基于轨道电路的信号系统与CBTC系统比较

胡基冬

（中铁八局集团电务工程有限公司，四川 成都 611730）

城市轨道交通作为大容量、高密度的公共交通工具，需要有一套安全、可靠、高效运行的信号系统。信号系统由各类信号显示、轨道电路、道岔转辙机等设备及其他附属设施构成。城市轨道交通列车自动控制（ATC）系统中最核心的子系统是列车自动防护（ATP）系统，有基于轨道电路的ATP系统，基于点式应答器的ATP、CBTC系统等几种形式。

1 城市轨道交通中轨道电路分析

1.1 轨道电路运行原理

轨道区段内无列车占用，电流会经轨道流经继电器，并使其激磁带动接点，表明前方线路无列车占用，车辆可以驶入[1]；当轨道区段内驶入列车，电流通过车辆轮对，产生短路现象，导致继电器失磁落下，表明区段被占用，车辆禁止驶入。

1.2 轨道电路分类

以信号电流为分类依据，将轨道电路分为直流电路、交流电路以及脉冲电路；以接受电端的数量分类，将轨道电路分为一送多受与一送一受；以电流结构分类，将轨道电路分为闭路式轨道与开路式轨道[2]。目前，闭路式轨道电路是国内轨道电路的主要形式。

1.3 轨道电路状态分析

轨道电路的工作状态分为断轨状态、分路状态与调整状态。断轨状态指的是当轨道电路任一部分出现运行故障时，接收端的继电器会变为失磁状态，并向外发出故障信息，引起工作人员注意。轨道电路处于断轨状态的原因是多方面的，如钢轨阻抗、电源电压的不稳定变化会引起轨道电路故障；断轨地点、道碴电阻也是影响轨道电路运行状态的重要原因。调整状态指的是在线路空闲的情况下，无论何种运行条件，轨道电路接收端的继电器都处于励磁状态，并向外发出电路区段空闲信息[3]。分路状态指的是当线路被占用时，无论处于哪一种运行条件，轨道电路接收端的继电器都不会受外界因素影响而处于失磁状态，显示出轨道区段被占用信息。

1.4 轨道电路功能作用与应用现状

轨道电路具有以下功能作用：①检查占用，全面检查、监督轨道是否被占用，根据检查结果向外发出相应指示，防止错误地办理进路[4]。②检查断轨，检查、判断轨道上钢轨工作状况，当出现钢轨断裂时，发出故障信号，起到防护线路与确保行车安全的作用。③传递信息。能通过钢轨传输不同信息，为机车提供准确行车信息。④锁闭道岔。当道岔区段被占用时，能锁闭该区段道岔，防止道岔转换，避免发生安全事故。

基于轨道电路的信号控制系统已经趋于成熟，在国内外得到了广泛应用，如我国的香港、上海、天津、北京等地都是采用轨道电路的信号系统。但随着行车环境的日益复杂与其他先进技术的不断发展创新，轨道电路数字化是今后的发展趋势。

2 CBTC系统分析

2.1 CBTC系统特点分析

CBTC（Communication Based Train Control，简称 CBTC）是基于通信的列车控制系统，集先进的控制技术、计算机技术、网络技术和通信技术为一体，主要由控制中心设备、车站设备、轨旁设备、车载设备及网络通信设备五大部分组成。

CBTC系统的特点为：①是借助无线通信技术，对列车实施控制的交通控制系统；②CBTC系统能实现双向、连续与高速的数据通信，能精准定位列车位置，同时通过地面安全设备与车载监测列车运行、对车辆进行控制；③CBTC系统主要监测列车运行的移动闭塞方式，适当缩短行车间隔、提升运行效率的同时保障行车安全。

2.2 CBTC系统应用优势分析

按照地面与列车的信息传输方式进行分类，可以将CBTC分为环线、波导管以及漏缆、无线几种[5]。CBTC不再拘泥于闭塞分区是否被轨道电路占用，也不再拘泥于准移动或是固定闭塞的局限性，因此，更加高效、规范、安全、可靠。较传统控制系统，CBTC系统具有以下应用优势：①安全性高。在设计阶段，设计充分考虑了轨道行车的安全性，采用多重冗余技术完成信号系统的主要行车设备，计算机联锁设备采用二乘二取二的安全冗余结构，整体的安全性较高；将双机热备的冗余结构作为ATO子系统与ATS子系统，ATP则采用二乘二取二冗余结构，二取二冗余机构则被应用于车载ATP/ATO，该结构在双套车载设备在内的设计中也得到了应用。②实用性强。在CBTC系统中，涉及的技术、设备以及材料均符合国家相关标准，性能质量有保证，且具有便于安装、维护的优点。除却性能指标符合国内外标准外，所用设备、技术、材料的灵活性较高，即使是利用简单的数据库进行升级控制，也能实现配置更改或系统更新升级的要求；控制模式的灵活性较高，能满足用户多种使用需求。③技术优势。CBTC系统采用了先进的组网技术，能够实现自动报警与自动恢复；系统运行的透明度较高，可控性强，在单个点出现故障的情况下，系统也能稳定运行，轨道电路不会受到影响[6]。基于信息技术、计算机技术的CBTC系统能对行驶列车进行连续、综合监控；车地通信系统能将相关信息及时、准确的报告于地面设备，确保信息传递的真实性、完整性与时效性，CBTC系统中的监控模式更接近于一种事前的监控，CBTC系统能够实现车载设备与轨旁设备间的实时双向通信。④集中控制性。CBTC系统采用的是区域控制方式，能有效减少轨旁设备数量，简化监控程序，降低轨道电路的维护成本与安装成本。CBTC系统中的关键子系统均是采用多重冗余的容错设计，发生运行故障，系统能在短时间内完成自动回复，最大程度降低故障影响。RATO/RATP以及联锁系统具备多种驾车模式，能满足用户多种驾车需求，具有非常强大的集中管理功能，能同时管理60列车，极大地提升了管理效率，降低了管理成本，体现了安全节能的系统特点。车载ATO与车载ATP还具备自动驾驶列车与看守列车功能，在无人驾驶与无人看管的情况下，通过车载ATO与车载ATP就能满足列车驾驶与列车管理要求。

2.3 CBTC系统应用现状分析

与基于轨道电路的列控系统相比，CBTC系统更加安全、可靠，管理功能更加丰富齐全，同时，信息传输速度快，能满足无人状态下的列车驾驶与管理需求，因此，近年来在国内外均得到了广泛应用。在国际上，西雅图、旧金山、马德里、达拉斯等将CBTC系统运用于城市轨道交通。在国内，北京、天津、台北等地同样对CBTC系统进行了探索、应用。例如北京陆续开通的地铁4号线与10号线，均是采用了CBTC系统。地铁10号线具备无人驾驶与无人监控功能。已开通地铁10号线、4号线以及2号线的CBTC系统均采用了国外技术与设备，2号线采用的是法国的阿尔斯通技术，10号线采用的是德国的西门子技术，4号线采用的是法国的爱尔卡技术[6]。随着CBTC系统与相关技术的日益成熟，国内轨道交通行业也越来越认可该项技术，有数据显示，截至2018年，国内深圳、上海、南京、广州、北京、武汉、成都等多地都采用了CBTC系统。

3 结束语

通过比较，对城市轨道交通中基于轨道电路的信号系统与CBTC系统各自的运行原理与应用特点、应用优势进行了分析论述，分析结果表明，轨道电路虽能在一定程度上确保行车安全，但是系统运行模式较为固定，灵活性不高且功能有限；而CBTC系统采用了先进的组网技术，能实现自动报警与自动恢复，具备无人驾驶与无人监控功能且安全可靠，能有效提升运营效率，确保行车安全，具有广阔的发展前景。