基于通信的列車控制系統(tǒng)（Communication Based Train Control System）簡稱CBTC系統(tǒng)，是通信技術(shù)飛速發(fā)展背景下的產(chǎn)物，為一種目前在鐵路系統(tǒng)和城市軌道系統(tǒng)都具有廣泛應(yīng)用趨勢的列控系統(tǒng)，是當(dāng)前列車運營中移動閉塞技術(shù)的核心，屬于軌道交通信號系統(tǒng)中的一部分。
1999年，美國電氣及電子工程師學(xué)會（Institute of Electrical and Electronics Engineers，簡稱IEEE）為CBTC系統(tǒng)制定了世界上首份標(biāo)準(zhǔn)：IEEE Std 1474.1-1999。其后，IEEE又多次制定、修改并發(fā)布了相應(yīng)的諸多標(biāo)準(zhǔn)。按IEEE在1999年發(fā)布的首份標(biāo)準(zhǔn)，CBTC被定義為：利用（獨立于軌道電路的）高精度列車定位、雙向大容量車-地數(shù)據(jù)通信和車載、地面的安全功能處理器實現(xiàn)的一種連續(xù)自動列車控制系統(tǒng)。上圖是基于無線電臺通信技術(shù)的CBTC移動閉塞系統(tǒng)在世界各國城市軌道交通線路的應(yīng)用狀況。不同顏色代表不同提供商的產(chǎn)品，加橫線的是已經(jīng)實際運用的線路。圖自wiki，有時限性，不代表當(dāng)前各城市城軌建設(shè)的情況。
（二）CBTC系統(tǒng)的特點與結(jié)構(gòu)
從技術(shù)上講，CBTC系統(tǒng)是城市軌道交通列車自動控制系統(tǒng)（ATC）中所使用的一種閉塞系統(tǒng)技術(shù)，與速度碼控制的固定閉塞系統(tǒng)和基于目標(biāo)距離控制的準(zhǔn)移動閉塞系統(tǒng)并立，后兩種閉塞系統(tǒng)在國內(nèi)部分城市地鐵線路中亦有所應(yīng)用。如圖
(勘誤：北京地鐵一號線已在15年由卡斯柯公司對其信號系統(tǒng)進行了改造，現(xiàn)在采用的也是CBTC)
CBTC系統(tǒng)突破了軌道電路的局限性和固定/準(zhǔn)移動閉塞的桎梏，基本特性可羅列如下：
不依賴軌道電路的高精度列車定位。
連續(xù)的車-地和地-車數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，比傳統(tǒng)系統(tǒng)可傳輸更多的控制和狀態(tài)信息。
軌旁和車載核心處理器處理列車的狀態(tài)和控制數(shù)據(jù)，并可提供列車自動保護（ATP）、列車自動駕駛（ATO）和列車自動監(jiān)控(ATS)功能。
其中ATP、ATO和ATS是保證城市軌道交通安全、高效運行的重要系統(tǒng)——列車自動控制系統(tǒng)（ATC）的三個子系統(tǒng)。以下詳細介紹。
列車自動保護（Automatic Train Protection，ATP）子系統(tǒng)：
嚴格遵守故障導(dǎo)向安全原則，對列車運行進行監(jiān)控和超速防護，通過對與行車安全有關(guān)的設(shè)備進行實時監(jiān)測，保證列車在安全間隔下行駛，必要時給出各種信號的提醒，包括自動啟動緊急制動；同時還可進行安全性停車點防護和列車車門控制，在列車不能停穩(wěn)時不允許列車繼續(xù)運動等。
列車自動駕駛（Automatic Train Operation，ATO）子系統(tǒng)：
完成列車站間自動運行，進行列車速度調(diào)節(jié)和進站定點停車，對車門和屏蔽門的控制，接受OCC（運行控制中心）的運行調(diào)度命令，實現(xiàn)列車自動折返、站臺扣車、站臺調(diào)停等，根據(jù)控制中心的命令使列車按最佳工況正點、安全、平穩(wěn)地運行，自動完成對列車的啟動、牽引、惰行和制動。
列車自動監(jiān)控（Automatic Train Supervision，ATS）子系統(tǒng)：
城市軌道交通系統(tǒng)的運營核心，可集中監(jiān)視調(diào)車區(qū)段內(nèi)列車的運行情況，監(jiān)測進路控制、列車間隔控制設(shè)備的工作，按行車計劃自動控制軌旁信號設(shè)備；具有接發(fā)列車、列車運行軌跡的自動記錄功能，可以自動生成、顯示、修改和優(yōu)化時刻表；另外還能夠監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)和記錄調(diào)度員操作等。
整個城市軌道交通信號系統(tǒng)可以用下圖示意
IEEE CBTC標(biāo)準(zhǔn)列舉了典型的CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，如下圖
由上圖可見，整個CBTC系統(tǒng)由CBTC地面設(shè)備和CBTC車載設(shè)備組成。地面設(shè)備和車載設(shè)備通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)連接，共同構(gòu)成系統(tǒng)的核心。上圖中單獨列出的“聯(lián)鎖”模塊，與CBTC地面設(shè)備相連接。
值得關(guān)注的是其中的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。CBTC地面設(shè)備（含聯(lián)鎖）通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)向CBTC車載設(shè)備傳輸控制信息來控制列車運行；同時，CBTC車載設(shè)備也通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)向CBTC地面設(shè)備（含聯(lián)鎖）傳送列車信息，以此形成閉環(huán)信息傳輸及控制。
而數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)可由多種通信方式組成，諸如無線電臺（CBTC系統(tǒng)簡介部分中，所貼的圖即是基于無線電臺通信技術(shù)的CBTC移動閉塞系統(tǒng)在世界各國城市城軌中的應(yīng)用）、裂縫波導(dǎo)管、漏泄同軸電纜、微波和GSM-R等方式。
上述的CBTC系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的設(shè)備提供商和實際工程需要，可能會有所差異。但所有的CBTC系統(tǒng)皆具有通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)連接CBTC車載設(shè)備和地面設(shè)備以實現(xiàn)ATP子系統(tǒng)功能的特點。
（三）CBTC系統(tǒng)在我國的發(fā)展情況
如前所述，采用CBTC系統(tǒng)是列車運行控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。
我國自2003年后，新建及改造的城市軌道交通基本上都采用了基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的CBTC系統(tǒng)，以WLAN通信為基礎(chǔ)，以無線電臺、漏泄波導(dǎo)管等為傳輸通道實現(xiàn)地-車信息的雙向傳輸；而列車定位采用速度傳感器進行測速及移動體位置測量，位置校正則由在軌旁所設(shè)置的應(yīng)答器或信標(biāo)實現(xiàn)；又基于移動閉塞原理，采用目標(biāo)距離（Distance-to-Go）控制方式實現(xiàn)列車運行的連續(xù)閉環(huán)速度控制。
目前，CBTC系統(tǒng)在北京、廣州、上海、武漢、成都、沈陽等國內(nèi)城市廣泛應(yīng)用。其中，2010年北京地鐵亦莊線LCF-300型列車的投入使用，標(biāo)志了中國成為繼德國西門子、法國阿爾斯通和加拿大龐巴迪后，第四個成功掌握CBTC核心技術(shù)并順利應(yīng)用于實際工程的國家，實現(xiàn)了全生命周期性價比最高的目標(biāo)，比引進系統(tǒng)低20%左右。該國產(chǎn)CBTC系統(tǒng)兼容了無線電臺、漏泄波導(dǎo)管、漏泄電纜三種傳輸方式，實現(xiàn)了移動閉塞、固定閉塞、站間閉塞三級控制，保證了列車高密度、安全平穩(wěn)運行和精確停車。
（圖：成都地鐵OCC（Operating Control Center））
鑒于目前國內(nèi)CBTC系統(tǒng)在實際工程中的應(yīng)用還未完全成熟，很多線路仍采用海外設(shè)備提供商的產(chǎn)品，并且存在國外設(shè)備與國產(chǎn)設(shè)備間不能完全協(xié)調(diào)運行等諸多情況。要真正實現(xiàn)國內(nèi)城市軌道交通CBTC系統(tǒng)的完全國產(chǎn)裝備化，還有不短的路要走。
<參考>
1.唐濤《列車運行控制系統(tǒng)》，中國鐵道出版社，2016年12月
2.董昱《區(qū)間信號與列車運行控制系統(tǒng)》，中國鐵道出版社，2008年4月
3.張強鋒 陳林秀 楊德友等《城市軌道交通系統(tǒng)概論》，科學(xué)出版社，2013年8月
編輯于 2018-07-04 · 著作權(quán)歸作者所有
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