摘要：随着世界经济社会的发展，城市人口的增加和规模的扩大，给城市公共交通造成了巨大压力，也促使城市轨道交通快速发展。近年来，地铁、轻轨等轨道交通发展迅速，成为缓解城市日益严峻的交通形势的重要选择。城市轨道交通解决了人们的公共出行问题，但是为了使复杂的城市轨道的安全有效运行，必须有一种列车的参数交互式控制系统来合理地调度各条线路。本文通过对信号系统的控制模式进行深入探讨，为城市轨道交通信号系统的控制模式在各种情况的运用上提供了有效借鉴。

关键词：轨道交通；信号系统；故障诊断；维护策略

引言

随着城市化进程的推进，城市轨道交通也在不断发展。基于通信的列车自动控制系统CBTC逐渐发展成熟并被业界认可，在全国各大城市的轨道交通建设中推广应用。不过，随着城市轨道交通线路及CBTC系统的落地实践数量增加，现有城市轨道交通信号系统的结构性问题也逐渐暴露出来，如不同层级子系统依赖性过高、各种数据接口多而复杂、系统较为封闭信息闭塞等。这些问题导致了线网层级的信号系统设备利用率较低，增加了建设投资维护成本，并制约了线网统筹运营管理，提高了互联互通、维护改造的执行难度。

1 轨道交通信号系统组成

1.1 自动驾驶系统ATO

ATO系统根据列车设计，通过实时统计列车在到目的地点所到达的时速数值，以及按照目标站点的车速数值对列车所发送的控制指令，从而完成了列车的自主行驶。ATO是一种闭环控制技术，其作用在于实现列车在区间行驶中对车速的精确调节和列车到站点的精确停靠。

1.2 列车自动防护系统ATP

ATP技术在信息控制中具有重要性，它的实施在很大限度提高了列车的效率。假如缺少了ATP，当列车司机因长时间的驾驶而处在疲劳状态时，会对突发情况无法及时做出反应，造成安全事故的发生。

1.3 列车自动监控系统ATS

ATS控制系统既具备了通过列车运行图监测全线列车的能力，也能够在特定情况下调整或更改列车运行图，并利用人机交互操作界面进行对列车运行情况的跟踪。在中央层的车站级可以完成对ATS系统的二级控制作用。中央级是指行控中心对全线运营的列车和设备实施管理，当本站掌握管理权后能够对该站区域内的列车和设备实施管理。中央级是最高的控制体系，所属的调度中心拥有最高权力，能够把权限下放到下一级车站，站务人员还能够向行调提出获得该站的管理权。

2 信号系统故障诊断

2.1 数字信号处理技术

（1）根据数字信号处理程序开发所使用的主要方式是由C语言和其他措施把繁杂计算过程作为编程代码下载至硬件系统上运作。明白了运算规则后，可撰写优化算法功能，然后根据模拟仿真结果调节。如果能够完成预期优化算法可以使用数字图像处理编程环境对知识程序执行变换，未完成预估优化算法可再次程序编写。在这个环节完毕后，需应用仿真模拟后软件对优化算法程序流程功能做出调整，然后把预期算法的处置结果与实现结果进行对比，使在线运行质量与特性更持久。（2）诊断中，凭借Matlab模拟仿真的优化算法移植方式取得了卓越成果，数字图像处理整体软件部分同样使用了模块化编程设计，通过在主函数中顺序调用不同的功能函数控制模块，以满足故障检测的具体需要。该检测系统先复位，复位结束后逐渐获取数据并把全部数据信息放置缓存区域等候后续处理，该将自动噪声处理后数据信息移交故障检测聚类分析法控制模块，还要对信息进行储存并判定有无新的信息。当存有新的信息时，并对减噪预备处理。应当注意，小波降噪效果就是为了能保存有用信号技术，然后再进行数据信号的结合与重建。总体来看，聚类算法功能程序模块具体过程可分别在专设阈值范围内聚类算法，最后以运算调节聚类中心的方式对结果完成储存。（3）若需要提升检查方法，则要用提升过的汇编语言来程序编制，而程序优化的一个过程需要人工解决，即先在C程序流程级上优化计算方法，再根据数字图像处理中具体的特点调节编码，主要包括功能精简，算法设计循环系统提升和编码并行计算。但需要尽量防止针对片外存放数据的载入与启用，其目的在于减少启用数据信息时所带来的耗时。

2.2 专家系统（智能分析系统）

专家系统作为智能计算机程序系统，其通过计算机强大的整合处理与挖掘功能，将某个领域专家水平的知识与经验进行复刻处理，然后经由人工智能的方式，利用已经具备的知识经验，创建具有人类思维的推理与判断流程。通过模拟人类专家的决策过程，可以帮助各类系统在处理问题时能够以合理、可操控的方式解决系统运行中存在的各项问题。对于轨道交通信号系统而言，当出现故障时，借助专家系统在信号系统之间加设一个实时化、全天候的检测机制，当故障问题产生时，信号可能会出现变动情况。此时信号传输到专家系统中，专家系统立即进行识别，并分析当前信号存在变动的主要原因，最终通过时间与空间方面的定位，帮助工作人员查找到信号故障的具体产生点。除此之外，在人工智能技术的应用下，整个处理流程乃至完善方法不再需要过多的人员干预。届时人工智能系统可以按照当前的故障问题，在专家系统内部自动找寻出解决此类故障的具体方法，因为某个领域专家水平的知识与经验则可以成为自动检索与处理该故障的一个指标点，无需人工参与，并可以按照系统内部给予的决策指令去自动完成优化。当然也有部分故障可能是因为设备硬件的损坏而产生问题，此时专家系统则可以立即生成解决方案，上报到终端，让工作人员进行处理。

2.3 模糊逻辑诊断法

在轨道交通信号故障诊断之中，模糊逻辑控制方法的实现则是在模糊理论基础之上帮助系统分析出故障产生的原因与具体现象，为了能够增强两者之间的连接性，需要通过模糊关系矩阵确定系统执行某一项行为时所产生的信号信息是否能够在模糊控制模型的结构性知识架构之上完成相对应的表述。整个模糊控制理论的推理过程近乎人们的思维方式，其是对事件可认定性的一种固定描述，然后把人们处理所产生的各项思维当成是模糊控制或者是下一阶段控制的基准点，从多个方面分析出系统运行期间，因为信号信息传输故障而导致的关联影响。模糊逻辑诊断方法的具体实现主要分为下列两种，第一，基于模糊关系合成算法的诊断方式。第二，基于模糊知识技术的诊断方式。因为在信号系统传输过程中，其是对整个轨道交通运行机制起到传输与支撑的作用，这也导致故障问题的产生具有多样化特点。但是从故障具体的动因形式或者是差别形式来讲，任何一种故障产生均是通过内部数据信息以及函数关系模糊规则来确定的，此类诊断方法固然可以提高系统的检测效率，但是在模糊逻辑确定期间，仍然对系统内部知识库具有过多的依赖，间接导致在知识诊断以及数据分析时无法提供更多的获取来源，所以在系统的驱动以及检测期间仍存在较多的可补充性。

3 轨道交通信号系统维护措施

3.1 融合智能控车优化

融合系统中，融合OCU包含ATO和TCMS的功能，直接与牵引制动系统交互，参与整车牵引力制动力计算和分配。融合后通信链路短，时效性更高。随着车辆使用年限的增加，车辆性能不同程度地降低，传统CBTC系统会使用保守的减速度值，直接影响停站精度。融合系统使用智能调节的站停曲线计算方法，能够根据历史曲线、实时载荷（AW0～AW3）以及实时牵引制动性能，智能调整GEBR，根据不同的线路条件和实际控车效果，对站停曲线进行自适应调整，实现站台精确停车的计算，提高列车精确停车的准确率，减少站停过程中的能耗，实现低碳节能。

3.2 控制算法选取与优化

在轨道交通信号系统改造设计中，选择合适的控制算法是至关重要的一步。在选择控制算法时，应考虑到实时性和准确性，信号系统需要快速地感知列车位置、速度等信息，并根据实时数据做出相应决策。要选取具有较高实时性和准确性的控制算法，如基于模型预测控制（MPC）或最优化调度算法可以通过对列车运行状态进行建模和预测，从而实现更精确的调度，优化列车运行。在优化设计过程中，还需考虑系统稳定性与鲁棒性。由于轨道交通系统存在各种不确定因素（如外界干扰、随机客流等），所选取的控制算法应具备一定程度上的鲁棒性，以适应不同工况和环境变化。此外，还需考虑控制算法对系统稳定性的影响，确保系统在各种情况下能够稳定运行。在选择控制算法时，还需兼顾计算复杂度和实施难度。信号系统是一个复杂的工程系统，所选取的控制算法应具备较低的计算复杂度，以确保其在实际运行中能够满足实时性要求。

3.3 智能算法库

智能运维系统中包含多个智能分析、智能故障诊断、健康评价等功能业务，这些业务在设计实现时均需要算法模型的支持。为此，设计了适用于轨道交通信号设备维护数据分析的数据挖掘算法库。将数据进行合理地分阶段处理，每个阶段应用多种标准化接口的算法，使系统具有良好的可扩展性。根据信号设备维护数据的特点，可将数据处理分为以下4个阶段。1）数据智能清洗阶段。对所采集的数据进行预处理，包括数据校验、数据过滤、数据变换和数据归一等。2）数据集成融合阶段。对数据进行整合分析，包括数据信息共享、语义分析、逻辑分析和特征分析等。3）数据分析挖掘阶段。对数据进行数据价值分析、关联规则分析、因果分析和业务分析等。4）高维数据可视化阶段。对数据进行降维处理和预测分析，包括根据数据的因果关系，降低既有维度，减少数据运算量；或使用预测分析得到热点数据，加快数据处理速度等。

3.4 无线扩频通信的位置

无线扩频通信的位置在无线信息传输中使用多址技术。数据通过伪随机编码序列（即扩频序列）进行调制，然后在扩频后传输。接收器使用相同的编码序列来解调和处理原始数据。列车位置确定是通过测量同一地铁侧设备之间的无线扩频通信技术来实现的。定位精度与扩频信号的频率有关，频率越高位置越准确。BART（基于旧金山湾捷运系统的海湾地区）的AATC（高级自动列车控制）系统是一种无线扩频定位系统。平台、侧轨和列车的扩频站一方面用于在列车和控制中心之间传输信息，另一方面用于定位列车。通过从轨道旁的扩频站接收信号来计算列车的位置。AATC系统的每个控制区域都没有通过里程测量将轨道划分为不同的控制区域，而是由台站计算机控制。在AATC控制区域中，无线通信网络由分布式无线电台组成，每个控制区域彼此交替。该系统每0.5s可以检测到每列车，列车定位精度可达1.8m。

4 结束语

将计算机科学、自动控制技术和通讯信息技术等多个领域加以结合，为未来建立现代化的信号管理系统提供有力的科技保障。通过探讨信号系统的控制模式对改善企业经营质量，提高经营利润等方面具有很大意义。对信号系统的控制模式进行了多方面研究，给出了正确建议，为今后探讨信号系统的控制模式提供了依据，也为今后建立较为完备科学的通信管理系统提供了借鉴基础。

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