CBTC信號(hào)系統(tǒng)與軌道電路的對(duì)比

劉慶

摘 要：文章介紹了CBTC信號(hào)系統(tǒng)與軌道電路的技術(shù)對(duì)比，對(duì)CBTC信號(hào)系統(tǒng)與軌道電路技術(shù)分別進(jìn)行了描述，CBTC信號(hào)系統(tǒng)具備高可靠性，高可用性，高可維護(hù)性的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：CBTC，信號(hào)系統(tǒng)，軌道電路

傳統(tǒng)的固定閉塞制式下，系統(tǒng)無法定位列車的具體位置，因此列車制動(dòng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)總在某一軌道區(qū)段邊界，為充分保證安全，必須在兩列車間增加一個(gè)防護(hù)區(qū)段，這使得列車間的安全距離間隔較大，降低了線路的使用效率。

準(zhǔn)移動(dòng)閉塞在控制列車安全行駛距離上比固定閉塞提升了一步，它通過采用報(bào)文式軌道電路環(huán)線或應(yīng)答器來判斷分區(qū)占用并傳輸信息；后續(xù)列車通過計(jì)算可得知繼續(xù)前方行駛的距離，后續(xù)列車可根據(jù)這一距離合理地采取減速或制動(dòng)。

移動(dòng)閉塞技術(shù)則在對(duì)列車的安全行駛距離控制上更進(jìn)了一步。移動(dòng)閉塞系統(tǒng)中列車和軌旁設(shè)備必須保持連續(xù)的雙向通信，通過車載設(shè)備和軌旁設(shè)備不間斷的雙向通信，列車不間斷向軌旁區(qū)域控制器傳輸其位置、方向和速度信息，軌旁控制器根據(jù)來自列車的信息計(jì)算、確定列車的安全行車間隔，并將相關(guān)信息（如先行列車位置，移動(dòng)授權(quán)等）傳遞給后續(xù)列車，以保證列車安全運(yùn)行。

移動(dòng)閉塞線路取消了物理層次上的軌道區(qū)段劃分，將線路分成了若干個(gè)通過線路數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)先定義的線路虛擬區(qū)段，每個(gè)單元長(zhǎng)度為幾米到十幾米之間，移動(dòng)閉塞分區(qū)由一定數(shù)量的虛擬區(qū)段，虛擬區(qū)段的數(shù)量可隨著列車的速度和位置而變化。

一、CBTC概述

基于通信的列車控制（Communications-based Train Control，CBTC）系統(tǒng)是獨(dú)立于軌道電路，采用高精度的列車定位和連續(xù)、高速、雙向的數(shù)據(jù)通信，通過車載和地面安全設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的控制，包括ATS（列車自動(dòng)監(jiān)控）、ATP（列車自動(dòng)防護(hù)）、ATO（列車自動(dòng)控制），CI（聯(lián)鎖子系統(tǒng)）、DCS（數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)）等子系統(tǒng)組成。

移動(dòng)閉塞原理：

在CBTC系統(tǒng)中，列車位置的檢測(cè)由列車本身提供，列車通過無線系統(tǒng)將報(bào)告其在線路上的準(zhǔn)確位置。列車的車載計(jì)算機(jī)會(huì)同速度傳感器，加速度計(jì)及定位應(yīng)答器檢測(cè)設(shè)備共同合作，確定位于軌道上的定位應(yīng)答器被用來判定列車的絕對(duì)位置。CBTC系統(tǒng)的地面控制設(shè)備，將根據(jù)前車的位置信息和線路障礙物的狀態(tài)信息為后續(xù)列車實(shí)時(shí)計(jì)算移動(dòng)授權(quán)，指導(dǎo)后行列車的安全運(yùn)行。

CBTC信號(hào)系統(tǒng)經(jīng)多年發(fā)展已經(jīng)成為軌道交通行業(yè)主流應(yīng)用的成熟技術(shù)，突破了固定閉塞的局限性，較傳統(tǒng)的基于軌道電路的列車控制系統(tǒng)比較，CBTC系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下方面：（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。從硬件結(jié)構(gòu)看，系統(tǒng)以控制中心為核心控制，可以管控車站設(shè)備，車載設(shè)備接受中心命令執(zhí)行列車運(yùn)行，系統(tǒng)設(shè)備種類少，便于維護(hù)。（2）系統(tǒng)應(yīng)用功能強(qiáng)大。系統(tǒng)中配有無線通訊系統(tǒng)，因此可以實(shí)時(shí)確認(rèn)列車位置，可以最大限度的保證系統(tǒng)的性能、安全。（3）地面設(shè)備及車載設(shè)備均采用安全計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)處理列車狀態(tài)、控制命令，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的間隔控制、進(jìn)路控制、速度防護(hù)、自動(dòng)駕駛等。（4）高效安全。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)閉塞，使得在一個(gè)進(jìn)路內(nèi)可以駛?cè)攵噍v列車。CBTC系統(tǒng)可以優(yōu)化列車的運(yùn)行速度，追蹤間隔，完善列車運(yùn)行速度曲線，既能提高列車的運(yùn)行效率，還可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的作用。（5）CBTC信息可以疊加在既有信號(hào)系統(tǒng)上，便于既有線改造，可實(shí)現(xiàn)城市。

二、軌道電路概述

軌道電路是當(dāng)兩根鋼軌完整，且無車占用，即軌道電路空閑時(shí)，電流通過兩根鋼軌和軌道繼電器，使軌道繼電器吸起，前接點(diǎn)閉合，信號(hào)開放。當(dāng)列車占用軌道電路時(shí)，電流通過機(jī)車車輛輪對(duì)，軌道電路被分路當(dāng)軌道電路發(fā)生斷軌、斷軌道連接線線時(shí)，同樣會(huì)使軌道繼電器落下。軌道電路長(zhǎng)度一般在400米以下，控制距離為2.5-5公里不等。

軌道電路的工作狀態(tài)根據(jù)軌道電路的基本要求，在設(shè)計(jì)、計(jì)算和研究時(shí)，應(yīng)分析以下三個(gè)狀態(tài)：（1）調(diào)整狀態(tài)是軌道電路空閑、線路完整，受電端正常工作時(shí)的軌道電路狀態(tài)；其最不利條件是參數(shù)的變化是通過軌道繼電器的電流最小，即電源電壓最小，鋼軌阻抗最大而道渣電阻最小。（2）分路狀態(tài)是兩條鋼軌間被列車車輪對(duì)或其他導(dǎo)體連接，使軌道電路受電端設(shè)備能反映軌道被占用的軌道電路狀態(tài)；其最不利條件是參數(shù)的變化是通過軌道繼電器的電流最大，即電源電壓最大，鋼軌阻抗最小而道渣電阻最大。（3）斷軌狀態(tài)是軌道電路的鋼軌被折斷時(shí)，軌道電路受電端設(shè)備能反映鋼軌斷軌的軌道電路狀態(tài)；其最不利條件是參數(shù)的變化是通過軌道繼電器的電流最大，除了與電源電壓最大，鋼軌阻抗最小有關(guān)系外，還與斷軌地點(diǎn)和道渣電阻大小有關(guān)。

軌道電路而軌道電路存在性能和功能上的缺陷和限制：（1）限制了列車位置檢測(cè)的精度。列車位置檢測(cè)的最小分辨率為軌道電路區(qū)段，任意一部分軌道電路被占用，整條軌道電路都將認(rèn)為被占用。過長(zhǎng)的區(qū)段設(shè)置會(huì)產(chǎn)生較大的行車間隔，直接導(dǎo)致運(yùn)行效率下降，過短的區(qū)段設(shè)置需要更多軌道電路設(shè)備，增大投資。（2）傳輸信息量有限。列車提速及行車間隔減小，需要更多考慮前方線路坡度、彎道情況、前車位置、速度等情況來確保行車安全，這使得列車信息需求量增大。（3）軌道電路易受到天氣、地理環(huán)境及電磁環(huán)境影響。道渣電阻變化、雨水、環(huán)境溫度和列車分路不良等都會(huì)對(duì)軌道電路性能產(chǎn)生影響。（4）軌道電路至今無法實(shí)現(xiàn)車對(duì)地的通信，列車相關(guān)信息無法有效傳送給地面設(shè)備。

三、結(jié)語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)有很多信號(hào)廠家已經(jīng)研發(fā)出國(guó)產(chǎn)化的CBTC信號(hào)系統(tǒng)，并再逐步進(jìn)行新系統(tǒng)的試驗(yàn)項(xiàng)目，相信在不久的將來，自主研發(fā)的CBTC信號(hào)系統(tǒng)將會(huì)占有國(guó)內(nèi)更多的市場(chǎng)份額，這應(yīng)該是我們國(guó)內(nèi)信號(hào)人所希望看到的。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉曉娟.城市軌道交通CBTC系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].蘭州交通大學(xué)博士論文，2009.

[2] 李一川.城市軌道交通中軌道電路與CBTC系統(tǒng)比較[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（09）：50.