地鐵CBTC技術(shù)的研究與發(fā)展

劉震

摘 要：隨著通信技術(shù)特別是無線電技術(shù)的飛速發(fā)展，人們開始研究以通信技術(shù)為基礎(chǔ)的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)移動閉塞，減少列車運(yùn)行間隔，在不增加硬件投資的前提下提高系統(tǒng)的運(yùn)能。通訊式列車控制（CBTC）系統(tǒng)是一個(gè)連續(xù)、自動化的列車控制系統(tǒng)，它是利用無線定位技術(shù)偵測列車的位置，是一個(gè)不受軌道電路支配、連續(xù)、高容量且雙向作用的列車控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：地鐵；CBTC；信號系統(tǒng)；控制系統(tǒng)

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

1 CBTC的起源

傳統(tǒng)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(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)是雙向無線通信系統(tǒng)、列車定位技術(shù)、列車完整性檢測等。在雙向無線通信系統(tǒng)中，歐洲普遍使用GSM-R系統(tǒng)，美國則使用擴(kuò)頻通信等其他種類的無線通信技術(shù)。列車定位技術(shù)有多種，例如車載設(shè)備的測速—測距系統(tǒng)、全球衛(wèi)星定位、漏纜、感應(yīng)環(huán)線。

2 CBTC的發(fā)展

在CBTC技術(shù)系統(tǒng)方面，制訂了兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，即1999年的IEEE1474.1標(biāo)準(zhǔn)和2003年發(fā)布的IEEE1474.2標(biāo)準(zhǔn)，前者是關(guān)于CBTC性能和功能的規(guī)定，后者是對CBTC系統(tǒng)用戶界面的規(guī)定。在IEEE1474標(biāo)準(zhǔn)里對CBTC的定義為列車的位置、速度和方位，它是藉由一個(gè)連續(xù)的雙向通訊環(huán)節(jié)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(tǒng)不需要用軌道電路來偵察列車?，F(xiàn)在使用的大部分CBTC系統(tǒng)都是利用近場電磁感應(yīng)的環(huán)形線路（IL）來傳送的。以無線電頻率（RF）傳送為基礎(chǔ)的較新的CBTC系統(tǒng)正在逐步發(fā)展，它將會成為該行業(yè)未來發(fā)展的趨勢。

從技術(shù)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(jìn)的信號系統(tǒng)是移動閉塞（Moving Block），它采用CBTC技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)無人駕駛DTO（Driverless Train Operation），比如龐巴迪公司的CITYFLO650系統(tǒng)。此外，采用CBTC技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)半自動列車運(yùn)行STO（Semi-Automatic Train Operation），比如龐巴迪公司的CITYFLO450系統(tǒng)。

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

移動閉塞CBTC系統(tǒng)的特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：①實(shí)現(xiàn)了列車與軌旁設(shè)備的實(shí)時(shí)雙向通信，并且信息量較大。②可以減少軌旁設(shè)備，便于安裝和維修，有利于在緊急狀態(tài)下利用線路作為人員疏散的通道，有利于降低系統(tǒng)全壽命周期內(nèi)的運(yùn)營成本。③便于縮短列車編組和高密度運(yùn)行，可以縮短站臺長度和端站尾軌長度，提高服務(wù)質(zhì)量，降低土建工程投資；實(shí)現(xiàn)了線路列車雙向運(yùn)行而不增加地面設(shè)備，有利于線路故障或特殊需要時(shí)的反向運(yùn)行控制。④可以適應(yīng)各種類型、各種車速的列車。由于移動閉塞系統(tǒng)基本克服了準(zhǔn)移動閉塞和固定閉塞系統(tǒng)地對車信息跳變的缺點(diǎn)，提高了列車運(yùn)行的平穩(wěn)性，增加了乘客的舒適度。⑤可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制、優(yōu)化列車運(yùn)行統(tǒng)計(jì)處理、縮短運(yùn)行時(shí)分等多目標(biāo)控制。⑥移動閉塞系統(tǒng)，尤其是采用高速數(shù)據(jù)傳輸方式的系統(tǒng)，將帶來信息利用的增值和功能的擴(kuò)展，有利于提高現(xiàn)代化水平。

3 特性

CBTC的突出優(yōu)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)移動自動閉塞系統(tǒng)，大幅減少了區(qū)間敷設(shè)的電纜數(shù)量，減少了一次性投資，減少了日常維護(hù)工作，大幅提高了區(qū)間通過能力，靈活組織雙向運(yùn)行和單向連續(xù)發(fā)車，容易適應(yīng)不同車速、不同運(yùn)量、不同類型牽引的列車運(yùn)行控制等。CBTC與傳統(tǒng)的鐵路信號系統(tǒng)相比有許多特性，具體包括以下幾點(diǎn)：①不需要繁雜的電纜，以無線通信系統(tǒng)代替，減少了電纜敷設(shè)工序，降低了維護(hù)成本；②可以實(shí)現(xiàn)車輛與控制中心的雙向通信，大幅度提高了列車區(qū)間通過能力。③信息傳輸流量大、效率高、速度快，容易實(shí)現(xiàn)移動自動閉塞系統(tǒng)。④適用于各種車型、不同車速、不同運(yùn)量、不同牽引方式的列車，兼容性強(qiáng)。⑤可以將信息分類傳輸，集中發(fā)送，集中處理，提高調(diào)度中心的工作效率。

4 應(yīng)用

CBTC可以使用的雙向無線通信系統(tǒng)種類很多，例如歐洲使用的是GSM-R系統(tǒng)，美國使用的是擴(kuò)頻通信等其他多種無線通信系統(tǒng)，中國使用的是無線自由波、波導(dǎo)管、漏泄電纜或三種互相組合的地車信息傳輸方式。目前，應(yīng)用CBTC系統(tǒng)的有美國的紐約地鐵、我國臺灣的臺北捷運(yùn)文湖線等，我國大陸也有部分城市軌道交通使用了CBTC系統(tǒng)，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(jī)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(biāo)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(gè)成功掌握CBTC核心技術(shù)并順利開通應(yīng)用于實(shí)際工程的國家，它實(shí)現(xiàn)了全生命周期性價(jià)比最高的目標(biāo)，比引進(jìn)系統(tǒng)的價(jià)格低了20%左右。

5 結(jié)論

CBTC的顯著特性是系統(tǒng)可以決定列車的位置，具有較高的準(zhǔn)確度，不受軌道電路的支配。CBTC系統(tǒng)以它在地理方面的連續(xù)式列車到軌道邊與軌道邊到列車的數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)路為特色，準(zhǔn)許轉(zhuǎn)換比傳統(tǒng)系統(tǒng)擁有更多的控制和狀況資訊。軌旁與列車運(yùn)輸之間最重要的處理程序在處理列車狀態(tài)、控制數(shù)據(jù)和提供連續(xù)自動化列車保護(hù)方面。CBTC也提供了自動列車操作和自動列車監(jiān)督的功能。

CBTC可以被應(yīng)用在通勤鐵路、重鐵、輕鐵、私人都市捷運(yùn)系統(tǒng)和大眾運(yùn)輸上，因?yàn)镃BTC不需要軌道塞區(qū)間，這個(gè)系統(tǒng)很適合橡膠輪胎和其他非鋼鐵輪胎系統(tǒng)。CBTC提供了互相操作的特色，它準(zhǔn)許階段性的執(zhí)行，不會妨礙到運(yùn)輸操作，而且它也允許多數(shù)賣者來供應(yīng)所需的設(shè)備給這個(gè)大系統(tǒng)。除了基本的列車自動保護(hù)功能，自動列車監(jiān)督和自動列車操作也有供應(yīng)，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