1. 城市軌道
1.1城市軌道交通現(xiàn)狀
近年來，隨著改革開放政策的貫徹執(zhí)以及經(jīng)濟建設世紀目標的實現(xiàn)， 我國國民經(jīng)得到了蓬勃發(fā)展， 經(jīng)濟的發(fā)展將會伴隨更大都市化，促進了城市的建立和發(fā)展，2000年城市人口即達到4億6千萬。目前，約有40城市歸類為大城市，人口超過100萬，其中個城市人口超過300萬。由于城市經(jīng)濟區(qū)域局的變化以及大城市的聚集和輻射效應越來強烈，城市流動人口大為增加，居民出行更頻繁，城市交通需求的矛盾也就越來越突出同時，隨著工業(yè)化進程和經(jīng)濟建設步伐的快，人們的工作節(jié)奏也越來越快，時間觀念來越強。因此，需要準時、安全、快捷的交方式來滿足人們的出行需要。因此軌道交通的安全性非常重要，信號系統(tǒng)有則是完成軌道交通運行不可分隔的重要環(huán)節(jié).
1.2 軌道交通的形式與特點
一般地，特大城市特別是首都、直轄市及省會城市都是全國或地區(qū)的政治、經(jīng)濟、文化中心， 每天進出市區(qū)的上班族和進行商業(yè)活動的人員及各種流動人員數(shù)量十分龐大， 為了輸送如此數(shù)量的旅行人員，應該分地區(qū)、分區(qū)域、分路段，根據(jù)客流需要，結合城市總體規(guī)劃,考慮環(huán)保等要求，合理選擇相應的城市軌道交通系統(tǒng)。 城市軌道交通系統(tǒng)按照軌道建筑物在城市內所處的空間位置、 能夠滿足的運量大小、 運行方式、 軌道結構、 管理方式的不同，劃分為地下鐵道、現(xiàn)代有軌電車、單軌交通、小型地鐵以及軌道新交系統(tǒng)。
1.3 地下鐵道
地下鐵道，簡稱地鐵，是線路的大部分建筑物在地下， 作為大運量軌道交通手段的城市高速鐵道的總稱， 其特別適合于城市內市區(qū)及老城區(qū)建設。其特點是在市內地下通行，不占用地表及地上空間，運營干擾小，輸送能力大， 每小時運量達30000～60000人， 但造價比較昂貴。1863 年，世界上最初的地鐵在倫敦開通，全長6km。1969年10月，我國在北京建成了第一條地鐵， 即北京地鐵第一期工程投入試運營，也是我國自行設計、建設的第一條地下鐵道。目前，北京地下鐵道的運營里程全長41.6km，有30個運營車站，日平均客運量達125萬人，同時,北京地鐵的滿載率和單車運行均居世界第一。
1.4現(xiàn)代有軌電車
現(xiàn)代有軌電車是利用軌道作為車輛導向的運輸軌道交通系統(tǒng)。它以客運為主，它是在舊式有軌電車的基礎上發(fā)展起來的現(xiàn)代化水平很高的客運系統(tǒng)，輸送能力為每小時 10000～30000人，屬于中運量城市交通客運系統(tǒng)，具有高速、高加速性能，噪音小，低振動，對周圍環(huán)境影響小的特點，省功、節(jié)能，可以無人駕駛，同時建設費用比較便宜，運營費用也較小。 法國是世界上最早擁有現(xiàn)代有軌電車的國家之一。在法國的南特市，城市人口約45萬，1984 年建成一條自東向西穿過市區(qū)的現(xiàn)代有軌電車線路，線路全長10.6km，平均運行速度可達24km/h，目前年客運量已接近2 千萬人次。在我國上海,也采用現(xiàn)代有軌電車交通系統(tǒng)，即輕軌明珠線，1998 年投入運營。目前，在世界上擁有城市軌道交通系統(tǒng)的320個國家當中，擁有有軌電車(包括現(xiàn)代有軌電車和舊式有軌電車)的達84%。
1.5單軌交通
單軌交通是指以橡膠輪胎為主的車輛在一根軌道上運行的交通方式。 按支撐方式的不同可劃分為跨座式和懸吊式兩種。 單軌交通具有以下特點：運行安全,運行速度快,容易在陡坡上、小半徑曲線上行駛，公害小，支撐少，建設費用低，建設工期短的特點。但單軌交通通過城市景觀區(qū)、市中心、住宅區(qū)的時候，乘客總有點擔心；和其他交通設施不能換乘；和其他高架交通設施交叉時， 要建成更高的高架結構：道岔裝置結構復雜，運轉時間也較長；車輛出現(xiàn)故障等緊急情況，需要避難時間。小型地鐵和新交通系統(tǒng)，都是20世紀80年代至90年代發(fā)展起來的新型軌道交通系統(tǒng)，具有技術先進、建設造價低的特點。在世界上許多地方得到不同程度的修建。
2. 信號系統(tǒng)
2.1城市軌道交通信號所具有的特點及優(yōu)勢
軌道交通信號系統(tǒng)所具有的特點及優(yōu)勢：技術密集度高、更新?lián)Q代快；投資少、見效快、效益高；滲透鐵路運輸各部門及軌道運輸部門，全程全網(wǎng)服務于軌道運輸；由軌道交通信號產(chǎn)生的各種實時信息傳輸速度快、準確率高；控制命令邏輯關系嚴密，安全可靠度強。軌道交通信號是城市軌道交通現(xiàn)代信息技術的重要領域，列車運行控制與行車調度指揮自動化是鐵路信號發(fā)展的關鍵性技術，代表著城市軌道行車信息與控制技術的發(fā)展趨勢。隨著我國軌道交通建設的快速發(fā)展，當今城市軌道信號系統(tǒng)技術已融通信、信號、計算機等先進技術于一體，并向數(shù)字化、智能化、綜合自動化方向發(fā)展，其發(fā)展水平已成為我國城市軌道現(xiàn)代化建設的重要標志之一。
研究軌道交通信號的發(fā)展方向也將有助于鐵路行業(yè)的運輸能力及競爭能力。
軌道交通信號設備是軌道運輸?shù)幕A設備之一。它猶如人的耳目和中樞神經(jīng)，擔負著路網(wǎng)上行車設備的運用狀況、列車運行的實時狀態(tài)、運輸調度的指令控制等信息的傳遞與監(jiān)控任務。鐵路信號的主要功能是：保證軌道交通行車安全、擴大線路通過能力、提高運輸組織效率、改善職工勞動條件。
本文還分析了我國傳統(tǒng)運輸模式下信號技術在信號顯示、車站信號聯(lián)鎖、機車信號與列車運行控制、行車調度指揮、軌道交通樞紐信號和信號基礎設備等方面發(fā)展的現(xiàn)狀、技術特征及我國軌道交通信號系統(tǒng)適應提速發(fā)展的發(fā)展方向。
2.2城市軌道交通信號系統(tǒng)
城市軌道交通信號系統(tǒng)通常由列車自動控制系統(tǒng)（Automatic Train Control，簡稱ATC）組成，ATC系統(tǒng)包括三個子系統(tǒng)：
　 — 列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（Automatic Train Supervision，簡稱ATS）
　　— 列車自動防護子系統(tǒng)（Automatic Train Protection，簡稱ATP）
　　— 列車自動運行系統(tǒng)（Automatic Train Operation，簡稱ATO）
　　三個子系統(tǒng)通過信息交換網(wǎng)絡構成閉環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)地面控制與車上控制結合、現(xiàn)地控制與中央控制結合，構成一個以安全設備為基礎，集行車指揮、運行調整以及列車駕駛自動化等功能為一體的列車自動控制系統(tǒng)。
　 2.3列車自動控制系統(tǒng)分類
　　1、按閉塞布點方式：可分為固定式和移動式。固定閉塞方式中按控制方式，又可分為速度碼模式（臺階式）和目標距離碼模式（曲線式）。
　　2、按機車信號傳輸方式：可分為連續(xù)式和點式。
　　3、按各系統(tǒng)設備所處地域可分為：控制中心子系統(tǒng)、車站及軌旁子系統(tǒng)、車載設備子系統(tǒng)、車場子系統(tǒng)。
　2.4固定閉塞ATC系統(tǒng)
　　固定閉塞ATC系統(tǒng)是指基于傳統(tǒng)軌道電路的自動閉塞方式，閉塞分區(qū)按線路條件經(jīng)牽引計算來確定，一旦劃定將固定不變。列車以閉塞分區(qū)為最小行車間隔，ATC系統(tǒng)根據(jù)這一特點實現(xiàn)行車指揮和列車運行的自動控制。固定閉塞ATC系統(tǒng)又可分為速度碼模式和目標距離碼模式。
　　2.5 速度碼模式
　　如北京地鐵和上海地鐵1號線分別引進的英國西屋公司和美國GRS公司的ATC系統(tǒng)均屬此類ATC系統(tǒng)，該系統(tǒng)屬70～80年代的產(chǎn)品，技術成熟、造價較低，但因閉塞分區(qū)長度的設計受限于最不利線路條件和最低列車性能，不利于提高線路運輸效率。固定閉塞速度碼模式ATC是基于普通音頻軌道電路，軌道電路傳輸信息量少，對應每個閉塞分區(qū)只能傳送一個信息代碼，從控制方式可分成入口控制和出口控制兩種，從軌道電路類型劃分可分為有絕緣和無絕緣軌道電路兩種。
　　以出口防護方式為例，軌道電路傳輸?shù)男畔⒓丛搮^(qū)段所規(guī)定的出口速度命令碼，當列車運行的出口速度大于本區(qū)段的出口命令碼所規(guī)定的速度時，車載設備便對列車實施懲罰性制動，以保證列車運行的安全。由于列車監(jiān)控采用出口檢查方式，為保證列車安全追蹤運行，需要一個完整的閉塞分區(qū)作為列車的安全保護距離，限制了線路通過能力的進一步提高和發(fā)揮。能提供此類產(chǎn)品的公司有：英國WSL公司、美國GRS公司、法國ALSTOM公司、德國SIEMENZ公司等。
　　2.6 目標距離碼模式（曲線式）
　　目標距離碼模式一般采用音頻數(shù)字軌道電路或音頻軌道電路加電纜環(huán)線或音頻軌道電路加應答器，具有較大的信息傳輸量和較強的抗干擾能力。通過音頻數(shù)字軌道電路發(fā)送設備或應答器向車載設備提供目標速度、目標距離、線路狀態(tài)（曲線半徑、坡道等數(shù)據(jù)）等信息，車載設備結合固定的車輛性能數(shù)據(jù)計算出適合于列車運行的目標距離速度模式曲線（最終形成一段曲線控制方式），保證列車在目標距離速度模式曲線下有序運行。不僅增強了列車運行的舒適度，而且列車追蹤運行的最小安全間隔縮短為安全保護距離，有利于提高線路的通過能力。如上海地鐵2號線引進美國US&S公司、明珠線引進法國ALSTOM公司和廣州地鐵1、2號線引進德國西門子公司的ATC系統(tǒng)均屬此類。
　3移動閉塞ATC系統(tǒng)
　　移動閉塞方式的ATC系統(tǒng)通常采用無線通信、地面交叉感應環(huán)線、波導等媒體，向列控車載設備傳遞信息。列車安全間隔距離是根據(jù)最大允許車速、當前停車點位置、線路等信息計算得出，信息被循環(huán)更新，以保證列車不間斷收到即時信息。
　　移動閉塞ATC系統(tǒng)是利用列車和地面間的雙向數(shù)據(jù)通信設備，使地面信號設備可以得到每一列車連續(xù)的位置信息，并距此計算出每一列車的運行權限，動態(tài)更新發(fā)送給列車，列車根據(jù)接收到的運行權限和自身的運行狀態(tài)，計算出列車運行的速度曲線，實現(xiàn)精確的定點停車，實現(xiàn)完全防護的列車雙向運行模式，更有利于線路通過能力的充分發(fā)揮。
　　移動閉塞ATC系統(tǒng)在我國還未有應用實例，國外能提供此類系統(tǒng)的公司有：阿爾卡特公司交叉感應電纜作為傳輸媒介的ATC系統(tǒng)，在加拿大溫哥華“天車線”和香港KCRC西部鐵路等應用，技術比較成熟，但交叉感應軌間電纜給線路日常養(yǎng)護帶來不便；美國哈蒙公司基于擴頻電臺通信的移動閉塞應用在舊金山BART線，其系統(tǒng)結構、系統(tǒng)運用尚不成熟；阿爾斯通公司基于波導傳輸信息的移動閉塞正在新加坡西北線試驗段安裝調試。
3.1信號系統(tǒng)基本功能
　　3.1.1 列車自動監(jiān)控子系統(tǒng)
　　ATS系統(tǒng)由控制中心、車站、車場以及車載設備組成。ATS系統(tǒng)在ATP系統(tǒng)的支持下完成對列車運行的自動監(jiān)控，實現(xiàn)以下基本功能：
　?。?）通過ATS車站設備，能夠采集軌旁及車載ATP提供的軌道占用狀態(tài)、進路狀態(tài)、列車運行狀態(tài)以及信號設備故障等控制和監(jiān)督列車運行的基礎信息。
　?。?）根據(jù)聯(lián)鎖表、計劃運行圖及列車位置，自動生成輸出進路控制命令，傳送至車站聯(lián)鎖設備，設置列車進路、控制列車停站時分。
　?。?）列車識別跟蹤、傳遞和顯示功能。系統(tǒng)能自動完成正線區(qū)段內列車識別號（服務號、目的地號、車體號）跟蹤，列車識別號可由中央ATS自動生成或調度員人工設定、修改，也可由列車經(jīng)車—地通信向ATS發(fā)送識別號等信息。
　?。?）列車計劃與實跡運行圖的比較和計算機輔助調度功能。能根據(jù)列車運行實際的偏離情況，自動生成調整計劃供調度員參考或自動調整列車停站時分，控制發(fā)車時間。
　?。?）ATS中央故障情況下的降級處理，由調度員人工介入設置進路，對列車運行進行調整，由ATS車站完成自動進路或根據(jù)列車識別號進行自動信號控制，由車站人工進行進路控制。
　?。?）在計算機輔助下完成對列車基本運行圖的編制及管理，并具有較強的人工介入能力。通過設在車輛段的終端，向車輛段管理及行車人員提供必要的信息，以便編制車輛運用計劃和行車計劃。
　?。?）列車運行顯示屏及調度臺顯示器，能對軌道區(qū)段、道岔、信號機和在線運行列車等進行監(jiān)視，能在行調工作站上給出設備故障報警及故障源提示。
　　（8）能在中央專用設備上提供模擬和演示功能，用于培訓及參觀。能自動進行運行報表統(tǒng)計，并根據(jù)要求進行顯示打印。
　?。?）能在車站控制模式下與計算機聯(lián)鎖設備結合，將部分或所有信號機置于自動模式狀態(tài)。
　?。?0）向通信無線、廣播、旅客向導系統(tǒng)提供必要的信息。
　　3.1.2列車自動防護子系統(tǒng)（ATP）
　　ATP系統(tǒng)由地面設備、車載設備組成，監(jiān)督列車在安全速度下運行，確保列車一旦超過規(guī)定速度，立即施行制動，主要實現(xiàn)以下功能：
　?。?）自動連續(xù)地對列車位置進行檢測，并向列車發(fā)送必要的速度、距離、線路條件等信息，以確定列車運行的最大安全速度。提供列車速度保護，在列車超速時提供常用制動或緊急制動，保證前行與后續(xù)列車之間的安全間隔，滿足正向行車時的設計行車間隔和折返間隔。對反向運行列車能進行ATP防護。
　?。?）確保列車進路正確及列車的運行安全。確保同一徑路上的不同列車之間具有足夠的安全距離，以及等防止列車側面沖撞。
　?。?）防止列車超速運行，保證列車速度不超過線路、道岔、車輛等規(guī)定的允許速度。
　?。?）為列車車門的開啟提供安全、可靠的信息。
　?。?）根據(jù)聯(lián)鎖設備提供的進路上軌道區(qū)間運行方向，確定相應軌道電路發(fā)碼方向。
　?。?）任何車—地通信中斷以及列車的非預期移動（含退行）、任何列車完整性電路的中斷、列車超速（含臨時限速）、車載設備故障等均將產(chǎn)生安全性制動。
　　（7）實現(xiàn)與ATS的接口和有關的交換信息。
　　（8）系統(tǒng)的自診斷、故障報警、記錄。
　　（9）列車的實際速度、推薦速度、目標速度、目標距離等信息的記錄和顯示。具有人工或自動輪徑磨耗補償功能。
3.1.3 列車自動駕駛子系統(tǒng)（ATO）
　　ATO子系統(tǒng)是控制列車自動運行的設備，由車載設備和地面設備組成，在ATP系統(tǒng)的保護下，根據(jù)ATS的指令實現(xiàn)列車運行的自動駕駛、速度的自動調整、列車車門控制。
　?。?）自動完成對列車的啟動、牽引、巡航、惰行和制動的控制，以較高的速度進行追蹤運行和折返作業(yè)，確保達到設計間隔及旅行速度。
　　（2）在ATS監(jiān)控范圍的入口及各站停車區(qū)域（含折返線、停車線）進行車—地通信，將列車有關信息傳送至ATS系統(tǒng)，以便于ATS系統(tǒng)對在線列車進行監(jiān)控。
　?。?）控制列車按照運行圖進行運行，達到節(jié)能及自動調整列車運行的目的。
　　（4）ATO自動駕駛時實現(xiàn)車站站臺定點停車控制、舒適度控制及節(jié)省能源控制。
　?。?）能根據(jù)停車站臺的位置及停車精度，自動地對車門進行控制。
　?。?）與ATS和ATP結合，實現(xiàn)列車自動駕駛、有人或無人駕駛。