1.轨道交通信号系统的基本原理与功能需求
1.1轨道交通信号系统概述
轨道交通信号系统是城市交通系统的关键组成部分，旨在确保城市地铁、轻轨、有轨电车等交通系统的安全、高效运行，基本原理是通过实时监测与控制列车的位置、速度和运行状态，以确保列车之间的安全距离，并提供与乘客、调度员和其他相关方的有效通信。系统的设计和运行需要满足一系列的功能需求，以确保乘客和运营人员的安全，同时提高交通系统的可靠性和运行效率。
1.2功能需求分析
第一，列车位置和速度控制。轨道交通信号系统必须能够实时监测和控制列车的位置和速度。通过将列车位置信息传送至中央控制中心，系统可以自动调整列车速度，确保列车在运行过程中遵守预定的运行计划，并与其他列车保持安全距离。列车速度和位置变化图如图1所示。第二，安全停车和启动。系统需要能够控制列车的停车和启动，以防碰撞和确保站点上的乘客安全乘降。自动化信号系统会发送指令，告诉列车何时停车、何时启动，并在必要时紧急制动，以确保列车在站台上安全停靠。第三，调度和运营监控。中央控制中心需要能够实时监控整个轨道交通系统的运行情况，包括列车位置、运行速度、故障情况等。调度员必须能够与列车驾驶员和其他运营人员进行通信，并根据系统需求进行调度。第四，故障检测和维护。为确保系统的可靠性，减少突发故障的风险，轨道交通信号系统需要具有自动故障检测功能。
2.轨道交通信号与车辆控制技术
2.1车厢载客量实时追踪引导功能
传统轨道交通时常会出现列车某些车厢非常拥挤而另外一些车厢人数不多的情况。有时还会出现乘客大量拥挤，导致无法上车甚至造成列车延误。为解决这些问题，融合系统采用对每节车厢载客量实时追踪技术。利用车厢摄像头图像智能分析每节车厢的人数，引导乘客乘车，从而提升运营效率。在车厢载客量实时追踪引导功能的流程中，首先在列车车门关闭锁紧后，牵引制动单元实时更新每节车厢的当前载重数据并将数据传送给融合OCU，每节车厢的摄像头通过图像识别技术得出每节车厢的乘客人数并将数据传送给融合OCU。融合OCU获取车厢载重信息和人数信息，对比两者数据，而后将载客信息和站台号等信息推送至下一站站台PIS/PA，站台PIS/PA获取消息后，提前在站台显示每节车厢对应的载客率，向乘客标识出较为空旷的车厢，引导乘客乘车。
2.2智能自检
融合系统中，融合OCU直接与车辆各个子系统交互，融合系统可以逐条指令发送到车辆各子系统，使用并行处理的方式减少自检时间，完成自检。使用详细的反馈结果替代传统系统笼统的单一结果，提高列车的出车效率，减少人工上车唤醒列车的情况，自检失败的详细子系统信息将上传给列车自动监控系统ATS（Automatic Train Supervision），帮助运营调度中心快速定位自检失败的具体位置，有效地提高了自检的效率和准确性，提升运营效率，低碳节能。
3.轨道交通信号系统发展
无论列车跑的多快，开的多密，有多少节车厢，轨道只有一条，这是唯一的专用资源，集中控制才能使唯一的专用资源在保证绝对安全的条件下发挥最大的效益，所以轨道交通具有轨行区封闭的管理特征。轨道交通通过按图行车实现列车的集中调度指挥与控制，运行图是关联运输需求和运输能力的纽带。全自动运行系统FAO（Fully Automatic Operation）是城市轨道交通运输的发展方向，实现列车运行全过程的自动化，可以最大限度节省人力，提升运输效率，保证运输安全。FAO使信号系统的架构大大扩展了，凡是与列车运行安全、效率有关的专业，比如综合监控系统、供电系统、屏蔽门、旅客导向系统等，信号系统都需与相关系统进行接口。考虑FAO系统的运行韧性，提升在故障环境下列车运行的效率，在故障条件下赋予列车自主运行的能力，成为发展中的需求。要实现这一目标，需要引入“故障导向安全运行”的理念。信号系统最显著的特点是“故障导向安全”，这是指在任何情况下要保证列车运行的绝对安全。当采用FAO系统以后，故障导向安全的安全侧发生了变化，安全侧要求保证乘客的绝对安全，而不仅仅是保证列车装备的绝对安全。引入故障导向安全运行的原则要求具有列车自主运行功能的FAO系统，要求具有安全完整性要求的列车主动障碍物检知的功能。
具有列车自主运行功能的FAO系统，是对FAO系统提出的特殊要求。需要强调：一是在FAO系统正常时，系统处于全自动运行状态，不需要赋予列车自主运行的能力；二是市域快轨等中小运量系统，不必都采用具有列车自主运行功能的FAO系统。
运行图指令的下达，传统的路径是下达给地面装备，由地面装备对轨道唯一资源进行联锁，形成列车安全运行的进路后，通知列车在指定范围内按给定的速度行车。为了提高地面资源的利用率，也有将运行图指令下达给列车，由列车向地面要资源，地面资源可以缩小联锁单元，结合车车通信等新的联锁条件，提高资源利用率、提升运输效率。
地铁是以通勤流为主的大运量交通运输工具，早晚高峰特征非常明显，从缩短运行间隔、减少能耗的角度，针对这种运输模式，灵活编组是刚需；如果能实现动态灵活编组将更有利于运输组织。有一种动态灵活编组的形式是虚拟联挂。技术上实现虚拟联挂，一定要对列车的加速度进行控制，对列车的速度控制也更为精确，这样才能具有撞软墙功能；但是将虚拟联挂用于运输组织并且确保安全和带来效益，还需要工程验证。
我国城市轨道交通信号系统的发展进入自动化智能化以后，信号系统的标准化显得更为重要。为此，中国城市轨道交通协会组织编制了CMTCS（中国城市轨道交通列车运行控制系统）总则，归纳了城市轨道交通信号系统的本质需求，将其分为CMTCS0—CMTCS4五个种类。CMTCS0具有ATP（列车自动保护）功能，CMTCS1具有ATO（列车自动运行）功能，CMTCS2具FAO功能，CMTCS3具有故障条件下列车自主运行功能，CMTCS4具有动态灵活编组功能。将互联互通的需求作为CBTC系统的基本需求。各个级别之间没有谁比谁更先进一说，只有谁比谁更适用的选择。
结语
在轨道交通领域，自动化控制与通信技术的不断发展和应用产生了深远的影响，不仅改善了城市居民的出行体验，还有助于减少交通拥堵、降低碳排放。轨道交通信号系统的自动化控制与通信将继续在城市交通领域发挥关键作用，为未来的城市交通奠定坚实的基础。
参考文献
[1]张东峰.未来轨道交通信号系统改造工程技术方案探讨[J].新型工业化,2021,11(04):81-82+88.
[2]宋剑伟.城市轨道交通信号系统的典型测速定位方案比较[J].城市轨道交通研究,2021,24(04):26-29.
[3]李金文.一种在城市轨道交通信号系统中应用的加密故障恢复方法[J].城市轨道交通研究,2021,24(04):99-103.
[4]朱莉.城市轨道交通信号系统改造方案研究[J].城市轨道交通研究,2021,24(04):118-121.