文：丁 军丨西门子交通中国铁路基础设施部总经理

王开强丨西门子交通数字业务专家

西门子交通针对全球市场的理解推出的基于云的下一代信号系统概念方案，也称云信号系统方案。基于云信号的支持，打造轨道交通云平台，为“出行即服务 – Mobility as a Service”提供底层支持。

近年来，各国城市轨道交通市场发展迅速，信号系统的发展也随之经历着巨大的变革。

目前国内市场主流技术为基于通信的列车控制技术（CBTC），综合了经济成本优势、运营效率优势等特点，中国市场得到了广泛的认可和应用。在大规模布置和应用过程中，业界也逐渐地从不同的方面发现了现有CBTC系统技术的不足。例如，车辆/轨旁-车站-控制中心等不同层级的系统之间的依赖非常严重，各种通信协议的数据接口极其复杂。另外，由于更高地运营安全要求，列车控制系统需要把自身打造为一个封闭的不受外界干涉的系统，随之产生的问题则是系统信息孤岛现象。特别是当对系统进行局部修改或者翻新改造时，这些问题将大大提高项目的执行难度。

目前城市轨道交通行业内的各方开始普遍思考如何改进目前主流的CBTC技术以适应未来的市场。许多新技术涌现出来并在消费领域和工业领域都得到了较好的应用，比如5G通信技术、云计算技术、物联网技术、人工智能技术和大数据技术等。在轨道交通领域，在地铁运营和维护、经营管理及资产管理等方面也出现了越来越多的智能应用概念和试点。

在信号系统领域，当下的发展趋势则是通过云平台控制末端铁路设备和车辆的思路，以软件服务为主体提高系统的经济效益。中国城市轨道交通协会发布的《中国城市轨道交通智慧城轨建设纲要》，提纲挈领式的提出了以城轨云为基础的新轨交体系，并对信号系统提出了全面自动化以及互联互通等更高的要求。

西门子交通针对全球市场的理解推出的基于云的下一代信号系统概念方案，也称云信号系统方案。基于云信号的支持，打造轨道交通云平台，为“出行即服务 – Mobility as a Service”提供底层支持。

如图1所示，本方案架构简洁，主要包括云-地两层。在云端，借助硬件虚拟化技术，轨道交通传统SIL4级的安全应用软件转到云端部署。在地端，沿轨道布置的设备，包括转辙机、信号机及计轴等，则由就地部署的智能控制终端控制，并实时的提供设备控制及状态监测等功能。而中间通信可由5G通信支持，充分利用其高速率、低时延和大连接特点进行数据和指令传输。

图1 系统原理简图

相比传统CBTC方案，基于云技术的本质，云信号系统方案的优势体现在多方面，比如部署成本低、改造简捷和生命周期成本大幅下降等，但更重要的则在于基于云平台的轨道交通生态系统的设计和管理，“软件即服务”的模式使得城市线网内多条线路的信号系统的管理更加安全智能高效，也使得互联互通更容易实施。云平台本身承载能力较高，当一个城市多条线路的信号应用软件在一个云平台上汇聚时，只需要统一云环境下安全控制软件的接口、数据定义和通信协议的方式，以及云和车/设备之间的交互信息，就可以安全高效的建立城轨云上的互联互通标准体系，云端的互联互通可以大幅缩短几条线路不同时间开通带来的繁琐夜间调试，以及线路延伸或改造时的复杂测试，特别是每条线路软件单独升级时，对其它线路的验证也可以简化，从而可以更灵活安全的支持“一个城市一朵云”的城轨云生态理念。同时，同一云环境下的各应用之间的通信方式，相比传统的跨线路网络通信方式，性能上也相应的有所提升。

从经济性角度讲，云信号方案的架构设计简化了系统实施，减少了不同设备间的接口，相比传统CBTC更容易实施运营期间的旧线改造。另外得益于硬件数量和光电缆数量的减少，也同时减少了建设期的施工量和后期相应的维护维修工作量。而通用硬件平台的引入，解决了信号订制化产品停产的难题，相应的也减少了备品备件的数量，也验证了云技术的低部署成本和低生命周期成本特性。结合“通信即服务”模式的使用，云信号系统方案带来全系统生命周期成本的降低。

云信号系统提供了大量数字接口，这一特性除了解除联锁控制距离限制，为上云提供支持之外，也同时提供实时原生铁路设备运维数据，结合全面的信息安全需求的响应，从而更安全方便的为智慧运维提供底层数据支持。

由于新技术涉及业务种类多，且多为各领域前沿技术，云信号的实施并不是一蹴而就，而是通过累计式的方法分步实施验证，以最终完成城轨云生态系统的建设。

西门子交通在挪威国家铁路进行的新技术项目，通过智能控制终端解除了传统联锁控制距离的限制，通过IP通信技术将大范围国家路网的铁路设备连接到统一的数据中心，并提供设备控制和运维监控功能。

在奥地利的新技术验证项目中，西门子交通将传统的铁路安全应用通过硬件虚拟化技术在通用商用服务器上部署，初步实现硬件独立的技术目的，并为下一步在云技术环境下的部署提供技术准备。

在国内，西门子交通与本地业主携手合作，试点利用5G公专网通信承载CBTC安全控车业务数据和运维数据，且CBTC系统按照云-地两层部署，控制命令数据流也同样由5G通信承载，试验取得了满意的结果。

云信号的发展在全球的客户群体中获得了高度的关注和认同，前期的技术验证和储备取得了成功的结果，云信号方案作为下一代信号方案将为轨道交通城轨云生态系统的建设提供关键支持。