城市轨道交通系统设计能力分析及优化

城市轨道交通系统设计能力分析及优化
摘要：地铁是高密度、快速运行的城市公共交通系统。

系统设计能力是指线路的各项设备设施整体所具备的支持列车运行密度的能力。

考虑到信号系统、车辆性能及配线设置方式所能够提供的条件，GB50157—2013《地铁设计规范》确定远期系统设计能力不应小于30对/h。

目前我国各大城市的地铁建设中普遍采用了30对/h这一标准，可以说这一标准在一定时期内充分发挥了工程的运输效率，提高了服务水平，并在一定程度上具备适应客流变化风险的能力。

但是在城市化发展过程中，客流激增，有些线路运营初期就达到了近远期客流水平，逼近30对/h的系统能力红线。

因此，有些城市在后续建设中提出了增加列车编组来解决输送能力不足的问题。

关键词：城市轨道；交通系统设计；能力分析及优化
引言
城市轨道交通通信技术和信号处理技术作为轨道交通运维的关键,结合智能化的运维管理技术,构建城市轨道交通信号智能化运维自动控制系统,通过轨道交通信号输出的稳定性控制和通信信道调节,建立城市轨道交通信号智能化运维管理模型,提高轨道交通的安全性和稳定性。

在进行城市轨道交通信号智能化运维自动控制系统设计中,采用通信组网和信号组网控制方法,结合信号输出稳定性调节,采用信号滤波和平稳性检测的方法,进行城市轨道交通信号智能化运维自动控制,研究城市轨道交通信号智能化运维自动控制方法,在促进城市轨道交通优化运维管理和智能化控制方面具有重要意义。

一、设计原则
1.1系统性
城轨车辆智能运维系统建设是一项系统性工程。

智能运维采集围绕车辆所产生的所有数据，包括车辆状态及故障数据，轨旁检测数据以及维修和管理数据，
因此建设主体除车联网系统外，还包括了轨旁综合检测与检修信息化管理等部分。

在车联网系统设计过程中，需要考虑智能运维系统整体性，开展各子系统的接口
对接，共同构建运维大系统，为列车运营调度中心及车辆段各专业车辆检修提供
基于数据支撑的辅助决策内容，支撑起列车运营调度中心和整个车辆段的车辆调
度运营，另外支撑起生产管理与业务流转。

1.2先进性
当前智能传感、物联网、大数据和人工智能等新技术发展迅速，智能运维车
联网系统涉及边缘计算、５Ｇ、大数据等先进技术。

因此在设计过程中面向未来
技术发展方向，充分了解国内外新技术的发展和实践应用，采用新技术，运用新
理念，保证在行业内居于领先地位。

二、城市轨道交通系统设计优化
2.1安防集成管理子系统
安防集成管理系统采用“集中管理、业务灾备”策略，由安防集成管理主系
统和灾备系统两级数据库结构方式构成。

在正常运行环境下日常管理操作的数据
增加、修改、删除等通过中央级系统来完成，并对主系统的数据库进行实时备份。

当主系统平台或通信网络出现故障时，由车站灾备后备系统平台对安防系统进行
管理，而不至于引起全系统的瘫痪。

安防集成系统主要由系统管理、用户管理、
安全管理认证等模块构成（图1）。

安防集成管理系统作为安防系统的运行管理
核心和集成管理平台，能够提供一个完整的安防集成管理系统平台，采用开放式
架构和先进的系统集成技术构建。

系统能够对各个集成的子系统进行数据采集、
联动处理和综合监视管理，能够完成安防系统内各子系统的信息交换和联动控制。

安防集成管理系统采用通用的标准通信协议，通过网络层进行系统软件的集成，
而非简单的硬件联动。

系统能够与地铁内其他系统如综合监控系统等互联，实现
与综合监控系统的信息交换和联动控制。

安防集成平台具有中心级和车站级两级
架构功能，从而实现中心级平台和车站级平台分级管理。

图1
2.2列车走行优化
列车走行主要考虑列车运行时间和技术作业时间2方面。

①优化线路。

通过
道岔布置尽量靠近折返站台、采用侧式站台压缩线路间距等，使列车走行距离短。

②优化道岔侧向通过速度。

通过优化道岔侧向通过不可突破速度、采用大号码道
岔等措施，提高线路侧向通过速度；同时优化ATO速度使其速度更接近道岔不可
突破速度。

③优化进路解锁时机。

通过优化布置轨旁计轴，使进路逐段解锁后，
尽早释放后续进路建立需要的轨道区段。

④优化系统接口。

传统车载信号系统与TCMS列车控制系统之间采用MVB多功能车辆总线的接口方式进行信息的传输，其
传输时延在300~450ms，加速度、减速度达到90%时，延时更达到了1700ms。

近
年来已有厂商研究车载以太网接口形式，延时可降低至10~50ms。

折返作业过程
中车辆牵引制动系统与信号ATO之间频繁通信，采用车载以太网接口能减少系统
间响应时间，折返间隔能相应缩减。

⑤采用全自动运行技术减少人为技术作业时间，缩短折返时间。

2.3供电系统智能运维平台的具体构成
城市轨道交通供电系统智能运维平台，能够实现所有供电设备的实时动态监测，能够实现对所有供电设备运行实时数据的传输以及处理，还能够实现设备故
障的智能分析与处理。

利用智能运维平台，能够有效地对生产计划中人员、材料
以及生产流程等各方面要素进行有效控制，总之，能够大大提高供电系统运维效率。

供电系统智能运维平台的具体构成包括人事管理、综合管理、任务池、维修
中心等部分。

“人事管理”功能能够对所有生产人员的持证情况进行详细记录，
并且对其证件的有效期限进行自动检索，证件接近失效期时会自动提醒；“综合
管理”模块主要储存供电系统线路维护的相关资料，能够对生产管理文件、备品、备件等的储存情况以及合格期等进行分析；“任务池”模块主要可依据相关的权
限管理，由专门的人员发起、审批相关的生产任务；“维修中心”对所有供电设
备的履历进行了详细记录，包括设备的历史维修数据，能够在生产计划执行中对
设备履历对应的技术参数进行自动检索，维修工作结束之后对设备履历数据进行
自动更新。

2.4运维支持系统
运维支持系统主要包括车辆健康管理、列车实时监控、数据查询及维护管理
等功能，通过建立列车智慧运营系统监控界面，直观展示列车运营状态、健康状态、维修决策及部件更换建议等主要信息，当车辆出现故障时，监控系统立即发
送报警信号至车辆段调度中心（DCC）大屏幕，使得运维人员可全面掌控列车运
营情况。

其具体功能如下：（1）运营管理。

系统实时监视单线路状态和单车状态，实现不同维度的列车在线故障、运行状态监视（如图4）以及统计数据展示。

（2）健康管理。

系统针对牵引、辅助、弓网、车门、走行部、制动、空调等子
系统进行故障诊断预警及健康评估，并通过数据整合实现整车健康状态监测。

（3）维护管理。

实现列车各系统软件自动维护，并对异常状态进行报警提示。

（4）数据分析。

系统支持对故障信息、预警信息、事件信息、部件寿命、列车
状态数据进行查询、筛选及统计分析，便于技术人员进行报表编制与数据利用。

结束语：
为了推进轨道交通行业的数字化转型升级，推动地铁车辆基于状态监测的预
防性维修技术的发展，需要开展车辆专业智能运维系统建设。

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