单元，速度传感器等构成。

（二）列车自动驾驶（ATO）

列车自动驾驶系统的最基本功能包括：列车车站发车、列车区间运行、跳停、站内精确停车、列车自动折返、扣车等。

列车自动驾驶系统根据ATP系统提供的控制信息，如前方信号机状态，前方道岔状态，当前线路允许运行的最高速度等信息，实时计算列车达到目标速度值所需要的牵引力和制动力的大小，通过列车接口电路，完成对列车的加速与减速作业。

列车自动驾驶系统是闭环自动控制系统，即列车一方面检测本列车的实际行车速度，另一方面连续接收地面给予的最大允许车速，并依据其他与行车有关的因素如机车牵引特性、区间坡道、弯道等，求得最佳的行车速度，控制列车加速或减速，及紧急制动。

在列车自动驾驶系统中，司机起监督作用。ATO辅助ATP工作，ATP系统的完好是ATO工作的基础，ATO接受来自ATP的信息，其中有ATP速度指令、列车实际速度和列车走行距离。此外还从ATS子系统接受到列车运行等级等信息。根据以上信息，ATO通过牵引/制动线控制列车，使其维持在一个参考速度上运行;并在車站站台准确停车。

ATO系统由车载设备和车地通信系统构成，车载设备包括ATO CPU板，车地通信板，信息采集电路板，牵引/制动驱动板构成。车地通信系统包括轨旁车地通信换线，车地通信控制机柜等构成。其中车载ATO设备是列车驾驶系统中核心设备，它由硬件和软件两部分组成。

（三）列车自动监控系统（ATS）

列车自动监控系统主要是通过计算机来组织和控制行车的一套完整的行车指挥系统。ATS将现场的行车信息及时传输到行车指挥中心，中心将行车信息综合后，适时无误的向现场下达行车指令，以保证准确、快速、安全、可靠。

ATS在ATP和ATO系统的支持下，根据运行时刻表完成对全线列车的自动监控，可自动或由人工监督和控制正线（车辆段、停车场、试车线除外）列车进路，并向行车调度员和外部系统提供信息。ATS功能由位于控制中心内的设备实现。

ATS功能：自动进行列车运行图管理，及时调整运行计划，监控列车进路，自动显示列车运行和设备状态，完成电气集中联锁和自动闭塞的要求。

ATS系统不断地对计划时刻表与实际时刻表进行比较，通过调整停站时问自动调整列车按计划时刻表运行，在此基础上自动产生列车的出发时间。在装备有ATO的线路上能通过对列车运行等级的设置实现对列车运行的自动调整。调度员也可通过人工命令调整列车停站时间来调整列车运行。

ATS系统能及时记录被监测对象的状态，有预警、诊断和故障定位能力;监测列车是否处于ATP保护状态;监测信号设备和其他设备结合部的有关状态;具有在线监测与报警能力;监测过程应不影响被监测设备的正常工作。在相应工作站上，报告所有故障报警的状况并予以视觉提示，直到恢复正常状态为止。重要的故障以音响报警提示，直到确认报警状况为止。

四、结语

随着计算机技术、微电子技术的发展，是列车控制系统完成了一场革命，依赖列车控制系统的进步，地铁列车的最小行车间隔已经缩至100s以下。采用先进的列车控制系统，将大大提高行车的安全性，使得因人为的疏忽、设备的故障而产生的事故率降至最低。

参考文献

[1]吴汶麒.城市轨道交通信号与通信系统[M].中国铁道出版社，1998.

[2]毛俊杰.高速铁路列车速度自动控制系统[M].中国铁道出版社，1994.

城市轨道交通与通信信号系统 篇7

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.

轨道交通配电系统设计原则研究 篇8

每一个车站一般设一座降压变电所, 地下站设置在站台层的一端, 高架站设置在路侧;在控制中心, 设一座降压变电所;在车辆段和停车场内设置两座降压变电所 (其中一座与牵引变电所合建为牵引降压混合变电所) 。

降压变电所将中压35k V电源降压为0.4k V低压电源, 通过低压配电系统供动力照明等负荷用电。对车站而言, 每个降压变电所负责一个车站及相邻两侧半个区间的动力照明等用电负荷。降压变电所主接线与牵引变电所主接线统一考虑。降压变电所高压侧单母线分段, 每段母线各引入一路来自主变电所不同母线的电源, 两台配电变压器分别接入不同的母线段;低压侧为单母线分段, 设母线分段断路器, 其投入的条件是失压自投, 过流闭锁。

降压变电所运行方式:正常时, 两台配电变压器由两路35k V电源分别供电, 分列运行。当一路35k V失压时, 高压母线分段断路器自动投入, 另一路35k V带两台配电变压器运行。当一台配电变压器退出运行时, 低压母线分段断路器自动投入, 并自动切除三级负荷, 由另一台配电变压器承担全部一、二级负荷, 保证轨道交通的正常运行, 配电变压器容量应满足此运行要求。

低压配电设计应根据地铁工作性质、车站规模和负责容量大小及业主的使用要求综合考虑, 根据发展的可能性, 在配电柜、配电箱处留有适当数量的备用回路, 一般为总回路数的20%。

(1) 一级负荷:变电所所用屏、应急照明、地下车站公共区的一般照明、地下区间照明、通信系统、信号系统、屏蔽门/安全门系统、自动售检票系统、FAS、BAS、电力监控系统、防火卷帘门、气体灭火电源、消防泵、废水泵、雨水泵、车站送排风机 (兼事故风机) 、区间射流风机、用于疏散的自动扶梯、消防电梯等。

一级负荷中, 应急照明、变电所操作电源、信号电源、整合电源为特别重要负荷。

供电要求:一级负荷应由两路来自变电所两段低压母线的电源供电, 一用一备在末端配电箱处自动切换;站台、站厅公共区正常照明由变电所两段低压母线分别供电, 各带约一半的照明负荷;应急照明由EPS集中应急电源屏供电, EPS由来自变电所不同段母线的两路电源供电;其他特别重要负荷自带应急电源。对防火卷帘等小消防负荷, 由就近照明配电室内的两个一级小负荷动力箱提供两路电源, 就地设置双电源切换箱。

(2) 二级负荷:地上车站公共区的一般照明、设备管理用房照明、高架区间照明、不用于疏散的自动扶梯、电梯、污水泵、普通风机、区间维修电源、变电所维修电源、多联机空调等。

供电要求:二级负荷由变电所低压一、二级负荷母线提供一路电源供电, 当变电所一台变压器退出运行时, 由低压母线分段开关切换保证供电。

(3) 三级负荷:广告照明、高架车站和区间装饰照明、冷水机组、冷冻泵、冷却泵、冷却塔风机、电热设备、空调设备、清扫电源、站内商业设施、装饰照明等。

供电要求:三级负荷仅由变电所提供一路电源供电, 当一台变压器退出运行时, 可在变电所自动或手动切除该负荷。

火灾时, 在变电所由FAS专业统一切除非消防负荷。

2 轨道交通照明系统设计原则

2.1 照明系统设置

车站照明分为一般照明 (包括公共场所的照明和附属房间照明等) 、值班照明 (包括站厅、站台公共区) 、应急照明 (包括备用照明和疏散照明) 、安全特低电压照明 (包括变电所电缆夹层照明和站台板下照明) 、广告照明等。在车站的公共区内, 由来自不同段母线的电源各供约1/2, 两种照明灯各占约50%, 非高峰运营阶段可关闭部分照明达到节能效果。

在车站的站台、站厅、通道、出入口及重要房间设置应急照明, 以保证在车站出现事故或车站交流电停电时, 能顺利安全地疏散旅客及车站工作人员。应急照明采用蓄电池集中供电的应急电源方案。在车站的两端分别设置一组蓄电池集中供电的应急照明电源系统 (EPS) , EPS的外部电源取自变电所0.4k V低压柜。在交流电源都失压的情况下, 蓄电池电源逆变为交流220V电源向应急照明供电, 蓄电池的持续放电时间不小于60分钟。

区间工作照明与应急照明灯交替布置。车站设置属于三级负荷的广告照明。车站照明以节能高效的LED管状灯为主, 部分采用LED筒灯。

2.2 照明控制

车站公共区照明及广告照明设两级控制, 在车站综控室集中控制和在照明配电室就地控制, 标志照明及出入口照明由公共区照明配电箱出线。

设备管理用房照明在就地或就近设开关控制。公共区、出入口的疏散照明不设控制。设备房间备用照明采用就地控制方式, 由FAS专业实现火灾工况时的强启。非消防照明火灾时受FAS控制, 可根据情况按防火分区在变电所内切除。

3 轨道交通动力系统设计原则

动力设备主要采用放射式配电。对车站冷水机组、自动扶梯、电梯等大容量用电设备以及通信、信号等一级负荷由变电所直接供电。对风机房和冷冻站等负荷较集中的地方单独设置配电室, 以达到满足用电要求、方便维护管理、减少配电电缆的目的。对空调、维修、小型风机等小动力, 均由就近的配电室小动力箱供电。

区间隧道风机及排水泵站由较近的降压变电所供电。地下区间自车站端部起, 区间设置维修用动力配电箱以及工作照明配电箱和应急照明配电箱。维修用动力和工作照明电源由临近车站的变电所提供, 应急照明电源由车站的EPS装置提供电源。

高架区间自车站端部起, 设置维修用动力配电箱以及工作照明配电箱和区间装饰照明配电箱, 电源由临近的降压变电所提供。

4 轨道交通接地系统设计原则

车站配电系统采用TN-S系统接地型式, 并实施总等电位联结。接地系统为防雷接地、电气系统接地、电子系统共用接地装置的综合接地系统, 其综合接地装置的工频接地电阻不大于1欧姆。综合接地网由自然接地体和人工接地体构成的复合接地网组成;人工接地体由人工水平接地体和垂直接地体组成, 水平接地体采用50×5紫铜排, 垂直接地体采用6m防腐离子接地体。

5 结语

轨道交通配电系统的设计应做到安全可靠, 技术先进, 经济合理, 接线简单, 维护方便和节能环保。

摘要：轨道交通配电系统的设计应做到安全可靠, 技术先进, 经济合理, 接线简单, 维护方便和节能环保。

关键词：轨道交通,配电系统,设计原则

参考文献

[1]低压配电设计规范GB50054-2011.

[2]地铁设计规范GB50157-2013.

[3]城市轨道交通照明GB/T16275-2008.

上海轨道交通能耗监测管理系统 篇9

上海城市轨道交通已建立了由站、线、网三级架构组成的能耗监测管理系统, 各级系统之间通过专用通信网络进行数据传输。能耗监测管理系统可实现对轨道交通各线路、车站的能源消耗状况的检测, 并生成各种能耗报表、能耗数据曲线、饼图、柱状图等, 通过Web发布给相关管理和运营人员, 实现了能耗数据的共享。各站级、线路级能耗监测管理系统逐级将智能表计的监测数据汇总至网络级能耗监测管理系统之中, 并通过相应的分析处理软件实现对轨道交通全网络能耗状况的管理, 为上海城市轨道交通用电设备的节能管理工作提供了依据。

轨道交通能耗监测管理系统的建设对深化企业管理, 降低运营能耗具有重要意义。

为了更好地落实国家节能减排的战略政策, 上海申通地铁集团有限公司开展了轨道交通能源利用综合管理平台开发研究, 随后在上海城市轨道交通部分线路中建立了由站、线、网三级架构组成的能耗监测管理系统。各站级、线路级能耗监测管理系统逐级将智能表计的监测数据汇总至网络级能耗监测管理系统之中, 并通过相应的分析处理软件实现对轨道交通全网络能耗状况的管理, 为上海城市轨道交通用电设备的节能管理工作提供了依据。

1项目概况

上海城市轨道交通已经步入网络化建设和运营时期, 网络运营总里程超过425 公里, 车站数量以及客流量也随之增长, 轨道交通的社会效益日益凸显。另一方面, 作为一个用电大户, 上海轨道交通积极响应国务院关于节能减排的号召, 在保障安全运营的前提下, 加强能源消费的监测与管理, 落实各项有效的节能措施, 进一步提高能源利用效率。

借鉴轨道交通系统设计、建设和运营管理经验, 并结合运营线路节能的现状和需求, 建立上海城市轨道交通能耗监测管理系统, 实时采集能耗数据、自动计算各种能耗指标并通过网络分享能源信息化的成果, 对深化企业日常节能管理, 维护轨道交通的正常运营, 最终实现降低城市轨道交通运营线路能耗的目标起到了重要作用。

2节能减排原理

上海轨道交通能耗监测管理系统在硬件方面采用站、线、网三级架构, 对关键设备进行冗余设置。在软件方面, 采用浏览器和服务器架构:系统采用ORACLE数据库存储各类能耗数据, 使用Java、Java Scrpt、Delphi等工具开发了客户端页面并实现了对能耗数据的查询、对比、计算等功能。

3技术内容

3.1技术主要内容及实施方案

1) 架构

目前, 上海轨道交通已经在1、2、3、4、5、6、8、9 号线中建立了由站、线、网三级架构组建的能耗监测管理系统, 7、10、11 号线等其它线路的能耗监测管理系统也正在逐步建设与接入中。站级系统主要设置于各车站、车辆基地的变电所内, 实时采集用电回路的能耗数据;线路级系统设置于各线路的控制中心内, 是整个能耗监测管理系统进行数据交换的重要节点;网络级系统设置于上海轨道交通能源管理中心内, 对全网络能耗数据进行采集、存储、计算等处理。

系统的基本架构如图1所示。

此外, 通过对城市轨道交通能源供应方式及消费结构的研究, 项目还制定了智能表计合理化配置要求, 明确了城市轨道交通中需要安装智能表计的用电回路, 从而使智能表计的配置实现最优化。

主要安装位置如图2所示。

项目研究并制定了《上海城市轨道交通能耗监测管理系统建设指导意见》, 提出了轨道交通能耗监测管理系统的设置原则、功能需求、设备参数、接口要求、性能指标等要求, 用以指导新线能耗监测管理系统的建设。

目前, 上海城市轨道交通已建立了由站、线、网三级架构组成的能耗监测管理系统, 各级系统之间通过专用通信网络进行数据传输。

站级系统:一般设置于各车站、车辆基地内, 对本站范围内的能耗数据进行监测管理, 核心设备为站级能耗监测管理单元, 主要功能为定时采集智能表计的能耗数据, 并进行存储以防止通信中断造成的数据丢失, 最终转发至线路级系统, 同时也为其它系统或设备的接入预留了相应的接口。主要组成如图3所示。

线路级系统:一般设置于线路的控制中心内, 对本线路的能耗数据进行监测管理, 核心设备为通信服务器及数据库服务器 (数据库采用ORACLE数据库) , 其主要功能为定时采集站级系统的能耗数据, 并进行存储以防止通信中断造成的数据丢失, 最终转发至网络级系统。同时也为其它系统或设备的接入预留了相应的接口。主要组成如图4所示。

网络级系统:设置于轨道交通能源管理中心内, 对全网络的能耗数据进行监测管理, 核心设备为通信服务器、数据库服务器并冗余设置, 以提高系统的可靠性, 此外还设置了WEB服务器。其主要功能为定时采集与存储线路级系统上传的能耗数据, 对能耗数据进行处理后通过WEB服务器对外发布实时能耗数据。主要组成如图5所示。

2) 功能

上海轨道交通能耗监测管理系统基于BS架构 (即浏览器和服务器架构) 进行开发, 用户可以通过浏览器访问系统调用其所需要的数据。系统还结合日常节能管理工作中的需求, 开发了相应的应用软件, 基本实现了能源管理信息化的目标, 主要功能如下:

(1) 自动采集、存储各类能耗数据, 并具备历史数据查询功能。采集与存储的数据类型包括:三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电量、无功电量等。数据分辨率为5 分钟, 对于电流、功率等重要数据可以召唤秒级数据, 设计存储周期5 年以上。该功能的实现在提高整个能耗统计工作效率以及准确性的同时, 有效减少派遣专人到现场抄取能源数据的工作量。也为轨道交通运营积累了宝贵的历史数据, 方便技术人员随时调用相关数据, 为能耗异常甚至设备故障的分析工作提供了强有力的数据支持。

(2) 提供不同用电回路之间的比较分析;对牵引/降压变电所变压器进行负荷统计;对车站/车辆基地日用电量变化进行计算等众多数据处理功能。

(3) 支持预定义报表、自定义报表的功能, 可根据用户的需求, 可自动生成网络、线路、车站的年、月、日报表, 并与相关单位共享各类能耗数据。

(4) 能耗数据与运营信息、设备档案相结合, 形成各种能耗指标, 如表1 所示。这些能耗指标将对挖掘城市轨道交通的节能潜力将起到重要的参考作用。

(5) 为系统管理员提供日常维护工具用于编辑公式、信息点定义等日常维护工作, 避免直接对数据库进行操作。

3.2技术创新点

目前, 由于国内轨道交通处于大发展的初期, 大部分城市的轨道交通还没有形成网络, 能源消耗不突出, 节能问题还没有提上议事日程, 各个运营企业都只是派专人到现场进行初级的能源数据抄取, 并逐级统计。因此, 国内还没有这方面的研究, 该系统在国内轨道交通行业属于首创。

其次, 该监测系统能够实现自动化能源数据获取, 对能源供应、分配和消耗进行监测, 以便运营管理层能够实时掌握能源消耗状况, 了解轨道交通能耗结构, 计算和分析各种设备的能耗水准, 监控轨道交通各个运营环节的能耗异常情况, 评估各项节能设备和措施的相关影响, 为实现能源自动化调控和优化进一步节能方案扎下坚实的数据基础, 方便实现能耗数据的收集、统计和能源经济指标量化等工作。

同时, 考虑到能源数据对于集团领导层节能降耗工作决策的重要意义, 此套轨道交通能耗监测管理系统可通过Web方式发布到企业内部局域网系统, 同时也可实现与其他应用系统 (如车站BAS) 紧密结合, 协调完成各项工作。

4推广应用条件

该项目中所提及的能耗监测系统适用于轨道交通既有运营线路及新建线路的能耗监测设计或改造。

本研究成果不仅适用于上海已运营的轨道交通线路, 也可推广应用到在建的上海及其它城市轨道交通线路中。能耗监测管理系统的成功开发, 面向集团高层领导和公司相关人员, 提供的服务功能和上海轨道交通整个路网的能源使用状况信息通过WEB方式进行发布, 将为提高轨道交通的运营管理水平, 实现能耗的降低, 发挥出重要的作用。

5效益分析

5.1节能效益

项目应用前后的节能减排量分析, 包括:节能减排量的测量方法与计算方法, 以及节能减排潜力分析。

能耗监测管理系统的建立基本实现了上海轨道交通能源管理信息化, 为日常节能工作的有序开展提供了数据支持与保障, 如:能耗指标的制定、节能技术应用效果的验证等:

工作人员可以依据能耗监测管理系统的历史数据, 制定各年度各线路的能耗指标, 并通过能耗监测管理系统的电量报表定期对指标完成情况进行考核, 以确保国家、上海市节能减排工作的相关要求得到有效落实。

通过能耗监测管理系统加强日常节能管理, 上海轨道交通1、2、3、4、5、6、8、9号线各年度的能耗指标基本呈逐年下降的趋势, 如表2、表3 所示。能耗监测管理系统的运用, 通过加强管理, 若按可实现节能减排效果1%计算, 2012 年上海城市轨道交通总能耗为14.31 亿度电, 能耗监测管理系统仅2012 年就为上海城市轨道交通节省能耗1 431万度, 折合标煤4 293 吨 (按每度电折合标煤300 g计算) , 按每度电0.86 元计算, 年节省电费1 231万元。

(1) 工作人员可以通过能耗监测管理系统验证节能技术应用效果, 避免盲目加装节能装置, 或使用节能型设备代替既有设备。

(2) 以上海轨道交通4 号线上海体育场站为例, 该车站在2011年期间进行了照明节能改造, 通过能耗监测管理系统可以发现2012年1月相比2011年1 月该车站的负荷电流有明显下降, 节能效果较显著。

5.2经济效益

项目应用的投资额度、投入产出比、投资回收期, 以及项目应用前后的经济效益分析。

能耗监测管理系统是实现轨道交通能源管理信息化的必要工具:

(1) 通过能耗监测管理系统, 管理人员可以实时监测各用电回路的状况, 及时发现能耗异常, 通过对比分析等功能查明原因并提出相应的整改措施, 最终达到降低能耗、节省电费的目的。

(2) 通过把能耗数据进一步深度处理并与运营信息相结合, 就可以把能耗数据转化为公司的财务和经济指标信息, 为节能工作的有效开展提供充足的数据支持。

5.3社会效益

项目应用后将对环境保护产生深远的影响;对当前交通运输绿色循环低碳的推动作用;对提高从业人员意识和行业服务水平的作用等。

(1) 随着上海城市轨道交通网络规模的不断扩大, 总运营能耗量呈快速增长态势, 建立有效的能耗监测管理系统对轨道交通牵引、动力照明系统的实时能耗数据进行采集、存储、分析, 体现出能耗管理信息化的重要性、必要性和迫切性。

(2) 能耗监测管理系统的建设可实现轨道交通能耗管理信息化, 提高了整个能耗统计工作的效率、准确性及实时性。

(3) 能耗监测管理系统实现对轨道交通各线路、车站能耗状况的监测, 并生成各种能耗报表、能耗数据曲线、饼图、柱状图等, 并通过Web发布给相关管理和运营人员, 实现了能耗数据的共享。

(4) 能耗监测管理系统为轨道交通运营管理制定相关节能政策提供充足的基础依据。在获得当前各线路、车站、系统能耗数据的基础上, 进一步分析、比较、评估, 制定针对性的节能措施, 避免盲目地使用节能设备或是加装节能装置。

(5) 通过能耗监测管理系统, 管理人员可以实时监测各用电回路的状况, 及时发现能耗异常情况, 通过对比分析、负荷分析等功能查明原因并提出相应的整改措施, 最终达到降低能耗, 节省运营费用的目的。

(6) 轨道交通能耗监测管理系统, 是实现轨道交通能源节约科学化管理的必备工具, 是提高轨道交通整体信息化水平和综合管理、决策效率的关键。

6项目推广存在的问题及推广建议

根据上海城市轨道交通能耗监测管理系统的应用研究成果, 建议在既有运营线路及新建线路加快推广应用, 可取得巨大的经济效益和社会效益。

专家点评上海轨道交通能耗监测管理系统

1.项目先进性和技术成熟度评价

能耗监测管理系统的建设可实现轨道交通能耗管理信息化, 提高了整个能耗统计工作的效率、准确性及实时性, 国内领先, 有成功用例。

2. 项目节能减排效果的评价

能耗监测管理系统的节能减排效果约可以达到1%左右, 2012 年上海城市轨道交通总能耗为14.31 亿度电, 能耗监测管理系统仅2012 年就为上海城市轨道交通节省能耗1431 万度电, 节能减排效果明显。

3. 项目经济效益评价

节省能耗1431 万度电折合标煤4293 吨 (按每度电折合标煤300g计算) , 按每度电0.86 元计算, 年节省电费1231万元, 经济效益明显。

4. 项目推广应用条件

城市轨道交通信号系统解决方案 篇10

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。

轨道交通系统 篇11

【关键词】城市；轨道交通；供电系统

前言

我国的城市化进程在不断加快，城市建设日新月异，人们对于城市交通的需求也越来越大，城市轨道交通的出现缓解了地面交通压力，对我们的生活具有十分积极的意义。在城市轨道交通系统中，供电系统是轨道交通的基础与重心，深入探讨供电系统的设计要点，抓住关键问题，才能更好的优化轨道交通建设，为交通事业发展献力。

1.城市轨道交通发展现状

我国城市轨道交通建设起步晚，但是近十几年的发展十分迅速，2000年我国只有北京、上海、广州三个城市有轨道交通线路，到2014年开通了轨道交通的城市已经上升至22个，我国大陆建成并通车的轨道线路合计已超过1700km，未来三年我国城市轨道交通建设将会达到高峰，预计到2020年，全国会有将近50个大、中城市拥有城市轨道交通，总里程超过7000 km，更多的现代化大都市将不断地加入到城市轨道建设中来，我国轨道交通行业已经进入一个跨越式的发展新时期，而我国也将成为世界上最大的城市轨道交通市场。

2.城市轨道交通供电方式的选择

2.1供电方式的分类

城市轨道交通呈网络状发展格局，供电方式不可能简单的为一种固定模式，城市轨道交通的供电系统由城市电网引入电源，根据不同城市的交通布局规划和电网构成特征来具体确定，电源方面要考虑的内容包括电压等级、接入电源点分布、电源容量、电网管理等，一般情况下，供电方式可以分为集中式供电、分散式供电、混合式供电三种。

2.1.1集中式供电：此方式是在轨道沿线均衡设置供电专用的变电所，变电所从城市电网引入电源，主变压器采用110kv/35kv电压等级，建立起独立的轨道交通供电体系，而不对附近居民供电。集中供电稳定可靠，不受其他负荷影响，维修管理便捷，但是集中供电的投资较高，在广州、上海等经济发达地区应用较多。

2.1.2分散式供电：分散式供电不需要建立专门的变电所，电源从城市电网就近处引入，此方式能极大降低资金投入，但是分散式供电的独立性差，不仅要给轨道交通运行提供电能，还要负责附近的居民用电，容易受到城市电网负荷的影响，供电质量无法保证；另外因为供电来源分散，不利于统一运营管理，对供电系统效益有不良影响。

2.1.3混合式供电：混合式供电即联合上述两种供电方式，以集中供电为主，分散供电为辅，因为在集中供电的过程中，中压网络末端与主变电所之间的距离较远，末端会产生较大的电压损失，为了保障供电系统安全稳定运行，要求电压损失控制在额定电压的5%以下，如果中压网末端电压损失难以满足供电要求，就需要从附近电网引入中压电源以辅助供电。混合式供电的投资适中，并且能够满足供电的稳定与可靠的需求，所以应用比较广泛。

2.2供电方式的选用原则：要与城市电网供电情况相匹配；要考虑城市整体轨道交通规划方向；供电方式应当安全可靠；供电方式要经济灵活。

3.城市轨道交通的供电制式

城市轨道交通相对于城际列车来说站点的间距短，周边空间小，绝缘的安全距离小，因此对供电电压的要求不是很高，城市轨道交通的供电电压等级多集中在550～1500V之间，我国规定采用750V和1500V两种，并且均采用直流供电制式，直流传输线路不产生电抗压降，在电压等级相同的情况下，电压损失方面优于交流电，且建造接触网结构比较简单。在我国牵引网馈电方式分为架空接触网和接触轨两种基本类型，一般750V采用第三轨馈电方式，1500V采用架空接触网馈电方式。

供电制式的选用原则：①要满足客流量的需求，一般城市轨道交通的设计基础为预期的乘坐旅客的客流量，一般大运量的城市多采用1500V电压，架空接触网馈电，中小运量的城市多选择750V电压和接触轨馈电方式；②供电一定要安全可靠；③根据实地情况选择合适的牵引网，选择使用寿命长的牵引网，以减少后期维护，节约成本；④牵引网的选择要便于安装以及后期的事故抢修和维护。

4.杂散电流的产生及防护

4.1杂散电流的产生机理

城市轨道直流牵引供电系统多采用走行轨作为回流通路，但是由于走行轨和道床之间不可能完全绝缘，因此回流电流并不是全部从走行轨返回，会有一部分流入道床和隧道结构，从而形成杂散电流。

4.2杂散电流的危害

如果在钢轨的附近埋设有管道或者其他的金属结构，当走行轨回流时，杂散电流就会通过金属的导电性而流通至金属构件，从而产生电化学腐蚀。如果长时间的承受电化学腐蚀，钢轨和埋地金属结构都会受到严重的损坏，对走行轨的安全稳定以及周边埋地管线都会造成很大的不良影响。

4.3杂散电流的防护措施

杂散电流的防护主要有两种措施，前期控和后期排，杂散电流的主要影响因素有牵引电流、机车到牵引变电所之间的距离和走行轨的纵向电阻以及对地过渡电阻等，首先要从根源上杜绝杂散电流的产生。对应的防护措施有：杂散电流的大小与牵引点变所距离的平方成正比，因此要合理设置牵引变电所的位置；牵引网采用双边供电方式，杂散电流能减少致单边供电方式的四分之一；加强走行轨的对地绝缘水平，使用绝缘扣件、绝缘垫等阻截杂散电流；杂散电流的大小与牵引网回流通路电阻的大小成正比，因此要保持钢轨回流通路的顺畅；加强日常维护工作，保证杂散电流的防护措施能长效持久。

4.4杂散电流的监测

杂散电流腐烛防护系统建立之后，可以把杂散电流限制在一定的范围之内，但随着运营年代的增加，绝缘系统不断老化，性能逐渐降低，钢轨的泄漏阻抗会逐渐变小，产生的杂散电流也将逐年增加。所以必须设置完备的杂散电流监测系统，监视杂散电流对轨道主体结构钢筋和设备的腐蚀情况，以便及时采取相应的措施。杂散电流监测可釆用分布式监测系统的方式，分布式杂散电流监测系统由参比电极、道床收集网测试端子、隧道结构钢筋测试端子、传感器、监测装置、测试电缆及杂散电流综合测试装置构成。在每个测试点，将参比电极端子和测试端子接至传感器，将该车站区段内的上下行传感器通过测试电缆连接到位于牵引所内的监测装置，監测装置通过变电所综合自动化系统送到车辆段的杂散电流综合监测装置，杂散电流综合监测装置和工业控制机相连，工业控制机和打印机组成的微机管理系统将接收到的数据形成数据库储存在电脑硬盘内，同时可以对所采集的数据进行统计和分析。监测系统能够测量整体道床结构钢筋、车站结构钢筋的极化电位，同时还能实时监测钢轨电位、钢轨泄漏阻抗及钢轨纵向电阻。

5.结语

城市轨道交通对于我们的城市发展和日常生活有着非常重要的意义和作用，也是推动社会进一步发展的主要动力，城市轨道交通的供电系统作为轨道运行的基础，需要有科学合理的、满足城市交通运行需要的供电系统的设计和规划，因此我们应加强对供电系统的研究和探讨，为优化城市交通做好准备工作，更好的推进交通事业的建设发展。

参考文献：

[1]王小峰.城市轨道交通供电系统的设计方法[J].电气化铁道，2010（4） .

轨道交通旅客信息系统方案设计 篇12

轨道交通旅客信息系统 (PIS) 是依托多媒体网络技术, 以计算机系统为核心, 通过设置在站厅、站台、列车的乘客信息显示屏, 让乘客及时准确地了解列车的运行状态及安全事项的多媒体综合信息显示系统。由控制中心子系统、车站子系统、网络子系统、车载子系统实现对乘客所需信息的采集、制作、编辑、管理、发布、传递, 最终在显示终端进行信息显示, 向乘客提供实时、直观、有效、形象的各种信息资讯。是地铁系统实现以人为本、进一步提高地铁为乘客服务质量、加快各种信息 (如:乘客行车、安防反恐、运营紧急救灾、地铁公益广告、天气预报、新闻、交通信息等) 公告传递的重要设备, 是提高地铁运营管理水平, 扩大地铁对乘客服务范围的有效工具。

本工程将在地铁沿线的车站、站厅以及列车提供全面的旅客信息系统 (PIS) , 为站台、站厅、车站出入口的信息发布提供最为灵活、高效、智能、快捷的解决方案。将令轨道交通运营进一步扩大运营服务的能力, 提高运营服务水平, 创造更大的经济和社会效益。

2 系统构成

本工程旅客信息系统包括控制中心子系统、网络子系统、车站子系统及车载子系统。旅客信息系统结构如图1所示。

2.1 控制中心子系统

控制中心子系统由中心服务器、数字视频服务器、音视频切换矩阵、网管服务器 (工作站) 、维护管理工作站和中央调度值班操作台等组成。中心服务器采用双机热备份设计, 实现数据的不间断通讯;音视频切换矩阵可在控制中心实现不同显示终端的音视频切换和播放;中心网管服务器 (工作站) 可对系统整个网络里的设备进行远程监控和管理;控制中心主要负责完成旅客信息系统的信息加工与处理、发布, 包括:对乘客提供乘车须知、服务时间、列车到达时间、政府公告、地铁宣传及公告、出行参考、媒体新闻、赛事直播、商业广告等实时的多媒体信息;在突发事件、火灾、阻塞及恐怖袭击等紧急情况下, 旅客信息系统可提供动态紧急疏散指示, 通过声音及图像为乘客提供疏散指引, 确保乘客安全疏散。

2.2 网络子系统

本工程地铁旅客信息系统网络子系统由有线网络、无线网络及车载局域网络组成。网络子系统结构如图2所示。

有线网络主要设备包括:控制中心以太网核心交换机、车站以太网接入交换机、控制中心的防火墙设备、路由器等。车站以太网接入交换机通过千兆有线传输网络链路分别连接到控制中心的核心交换机上。

无线局域网作为有线局域网的延伸, 提供了地面与列车的通信。

车载局域网络, 车载无线AP在车头和车尾接到无线视频传输系统的工业以太网交换机上, 旅客信息系统通过车载交换机实现互联。

2.3 车载子系统

对于城市轨道交通这样客流量超大、人群集中的场合, 地铁的车载设备不仅要保证不停机使用, 而且针对车载高振动、高电磁干扰等特殊环境, 车载乘客信息子系统 (以下简称车载PIS) 具有高安全性、高可靠性、高实用性和结构合理的设计。车载PIS系统利用无线网络, 实现列车与地面之间的双向通信。车载设备通过接收无线传输的信息经车载媒体控制器处理后实时地在列车车厢LCD显示屏进行播放。

本系统可实现三种方式播报:实时 (需车地无线网络支持) 、准实时 (需车地无线网络支持) 、录播自动转换和交叉应用的功能, 例如, 以实时方式为主, 在线路设备被盗或干扰严重的情况下, 自动识别并切换到准实时方式;或者以录播方式为主, 采用实时或准实时方式实现插播;或者视频采用录播方式, 文本、图片采用实时方式等。

2.4 车站子系统

车站子系统主要由车站通信控制器、车站操作终端、车站LCD显示屏、车站LED显示屏、车站LCD显示控制器等设备组成。系统结构如图3所示。

车站通信控制器是车站子系统的核心。各车站子系统通过有线传输网络主干网连接控制中心, 控制中心将数据传送至车站通信控制器, 由车站通信控制器对所有站内媒体设备进行管理及任务分配。各车站有一台车站通信控制器并根据运营区域不同设置多台播放控制器, 接收来自控制中心的数字多媒体节目 (包括乘客服务信息、娱乐、广告节目等) 、节目调度表、实时营运信息等, 并按用户要求的时间、位置和播出方式控制节目的播出, 同时将播放记录日志反馈回控制中心。

车站子系统设备集中安装在车站的通信设备室内, 包括车站通信控制器、车站管理工作站以及LCD显示控制器, 为避免站厅及站台相对恶劣的运营环境影响设备寿命及正常运行, 笔者建议车站统一设置计算机机房环境安装站子系统控制设备。

车站子系统作为PIS的一个功能模块, 既可以接收中心直播信号及控制指令, 又可作为一个相对独立的单元独立运行, 所以在车站子系统硬件配置上, 笔者有针对性的选用配置高, 性能优的车站通信控制器和LCD显示控制器。

车站通信控制器:作为车站子系统的核心设备, 控制和管理整个车站的PIS设备, 又与多个相关专业接口通信, 该设备软硬件配置均优于招标文件要求之性能参数, 可以管理50个车站显示控制器, 满足未来车站PIS升级扩容需求。

LCD显示控制器:本系统车站LCD显示控制器选用高性能显示控制器, 设备硬软件支持多种文件格式的播放和叠加, 系统处理能力完全达到未来高清播放的要求, 要实现数字高清多媒体播放只需在LCD显示控制器上更换可插拔的数字显示输出设备 (如DVI、HDMI) , 无须更换显示控制设备。

3系统特点及功能介绍

3.1 总体特点

本系统特有的开放式架构及模块化的软件管理系统, 方便系统扩展及升级, 兼容LED显示屏、LCD显示屏、CRT等多种终端信息显示设备, 构成方便乘客, 服务乘客的完整的旅客信息综合发布系统。

旅客信息系统发布网络平台系统性能稳定可靠, 数据存取传输快速安全, 设备操作简便快捷, 其最大的优势就是可灵活、智能地安排定制多媒体节目的播出种类, 播出方法, 并且在控制中心就能查看、管理远在数十公里外的车站系统, 可以通过PIS控制中心和车站子系统的控制在指定的时间将指定的信息显示给指定的人群。车载系统采用先进的无线传输控制技术和定向发射技术, 确保列车在80km时速时实时接收直播视频并完成数据更新和日志反馈。

针对本项目地铁的应用特点, 系统将为地铁营运部门提供专用的乘客信息服务模块, 其中包括乘客信息服务管理员使用界面、实时信号接口以及FAS、BAS等应用系统接口。

本系统是一个综合计算机网络技术和数字媒体技术的服务性系统。发布内容包括运营服务信息, 如乘客导乘信息、列车到站信息、票务政策信息、乘车指引、换乘信息、电子地图及运营安全信息等;还为广大乘客提供丰富的资讯与娱乐信息, 如天气预报、时事新闻、视频节目及股市行情等;还包括各种商业广告。

3.2 系统总体功能

本系统分三级管理:中心子系统和车站子系统和车载子系统, 本系统支持多种文件格式, 文字、图片、视频、动画等;支持多种播放模式, 实时直播、本地录播、降级模式播放、点播播放等;支持多种定制模式的播放, 时间表播放功能, 包括周时间表、日时间表、节日时间表、事件播放、点播播放等;支持多种播放内容:运营信息、公共信息、广告信息、视频直播、定时的欢迎信息等。完全做到了在指定的时间, 将指定的信息显示给指定的人群。

本系统终端显示可以导入外部视频, 且视频窗口可缩放、移动。

1) 支持直播功能:有线电视直播、外部视频节目直播。

2) 支持多语言显示:简体中文和英文等。

3) 支持播放预定义信息:中文、英文。

4) 支持多样的播出风格:可同屏幕显示多个子窗口, 各个子窗口可支持不同的播出方式, 信息播出版面效果根据需要随时更新播放模板。

5) 自动为乘客提供列车到站、离站有关的运营信息, 具有在不同的时间段内持续显示同一信息的功能。

6) 视频显示支持优先级预先设定, 不同优先等级信息的中止打断规则如下:

(1) 低优先级的信息不能打断高优先级的信息;

(2) 高优先级的信息可以打断低优先级的信息;

(3) 对于同等优先级的信息, 后来的信息能够打断当前播放的信息;

(4) 紧急灾难信息是最高优级的信息, 可以中止打断其他所有优先等级的信息。

作为一个完善的PIS系统, 本系统除满足正常运营外, 还具备紧急疏散程序, 当事故发生时, 车站操作员按下紧急按钮, 触发车站广播系统, 与广播联动应对紧急事件, 并启动一系列的自动疏散程序。

紧急信息播放属优先级最高, 当触发紧急系统时, 紧急信息将覆盖预定义的播放信息, 紧急信息可以通过中心或车站操作员工作站手动清除。

本系统具有多任务多接口特点, 可与多个相关的系统接口通讯, 比如信号, 时钟、综合监控系统等。

本系统具有网管、告警、自诊断功能:能够动态实时监控各终端显示节点的设备运行状态, 以确保系统正常;具有远程管理控制功能, 以方便操作员进行中央和车站两级控制和管理;能够对任意显示终端、显示控制器、网络硬件设备等进行状态监测、故障自动告警、故障定位。

3.3 系统运行模式

本次旅客信息系统按照需求书要求其运行模式分为正常模式、准实时模式、录播模式、降级模式及单点故障模式五种运行模式, 每种模式功能如下:

1) 正常模式

系统由控制中心直接组织信息播放并控制终端显示设备, 车站子系统在接收同步播放列表和节目内容的同时处于热备状态。车站子系统通过网络接收来自控制中心节目及播放控制列表, 并根据播放列表的时间、内容、显示位置播出至显示屏。可实时播出电视内容、录制节目内容以及即时消息等。

2) 准实时模式

车载系统无法与地面进行不间断实时通信时, 车载系统进入准实时播出模式。车载子系统在列车进站停靠期间或车辆回库期间, 通过无线网络在非移动的情况下高速传输并预存显示信息, 供车载系统组织播出。车载系统应能够保存至少5min的节目信息, 以保证列车在整个运行期间, 播出节目不间断。

3) 录播模式

车站子系统及车载子系统可通过无线网络接受来自控制中心的节目及其他数据。数据存储于控制器本地, 显示控制器可根据播放控制列表自行组织节目内容进行播出。

每天运营结束后, 车载子系统在车辆段或停车场集中接收存储控制中心下发的次日播放列表及节目内容;车辆运营时, 车载系统按照接收到的播放列表, 自行播放预存的节目内容。

4) 降级模式

降级模式也称为应急模式, 当控制中心故障或网络通信中断或系统检测到非法入侵时, 受到影响的车站子系统迅速自动转入降级模式, 按已接收到的播放列表和节目内容自行组织播放;通信中断的车载子系统也按预定义节目内容迅速自行组织播放。

车站子系统可保存预定制内容, 包括视频、文字、图片以及播放列表文件, 当连接中断或运营需要时可自动切换至降级模式进行播出, 各车站子系统独立播出音视频内容。

5) 单点故障模式

当个别终端显示设备与系统通讯中断时, 通讯中断的终端设备按照无输入显示方式运行, 其余设备按照原有模式运行。

3.4 信息显示

1) 固定信息显示

●在指定位置始终显示

例如, 在站厅的LCD显示屏和LED显示屏的指定位置上需要始终显示数字式或指针式时钟信息等。

●按照节目表安排在指定时间、指定位置显示

在不同屏幕的不同区域有单独的播放列表。系统根据列表将各种形式的信息在指定时间和指定显示屏的指定位置上显示。

2) 由操作员触发显示

由中心或车站操作员编辑或选定预定义的显示信息, 经授权批准流程, 触发指定显示屏在指定位置显示。

3) 由来自其他系统接口的信号触发显示

系统可以接受来自其他系统的相关信息, 并根据接收到的信息, 触发显示相关内容。

例如, 系统在站台LED屏指定区域显示下次列车到站信息, 在系统接收到ATS (列车自动监控系统) 系统的列车即将进站的信息后, 触发显示列车进站提示信息, 例如“列车即将进站, 请让开安全门, 先下后上”等。当系统接收到列车离开车站的信息后, 恢复显示下次列车到站信息。

4) 无输入触发显示

当系统部分设备或线路出现故障, 导致显示终端无法接收到系统显示信息内容时, LCD显示设备应当播出预制的 (可修改) 信息, 如“**地铁欢迎你”或其他文字、图片信息;LED显示屏应当根据已经下载同步的播出列表和播出信息内容, 按照播出列表自行组织播出 (保存至少一天的节目信息) 。

3.5 系统监控

本系统提供系统设备监控功能, 车站设备在车站操作工作站及中心操作工作站的监控下运行, 车站设备应向车站操作工作站及中心操作工作站上传运行模式、设备状态、报警等信息。车站操作工作站及中心操作工作站应依据车站设备所处的模式、状态、报警及故障的等级相应发出的报警声并以不同颜色显示。

本系统可准确、实时监视网络通信设备、终端控制设备、设备故障报警及运行状态等。监视信息应清晰、明了, 不同等级的信息应有明确的区分。控制中心可向全线、某座车站、某组设备、某类设备及某台设备下达控制命令并实时监控。车站操作工作站可向本站设备下达控制命令并实时监控设备运行状态。

3.6 数据及参数管理

系统数据及参数管理主要包括:模板文件管理、播放列表管理、预定义信息内容发布管理、预定义信息、信息优先级设定、多区域屏幕分割、播出节目单、播放及显示信息预览、系统运营开始及结束时间、直播延时时间等。

系统运行及管理参数由控制中心设定并下发至车站和终端显示设备执行, 控制中心进行各子系统参数的备份, 以实现各系统发生故障或瘫痪时及时通过中心进行恢复。系统设备可接受控制中心和车站子系统的命令、参数及软件更新数据等;在与控制中心子系统通信中断的情况下, 各车站子系统应能按照既定的节目表独立运行;在终端设备与系统通信中断的情况下, 通过系统设定实现预定义信息的显示;上述中断情况应能被系统及时捕获和记录, 在通信恢复且稳定后, 系统应恢复正常模式运行, 恢复的过程应平滑过渡, 避免乘客感知系统故障。

3.7 时钟同步

本系统时钟同步信号取自时钟系统提供的高精度时钟源。中心、车站子系统和终端设备应具有时钟源和时钟同步功能, 时钟的精确度应达到4.6×10-6s。

3.8 发布管理

本系统控制中心、车站子系统及终端设备、网络子系统、车载子系统具备网络下载安装及更新软件的功能。

4 结束语

本地铁工程旅客信息系统 (PIS) 充分发挥了计算机系统的多任务、可扩展、易升级、结构化、模块化及网络化的特点。采用模块化设计, 涵盖了轨道交通领域乘客信息导乘的全部应用业务, 具有跨平台, 多用户, 多任务等特性。不仅可以满足各种任务的性能要求, 而且控制中心子系统、车站子系统、车载子系统、网络子系统均可以根据新的需求有针对性的扩展。

参考文献