城市軌道交通信號(hào)CBTC系統(tǒng)控制探討

陳旭

摘要：城市軌道交通工程是城市中的專業(yè)性、單位性的系統(tǒng)工程，同時(shí)也是一個(gè)城市展現(xiàn)其面貌的途徑。一般情況下，城市軌道交通的工程設(shè)計(jì)、項(xiàng)目的成本以及涉及系統(tǒng)設(shè)備的可靠性、可用性等各方面都需要經(jīng)過慎重的研究和論證;信號(hào)系統(tǒng)工程作為其中涉及運(yùn)營安全相關(guān)的系統(tǒng)工程，便成為整個(gè)軌道交通建設(shè)過程中的重要組成部分，因?yàn)樾盘?hào)系統(tǒng)工程的接口（含內(nèi)部接口和外部接口）較多且復(fù)雜，故加強(qiáng)信號(hào)系統(tǒng)工程接口方面的管理，實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)工程與其他系統(tǒng)工程的“無縫”連接，將會(huì)為城市軌道交通的建設(shè)、運(yùn)營安全，成為優(yōu)秀的城市交通工具打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在本篇文章中，筆者通過對(duì)城市軌道交通信號(hào)控制系統(tǒng)方面的闡述和分析發(fā)展趨勢，來去對(duì)城市軌道交通CBTC信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：城市軌道;交通信號(hào);控制系統(tǒng)

1、城市軌道建設(shè)工程信號(hào)系統(tǒng)的工程概況

我國大多數(shù)普速鐵路的閉塞方式是固定閉塞，而移動(dòng)閉塞更多地應(yīng)用于高鐵、地鐵和輕軌。隨著通信技術(shù)的應(yīng)用，采用開放空間無線方式是車地通信的發(fā)展方向。目前城市軌道交通中最常用的信號(hào)系統(tǒng)為兩大類：準(zhǔn)移動(dòng)閉塞和移動(dòng)閉塞信號(hào)系統(tǒng)。兩者都是基于傳統(tǒng)的電氣集中聯(lián)鎖控制技術(shù)發(fā)展而成，區(qū)別在于后者在外部傳輸媒介上采用的是無線通信技術(shù)。

CBTC系統(tǒng)得益于計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信方式的發(fā)展，信號(hào)的概念已經(jīng)改變：從被動(dòng)反應(yīng)到主動(dòng)檢測，從軌旁設(shè)備控制到列車自我控制，車地通信具備了思考和對(duì)話的能力。

城市軌道交通工程信號(hào)系統(tǒng)主要通過列車自動(dòng)控制子系統(tǒng)（automatic control systems，ATC）實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的自動(dòng)控制，該自動(dòng)控制系統(tǒng)又分為三個(gè)組成部分：列車自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)（automatic test system，ATS）、列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)（automatic test programm，ATP）和列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（automatic test operating，ATO），該控制系統(tǒng)能夠有效地、實(shí)時(shí)地監(jiān)控（監(jiān)視和控制）列車的運(yùn)行情況。由于我國的科技不斷地快速發(fā)展，信息化的發(fā)展進(jìn)程也隨之加快并已應(yīng)用在我國的各個(gè)領(lǐng)域之中，而在這個(gè)發(fā)展迅速的時(shí)代，城市軌道交通的信息化就應(yīng)運(yùn)而生了，列車的自動(dòng)控制系統(tǒng)也是信息化的產(chǎn)物。列車控制系統(tǒng)能夠?qū)④嚿吓c地面設(shè)備緊密地聯(lián)系在一起，通過二者的信息交換，形成一個(gè)嚴(yán)密的列車運(yùn)行控制網(wǎng)絡(luò)，保障了列車運(yùn)行更加安全，提高了城市軌道交通的服務(wù)質(zhì)量。

CTBC系統(tǒng)是新興的城市軌道交通系統(tǒng)的簡稱，這種系統(tǒng)比較安全和可靠。這種系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)以及閉塞式的列控系統(tǒng)和相關(guān)的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)組成。CTBC系統(tǒng)是現(xiàn)代軌道系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，近幾年來我國普遍采用的閉塞式模式，這種控制系統(tǒng)在中國的各大城市得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)于列車的連續(xù)檢測和控制起到了積極的效果，同時(shí)對(duì)于原有的軌道電路也是一種實(shí)際的突破，突破了原有的閉塞分區(qū)所具有的局限性，相比于以前的技術(shù)有了巨大的提高

以目前為例，通過對(duì)外國技術(shù)方面的引進(jìn)雖然能夠滿足當(dāng)下國內(nèi)各大城市對(duì)于軌道交通發(fā)展的需求，但長此以往下去，畢竟不是長久之計(jì)，國家引進(jìn)外來技術(shù)的含義，也是希望能夠更進(jìn)一步的學(xué)習(xí)到外國信號(hào)系統(tǒng)的核心技術(shù)和精髓，在發(fā)展的過程中緊跟上時(shí)代的腳步。

2、城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)組成及主要特點(diǎn)

2.1 CBTC主要子系統(tǒng)

ATP子系統(tǒng)是保證列車運(yùn)行安全的重要設(shè)備，實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行自動(dòng)防護(hù)的全部功能，能根據(jù)線路狀態(tài)、道岔位置、前行列車位置等條件，實(shí)現(xiàn)列車速度控制，防止列車超速，確保追蹤列車之間的安全行車間隔，實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)追蹤運(yùn)行。

ATO子系統(tǒng)是自動(dòng)控制列車運(yùn)行的設(shè)備，在ATP保護(hù)下，根據(jù)ATS的指令實(shí)現(xiàn)列車的自動(dòng)駕駛，能夠自動(dòng)完成對(duì)列車的啟動(dòng)、牽引、巡航、惰行和制動(dòng)的控制，確保達(dá)到設(shè)計(jì)間隔及旅行速度

ATS子系統(tǒng)是中央列車監(jiān)控系統(tǒng)，在ATP子系統(tǒng)的支持下完成對(duì)全線列車運(yùn)行的自動(dòng)管理和監(jiān)控。

聯(lián)鎖子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)道岔、信號(hào)機(jī)、軌道占用/空閑檢測設(shè)備間正確聯(lián)鎖關(guān)系及進(jìn)路控制的安全設(shè)備，是ATP子系統(tǒng)的重要組成部分，是確保行車安全的基礎(chǔ)設(shè)備，必須符合故障-安全原則及必要的設(shè)備冗余。

2.2 CBTC系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

從實(shí)際運(yùn)行的角度上而言，CBTC最為突出的優(yōu)點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)車―地之間雙向互動(dòng)通信，并且通信的數(shù)據(jù)信息量非常巨大。除此之外，如傳輸?shù)乃俣瓤?、大量的建設(shè)區(qū)間電纜的鋪設(shè)、減少投資和日常維護(hù)等都是其所具有的特點(diǎn)。CBTC在運(yùn)行的過程中除了可以對(duì)列車的運(yùn)行進(jìn)行控制之外，還可以對(duì)列車進(jìn)行綜合的運(yùn)行管理。因?yàn)樽陨硎请p向通信系統(tǒng)的緣故，所以這一點(diǎn)既是可以去對(duì)安全類的信息進(jìn)行雙向的傳輸，也可以去傳輸非安全類的信息。舉例說明，例如車次號(hào)、乘務(wù)員班組號(hào)、車輛號(hào)、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)分等等，以上信息都可以進(jìn)行集中傳輸和處理，這樣的話，就可以更進(jìn)一步的提高調(diào)度中心的整體工作效率。

2.3系統(tǒng)應(yīng)用場景

現(xiàn)今，所應(yīng)用的城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)有以下兩種，第一種是在軌道電路ATC的基礎(chǔ)上所進(jìn)行的城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)。第二種是基于無線通信的CBTC系統(tǒng)。CBTC在自身的條件下可以將其分為三種類別，這三種類別分別是感應(yīng)環(huán)線、波導(dǎo)管、自由波。這三種類別當(dāng)中，因?yàn)楦袘?yīng)環(huán)線非常難修理的緣故，所以很少被采用，而波導(dǎo)傳輸自身的傳輸特性非常好，但是后續(xù)需要維修的費(fèi)用卻特別的多?？傮w來說，雖然CBTC系統(tǒng)的分級(jí)是非常的靈活，而且構(gòu)架也可以去進(jìn)行自由的調(diào)動(dòng)，但是，CBTC的使用成本很高，而且其所使用的通信信號(hào)頻段也都是公用頻段。這樣的話，勢必會(huì)導(dǎo)致其出現(xiàn)抗干擾能力差等方面的問題。故而，在進(jìn)行城市軌道交通建設(shè)的過程中，對(duì)交通信號(hào)控制系統(tǒng)的選擇方面一定要去通過對(duì)比和研究之后才能夠決定，只有這樣，才可以更好的促進(jìn)城市軌道交通的持續(xù)健康發(fā)展。

3、信號(hào)系統(tǒng)發(fā)展趨勢

3.1功能與作用綜合化

信息技術(shù)在信號(hào)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用使得信號(hào)系統(tǒng)的功能得到進(jìn)一步擴(kuò)展，從最初的保障行車安全發(fā)展到滿足安全可靠、高效節(jié)能、快捷舒適和優(yōu)質(zhì)服務(wù)，信號(hào)的作用從指揮司機(jī)安全行車，控制現(xiàn)場行車設(shè)備發(fā)展到實(shí)現(xiàn)車、站、修等各部門間高效協(xié)作，實(shí)現(xiàn)行車各種信息的采集、傳輸、處理和管理等方面。

3.2信號(hào)設(shè)備數(shù)字化、智能化

以計(jì)算機(jī)為核心的信號(hào)設(shè)備使得列車自動(dòng)控制系統(tǒng)逐步趨于自動(dòng)化、數(shù)字化與智能化，信號(hào)顯示由無特定含義的顏色信息想允許速度、目標(biāo)距離轉(zhuǎn)化;列車運(yùn)行由以人為主確認(rèn)信號(hào)和操作轉(zhuǎn)變?yōu)檐囕d設(shè)備智能化。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化

信號(hào)系統(tǒng)可以分為三層，最低層是現(xiàn)場的轉(zhuǎn)轍機(jī)、軌道占用/空閑檢測設(shè)備、信號(hào)機(jī)、機(jī)車信號(hào)、通信傳輸裝置等;第二層是安全控制設(shè)備，包括車站聯(lián)鎖、列車自動(dòng)駕駛、自動(dòng)防護(hù)等;第三層是調(diào)度中心，主要實(shí)現(xiàn)調(diào)度指揮的優(yōu)化管理與決策支持。由最初分散式的信號(hào)設(shè)備連成一個(gè)整體，信號(hào)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)必然是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)。

4、結(jié)語

城市軌道交通最大的優(yōu)點(diǎn)就是它屬于一種可以推動(dòng)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的交通手段，并且，當(dāng)?shù)卣畽C(jī)構(gòu)也有能力去支持這樣的城市規(guī)劃交通建設(shè)。CBTC系統(tǒng)作為通過以無線通信技術(shù)為根本的運(yùn)行控制系統(tǒng)在城市軌道交通運(yùn)營過程中起著重要作用。

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