城市轨道交通信号CBTC系统的应用研究

张翠红

（安徽汽车职业技术学院，安徽 合肥 230600）

现阶段，我国对城市轨道交通信号CBTC系统的应用进行了大量研究。文献[4]主要讲述了信号系统制式的选择方法，文献[5]进一步分析了城市轨道交通信号系统中采用的关键技术，文献[6-9]分析了轨道交通信号CBTC系统中关键技术的应用路径，文献[11-12]则分析了城市轨道交通信号系统无线局域网所采用的机械设备。上述文献虽然充分探究了城市轨道交通信号系统的优势与特点，但对于城市轨道交通信号系统的控制方式涉及的相对较少，没有为CBTC系统的安全使用提供技术保障，因此存在一定的不足之处。

1 城市轨道交通信号系统发展状况分析

我国北京自1965年修建地铁线路以来，虽然投入了全套设备，以保证轨道交通的可靠运行，但由于我国的信号设备技术水平较低，交通建设缓慢，导致轨道交通信号系统在研发方向始终处于分块化状态。直至进入21世纪后，通过引入发达国家信号系统，才正式步入信号系统的自主研发领域，无论在运行效率方面，还是在安全方面，都取得了重大突破[1]。

2 城市轨道交通信号应用模式

第一，除去已有的基础设施外，全套引入国外先进的信号系统；第二，自主研发的列车自动监控系统（ATS）与互联网技术（IT）联锁，并引入国外的非故障安全系统（ATO）与之配套；第三，采用国内企业研发的信号系统[2]。列车运行控制系统结构如图1所示。

图1 列车运行控制系统结构图

调查显示，我国在引进信号系统时经常出现建设成本过高的问题，且在信号技术试验时，也存在引入系统不够成熟的情况。这不仅会影响后续的地铁营运，也会阻碍我国的轨道交通发展，亟须根据我国城市轨道交通特点，实现成套ATC技术的自主研发。因此国产化将是我国信号系统的主要发展方向，而CBTC系统由于强大的双向通信能力，能够适应各类车型、车速，已被我国交通建设部门列为重点关注对象[3]。

3 城市轨道交通信号CBTC系统的应用分析

3.1 CBTC系统分析

CBTC系统的结构图如图2所示。相较于传统的信号系统来说，CBTC系统的传输速度更快，能够实现移动自动闭塞功能，减少区间敷设线缆数量，减少一次性投资，具有列车自动保护、自动运行、自动监控等功能。同时CBTC系统还可通过对密闭列车的运行时间间隔控制，起到提高线路通过率的作用，减少轨道设施，有助于系统装置的调试，而高度自动化也能提升设备间的通信效率。将其运用在城市轨道交通中，既可以缓解庞大的交通压力，也能减少过于依靠人员驾驶的问题，使系统依照设定程序自动执行相应工作，保证运行安全[4]。

图2 CBTC系统结构图

3.1.1 基本要求

CBTC系统的应用重点在于实现列车运行速度以及制动方式的监督以及调整。在系统部署过程中不仅要计算好列车的安全保护距离（具体方法如图2所示），还要确认列车的折返站通过能力以及列车的受力情况[5]。其中列车的折返站通过能力可采用式（1）进行计算：

式中，n折返是指折返站1小时内折返的最大列车数；I发是指列车折返出发间隔。至于列车的受力状况，则要采用下述公式进行计算。

牵引阶段，列车主要受机车牵引力F以及运行阻力W惰行阶段，列车牵引力消失，只承受运行阻力制动阶段，列车主要受制动力B以及运行阻力W

此外，城市轨道交通信号CBTC系统还需具备以下功能。

（1）控制功能：是实现各板块联合应用的基础。比如，当列车进站时若出现意外状况，则要利用信号系统发出信号。由于部分事件具有突发性，因此难以由工作人员操作，此时需要利用信号系统的控制功能自行发出信号。

（2）监控功能：由自动联锁装置下达列车行进命令，在监控系统的保护下依照运行时刻表驾驶列车，并根据调度员对列车运行状况的监测结果，进行行车运行图的调整。

（3）自动化：是指系统需依照既定程序完成工作，降低人为干预[6]。

3.1.2 选取方式

在选取信号系统时需要遵从安全、可靠性等原则，保证系统具有一定的先进性，且成本维持在可控范围内，适用于当地。同时要充分考虑CBTC的系统特点，认识到CBTC系统属于独立存在，能够完成车地信息的大量传送，促进设备间的联络，并根据实际需要选择无线自由波、漏波电缆、波导管等信息传输方式。在CBTC的线路后备选择上，则要使用计轴器，这样不仅可以检测列车站功能效果，也能准确判断列车是否存在断轨问题[7]。

3.1.3 划分归类

为了保证系统的高效运行，提高信息传递效率，需要选取专用的轨道，并推动信号系统设施的标准化建设，加快数据通信系统与CBTC系统的融合，并将交叉感应电缆环线涵盖在内。交叉感应电缆环线是指轨道与地面的数据传输中介，能够利用电磁感应实现信息交换的目标。借助导管、电缆，搭配无线扩频技术，最大程度降低外部环境的干扰[8]。

3.2 CBTC系统的应用

3.2.1 ATC子系统ATC系统的作用在于保护列车，满足交通系统运行要求，通过系统间的配合，确保当地铁出现故障时能够及时协调相关工作，实现列车的自动控制。ATC系统能够在地铁超速时及时检测到地铁行驶速度，之后将数据返回至车载主控系统。此外，ATP还能准确监测路口岔道实际状况[9]。

3.2.2 联锁子系统

联锁系统需要将联锁处理系统、人机界面系统、诊断维护系统以及冗余网路系统涵盖在内。要求在CBTC信号系统中，利用联锁系统完成状态信息的收集，接收其他信号传递的数据以及操作员操作命令，执行逻辑操作，实现现场设备的控制，并向其他信号系统传递信息资料。要求联锁系统具备转辙机控制、计轴控制、安全门监控等功能[10]。

3.2.3 ATS子系统

ATS系统需要涵盖以下组成部分。一是控制中心，包括调度工作站、维护员计算机、CATS数据库服务器、双机切换单元、相关设备机柜；二是正线设备集中站，包括ATS分机、监测工作站、发车计时器以及接口计算机；三是正线非设备集中站，包括ATS监测工作站、100 Mbps网络设备、多个发车计时器[11]。

3.2.4 DCS子系统

DCS系统负责承载信号系统的数据传输业务，属于系统间的数据交互平台，能够提供列车双向、连续的信息传输通道，其主要功能在于实现车-地间的信号数据交互。现阶段，城市轨道交通信号系统当中，容易受到外界环境、人为操作等因素的影响，甚至对处于运营阶段的轨道交通产生干扰。为此，需要实现保证通信的安全、稳定，提高计轴信息的准确性，通过将DCS系统运用在计轴切除领域，实现区段的计轴复位[12]，避免信息不对称、信息失真等问题的产生[12]。

3.2.5 MSS

MSS主要由服务器、维护工作站组成，其主要功能为：列车行驶监视、信号系统的集中监管、故障提示以及操作命令记录等，能够对信号装置提供维护支持，也能依照实际需求制定信号装置的日表、月表以及年表。同时MSS可以通过监测子系统的计算机进行历史数据的保存与再现，借助分析日志内容，将数据问题以故障报告的形式传递至维修中心。通过自动建立维护计划，结合日志库的数据为地铁维护提供有针对性的数据支持。至于车站、车辆段则可对信号设备的实际运行状况以及性能参数实现在线评估。

4 结束语

综上所述，文章对城市轨道交通信号CBTC系统的应用开展了分析和讨论，探究了系统的工作模式以及所需采用的技术手段，以维持控制系统的稳定运行，促进控制系统的智能化发展，确保CBTC系统能够为城市轨道交通的运行提高安全保障，最大程度节省出行时间。另外，文章对控制系统应用过程中需要注意的各类事项也进行了深入探究，要求技术人员能够通过周期性维护避免系统内部元件在长期作业过程中，出现磨损、老化等问题，从而保证系统性能优良。■