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摘 要：城市轨道交通具有较多显著优势，其中信号系统能够保障列车安全形式，提升运营效率。本文主要是对城市轨道交通信号系统的组成与结构进行分析，并且对其各个子系统的分类和功能进行比较分析，在此基础之上分析城市轨道交通信号系统的关键技术，希望能够对相关人员起到参考性价值。
关键词：城市轨道交通；信号系统；关键技术
中图分类号：U239.5 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）17-0189-02
城市轨道交通信号系统能够全面确保列车安全行驶，全面展现出其他技术装备的能力。随着技术发展速度加快，列车运行调度中心的列车和计算机之间建立数据交换和信息交流渠道，促使两者之间能够协调运作，全面发挥出运输效率，驾驶者的职责主要是监控设备的运行状态。应用城市轨道交通信号系统能够降低事故发生率，还能够防止列车出现突然加速和减速情况，提升列车稳定性，实现节能目标。
1 列车自动控制系统的结构和功能
1.1 列车自动控制系统的结构
（1）整体结构：城市轨道交通具有较大的行车密度，站间距离短小，这样就增加了对信号系统的要求。现阶段，大型城市修建的轻轨地铁的列车要求都需要达到120s。为了行车指挥安全性，城市轨道交通都是应用计算机控制系统控制行车速度，调整追踪间隔以及实现定位停车等，此时就需要应用列车自动控制系统。其主要包括列车自动保护系统，自动监控系统以及自动运行系统等。
（2）子系统功能：列车自动控制子系统能够全面确保列车行驶安全，在整个系统结构当中占据重要位置，因此在设计期间需要满足故障安全原则。为了全面保障系统可靠性，需要应用性能安全的硬件设施和软件设施，确保安全行车。
1.2 列车自动控制系统功能
（1）安全停车点防护：该项功能主要是在危险点基础之上实行的，在日常运行期间不能超过危险点，因此要在危险点之前设置安全区段，由列车性能和运行条件确保安全区段长度，确保列车能够在危险点之前停下来。自动控制系统能够将安全停车点作为基础，确保列车不超出危险点。
（2）监督速度：在城市轨道交通具有两种速度限制：①固定速度限制，比如列车最大行驶速度，最大允许速度；②临时性速度限制，比如在维修线路时临时设置的速度限制。自动控制系统需要对该速度进行全面监视，坚决不能出现超速现象。
（3）列车安全间隔控制：城市轨道交通具有较高的行车密度，各个列车之间间隔较短，列车自动控制系统需要在闭塞条件下确保列车运行安全性。
（4）测速和测距：在对列车行驶距离进行连续测定。自动控制系统能够对列车位置进行准确划定，主要是应用轮轴上的测速传感器对列车即时速度进行测量，并且通过驾驶室显示。
2 基于数字轨道电路的准移动闭塞自动控制系统
2.1 系统构成
应用数字编码式音频轨道电路作为信息传输通道，主要包括车载设备，轨旁设备以及轨道设备等。
在设计线路时需要按照用户对列车运行密度的要求，使用无绝缘轨道电路的S棒将整个电路划分几个轨道区域并统一编码，使用数字化方式描述线路设备和线路地形之后能够绘制线路地图，存储在车载计算机上。为了全面防止相邻轨道信号出现干扰影响，还需要对列车行驶到轨道电路边界进行准确判断，将不同载频应用在相邻数字轨道电路上。列车在行驶期间各个軌道都能够显示占用指示。
2.2 列车控制模式
该系统主要是根据发展阶段和技术先进性划分为速度-距离模式和目标速度模式等。其中速度-距离模式主要是应用一次模式曲线，该种方式需要的信息包括运行线路的数据，与前方列车曲线的距离以及制动性能等，列车运行期间地面向列车传输的距离信息是实时进行的，主要包括与前方列车的距离，闭塞分区的起点里程和长度以及临时限速等；目标速度模式原理在于：列车运行区间线路划分为数个闭塞分区，每个分区都由数字轨道组成。列车自动自动控制程序能够给出列车目标速度和安全速度。此时所说的目标速度主要是列车以最大运行速度进入闭塞分区之后进行制动，在分析制动生效时间之后能够达到闭塞分区终点速度。
2.3 最小列车追踪安全间隔时间
在实际研究期间为了简化问题难度，需要提出与实际情况差别较小的假设：①前后两个列车起动加速度a.制动减速度为b.因此列车进站制动前的最大允许速度为Vmax。②两列车车身长度相同。③前一列车设置保护区段。④两列车制动反应时间相同。
T=t运+t加+t站+t制
在上式当中，t运表示列车经过闭塞区分界点时起至开始制动时的运行时间；t站表示列车运行图规定的停站时间；t加表示从车站起动加速时至清车站闭塞分区时止的时间。
3 轨道电路传输特性的研究与仿真
3.1 轨道电路的一次参数频率特性仿真
分析钢轨阻抗频率特性：钢轨阻抗主要有感抗Xt与有效电阻R组成：
=Z·ej ？准 z=R+jXL=R+jωL
针对长度为1km的轨道电路来说，有效电阻：
R=2（r+rc）=2 +rc（Ω/km）
其中r表示轨条有效电阻；u表示轨条横截面周边长；rc表示轨节连接处有效电阻；μ 表示相对导磁率；ρ表示钢材的电阻率。
钢轨的总电感表示为：
L=Le+2（Li+Le）=0.4ln +2 （mH/km）
其中，Le表示轨条外电感；Li表示内电感；a表示等效于钢轨截面周边长的圆周线半径。那么感抗为：
X1=2πfLe+2（Le+Li）×10-3（Ω/km）
按照上述选定的参数值，能够使用MATLAB语言仿真钢轨阻抗频率特性，图1为仿真结果（部分）。
3.2 轨道电路的二次参数频率特性仿真 轨道电路的二次参数主要包括传播常数和波阻抗，其中波阻抗为：
c=Zc·ej？准z=
传播常数为：
=γ·ej？准z= =β+jα
在上式当中：β=8.686γ·cos？准γ（dB/km），称为衰减常数，α=γ·sin？准γ（Rad/km），称为相位常数。
从以上表达式能够看出： 与 c不仅是轨道电路一次参数和函数，也属于信号频率的函数。
3.3 轨道电路在传输交流正弦稳态信号时的频率特性仿真
应用上文叙述的仿真结果能够看出，将其作为研究轨道电路在传输稳态信息的理论依据，这样能够对轨道电路在传输交流正弦稳态信息时的通道问题进行仿真处理。
在实际仿真期间需要将轨道电路终点作为计算起点，根据不同负载功率条件对不同频率的交流正弦传输信号的不同长度轨道电路变化情况进行计算。
通过对仿真结果进行分析能够看出：不管什么频率的信号都会随着不断增加的传输距离出现衰减作用，信号频率越大，衰减幅度越大。但是工频条件下信号传输同样距离的衰减程度只有几倍左右，从以上分析能够看出，轨道电路在较高传输频率的信息具有快速衰减作；在相同条件下，轨道电路相同位置的高频信号会弱于低频信号，这就说明轨道电路会影响高频信号。按照各个频率信号在轨道电路上的变化情况能够看出，在经过零点时信号的极性会出现改变，因此轨道电路不适合应用极性特点的高频信号作为传输信号，除非对轨道电路的实际长度进行限制。
3.4 轨道电路的传输干扰因素
此次研究将钢轨作为传输信道，在分析信道干扰之后，可以使用下式表示轨道电路的输入和输出：
E（t）=K（t）e（t）+n（t）
在上式当中，E（t），K（t），e（t），n（t）分别表示信道输出，输入，传输乘性干扰以及传输加性干扰等。
4 结束语
综上所述，使用均匀传输线方程对轨道电路进行研究的方法只能应用在均匀性分布参数电路，对于非均匀分布参数轨道电路则不能采用该种方法。当前的研究方法和技术还有所限制，因此不能获取到较多的数据资料，整体仿真过程中还存在较多缺陷问题，例如在对钢轨阻抗进行计算时，轨道截面周长属于不精确数值，会对仿真结果造成影响，还存在其他不确定因素对仿真结果造成影响。与此同时，此次研究缺乏对宽带调制信号影响下的瞬态响应的轨道电路通道模型的分析，不具备完善的数据资料，还需要进一步研究分析轨道电路传输中的干扰仿真模型。
参考文献
[1]史雅天.LTE技术在城市轨道交通信号系统中的应用分析[J].中国战略新兴产业，2018，10（12）：122.
[2]王秀玄，魏 君.城市轨道交通CBTC信号系统分析[J].山東工业技术，2018，22（05）：144.
[3]景 瑜.城市轨道交通乘客信息系统关键技术的分析[J].数字技术与应用，2017，15（04）：251+253.
[4]张志锋.城市轨道交通信号系统的关键技术分析[J].科技风，2016，22（02）：22.
[5]王 力.京津冀区域轨道交通信号系统设计关键点及新技术应用研究[J].铁道标准设计，2015，59（12）：94～98.
[6]朱 通.浅谈城市轨道交通信号系统项目管理模式[J].科技展望，2015，25（11）：175.
收稿日期：2018-5-9
作者简介：李海军（1985-），男，大专，主要从事城市轨道交通信号管理工作。
关键词：城市轨道交通；信号系统；关键技术
中图分类号：U239.5 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）17-0189-02
城市轨道交通信号系统能够全面确保列车安全行驶，全面展现出其他技术装备的能力。随着技术发展速度加快，列车运行调度中心的列车和计算机之间建立数据交换和信息交流渠道，促使两者之间能够协调运作，全面发挥出运输效率，驾驶者的职责主要是监控设备的运行状态。应用城市轨道交通信号系统能够降低事故发生率，还能够防止列车出现突然加速和减速情况，提升列车稳定性，实现节能目标。
1 列车自动控制系统的结构和功能
1.1 列车自动控制系统的结构
（1）整体结构：城市轨道交通具有较大的行车密度，站间距离短小，这样就增加了对信号系统的要求。现阶段，大型城市修建的轻轨地铁的列车要求都需要达到120s。为了行车指挥安全性，城市轨道交通都是应用计算机控制系统控制行车速度，调整追踪间隔以及实现定位停车等，此时就需要应用列车自动控制系统。其主要包括列车自动保护系统，自动监控系统以及自动运行系统等。
（2）子系统功能：列车自动控制子系统能够全面确保列车行驶安全，在整个系统结构当中占据重要位置，因此在设计期间需要满足故障安全原则。为了全面保障系统可靠性，需要应用性能安全的硬件设施和软件设施，确保安全行车。
1.2 列车自动控制系统功能
（1）安全停车点防护：该项功能主要是在危险点基础之上实行的，在日常运行期间不能超过危险点，因此要在危险点之前设置安全区段，由列车性能和运行条件确保安全区段长度，确保列车能够在危险点之前停下来。自动控制系统能够将安全停车点作为基础，确保列车不超出危险点。
（2）监督速度：在城市轨道交通具有两种速度限制：①固定速度限制，比如列车最大行驶速度，最大允许速度；②临时性速度限制，比如在维修线路时临时设置的速度限制。自动控制系统需要对该速度进行全面监视，坚决不能出现超速现象。
（3）列车安全间隔控制：城市轨道交通具有较高的行车密度，各个列车之间间隔较短，列车自动控制系统需要在闭塞条件下确保列车运行安全性。
（4）测速和测距：在对列车行驶距离进行连续测定。自动控制系统能够对列车位置进行准确划定，主要是应用轮轴上的测速传感器对列车即时速度进行测量，并且通过驾驶室显示。
2 基于数字轨道电路的准移动闭塞自动控制系统
2.1 系统构成
应用数字编码式音频轨道电路作为信息传输通道，主要包括车载设备，轨旁设备以及轨道设备等。
在设计线路时需要按照用户对列车运行密度的要求，使用无绝缘轨道电路的S棒将整个电路划分几个轨道区域并统一编码，使用数字化方式描述线路设备和线路地形之后能够绘制线路地图，存储在车载计算机上。为了全面防止相邻轨道信号出现干扰影响，还需要对列车行驶到轨道电路边界进行准确判断，将不同载频应用在相邻数字轨道电路上。列车在行驶期间各个軌道都能够显示占用指示。
2.2 列车控制模式
该系统主要是根据发展阶段和技术先进性划分为速度-距离模式和目标速度模式等。其中速度-距离模式主要是应用一次模式曲线，该种方式需要的信息包括运行线路的数据，与前方列车曲线的距离以及制动性能等，列车运行期间地面向列车传输的距离信息是实时进行的，主要包括与前方列车的距离，闭塞分区的起点里程和长度以及临时限速等；目标速度模式原理在于：列车运行区间线路划分为数个闭塞分区，每个分区都由数字轨道组成。列车自动自动控制程序能够给出列车目标速度和安全速度。此时所说的目标速度主要是列车以最大运行速度进入闭塞分区之后进行制动，在分析制动生效时间之后能够达到闭塞分区终点速度。
2.3 最小列车追踪安全间隔时间
在实际研究期间为了简化问题难度，需要提出与实际情况差别较小的假设：①前后两个列车起动加速度a.制动减速度为b.因此列车进站制动前的最大允许速度为Vmax。②两列车车身长度相同。③前一列车设置保护区段。④两列车制动反应时间相同。
T=t运+t加+t站+t制
在上式当中，t运表示列车经过闭塞区分界点时起至开始制动时的运行时间；t站表示列车运行图规定的停站时间；t加表示从车站起动加速时至清车站闭塞分区时止的时间。
3 轨道电路传输特性的研究与仿真
3.1 轨道电路的一次参数频率特性仿真
分析钢轨阻抗频率特性：钢轨阻抗主要有感抗Xt与有效电阻R组成：
=Z·ej ？准 z=R+jXL=R+jωL
针对长度为1km的轨道电路来说，有效电阻：
R=2（r+rc）=2 +rc（Ω/km）
其中r表示轨条有效电阻；u表示轨条横截面周边长；rc表示轨节连接处有效电阻；μ 表示相对导磁率；ρ表示钢材的电阻率。
钢轨的总电感表示为：
L=Le+2（Li+Le）=0.4ln +2 （mH/km）
其中，Le表示轨条外电感；Li表示内电感；a表示等效于钢轨截面周边长的圆周线半径。那么感抗为：
X1=2πfLe+2（Le+Li）×10-3（Ω/km）
按照上述选定的参数值，能够使用MATLAB语言仿真钢轨阻抗频率特性，图1为仿真结果（部分）。
3.2 轨道电路的二次参数频率特性仿真 轨道电路的二次参数主要包括传播常数和波阻抗，其中波阻抗为：
c=Zc·ej？准z=
传播常数为：
=γ·ej？准z= =β+jα
在上式当中：β=8.686γ·cos？准γ（dB/km），称为衰减常数，α=γ·sin？准γ（Rad/km），称为相位常数。
从以上表达式能够看出： 与 c不仅是轨道电路一次参数和函数，也属于信号频率的函数。
3.3 轨道电路在传输交流正弦稳态信号时的频率特性仿真
应用上文叙述的仿真结果能够看出，将其作为研究轨道电路在传输稳态信息的理论依据，这样能够对轨道电路在传输交流正弦稳态信息时的通道问题进行仿真处理。
在实际仿真期间需要将轨道电路终点作为计算起点，根据不同负载功率条件对不同频率的交流正弦传输信号的不同长度轨道电路变化情况进行计算。
通过对仿真结果进行分析能够看出：不管什么频率的信号都会随着不断增加的传输距离出现衰减作用，信号频率越大，衰减幅度越大。但是工频条件下信号传输同样距离的衰减程度只有几倍左右，从以上分析能够看出，轨道电路在较高传输频率的信息具有快速衰减作；在相同条件下，轨道电路相同位置的高频信号会弱于低频信号，这就说明轨道电路会影响高频信号。按照各个频率信号在轨道电路上的变化情况能够看出，在经过零点时信号的极性会出现改变，因此轨道电路不适合应用极性特点的高频信号作为传输信号，除非对轨道电路的实际长度进行限制。
3.4 轨道电路的传输干扰因素
此次研究将钢轨作为传输信道，在分析信道干扰之后，可以使用下式表示轨道电路的输入和输出：
E（t）=K（t）e（t）+n（t）
在上式当中，E（t），K（t），e（t），n（t）分别表示信道输出，输入，传输乘性干扰以及传输加性干扰等。
4 结束语
综上所述，使用均匀传输线方程对轨道电路进行研究的方法只能应用在均匀性分布参数电路，对于非均匀分布参数轨道电路则不能采用该种方法。当前的研究方法和技术还有所限制，因此不能获取到较多的数据资料，整体仿真过程中还存在较多缺陷问题，例如在对钢轨阻抗进行计算时，轨道截面周长属于不精确数值，会对仿真结果造成影响，还存在其他不确定因素对仿真结果造成影响。与此同时，此次研究缺乏对宽带调制信号影响下的瞬态响应的轨道电路通道模型的分析，不具备完善的数据资料，还需要进一步研究分析轨道电路传输中的干扰仿真模型。
参考文献
[1]史雅天.LTE技术在城市轨道交通信号系统中的应用分析[J].中国战略新兴产业，2018，10（12）：122.
[2]王秀玄，魏 君.城市轨道交通CBTC信号系统分析[J].山東工业技术，2018，22（05）：144.
[3]景 瑜.城市轨道交通乘客信息系统关键技术的分析[J].数字技术与应用，2017，15（04）：251+253.
[4]张志锋.城市轨道交通信号系统的关键技术分析[J].科技风，2016，22（02）：22.
[5]王 力.京津冀区域轨道交通信号系统设计关键点及新技术应用研究[J].铁道标准设计，2015，59（12）：94～98.
[6]朱 通.浅谈城市轨道交通信号系统项目管理模式[J].科技展望，2015，25（11）：175.
收稿日期：2018-5-9
作者简介：李海军（1985-），男，大专，主要从事城市轨道交通信号管理工作。