地鐵CBTC技術的研究與發展

劉震

摘 要：隨著通信技術特別是無線電技術的飛速發展，人們開始研究以通信技術為基礎的列車運行控制系統，用以實現移動閉塞，減少列車運行間隔，在不增加硬件投資的前提下提高系統的運能。通訊式列車控制（CBTC）系統是一個連續、自動化的列車控制系統，它是利用無線定位技術偵測列車的位置，是一個不受軌道電路支配、連續、高容量且雙向作用的列車控制系統。

關鍵詞：地鐵；CBTC；信號系統；控制系統

中圖分類號：U285；U231.7 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）21-0010-02

1 CBTC的起源

傳統的列車只能依靠軌道電路作為列車的位置定位，而且列車的操作指令少、智能化水平低。CBTC系統中的關鍵技術是雙向無線通信系統、列車定位技術、列車完整性檢測等。在雙向無線通信系統中，歐洲普遍使用GSM-R系統，美國則使用擴頻通信等其他種類的無線通信技術。列車定位技術有多種，例如車載設備的測速—測距系統、全球衛星定位、漏纜、感應環線。

2 CBTC的發展

在CBTC技術系統方面，制訂了兩項標準，即1999年的IEEE1474.1標準和2003年發布的IEEE1474.2標準，前者是關于CBTC性能和功能的規定，后者是對CBTC系統用戶界面的規定。在IEEE1474標準里對CBTC的定義為列車的位置、速度和方位，它是藉由一個連續的雙向通訊環節從車輛電腦到軌旁電腦來傳遞的。同樣的，在IEEE1474里也有解釋，CBTC系統不需要用軌道電路來偵察列車。現在使用的大部分CBTC系統都是利用近場電磁感應的環形線路（IL）來傳送的。以無線電頻率（RF）傳送為基礎的較新的CBTC系統正在逐步發展，它將會成為該行業未來發展的趨勢。

從技術角度講，閉塞分為固定閉塞和移動閉塞兩種。目前，世界上最先進的信號系統是移動閉塞（Moving Block），它采用CBTC技術可以實現無人駕駛DTO（Driverless Train Operation），比如龐巴迪公司的CITYFLO650系統。此外，采用CBTC技術還可以實現半自動列車運行STO（Semi-Automatic Train Operation），比如龐巴迪公司的CITYFLO450系統。

移動閉塞系統擺脫了用軌道電路判別列車是否占用了閉塞分區，突破了固定或準移動閉塞的局限性，在使用方面具有很大的優勢。

移動閉塞CBTC系統的特點有以下幾點：①實現了列車與軌旁設備的實時雙向通信，并且信息量較大。②可以減少軌旁設備，便于安裝和維修，有利于在緊急狀態下利用線路作為人員疏散的通道，有利于降低系統全壽命周期內的運營成本。③便于縮短列車編組和高密度運行，可以縮短站臺長度和端站尾軌長度，提高服務質量，降低土建工程投資；實現了線路列車雙向運行而不增加地面設備，有利于線路故障或特殊需要時的反向運行控制。④可以適應各種類型、各種車速的列車。由于移動閉塞系統基本克服了準移動閉塞和固定閉塞系統地對車信息跳變的缺點，提高了列車運行的平穩性，增加了乘客的舒適度。⑤可以實現節能控制、優化列車運行統計處理、縮短運行時分等多目標控制。⑥移動閉塞系統，尤其是采用高速數據傳輸方式的系統，將帶來信息利用的增值和功能的擴展，有利于提高現代化水平。

3 特性

CBTC的突出優點是有車—地雙向通信，而且傳輸信息量大，傳輸速度快，很容易實現移動自動閉塞系統，大幅減少了區間敷設的電纜數量，減少了一次性投資，減少了日常維護工作，大幅提高了區間通過能力，靈活組織雙向運行和單向連續發車，容易適應不同車速、不同運量、不同類型牽引的列車運行控制等。CBTC與傳統的鐵路信號系統相比有許多特性，具體包括以下幾點：①不需要繁雜的電纜，以無線通信系統代替，減少了電纜敷設工序，降低了維護成本；②可以實現車輛與控制中心的雙向通信，大幅度提高了列車區間通過能力。③信息傳輸流量大、效率高、速度快，容易實現移動自動閉塞系統。④適用于各種車型、不同車速、不同運量、不同牽引方式的列車，兼容性強。⑤可以將信息分類傳輸，集中發送，集中處理，提高調度中心的工作效率。

4 應用

CBTC可以使用的雙向無線通信系統種類很多，例如歐洲使用的是GSM-R系統，美國使用的是擴頻通信等其他多種無線通信系統，中國使用的是無線自由波、波導管、漏泄電纜或三種互相組合的地車信息傳輸方式。目前，應用CBTC系統的有美國的紐約地鐵、我國臺灣的臺北捷運文湖線等，我國大陸也有部分城市軌道交通使用了CBTC系統，比如武漢地鐵1號線、上海軌道交通的8號線、北京2號線、北京4號線、機場線、北京地鐵亦莊線、北京地鐵大興線、北京地鐵房山線和廣州地鐵（除1，2，8號線）等。其中，北京地鐵亦莊線的順利開通標志著中國成為了繼德國西門子、法國阿爾斯通、加拿大阿爾卡特后第四個成功掌握CBTC核心技術并順利開通應用于實際工程的國家，它實現了全生命周期性價比最高的目標，比引進系統的價格低了20%左右。

5 結論

CBTC的顯著特性是系統可以決定列車的位置，具有較高的準確度，不受軌道電路的支配。CBTC系統以它在地理方面的連續式列車到軌道邊與軌道邊到列車的數據通訊網路為特色，準許轉換比傳統系統擁有更多的控制和狀況資訊。軌旁與列車運輸之間最重要的處理程序在處理列車狀態、控制數據和提供連續自動化列車保護方面。CBTC也提供了自動列車操作和自動列車監督的功能。

CBTC可以被應用在通勤鐵路、重鐵、輕鐵、私人都市捷運系統和大眾運輸上，因為CBTC不需要軌道塞區間，這個系統很適合橡膠輪胎和其他非鋼鐵輪胎系統。CBTC提供了互相操作的特色，它準許階段性的執行，不會妨礙到運輸操作，而且它也允許多數賣者來供應所需的設備給這個大系統。除了基本的列車自動保護功能，自動列車監督和自動列車操作也有供應，讓我們拭目以待吧！

〔編輯：白潔〕

Research and Development Subway CBTC Technology

Liu Zhen

Abstract： With the rapid development of communication technology， especially wireless technology， people began to study with ICT-based train control system for mobile occlusion， reducing train interval， to improve the system without additional hardware investment premise transport capacity. Communication Train control（CBTC）system is a continuous automatic train control system， it is the use of wireless location technology to detect the position of the train， the track circuit is not dominant， continuous， high capacity and the role of the train control system is bi-directional.

Key words： Metro； CBTC； signaling system； control system