摘 要：通过分析城市轨道交通中信号系统和站台门系统的功能和接口，探讨了城市轨道交通信号系统和站台门系统的接口设计方案。为信号系统与站台门系统提供统一、开放、通用的接口标准，在功能上实现两个系统之间的数据共享，减少数据交互所需的时间，提高乘客服务质量。

关键词：城市轨道交通；信号系统；站台门系统；接口

概述

1接口内容

信号系统与站台门系统之间的接口，主要包括信息交互和数据共享两个方面。信息交互主要是通过通信接口进行。在站台门系统与信号系统之间，通过接口的形式来进行信息的传输。例如，站台门系统向信号系统发送开关门状态的信息，同时也向信号系统发送开关门命令。信号系统在收到来自站台门系统的开关门指令后，就会将其转换为相应的控制信号发送给站台门系统。数据共享主要是指在轨道交通运行过程中，两个系统之间可以互相获取对方的数据。

两个系统之间信息共享的方式有很多种。

一种是利用 OSI模型中不同层之间接口标准来实现信息共享。比如：在 OSI模型中，将数据划分为物理层、数据链路层、网络层、应用层等不同层次，每一个层次都有自己的协议和标准。通过这些协议和标准来实现两个系统之间的数据共享。另一种是利用信息共享库来实现两个系统之间信息共享。信息共享库中存储着大量不同层次之间相关的数据信息。

1.1信息交互

信息交互主要包括列车运行状态、车站状态以及站台门系统状态等多个方面的信息。在轨道交通中，列车运行状态是影响整个轨道交通运行效率的一个重要因素。列车运行过程中，由其自身系统所产生的信号，能够对车辆运行过程中的信息进行获取和处理。在列车运行过程中，信号系统会根据列车的实际情况来向站台门系统发出相应的命令，从而实现车辆和站台门系统之间的信息交互。

1.2数据共享

数据共享的实现需要信息共享库。在信息共享库中，根据不同层次的数据结构和标准，建立多个数据表。每个数据表存储着与该系统相关的信息，例如：在站台门系统中，需要将列车位置、速度等信息存储到相应的位置表中。每个表都存储着与该系统相关的信息，并且可以根据需要，在这些表之间进行传递。数据共享库可以解决不同系统之间的信息交换问题，实现信息共享。但是，在数据共享库建立过程中也存在一些问题。

1.3接口设计原则

为了保证接口的可靠性、安全性和有效性，必须遵循以下几个原则：

①接口要做到标准化。由于信号系统和站台门系统使用的协议不同，所以接口需要做到标准化。标准的接口要能适应多种通信方式，并且能够兼容不同通信协议之间的转换。

②接口要做到接口定义清晰。在设计接口时，一定要清楚定义接口的作用和功能，以及接口的具体要求，这样才能保证接口设计的合理性。

③接口要保证信息传递准确。在设计接口时，要保证数据的准确性和完整性。只有保证数据准确才能确保信号系统和站台门系统之间实现信息共享。

④接口要具有较好的兼容性。由于不同厂家生产的设备及软件都是由不同厂家提供，所以必须采用统一的标准来进行设计，以保证接口之间能够相互兼容、互相补充，同时还能具有较好的兼容性和可扩展性。

2接口设计

信号系统与站台门系统的接口包括车站/站台、信号控制中心、屏蔽门等，每个接口都需要使用不同的通信协议，每个系统又有自己的通信协议，接口协议不同就会造成数据交互所需时间长、设备切换频繁等问题。因此，需要统一两个系统的通信协议，并制定通用的接口标准。两个系统之间的接口，由信号控制中心负责提供统一标准的通信协议，站台门系统负责实现标准的通信协议。下面介绍两个接口设计方案：

2.1车站/站台接口方案：车站/站台采用统一的通信协议，通过安装在站台上的通信装置实现信号和站台门之间的通信。这种方案使用了一个标准、统一、通用的接口协议，通过一个通用平台实现信号和站台门之间的数据交互。

2.2屏蔽门接口方案：屏蔽门采用了两个不同的通信协议，分别为独立通信和相互通信。屏蔽门采用了两种不同的数据交互方式，通过一个专用设备来实现。

3系统接口实现方案

信号系统与站台门系统的接口主要是通过通信协议来实现，协议定义了信号系统与站台门系统之间的交互方式，不同的通信协议有不同的功能。要实现信号系统与站台门系统之间的通信，必须选择一种可靠、通用、高效的通信协议。

3.1系统组成

该系统主要包括两个部分：信号系统和站台门系统。其中，信号系统由计算机联锁、车站控制室、 ATP/ATO模块组成；站台门系统由信号控制、站台门控制模块和限位开关组成。具体如下：

（1）计算机联锁：在站台门控制模块和联锁模块之间，设置一个计算机联锁来实现对站台门的控制。

（2）车站控制室主要包括信号机、轨道电路、信号电源及后备电源等设备。

（3） ATP/ATO： ATP/ATO系统是轨道交通自动驾驶系统，是保证列车安全运行的关键设备，主要由控制系统、动力系统、信号设备组成。ATP/ATO的主要功能是向列车提供电力，控制列车的行驶方向及速度，以保证列车安全运行。

（4）限位开关是一种安全保护装置，当列车通过站台门时，它可以检测到列车和站台门的相对位置关系，如果发生偏差则发出信号提示司机，同时控制限位开关自动复位。

（5）信号设备：主要包括控制器、电缆和电缆接头等。由于电缆接头多，而且使用环境恶劣，所以需要将其密封起来以保护设备。

3.2通信流程

本方案中 MQTT服务器与站台门系统之间的通信流程如下：

MQTT服务器接收到站台门系统发送的消息，会将该消息转发给对应的 MQTT应用程序，收到该消息后会将其作为事件，再转发给对应的 MQTT服务器。

MQTT服务器接收到消息后，会将该消息转发给对应的 MQTT客户端。

MQTT客户端接收到 MQTT服务器发送的消息后，首先会将该消息与自己已有的数据进行比对，如果该数据和自己已有的数据一致，则将该消息转发给相应的 MQTT服务器；如果该数据和自己已有的数据不一致，则会对该消息进行相应处理。

3.3数据传输方式

由于站台门系统和信号系统均为非实时性应用，数据传输方式的选择需要根据应用场景来定。

一般来说，数据传输主要以数据包的形式进行，因此在选择通信方式时主要考虑以下两个因素：

（1）可靠性：为了保证数据传输的可靠性，在选择通信方式时主要考虑以下两个因素：一是信息传输过程中的丢失率；二是传输过程中的数据可靠性。在 MQTT网络中，消息发送方在网络连接建立后会设置一个 MQTT监听服务器，一旦监听服务器监听到某个消息，该消息就会被自动添加到消息队列中，并由消息队列来负责消息的接收和处理。

一旦该消息被成功发送后，消息队列会立即将该消息发送到相应的 MQTT服务器上。因此，在 MQTT网络中，消息的可靠性较高。

（2）实时性：为了保证数据传输的实时性要求，通常需要根据业务需求选择数据传输方式。在 MQTT网络中，发送方根据其应用场景对消息进行划分，并设置不同的优先级来确定不同的消息发送顺序。

一般情况下，优先级高的消息会在第一时间被发送出去；当优先级低的消息需要传输时，则会在最后发送出去。因此在 MQTT网络中，由于信息传输优先级较高且数据量较大，数据传输是实时性要求最高的应用场景。

结论

信号系统和站台门系统在城市轨道交通中具有重要地位，它们的接口设计是乘客服务质量提高的重要前提。本文根据信号系统和站台门系统的功能和接口，提出了一个统一、开放、通用的接口标准，并在此基础上分析了信号系统和站台门系统之间的数据交互流程，最后提出了基于此接口标准的数据交互方法。

参考文献：

[1]洪海珠.城市轨道交通信号系统列车驾驶模式及转换要求研究[J].城市轨道交通研究，2016，19（11）：56-58.

[2]王国军，宋锴.城市轨道交通信号系统对车站折返能力的影响[J].城市轨道交通研究，2011，14（2）：68-71.