? ? ? ? 隨著近些年來我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和進(jìn)步，很多一線、二線城市分別開始在建或者是新建起了專門的城市交通軌道系統(tǒng)。但是在進(jìn)行建設(shè)的過程中，如何可以更好的去選擇安全、可靠、先進(jìn)、適用并且可以節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本的信號系統(tǒng)，這一點(diǎn)是進(jìn)行城市軌道交通建設(shè)過程中重要關(guān)鍵點(diǎn)。在本篇文章中，筆者通過對城市軌道交通信號控制系統(tǒng)方面的闡述和分析發(fā)展趨勢，來去對城市軌道交通CBTC信號系統(tǒng)進(jìn)行分析。

（一）就目前國內(nèi)城市軌道交通的實(shí)際發(fā)展現(xiàn)狀而言，當(dāng)下國內(nèi)的城市軌道交通具備著建設(shè)的城市多、建設(shè)的勢頭猛、建造的類型多元化等多方面的特點(diǎn)。而在實(shí)際建設(shè)的過程中，關(guān)于信號系統(tǒng)的建設(shè)卻又是軌道交通建設(shè)過程中最為重要的一個環(huán)節(jié)。所以，按照信號系統(tǒng)本身所具有的特點(diǎn)，在進(jìn)行信號系統(tǒng)的建設(shè)時(shí)要去打破國外壟斷局面，在建設(shè)時(shí)盡量去避免信號系統(tǒng)的復(fù)雜性。以此為基礎(chǔ)，來更好的去構(gòu)建城市軌道交通，讓城市軌道交通信號體系進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化，讓國內(nèi)的軌道交通建設(shè)可持續(xù)健康發(fā)展。

整體中國城市軌道交通建設(shè)發(fā)展過程

國內(nèi)最開始有關(guān)于城市軌道交通建設(shè)起源于上個世紀(jì)五十年代的北京，在上個世紀(jì)五十年代，國內(nèi)正式開始籌建北京地鐵網(wǎng)絡(luò)，在八十年代末期正式建立起了北京地鐵一期工程。在此之后的八十年代末和九十年代初期，國內(nèi)其他的發(fā)達(dá)城市也紛紛開始進(jìn)行地鐵方面的規(guī)劃，1995年之后，國家計(jì)委正式開始研究并制定關(guān)于城市軌道交通設(shè)備國產(chǎn)化的政策，全面指導(dǎo)國內(nèi)地鐵方面的規(guī)劃建設(shè)。當(dāng)然，雖然在此之后的數(shù)年時(shí)間內(nèi)國家計(jì)委暫時(shí)停止了對地鐵項(xiàng)目方面的審批，但是，隨著后續(xù)國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和進(jìn)步，我國的整體環(huán)境開始進(jìn)入了城市化和機(jī)動化的時(shí)代。在這樣的國內(nèi)大環(huán)境下，城市軌道交通其本身以運(yùn)輸量大、高效率、低污染等方面的特點(diǎn)，其開始成為了很多大中城市解決交通問題的重點(diǎn)選擇對象。到目前為止，國內(nèi)已經(jīng)有四十多個城市獲得批準(zhǔn)開始進(jìn)行城市軌道交通方面的建設(shè)。

（二）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(yùn)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(dú)立于軌道電路的）高精度列車定位、雙向大容量車-地?cái)?shù)據(jù)通信和車載、地面的安全功能處理器實(shí)現(xiàn)的一種連續(xù)自動列車控制系統(tǒng)。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(shí)際運(yùn)用的線路。圖自wiki，有時(shí)限性，不代表當(dāng)前各城市城軌建設(shè)的情況。

? ? ? ? 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。(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(jìn)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(hù)（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(yùn)行的重要系統(tǒng)——列車自動控制系統(tǒng)（ATC）的三個子系統(tǒng)。嚴(yán)格遵守故障導(dǎo)向安全原則，對列車運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控和超速防護(hù)，通過對與行車安全有關(guān)的設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，保證列車在安全間隔下行駛，必要時(shí)給出各種信號的提醒，包括自動啟動緊急制動；同時(shí)還可進(jìn)行安全性停車點(diǎn)防護(hù)和列車車門控制，在列車不能停穩(wěn)時(shí)不允許列車?yán)^續(xù)運(yùn)動等。

? ? ? ? （三）列車自動駕駛（Automatic Train Operation，ATO）子系統(tǒng)：完成列車站間自動運(yùn)行，進(jìn)行列車速度調(diào)節(jié)和進(jìn)站定點(diǎn)停車，對車門和屏蔽門的控制，接受OCC（運(yùn)行控制中心）的運(yùn)行調(diào)度命令，實(shí)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(diǎn)、安全、平穩(wěn)地運(yùn)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(yùn)營核心，可集中監(jiān)視調(diào)車區(qū)段內(nèi)列車的運(yùn)行情況，監(jiān)測進(jìn)路控制、列車間隔控制設(shè)備的工作，按行車計(jì)劃自動控制軌旁信號設(shè)備；具有接發(fā)列車、列車運(yùn)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(shí)刻表；另外還能夠監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和記錄調(diào)度員操作等。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(dú)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(yùn)行；同時(shí)，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(shí)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(shí)現(xiàn)ATP子系統(tǒng)功能的特點(diǎn)。

（四）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(yùn)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(shí)現(xiàn)地-車信息的雙向傳輸；而列車定位采用速度傳感器進(jìn)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(shí)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(shí)現(xiàn)列車運(yùn)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(shí)際工程的國家，實(shí)現(xiàn)了全生命周期性價(jià)比最高的目標(biāo)，比引進(jìn)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(shí)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(yùn)行和精確停車。

鑒于目前國內(nèi)CBTC系統(tǒng)在實(shí)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(yùn)行等諸多情況。要真正實(shí)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。

<參考文獻(xiàn)>

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3.張強(qiáng)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