地铁CBTC技术的研究与发展

刘震

摘 要：随着通信技术特别是无线电技术的飞速发展，人们开始研究以通信技术为基础的列车运行控制系统，用以实现移动闭塞，减少列车运行间隔，在不增加硬件投资的前提下提高系统的运能。通讯式列车控制（CBTC）系统是一个连续、自动化的列车控制系统，它是利用无线定位技术侦测列车的位置，是一个不受轨道电路支配、连续、高容量且双向作用的列车控制系统。

关键词：地铁；CBTC；信号系统；控制系统

中图分类号：U285；U231.7 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）21-0010-02

1 CBTC的起源

传统的列车只能依靠轨道电路作为列车的位置定位，而且列车的操作指令少、智能化水平低。CBTC系统中的关键技术是双向无线通信系统、列车定位技术、列车完整性检测等。在双向无线通信系统中，欧洲普遍使用GSM-R系统，美国则使用扩频通信等其他种类的无线通信技术。列车定位技术有多种，例如车载设备的测速—测距系统、全球卫星定位、漏缆、感应环线。

2 CBTC的发展

在CBTC技术系统方面，制订了两项标准，即1999年的IEEE1474.1标准和2003年发布的IEEE1474.2标准，前者是关于CBTC性能和功能的规定，后者是对CBTC系统用户界面的规定。在IEEE1474标准里对CBTC的定义为列车的位置、速度和方位，它是藉由一个连续的双向通讯环节从车辆电脑到轨旁电脑来传递的。同样的，在IEEE1474里也有解释，CBTC系统不需要用轨道电路来侦察列车。现在使用的大部分CBTC系统都是利用近场电磁感应的环形线路（IL）来传送的。以无线电频率（RF）传送为基础的较新的CBTC系统正在逐步发展，它将会成为该行业未来发展的趋势。

从技术角度讲，闭塞分为固定闭塞和移动闭塞两种。目前，世界上最先进的信号系统是移动闭塞（Moving Block），它采用CBTC技术可以实现无人驾驶DTO（Driverless Train Operation），比如庞巴迪公司的CITYFLO650系统。此外，采用CBTC技术还可以实现半自动列车运行STO（Semi-Automatic Train Operation），比如庞巴迪公司的CITYFLO450系统。

移动闭塞系统摆脱了用轨道电路判别列车是否占用了闭塞分区，突破了固定或准移动闭塞的局限性，在使用方面具有很大的优势。

移动闭塞CBTC系统的特点有以下几点：①实现了列车与轨旁设备的实时双向通信，并且信息量较大。②可以减少轨旁设备，便于安装和维修，有利于在紧急状态下利用线路作为人员疏散的通道，有利于降低系统全寿命周期内的运营成本。③便于缩短列车编组和高密度运行，可以缩短站台长度和端站尾轨长度，提高服务质量，降低土建工程投资；实现了线路列车双向运行而不增加地面设备，有利于线路故障或特殊需要时的反向运行控制。④可以适应各种类型、各种车速的列车。由于移动闭塞系统基本克服了准移动闭塞和固定闭塞系统地对车信息跳变的缺点，提高了列车运行的平稳性，增加了乘客的舒适度。⑤可以实现节能控制、优化列车运行统计处理、缩短运行时分等多目标控制。⑥移动闭塞系统，尤其是采用高速数据传输方式的系统，将带来信息利用的增值和功能的扩展，有利于提高现代化水平。

3 特性

CBTC的突出优点是有车—地双向通信，而且传输信息量大，传输速度快，很容易实现移动自动闭塞系统，大幅减少了区间敷设的电缆数量，减少了一次性投资，减少了日常维护工作，大幅提高了区间通过能力，灵活组织双向运行和单向连续发车，容易适应不同车速、不同运量、不同类型牵引的列车运行控制等。CBTC与传统的铁路信号系统相比有许多特性，具体包括以下几点：①不需要繁杂的电缆，以无线通信系统代替，减少了电缆敷设工序，降低了维护成本；②可以实现车辆与控制中心的双向通信，大幅度提高了列车区间通过能力。③信息传输流量大、效率高、速度快，容易实现移动自动闭塞系统。④适用于各种车型、不同车速、不同运量、不同牵引方式的列车，兼容性强。⑤可以将信息分类传输，集中发送，集中处理，提高调度中心的工作效率。

4 应用

CBTC可以使用的双向无线通信系统种类很多，例如欧洲使用的是GSM-R系统，美国使用的是扩频通信等其他多种无线通信系统，中国使用的是无线自由波、波导管、漏泄电缆或三种互相组合的地车信息传输方式。目前，应用CBTC系统的有美国的纽约地铁、我国台湾的台北捷运文湖线等，我国大陆也有部分城市轨道交通使用了CBTC系统，比如武汉地铁1号线、上海轨道交通的8号线、北京2号线、北京4号线、机场线、北京地铁亦庄线、北京地铁大兴线、北京地铁房山线和广州地铁（除1，2，8号线）等。其中，北京地铁亦庄线的顺利开通标志着中国成为了继德国西门子、法国阿尔斯通、加拿大阿尔卡特后第四个成功掌握CBTC核心技术并顺利开通应用于实际工程的国家，它实现了全生命周期性价比最高的目标，比引进系统的价格低了20%左右。

5 结论

CBTC的显著特性是系统可以决定列车的位置，具有较高的准确度，不受轨道电路的支配。CBTC系统以它在地理方面的连续式列车到轨道边与轨道边到列车的数据通讯网路为特色，准许转换比传统系统拥有更多的控制和状况资讯。轨旁与列车运输之间最重要的处理程序在处理列车状态、控制数据和提供连续自动化列车保护方面。CBTC也提供了自动列车操作和自动列车监督的功能。

CBTC可以被应用在通勤铁路、重铁、轻铁、私人都市捷运系统和大众运输上，因为CBTC不需要轨道塞区间，这个系统很适合橡胶轮胎和其他非钢铁轮胎系统。CBTC提供了互相操作的特色，它准许阶段性的执行，不会妨碍到运输操作，而且它也允许多数卖者来供应所需的设备给这个大系统。除了基本的列车自动保护功能，自动列车监督和自动列车操作也有供应，让我们拭目以待吧！

〔编辑：白洁〕

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