基于軌道電路的信號系統(tǒng)與CBTC系統(tǒng)比較

胡基冬

（中鐵八局集團電務工程有限公司，四川 成都 611730）

城市軌道交通作為大容量、高密度的公共交通工具，需要有一套安全、可靠、高效運行的信號系統(tǒng)。信號系統(tǒng)由各類信號顯示、軌道電路、道岔轉轍機等設備及其他附屬設施構成。城市軌道交通列車自動控制（ATC）系統(tǒng)中最核心的子系統(tǒng)是列車自動防護（ATP）系統(tǒng)，有基于軌道電路的ATP系統(tǒng)，基于點式應答器的ATP、CBTC系統(tǒng)等幾種形式。

1 城市軌道交通中軌道電路分析

1.1 軌道電路運行原理

軌道區(qū)段內無列車占用，電流會經(jīng)軌道流經(jīng)繼電器，并使其激磁帶動接點，表明前方線路無列車占用，車輛可以駛入[1]；當軌道區(qū)段內駛入列車，電流通過車輛輪對，產(chǎn)生短路現(xiàn)象，導致繼電器失磁落下，表明區(qū)段被占用，車輛禁止駛入。

1.2 軌道電路分類

以信號電流為分類依據(jù)，將軌道電路分為直流電路、交流電路以及脈沖電路；以接受電端的數(shù)量分類，將軌道電路分為一送多受與一送一受；以電流結構分類，將軌道電路分為閉路式軌道與開路式軌道[2]。目前，閉路式軌道電路是國內軌道電路的主要形式。

1.3 軌道電路狀態(tài)分析

軌道電路的工作狀態(tài)分為斷軌狀態(tài)、分路狀態(tài)與調整狀態(tài)。斷軌狀態(tài)指的是當軌道電路任一部分出現(xiàn)運行故障時，接收端的繼電器會變?yōu)槭Т艩顟B(tài)，并向外發(fā)出故障信息，引起工作人員注意。軌道電路處于斷軌狀態(tài)的原因是多方面的，如鋼軌阻抗、電源電壓的不穩(wěn)定變化會引起軌道電路故障；斷軌地點、道碴電阻也是影響軌道電路運行狀態(tài)的重要原因。調整狀態(tài)指的是在線路空閑的情況下，無論何種運行條件，軌道電路接收端的繼電器都處于勵磁狀態(tài)，并向外發(fā)出電路區(qū)段空閑信息[3]。分路狀態(tài)指的是當線路被占用時，無論處于哪一種運行條件，軌道電路接收端的繼電器都不會受外界因素影響而處于失磁狀態(tài)，顯示出軌道區(qū)段被占用信息。

1.4 軌道電路功能作用與應用現(xiàn)狀

軌道電路具有以下功能作用：①檢查占用，全面檢查、監(jiān)督軌道是否被占用，根據(jù)檢查結果向外發(fā)出相應指示，防止錯誤地辦理進路[4]。②檢查斷軌，檢查、判斷軌道上鋼軌工作狀況，當出現(xiàn)鋼軌斷裂時，發(fā)出故障信號，起到防護線路與確保行車安全的作用。③傳遞信息。能通過鋼軌傳輸不同信息，為機車提供準確行車信息。④鎖閉道岔。當?shù)啦韰^(qū)段被占用時，能鎖閉該區(qū)段道岔，防止道岔轉換，避免發(fā)生安全事故。

基于軌道電路的信號控制系統(tǒng)已經(jīng)趨于成熟，在國內外得到了廣泛應用，如我國的香港、上海、天津、北京等地都是采用軌道電路的信號系統(tǒng)。但隨著行車環(huán)境的日益復雜與其他先進技術的不斷發(fā)展創(chuàng)新，軌道電路數(shù)字化是今后的發(fā)展趨勢。

2 CBTC系統(tǒng)分析

2.1 CBTC系統(tǒng)特點分析

CBTC（Communication Based Train Control，簡稱 CBTC）是基于通信的列車控制系統(tǒng)，集先進的控制技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術和通信技術為一體，主要由控制中心設備、車站設備、軌旁設備、車載設備及網(wǎng)絡通信設備五大部分組成。

CBTC系統(tǒng)的特點為：①是借助無線通信技術，對列車實施控制的交通控制系統(tǒng)；②CBTC系統(tǒng)能實現(xiàn)雙向、連續(xù)與高速的數(shù)據(jù)通信，能精準定位列車位置，同時通過地面安全設備與車載監(jiān)測列車運行、對車輛進行控制；③CBTC系統(tǒng)主要監(jiān)測列車運行的移動閉塞方式，適當縮短行車間隔、提升運行效率的同時保障行車安全。

2.2 CBTC系統(tǒng)應用優(yōu)勢分析

按照地面與列車的信息傳輸方式進行分類，可以將CBTC分為環(huán)線、波導管以及漏纜、無線幾種[5]。CBTC不再拘泥于閉塞分區(qū)是否被軌道電路占用，也不再拘泥于準移動或是固定閉塞的局限性，因此，更加高效、規(guī)范、安全、可靠。較傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，CBTC系統(tǒng)具有以下應用優(yōu)勢：①安全性高。在設計階段，設計充分考慮了軌道行車的安全性，采用多重冗余技術完成信號系統(tǒng)的主要行車設備，計算機聯(lián)鎖設備采用二乘二取二的安全冗余結構，整體的安全性較高；將雙機熱備的冗余結構作為ATO子系統(tǒng)與ATS子系統(tǒng)，ATP則采用二乘二取二冗余結構，二取二冗余機構則被應用于車載ATP/ATO，該結構在雙套車載設備在內的設計中也得到了應用。②實用性強。在CBTC系統(tǒng)中，涉及的技術、設備以及材料均符合國家相關標準，性能質量有保證，且具有便于安裝、維護的優(yōu)點。除卻性能指標符合國內外標準外，所用設備、技術、材料的靈活性較高，即使是利用簡單的數(shù)據(jù)庫進行升級控制，也能實現(xiàn)配置更改或系統(tǒng)更新升級的要求；控制模式的靈活性較高，能滿足用戶多種使用需求。③技術優(yōu)勢。CBTC系統(tǒng)采用了先進的組網(wǎng)技術，能夠實現(xiàn)自動報警與自動恢復；系統(tǒng)運行的透明度較高，可控性強，在單個點出現(xiàn)故障的情況下，系統(tǒng)也能穩(wěn)定運行，軌道電路不會受到影響[6]。基于信息技術、計算機技術的CBTC系統(tǒng)能對行駛列車進行連續(xù)、綜合監(jiān)控；車地通信系統(tǒng)能將相關信息及時、準確的報告于地面設備，確保信息傳遞的真實性、完整性與時效性，CBTC系統(tǒng)中的監(jiān)控模式更接近于一種事前的監(jiān)控，CBTC系統(tǒng)能夠實現(xiàn)車載設備與軌旁設備間的實時雙向通信。④集中控制性。CBTC系統(tǒng)采用的是區(qū)域控制方式，能有效減少軌旁設備數(shù)量，簡化監(jiān)控程序，降低軌道電路的維護成本與安裝成本。CBTC系統(tǒng)中的關鍵子系統(tǒng)均是采用多重冗余的容錯設計，發(fā)生運行故障，系統(tǒng)能在短時間內完成自動回復，最大程度降低故障影響。RATO/RATP以及聯(lián)鎖系統(tǒng)具備多種駕車模式，能滿足用戶多種駕車需求，具有非常強大的集中管理功能，能同時管理60列車，極大地提升了管理效率，降低了管理成本，體現(xiàn)了安全節(jié)能的系統(tǒng)特點。車載ATO與車載ATP還具備自動駕駛列車與看守列車功能，在無人駕駛與無人看管的情況下，通過車載ATO與車載ATP就能滿足列車駕駛與列車管理要求。

2.3 CBTC系統(tǒng)應用現(xiàn)狀分析

與基于軌道電路的列控系統(tǒng)相比，CBTC系統(tǒng)更加安全、可靠，管理功能更加豐富齊全，同時，信息傳輸速度快，能滿足無人狀態(tài)下的列車駕駛與管理需求，因此，近年來在國內外均得到了廣泛應用。在國際上，西雅圖、舊金山、馬德里、達拉斯等將CBTC系統(tǒng)運用于城市軌道交通。在國內，北京、天津、臺北等地同樣對CBTC系統(tǒng)進行了探索、應用。例如北京陸續(xù)開通的地鐵4號線與10號線，均是采用了CBTC系統(tǒng)。地鐵10號線具備無人駕駛與無人監(jiān)控功能。已開通地鐵10號線、4號線以及2號線的CBTC系統(tǒng)均采用了國外技術與設備，2號線采用的是法國的阿爾斯通技術，10號線采用的是德國的西門子技術，4號線采用的是法國的愛爾卡技術[6]。隨著CBTC系統(tǒng)與相關技術的日益成熟，國內軌道交通行業(yè)也越來越認可該項技術，有數(shù)據(jù)顯示，截至2018年，國內深圳、上海、南京、廣州、北京、武漢、成都等多地都采用了CBTC系統(tǒng)。

3 結束語

通過比較，對城市軌道交通中基于軌道電路的信號系統(tǒng)與CBTC系統(tǒng)各自的運行原理與應用特點、應用優(yōu)勢進行了分析論述，分析結果表明，軌道電路雖能在一定程度上確保行車安全，但是系統(tǒng)運行模式較為固定，靈活性不高且功能有限；而CBTC系統(tǒng)采用了先進的組網(wǎng)技術，能實現(xiàn)自動報警與自動恢復，具備無人駕駛與無人監(jiān)控功能且安全可靠，能有效提升運營效率，確保行車安全，具有廣闊的發(fā)展前景。