城市軌道交通中軌道電路與CBTC系統比較

摘 要：城市軌道交通是指具有運量大、速度快、安全、準點、環保、節約能源和用地等特點的交通方式，是世界公認的低能耗、少污染的“綠色交通”。城市軌道交通是城市交通的主干線，客流運送的大動脈，對于實現城市的可持續發展具有非常重要的意義。目前軌道交通信號系統采用的主要有軌道電路和CBTC兩種方式。

關鍵詞：軌道交通；軌道電路；CBTC

1 軌道電路概述

當閉塞區間內無列車行駛，電流會從軌道流經繼電器，并使其激磁帶動接點，接通綠燈電路，顯示綠色燈光，表示前方線路空閑，允許車輛占用。當列車占用軌道電路，電流通過機車車輛輪對，軌道電路被分路，由于輪對電阻很小，使之短路，繼電器吸力減弱，釋放銜鐵搭在后接點上，接通信號機的紅燈電路，顯示禁止信號。軌道電路的另一個重要作用是能發現鋼軌斷裂。當導線的鋼軌安全無事時，軌道電流保持通暢，繼電器工作正常。旦若前方鋼軌折斷或出現阻礙，即切斷軌道電流，會使繼電器因供電不足而釋放銜鐵接通紅色信號電路。此時線路雖然空閑，但信號機仍然顯示紅燈，從而防止列車顛覆事故。

軌道電路有多種分類，按信號電流可分為交流軌道電路、直流軌道電路和脈沖軌道電路；按分支接受電端的多少，分為一送一受軌道電路和一送多受軌道電路；按結構可分為開路式軌道電路和閉路式軌道電路，除此之外還有無絕緣軌道電路，中國和世界大多數國家都采用閉路式軌道電路。

軌道電路主要工作狀態有調整狀態、分路狀態、斷軌狀態。

（1）調整狀態指軌道電路在沒有機車車輛占用時，不論在任何不利天氣條件下，接收端的繼電器都處于勵磁狀態，發出軌道電路區段空閑的信息。（2）分路狀態指軌道電路被機車車輛占用時，不論在任何不利的電源和天氣等條件下，接收端的繼電器都處于失磁狀態，發出軌道電路區段被占用的信息。（3）斷軌狀態指軌道電路任何部分出現故障時，接收端的繼電器都處于失磁狀態，發出故障信息，除了與電源電壓最大，鋼軌阻抗最小有關系外，還與道渣電阻和斷軌地點大小有關。目前，北京、天津、上海、香港等地都有采用軌道電路的信號系統。

2 CBTC系統概述

基于無線通信的列車控制系統（Communications-Based Train Control， CBTC），采用高精度的列車定位和連續、高速、雙向的數據通信，通過車載和地面安全設備實現對列車的控制，監測列車運行的移動閉塞方式，在保證行車安全的基礎上，縮短行車間隔，提高運行效率。（如圖1）

圖1

CBTC以列車與地面的傳輸信息方式來劃分，分無線、環線、漏纜及波導管等幾種，擺脫了軌道電路對閉塞分區占用與否，突破了固定（或準移動）閉塞的局限性，CBTC系統的優勢主要表現在以下幾個大的方面：

安全可靠性：高安全性設計，信號系統主要行車設備均采用多重冗余技術，涉及行車安全的計算機設備均采用二乘二取二的安全冗余結構。ATP、聯鎖采用2乘2取2冗余結構，ATS子系統和ATO子系統采用雙機熱備的冗余結構，車載ATP/ATO為2取2冗余結構，雙套車載設備構成2乘2取2冗余結構，提高系統的安全可靠性。

系統可用性：系統采用的設備、材料及技術指標均符合國際/國內標準，設備便于安裝、維護和升級，產品靈活性高，采用簡單的數據庫升級，即可實現系統擴展升級或更改配置并具有靈活的控制模式及滿足用戶需求的降級使用（包括后備運營）模式。

集中控制性：采用區域控制方式，減少軌旁設備，降低安裝成本和維護成本，系統中所有關鍵子系統都采用多重冗余的容錯設計，故障產生時，支持快速恢復，一套RATP/RATO及聯鎖系統可以管理60列車并具有多種駕駛模式，車載ATP及車載ATO支持無人自動駕駛列車或無人看守自動駕駛列車。

數據傳輸系統：先進的組網技術，數據傳輸子系統熱備冗余，擁有自動恢復功能，容許單個點出現故障，并完全透明，不會對系統運行產生影響，實現綜合、連續的列車監控，并可集成實現SCADA、旅客信息系統、CCTV子系統等功能。在CBTC系統中，通過車地通信系統，將實時信息準確地報告給地面設備，這與傳統列車通過軌道電路檢測位置的方法不同。實現軌旁設備與車載設備間的實時雙向通信。目前，舊金山、西雅圖、達拉斯、馬德里、臺北都新線采用CBTC系統。

3 CBTC與軌道電路的簡明比較

綜合軌道電路和CBTC系統，得出以下簡明的特點比較（表1）：

表1

北京地鐵10號線一期開通，是世界上第一條開通即采用了CBTC的城市軌道交通線路。同天，機場線也開通運營，機場線列車同樣采用CBTC系統，并且具有無人駕駛功能，但目前仍將由駕駛員進行監控等操作。2009年，北京地鐵4號線開通，同樣采取了CBTC系統。上述四條線路采用的CBTC系統均為從國外引進的成套設備，其中2號線和機場線引進的是法國的阿爾斯通技術，4號線引進的是法國的阿爾卡特技術，而10號線是德國西門子的技術。

CBTC技術越來越成熟，被軌道交通行業越來越認可，截至2014年底，國內北京、上海、廣州、深圳、天津、南京、武漢多地都已采用，大大提高了運營效率和安全性，為市民出行提供了有力的行車保障。