CBTC信号系统与轨道电路的对比

刘庆

摘 要：文章介绍了CBTC信号系统与轨道电路的技术对比，对CBTC信号系统与轨道电路技术分别进行了描述，CBTC信号系统具备高可靠性，高可用性，高可维护性的特点，被广泛应用于现代城市轨道交通信号系统。

关键词：CBTC，信号系统，轨道电路

传统的固定闭塞制式下，系统无法定位列车的具体位置，因此列车制动的起点和终点总在某一轨道区段边界，为充分保证安全，必须在两列车间增加一个防护区段，这使得列车间的安全距离间隔较大，降低了线路的使用效率。

准移动闭塞在控制列车安全行驶距离上比固定闭塞提升了一步，它通过采用报文式轨道电路环线或应答器来判断分区占用并传输信息；后续列车通过计算可得知继续前方行驶的距离，后续列车可根据这一距离合理地采取减速或制动。

移动闭塞技术则在对列车的安全行驶距离控制上更进了一步。移动闭塞系统中列车和轨旁设备必须保持连续的双向通信，通过车载设备和轨旁设备不间断的双向通信，列车不间断向轨旁区域控制器传输其位置、方向和速度信息，轨旁控制器根据来自列车的信息计算、确定列车的安全行车间隔，并将相关信息（如先行列车位置，移动授权等）传递给后续列车，以保证列车安全运行。

移动闭塞线路取消了物理层次上的轨道区段划分，将线路分成了若干个通过线路数据库预先定义的线路虚拟区段，每个单元长度为几米到十几米之间，移动闭塞分区由一定数量的虚拟区段，虚拟区段的数量可随着列车的速度和位置而变化。

一、CBTC概述

基于通信的列车控制（Communications-based Train Control，CBTC）系统是独立于轨道电路，采用高精度的列车定位和连续、高速、双向的数据通信，通过车载和地面安全设备实现对列车的控制，包括ATS（列车自动监控）、ATP（列车自动防护）、ATO（列车自动控制），CI（联锁子系统）、DCS（数据通信子系统）等子系统组成。

移动闭塞原理：

在CBTC系统中，列车位置的检测由列车本身提供，列车通过无线系统将报告其在线路上的准确位置。列车的车载计算机会同速度传感器，加速度计及定位应答器检测设备共同合作，确定位于轨道上的定位应答器被用来判定列车的绝对位置。CBTC系统的地面控制设备，将根据前车的位置信息和线路障碍物的状态信息为后续列车实时计算移动授权，指导后行列车的安全运行。

CBTC信号系统经多年发展已经成为轨道交通行业主流应用的成熟技术，突破了固定闭塞的局限性，较传统的基于轨道电路的列车控制系统比较，CBTC系统的优势主要表现在以下方面：（1）系统结构简单。从硬件结构看，系统以控制中心为核心控制，可以管控车站设备，车载设备接受中心命令执行列车运行，系统设备种类少，便于维护。（2）系统应用功能强大。系统中配有无线通讯系统，因此可以实时确认列车位置，可以最大限度的保证系统的性能、安全。（3）地面设备及车载设备均采用安全计算机实时处理列车状态、控制命令，实现连续的间隔控制、进路控制、速度防护、自动驾驶等。（4）高效安全。系统实现移动闭塞，使得在一个进路内可以驶入多辆列车。CBTC系统可以优化列车的运行速度，追踪间隔，完善列车运行速度曲线，既能提高列车的运行效率，还可以实现节能的作用。（5）CBTC信息可以叠加在既有信号系统上，便于既有线改造，可实现城市。

二、轨道电路概述

轨道电路是当两根钢轨完整，且无车占用，即轨道电路空闲时，电流通过两根钢轨和轨道继电器，使轨道继电器吸起，前接点闭合，信号开放。当列车占用轨道电路时，电流通过机车车辆轮对，轨道电路被分路当轨道电路发生断轨、断轨道连接线线时，同样会使轨道继电器落下。轨道电路长度一般在400米以下，控制距离为2.5-5公里不等。

轨道电路的工作状态根据轨道电路的基本要求，在设计、计算和研究时，应分析以下三个状态：（1）调整状态是轨道电路空闲、线路完整，受电端正常工作时的轨道电路状态；其最不利条件是参数的变化是通过轨道继电器的电流最小，即电源电压最小，钢轨阻抗最大而道渣电阻最小。（2）分路状态是两条钢轨间被列车车轮对或其他导体连接，使轨道电路受电端设备能反映轨道被占用的轨道电路状态；其最不利条件是参数的变化是通过轨道继电器的电流最大，即电源电压最大，钢轨阻抗最小而道渣电阻最大。（3）断轨状态是轨道电路的钢轨被折断时，轨道电路受电端设备能反映钢轨断轨的轨道电路状态；其最不利条件是参数的变化是通过轨道继电器的电流最大，除了与电源电压最大，钢轨阻抗最小有关系外，还与断轨地点和道渣电阻大小有关。

轨道电路而轨道电路存在性能和功能上的缺陷和限制：（1）限制了列車位置检测的精度。列车位置检测的最小分辨率为轨道电路区段，任意一部分轨道电路被占用，整条轨道电路都将认为被占用。过长的区段设置会产生较大的行车间隔，直接导致运行效率下降，过短的区段设置需要更多轨道电路设备，增大投资。（2）传输信息量有限。列车提速及行车间隔减小，需要更多考虑前方线路坡度、弯道情况、前车位置、速度等情况来确保行车安全，这使得列车信息需求量增大。（3）轨道电路易受到天气、地理环境及电磁环境影响。道渣电阻变化、雨水、环境温度和列车分路不良等都会对轨道电路性能产生影响。（4）轨道电路至今无法实现车对地的通信，列车相关信息无法有效传送给地面设备。

三、结语

目前，国内有很多信号厂家已经研发出国产化的CBTC信号系统，并再逐步进行新系统的试验项目，相信在不久的将来，自主研发的CBTC信号系统将会占有国内更多的市场份额，这应该是我们国内信号人所希望看到的。

参考文献

[1] 刘晓娟.城市轨道交通CBTC系统关键技术研究[D].兰州交通大学博士论文，2009.

[2] 李一川.城市轨道交通中轨道电路与CBTC系统比较[J].科技创新与应用，2015（09）：50.