孫博

南京地鐵運(yùn)營(yíng)有限責(zé)任公司 江蘇南京 210012

關(guān)鍵詞：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，特別在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東部及中、西部地區(qū)，經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，機(jī)動(dòng)車飛速增長(zhǎng)，交通擁堵情況日漸突出。城市軌道交通具有其它交通工具望塵莫及的優(yōu)點(diǎn)，客運(yùn)周轉(zhuǎn)量大、安全、速度快、受干擾少、環(huán)境污染小等，各地方政府和市民都希望加快本地的軌道交通建設(shè)來減緩交通壓力，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧發(fā)展。

關(guān)鍵詞：無線傳輸；列車控制系統(tǒng)

前言

至2015年6月底，中國(guó)軌道交通建設(shè)規(guī)劃獲批城市合計(jì)39座（不含港澳臺(tái)），2015年上半年建設(shè)獲批城市9座，其中南京、武漢、南昌、南寧、成都5座城市獲批的是二輪建設(shè)規(guī)劃，呼和浩特和濟(jì)南為首次獲批，長(zhǎng)春獲批的是規(guī)劃調(diào)整方案，三亞獲批的是有軌電車線網(wǎng)規(guī)劃，獲批總里程817.90公里，共568個(gè)車站，總投資5027.67億元。未來中國(guó)大約有229個(gè)城市具備發(fā)展城市軌道交通的潛力（目前全國(guó)共有直轄市和省會(huì)城市34個(gè)，地級(jí)城市333個(gè)）。2050年全國(guó)規(guī)劃線路將增加到300條，總里程數(shù)達(dá)到12000公里。

城市軌道交通需要列車運(yùn)行速度高、密度大，特別是早、晚高峰，市民對(duì)列車追蹤密度要求很高。傳統(tǒng)的以軌道電路進(jìn)行定位，司機(jī)人工駕駛的固定閉塞運(yùn)營(yíng)方式已不能滿足安全和效率要求。準(zhǔn)移動(dòng)閉塞雖然在一定程度上提高了運(yùn)營(yíng)效率，但與市民對(duì)軌道交通的期望還有差距，基于通信的 CBTC 系統(tǒng)正是為了迎合這種需求而開發(fā)的。

一、CBTC發(fā)展歷程

20世紀(jì)90年代，國(guó)際上普遍采用“基于數(shù)字軌道電路的準(zhǔn)移動(dòng)閉塞”作為ATC的主要制式。由于這種制式具有較高的可靠性、合理的性價(jià)比，已經(jīng)具有充分的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，其列車運(yùn)行間隔（100-150s）已能滿足絕大多數(shù)軌道交通運(yùn)營(yíng)部門的要求，因此，這類系統(tǒng)至今仍是軌道交通建設(shè)的首選制式。然而，隨著軌道交通的發(fā)展，這類制式的弊病也已日益凸顯。

弊病之一：由于目前世界上各種準(zhǔn)移動(dòng)閉塞的信息傳輸頻率、通信協(xié)議等均不一致，導(dǎo)致了在一個(gè)城市或一個(gè)地區(qū)的軌道交通網(wǎng)中各條線路的列車不能實(shí)現(xiàn)聯(lián)通聯(lián)運(yùn)。

弊病之二：大多數(shù)基于數(shù)字軌道電路的準(zhǔn)移動(dòng)閉塞，為了實(shí)現(xiàn)調(diào)諧和電平調(diào)整，不得不在鋼軌旁側(cè)設(shè)置“軌旁設(shè)備”，而這對(duì)于軌道交通的日常維護(hù)工作是非常不利的。

弊病之三：由于以鋼軌作為信息傳輸通道，因此傳輸頻率受到很大的限制，導(dǎo)致車一地之間通信的信息量較低。此外，其傳輸性能受鋼軌中的牽引回流、鋼軌之間的道床漏泄以及鋼軌下面的防迷流網(wǎng)的影響很大，而導(dǎo)致傳輸性能不夠穩(wěn)定。

弊病之四：“準(zhǔn)移動(dòng)閉塞”距真正意義上的“移動(dòng)閉塞”還有差距，因此，列車運(yùn)行間隔的進(jìn)一步縮短和列車運(yùn)行速度的提高都將受到限制。

所以，從20世紀(jì)70年代末到80年代，工業(yè)發(fā)展的國(guó)家對(duì)開發(fā)以通信為基礎(chǔ)的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)感到興趣，發(fā)展十分迅速，這種系統(tǒng)以通信的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的運(yùn)行控制，為了表達(dá)方便，從20世紀(jì)末起，在很多國(guó)際會(huì)議和論文期刊上開始用一個(gè)統(tǒng)一的名字來表達(dá)：

基于通信的列車控制系統(tǒng)（communication based train control system），假如說基于軌道電路的列控系統(tǒng)（TBTC）是從19世紀(jì)末開始從有到無，到蓬勃發(fā)展，構(gòu)成列車運(yùn)行控制的第一階段，則基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC），標(biāo)志著構(gòu)成一個(gè)新的發(fā)展階段或新的時(shí)代。由于它的通信容量的大幅度提高，而且實(shí)現(xiàn)了車地之間的雙向通信，也可進(jìn)一步應(yīng)用智能技術(shù)，使它迅速發(fā)展了起來。

二、CBTC系統(tǒng)構(gòu)成

該信號(hào)系統(tǒng)由圖1所示各子系統(tǒng)和設(shè)備組成。

圖1

2.1列車自動(dòng)監(jiān)督系統(tǒng)（ATS）

ATS提供自動(dòng)及人工控制運(yùn)行的手段，并向行車調(diào)度員及外部系統(tǒng)提供信息。ATS匯集來自聯(lián)鎖和ATP的列車位置、進(jìn)路狀態(tài)、列車狀態(tài)、車次號(hào)、信號(hào)設(shè)備故障等信息，依據(jù)當(dāng)天計(jì)劃時(shí)刻表對(duì)全線的運(yùn)行列車實(shí)施監(jiān)督和控制。ATS能夠自動(dòng)排列進(jìn)路，還能通過調(diào)整停站時(shí)間和站間運(yùn)行時(shí)間來自動(dòng)調(diào)整列車運(yùn)行。在必要的時(shí)候，ATS系統(tǒng)可以進(jìn)行人工操作。

控制中心中央大屏顯示信號(hào)系統(tǒng)監(jiān)督的所有現(xiàn)場(chǎng)元件的實(shí)際狀態(tài)信息的。除了道岔、信號(hào)機(jī)、計(jì)軸區(qū)段等聯(lián)鎖控制的要素，還使用ATP系統(tǒng)提供的詳細(xì)線路圖以及位置信息，精確地CTC級(jí)別的列車位置。當(dāng)ATP系統(tǒng)發(fā)生故障，位置信息不能傳送夠到ATS系統(tǒng)時(shí)，車次號(hào)將基于物理軌道區(qū)段和相關(guān)讀取點(diǎn)信息步進(jìn)。一旦故障恢復(fù)且重新從ATP系統(tǒng)獲得位置信息，車次號(hào)立即由列車監(jiān)督和追蹤功能基于實(shí)際的位置信息向前步進(jìn)。

2.2列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)（ATP）

列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)（ATP）分為軌旁ATP及車載ATP，通過無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)車-地間周期傳遞列車位置信息和地-車間傳遞移動(dòng)授權(quán)來實(shí)現(xiàn)信息交互，如圖2。軌旁子系統(tǒng)根據(jù)聯(lián)鎖狀態(tài)和列車位置計(jì)算移動(dòng)授權(quán)。車載子系統(tǒng)在指定的移動(dòng)授權(quán)極限內(nèi)監(jiān)督列車運(yùn)行。

軌旁車載子系統(tǒng)應(yīng)用線路數(shù)據(jù)庫(kù)（TDB）存儲(chǔ)軌道地形信息，例如速度和坡道信息。車載子系統(tǒng)基于列車定位信息、軌旁子系統(tǒng)和TDB 提供的信息監(jiān)督和控制列車運(yùn)行并根據(jù)靜態(tài)速度曲線、臨時(shí)限速、移動(dòng)授權(quán)和其他限制對(duì)列車運(yùn)行進(jìn)行防護(hù)。

圖2

2.3列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（ATO）

AM駕駛模式下，系統(tǒng)提供ATO功能，該功能通過向列車的牽引和制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)送命令進(jìn)行列車控制，ATO功能考慮旅客舒適度要求，遵循車輛要求的沖擊率，加速度，節(jié)能和其他限制，ATS根據(jù)時(shí)刻表和運(yùn)營(yíng)的需求調(diào)整列車自動(dòng)運(yùn)行，車載ATO響應(yīng)ATS命令，并自動(dòng)控制列車的牽引和制動(dòng)系統(tǒng)。

2.4軌旁聯(lián)鎖系統(tǒng)

聯(lián)鎖子系統(tǒng)根據(jù)集中管理，分散控制的原則，考慮線路長(zhǎng)度、設(shè)備數(shù)量、控制距離等因素，將全線劃分為一個(gè)或多個(gè)聯(lián)鎖區(qū)。每個(gè)聯(lián)鎖區(qū)內(nèi)的車站按聯(lián)鎖設(shè)備配置的不同分為聯(lián)鎖設(shè)備集中站、二級(jí)聯(lián)鎖站和非聯(lián)鎖站。

其中，二級(jí)聯(lián)鎖站內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集單元與控制單元，數(shù)據(jù)采集單元負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)幾個(gè)非聯(lián)鎖站的軌旁設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，并通過總線將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給聯(lián)鎖設(shè)備集中站，聯(lián)鎖設(shè)備集中站內(nèi)配置聯(lián)鎖數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，處理采集到的軌旁設(shè)備數(shù)據(jù)，并同過二級(jí)聯(lián)鎖站的控制單元控制軌旁設(shè)備的動(dòng)作。

2.5無線通信系統(tǒng)

無線通信系統(tǒng)為軌旁和車載子系統(tǒng)之間提供連續(xù)、雙向、基于無線電的數(shù)據(jù)傳輸，分為中央、軌旁和車載等三大子系統(tǒng)。中央子系統(tǒng)由冗余配置的中央系統(tǒng)服務(wù)器組成，可以實(shí)現(xiàn)路由、管理、綜合業(yè)務(wù)和診斷功能；軌旁子系統(tǒng)由接入點(diǎn)（AP）組成，接入點(diǎn)沿軌道分布在軌旁，中央子系統(tǒng)和軌旁子系統(tǒng)通過光纖骨干網(wǎng)連接；車載子系統(tǒng)由每列列車上的兩個(gè)車載列車單元組成，充當(dāng)接入點(diǎn)的通信工作站，兩個(gè)列車單元之間通過以太網(wǎng)連接相互鏈接在一起。

結(jié)束語

近年來，隨著通信技術(shù)的發(fā)展，尤其是無線通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的迅速發(fā)展，信號(hào)系統(tǒng)的冗余、容錯(cuò)技術(shù)完善，在信號(hào)這個(gè)傳統(tǒng)領(lǐng)域?yàn)镃BTC的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，已逐漸被信號(hào)界所認(rèn)可，CBTC 列車控制系統(tǒng)能夠根據(jù)前行列車和前方線路情況，在確保安全的前提下緊追蹤前行列車運(yùn)行，能有效縮短列車追蹤間隔，運(yùn)輸效率也得到極大提高，CBTC 列車控制系統(tǒng)的應(yīng)用是城市軌道交通發(fā)展的方向。