基于车——车通信技术的新型城市轨道交通信号系统研究

温杜仲

【摘要】 本文分析研究了CBTC系统在实际工作中的运行状况，剖析了系统存在的问题，通过建立并分析基于车——车通信技术的轨道交通信号控制系统理论模型，提出解决传统CBTC系统缺陷的方法，说明了基于车——车通信技术的轨道交通信号控制系统的优越性及应用前景。

【关键词】 车——车通信 CBTC 通信 自动控制 信号控制系统

引言：

目前，大多数城市轨道交通信号系统都采用了CBTC系统，CBTC系统是基于通信的列车自动控制系统，其结构与应用已非常成熟。

随着技术的进一步发展，基于车——车通信技术的新型轨道交通信号控制系统将很有可能取代现有的CBTC系统，成为主流的轨道交通信号系统。

一、基于通信的CBTC信号控制系统原理及缺点

基于通信的CBTC系统的核心是列车自动控制系统（ATC），它由計算机联锁子系统（CI）、列车自动防护子系统（ATP）、列车自动驾驶子系统（ATO）及列车自动监控子系统（ATS）构成。

各子系统之间通过数据通信传输子系统（DCS）作为信息交换网络，实现地面与车上控制相结合、现地控制与中央控制相结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车自动驾驶自动化等功能等为一体化的自动控制系统。

其业务主要为：对列车实施调度、防护、操纵、多子系统通过计算机网络连接实现网络化信息化。具体功能表现为：列车按照运营图自动运行；为列车门、站台屏蔽门的开闭提供安全监控信息；全线列车及信号设备的自动监控；列车运行及信号运行的日志及数据收集存储；与外部接口系统（如：综合监控系统、时钟系统、乘客信息系统（PIS）、无线通信系统、TCC系统）的数据交互等。

虽然CBTC系统已日趋成熟且在轨道交通领域大量应用，但仍有不少问题亟待解决：如前后车运行联动的问题。CBTC系统虽支持不同控制级别列车的混跑，但当CBTC级别的列车与点式列车互相追踪时，前车车载设备在不同控制级、不同故障类型、不同驾驶模式下对后车运行的影响，以及前后车追踪间隔的设置等，都是需要进一步解决的问题。又如闯红灯防护问题。

在点式级别下，因为没有连续的车-地通信，且应答器作用范围有限，司机很难做到对列车的误启动保护。再如车-地无线传输及同站台换乘车站无线干扰的问题。车-地之间的无线传输对信号传输质量稳定性的影响，以及现场不同系统的复杂信号干扰对线路开通调试带来的困难，甚至在运营阶段由于通信不稳定而导致的列车紧急制动等问题，也需进一步优化。

为了进一步优化结构，解决以上问题，更新一代的基于车——车通信技术的新型城市轨道交通信号系统方案已悄然登场。

二、基于车——车通信的信号控制系统结构分析

基于车一车通信的新型信号控制系统，其本质是以列车为中心的新型CBTC系统。

根据ALSTOM在法国里尔l号线提出的基于车——车通信的新型CBTC系统概念，与传统CBTC系统相比，其结构中去掉了联锁子系统和区域控制器子系统，ATS直接与车载控制器VOBC进行通信，将进路信息发送给车载，车载根据进路信息，直接控制道岔的转动和进路的开放，以及移动授权的计算等与轨旁相关的安全功能。这一设计不但减少了联锁子系统，而且减少了系统的接口数量，从而降低了系统的复杂性。

由于精简了轨旁的设备，基于车一车通信的新型CBTC系统与传统CBTC系统在功能分配上差别很大：CBTC系统中大多数轨旁核心功能，都移至车载控制器上实现，大大简化了系统数据交互的复杂度，减少了信号系统网络负荷，缩短了通信时延，提高了系统整体性能。

在车——车通信方式中，后续列车根据自己的状态，向前行列车请求前车的位置信息。后续列车可根据收到的前车位置信息自行计算移动授权和相关的制动曲线。因此，前后列车之间，仅仅通过交互列车位置信息的简单动作便可实现列车移动授权的计算等功能，而无需由轨旁系统计算后再通过网络发送给车载控制器，这样就大量减少了数据通信量，降低了车载控制器的反应时间，并且能快速更新后续列车的速度曲线。

三、基于车——车通信的信号控制系统的优势

3.1结构简单成本低廉

车——车通信系统省略了联锁子系统和区域控制器子系统，其余各个子系统之间的数据流交互和接口简单清晰，避免了繁琐的流程，降低了各个子系统之间的耦合度，防止了各子系统的干扰，而且系统不用过多的连接，也解决了系统接口不兼容的问题，使系统在使用的过程中比较简单，维护过程中成本低廉。

3.2联锁功能更加灵活

车——车通信系统车载控制器的联锁功能可以在列车运行的过程中使之更加的灵活，可以对道岔道的转动进行控制，让列车能够及时地运行决策，提升列车的运行效率。

在确保运行安全的基础上，防止对各类设备的干扰，节省了大量管理设备的时间，而且在具体的运行设计中也节省了时间。

3.3信息交互能力大幅提升

基于车一车通信的新型信号控制系统取消了轨道旁的控制器设备，所以也不用存储联锁的数据，客观上精简了车——地之间交互的信息量以及交互时间，减少了车载控制器的系统反应时间，使得车载控制器反应的速度非常快，而且会及时地建立速度曲线，列车会将自己的运行状态调整，在列车发出请求后，迅速获得周围列车和设备的位置，在接收到相关的信息后，通过对移动授权的分析，绘制制动曲线。所以，在列车之间，其交互性大大的提高，而且，通过移动授权的计算，完成了各项功能。

3.4运行时间间隔进一步缩短

由于车——车通信系统减少了车载控制器的系统反应时间，于是它能提供更小的运行时间间隔。可以在保证安全的前提下，可以为运营提供更加灵活和多样化的运输组织方案。

3.4节省大量空间

车——车通信系统去掉了联锁子系统和区域控制器子系统，节省了大量的空间，不但提高了整个系统的运行性能，而且使列车在运行的过程中更加的安全。

总体而言，车——车通信系统对传统CBTC系统实现了创新，使信息的交互性更好，有效控制了车载控制器反应时间，使整个系统的运行性能更有保障。

四、结语

基于车一车通信的新型信号控制系统，能够大幅度提高系统的快速反应性能、机动灵活性能及安全稳定性能，具有很大的发展空间和潜力，将是未来城市轨道交通信号系统的发展趋势和方向。

参 考 文 献

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