摘 要 本文旨在阐述铁路与城市轨道交通信号系统各自的发展现状以及相关的应用情况，从多方面对二者的异同点进行比较，并对未来的发展方向进行探讨。
关键词 铁路；城市轨道交通；信号系统
前言
近年来，我国铁路和軌道交通基础设施网络不断完善，发展日新月异。但是，与经济社会发展需求相比，交通基础设施在网络密度、覆盖范围、质量水平等方面还存在较大差距。在当前和今后一个时期，亟须加快实施一批现实需求紧迫、基础条件成熟、有利于长远发展的交通重大工程。根据规划，“十三五”期间全国新建铁路将不低于2.3万公里，新建城轨2000公里以上。信号系统是用于控制和防护列车运行的一类特殊设备，是轨道交通行车系统的“中枢与神经”。作为现代轨道交通中必不可少的重要组成部分，其核心功能为：指挥列车运行、确保行车安全、提高运营效率。轨道交通信号系统的发展历程如图1所示。在整个发展历程中，重大事故、运营需求、科技发展三大因素共同推动了信号系统的进步，使其自动化程度越来越高。铁路与城轨同属轨道交通的范畴，但在信号系统的具体应用方面有所不同。下面从二者信号系统各自的发展现状、异同点以及对发展趋势的思考展开论述。
1 铁路与城市轨道交通信号系统的发展现状
1.1 铁路信号系统的发展现状
铁路信号系统由开始显示的信号不统一逐渐向数字化、信息化、自动化方面发展。随着列车运行速度的不断提高，根据地面信号行车已经无法保障列车的行车安全。国际铁路联盟规定：列车速度超过160公里/小时，必须以车载信号作为行车凭证。我国参照国际标准，结合国情，从需求出发，按系统条件和功能划分了五个列控等级，如图2所示。
其中CTCS2在我国的既有线上广泛应用；CTCS3适用于时速300公里及以上运行速度的高速铁路，满足最小追踪间隔时间3分钟的运营要求，并可以与欧洲ETCS-2系统互联互通。已成功运用于京沪、武广、哈大、兰新、沪昆等高速铁路工程，完全适应高温、高寒、高原等多种复杂环境和气候条件，为高铁列车运行提供安全、稳定的技术保证。有如下特点：①连续信息传输的容量增大；②实现了车地之间的双向信息传输；③临时限速设置的灵活性；④利用了先进的设备等。目前CTCS4还没有普遍应用，出于稳定性和安全性考虑，大部分采用CTCS3系统。还有一个特例——青藏线。由于所处地理环境特殊，青藏线信号系统采用集自动闭塞、车站连锁和列车超速防护控制于一体的增强型列车控制系统（ITCS）。青藏线格拉段是国内唯一应用了ITCS列控技术的铁路。ITCS系统的两大基本技术是无线通信和GPS定位[1]，其采用GSM-R传输用于列车控制的安全数据，区间不装设自动闭塞设备（如轨道电路和计轴设备）而是采用虚拟自动闭塞，只安装道岔转换设备及相应的电缆，全线将信号设备降低到最少。该系统与GPS差分定位系统相结合实现列车的精确定位。列车装设ATP车载设备保证行车安全车地间的信息传输和公务通信。这样既满足列车快速通过的运营要求，又实现了无维修、少维护的管理需要。
1.2 城市轨道交通信号系统的发展现状
我国城市轨道交通信号系统发展经历了三个阶段：①初创阶段：独立自主建成北京地铁1号线，是中国最早建设开通的地铁线路，起初是为军事战略防备、防空而建的。②过渡阶段：引进国外先进技术，采用ATC系统。③发展阶段：大规模引进技术和设备的同时，进行消化吸收自主研发，目前国内自主知识产权的系统已初具规模。北京交大LCF-300型信号系统是国内自主研发的CBTC系统，在北京地铁亦庄线的成功运营，标志中国成为继德国西门子、法国阿尔斯通、法国泰雷兹地面交通部，加拿大庞巴迪后第四个成功掌握CBTC核心技术并顺利开通应用实际工程的国家。目前武汉地铁，上海轨道交通，北京地铁，广州地铁，昆明地铁等其中部分线路都使用了CBTC系统。
2 铁路与城市轨道交通信号系统的共同点
2.1 停车点的安全防护措施
停车点是列车在停车时可能发生的情况和危险的点，是如何让列车能够安全停靠。在停车的前方设置一段防护段，避免超越后可能会发生的危险，减小危害。一方面，以停车点前面的防护段为基础，通过相关系统计算得出相关的数据，保证列车在停车时提醒操作人员不要越过防护段。另一方面，在防护段上设置列车运行的速度值，控制列车的速度[2]。
2.2 列车的间隔控制
列车的间隔控制是信号系统中有效提高列车运行效率和保障行车安全的一项技术，通过控制列车运行的时间间隔，防止列车追尾事故的发生。因为列车的不同种类、铁路线路条件和对通过能力要求的差异，所以列车的控制系统也有不同之处。列车运行控制系统一般分成两种方式：①第一种是以一般轨道电路为基础，通过固定的闭塞方式，用来实现对列车速度分级方面的控制，并生成列车的速度安全防护曲线；②第二种是以数字编码轨道电路为基础，通过一次制动的模式来把握和控制列车运行。而城市轨道交通列车控制系统则结合了两种方式，通过一次模式曲线来控制列车运行。
2.3 列车的速度监控和超速提醒与防护
（1）速度监控
①固定的速度限制。允许最大速度取决于线路方面的参数，而列车限制的最大速度则是取决于列车的物理特性，无论是区间还是列车，都会有一个固定的速度限制，这样做是为了防止超速而带来的安全隐患。
②临时性的速度限制。比如线路维修、施工时临时设置的速度限制，临时性的速度限制在一定程度上给施工人员带来安全保障。
（2）超速提醒与防护：列车上相关系统实时监控列车的速度，如果超过列车上所限制的速度，系统会先启动预警，然后启动紧急制动，做好相应的防护措施，并做好相关的数据与记录。
2.4 测速与测距的功能
测速与测距在列车速度自动控制系统中是必不可少的两个功能，是列车运行时保持安全行驶速度和间隔距离的保障。我国自主研发的ATP系统（列车超速防护系统）的测速功能的实现方式是将测速传感器装在轮轴上，以此监控列车的即时速度，方便工作人员随时进行查看。测距功能则是以轨道电路为基础的，将所记录的车轮转数及预知的车轮直径加以转换，从而得到轨道电路内的运行距离，计算出车距。这两种功能在二者的运行中都是不可缺少的。
2.5 联锁含义的一致性
铁路和城市轨道交通在连锁的含义上基本是一致的，是信号设备之间相互制约的关系，在铁路上联锁往往局限在车站内部，不会向其他地方延伸，而且一般设置在比较空旷的地方，而在城市轨道交通上联锁一般包括正线和车辆段，这一类比较复杂，在繁忙以及空旷的地方都有。城市轨道交通在一定程度上沿用了铁路基本的连锁的含义，是一种继承与延续的关系[3]。
3 铁路与城市轨道交通信号系统的不同之处
3.1 信号系统的构成方式
（1）铁路信号系统主要组成部分包括车站联锁设备、闭塞设备以及列车运行的自动控制系统等，有关设备的复杂性和无法有效控制的问题直接导致了技术更新无法做到步调一致，使得整个系统不能很好地整合使用。
（2）城市轨道信号系统主要包括了ATC系统和车辆段连锁系统。其中ATC系统又可以细分成ATS系统（列车自动监控系统）、ATO系统（列车自动运行系统）以及ATP系统（列车自动保护系统）三个子系统，其主要功能是对检测系统信息、列车运行的防护和运行方式的控制，从而控制正线列车的运行。城轨交通车辆段由于间隔距离较短，所以相关的信号设备会多于其他车站，经常独立采用一套连锁装置[4]。
3.2 技术水平
我国铁路线路比较复杂，信号系统也参差不齐，有计算机联锁设备，也有早期的6502系统。而城市轨道交通信号系统基本上是引进国外先进的技术，在整体上的水平相差并不是很大。所以铁路与城市轨道交通信号系统在技术上的水平是不一样的[5]。
3.3 中继站
高速铁路由于站与站之间的距离较远，它们之间信息传输的条件达不到要求，可以在站与站增设自动化的中继站，同时设置信号，可以在间距相隔较远的站设置中继站，方便管理和传输信息。但是城市轨道交通并不需要设置中继站。
3.4 车门控制
由于城市轨道交通开门次数频繁，并且在运行时无人实时看管，这方面，城市轨道交通的要求远高于高速铁路列车。因此在ATP系统对车门控制也有着重点监控，从而防止列车异常开门的情况发生，例如：①列车在运行途中开门；②列车停靠时车门方向非站台侧；③在车门未完全关闭时列车启动。而在每节车厢都有专门工作人员监管的铁路列车，对于车门控制相对于简单一些。
3.5 列车行车的间隔
城市轨道交通和铁路列车在这一方面有着明显的区别，城市轨道交通对于列车间隔有着严格的要求，作为人们最常接触的出行方式，城市轨道交通必须以非常短的时间间隔不间断的运行。而作为远程的交通方式，铁路列车行车的间隔并不需那么频繁[6]。
3.6 闭塞制式的不同
（1）移动闭塞是以通信技术的感应环线、漏缆和无线电台等方式为基础，实现车-地的列车位置检测和双向数据传输，它的特点是能在一定程度上减小列车的间隔时间。目前在国内城市轨道交通信号系统中，移动闭塞已成为应用主流。以北京地铁为例，除5号线还使用准移动闭塞制式，其他线路全部采用了移动闭塞。
（2）铁路信号系统大多采用的是固定闭塞方式，设置固定的闭塞分区，将列车超速防护ATP系统分为点式和连续式两种。点式因为成本低廉等优点而受欢迎，但是它的信息传递是间断的，有一定的局限性，而连续式克服了点式的弊端，可以更好地实现地面或者车上的信息联系[4]。
3.7 信号设备的布局及道岔控制
（1）信号设备的布局
铁路的信号设备的设置在行车左边，一般采用色灯信号机，上面显示的信号多种多样，含义比较复杂。而城市轨道交通的信号机一般设置在线路右侧，设置在车辆段，大多采用LED信号机，基本上显示红绿黄三种颜色。
（2）道岔的控制
由于城市轨道交通有着速度要求低、地域范围限制的特点，所以一般城市轨道交通的轨道并不会设置岔道。而岔道一般设置在铁路轨道上，目前，正线上采用最多的是大号码可动心轨道岔，这种道岔牵引方式是多点多台转辙机牵引，配合内锁闭和外锁闭结合的复合锁闭技术，而且连锁中设有特殊电路控制，以配合列车速度控制系统中防止超速的功能，最大程度发挥出道岔的作用，保障行车安全[4]。
4 未来的展望
我国铁路的发展方向是高速、重载、高密度行车。2017年9月，具有完全自主知识产权、达到世界先进水平的动车组列车——“复兴号”列车将在京沪高铁率先实现350公里时速运营，我国成为世界上高铁商业运营速度最高的国家。这是我国高铁高速技术又一次成功的探索与实施。第二方面，新型宽带移动通信技术将广泛应用于轨道交通信号系统，首列基于TD-LTE重载列车在朔黄铁路已经成功开行，标志着我国在世界上首次完成了重载铁路基于第四代无线移动通信技术的研发与应用。将来可以结合我国的北斗系统应用于铁路的防灾建设。第三方面，铁路与城市轨道交通部门共享第三方提供的技术支持与服务，包括职工的上岗培训。核心与前沿技术由第三方企业进行投入研发，轨道交通部门负责运营管理。这也是将来的一个发展趋势。
参考文献
[1] 程国强.青藏线ITCS系统应用研究[D].北京：北京交通大学，2014.
[2] 刘冰冰.铁路与城市轨道交通信号控制系统比较和展望[J].城市建設理论研究，2014，（12）：86.
[3] 邢红霞.铁路信号系统与城市轨道交通信号系统的比较研究[J].贵州大学学报（自然报），2011，28（3）：124-127.
[4] 钱蔚.高速铁路与城市轨道交通列车运行控制系统比较[J].铁道通信信号，2002，38（8）：23-25.
[5] 王素倩.铁路与城市轨道交通信号控制系统比较和展望[J].上海铁道科技，2008，（2）：82-83.
[6] 张志峰.铁路信号与轨道交通信号系统对比[J].城市建设理论研究：电子版，2013，（11）：59.