城市軌道交通c BT c系統(tǒng)解析

基于通信的列車控制系統(tǒng)（Communication Based Train Control System）簡稱CBTC系統(tǒng)俊戳，是通信技術(shù)飛速發(fā)展背景下的產(chǎn)物乓搬，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(dòng)閉塞技術(shù)的核心矛洞，屬于軌道交通信號系統(tǒng)中的一部分涛救。

1999年，美國電氣及電子工程師學(xué)會（Institute of Electrical and Electronics Engineers慈缔，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。其后种玛，IEEE又多次制定藐鹤、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)赂韵，CBTC被定義為：利用（獨(dú)立于軌道電路的）高精度列車定位娱节、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(dòng)列車控制系統(tǒng)祭示。上圖是基于無線電臺通信技術(shù)的CBTC移動(dòng)閉塞系統(tǒng)在世界各國城市軌道交通線路的應(yīng)用狀況肄满。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)用的線路质涛。圖自wiki稠歉，有時(shí)限性，不代表當(dāng)前各城市城軌建設(shè)的情況汇陆。

（二）CBTC系統(tǒng)的特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)

從技術(shù)上講怒炸，CBTC系統(tǒng)是城市軌道交通列車自動(dòng)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(dòng)閉塞系統(tǒng)并立瞬测，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)用横媚。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(jìn)行了改造纠炮，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(dòng)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灯蝴。

連續(xù)的車-地和地-車數(shù)據(jù)通信網(wǎng)恢口，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)穷躁，并可提供列車自動(dòng)保護(hù)（ATP）耕肩、列車自動(dòng)駕駛（ATO）和列車自動(dòng)監(jiān)控(ATS)功能。

其中ATP问潭、ATO和ATS是保證城市軌道交通安全猿诸、高效運(yùn)行的重要系統(tǒng)——列車自動(dòng)控制系統(tǒng)（ATC）的三個(gè)子系統(tǒng)。以下詳細(xì)介紹狡忙。

列車自動(dòng)保護(hù)（Automatic Train Protection梳虽，ATP）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)灾茁，通過對與行車安全有關(guān)的設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測窜觉，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北专，包括自動(dòng)啟動(dòng)緊急制動(dòng)禀挫；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(dòng)等拓颓。

列車自動(dòng)駕駛（Automatic Train Operation语婴，ATO）子系統(tǒng)：

完成列車站間自動(dòng)運(yùn)行，進(jìn)行列車速度調(diào)節(jié)和進(jìn)站定點(diǎn)停車驶睦，對車門和屏蔽門的控制砰左，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(dòng)折返场航、站臺扣車菜职、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)旗闽、安全、平穩(wěn)地運(yùn)行蜜另，自動(dòng)完成對列車的啟動(dòng)适室、牽引、惰行和制動(dòng)举瑰。

列車自動(dòng)監(jiān)控（Automatic Train Supervision捣辆，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)行情況此迅，監(jiān)測進(jìn)路控制汽畴、列車間隔控制設(shè)備的工作旧巾，按行車計(jì)劃自動(dòng)控制軌旁信號設(shè)備；具有接發(fā)列車忍些、列車運(yùn)行軌跡的自動(dòng)記錄功能鲁猩，可以自動(dòng)生成、顯示罢坝、修改和優(yōu)化時(shí)刻表廓握；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(gè)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)框圖嘁酿，如下圖

由上圖可見隙券，整個(gè)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)連接闹司，共同構(gòu)成系統(tǒng)的核心娱仔。上圖中單獨(dú)列出的“聯(lián)鎖”模塊，與CBTC地面設(shè)備相連接游桩。

值得關(guān)注的是其中的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)牲迫。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)众弓，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）傳送列車信息恩溅，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谓娃，諸如無線電臺（CBTC系統(tǒng)簡介部分中脚乡，所貼的圖即是基于無線電臺通信技術(shù)的CBTC移動(dòng)閉塞系統(tǒng)在世界各國城市城軌中的應(yīng)用）、裂縫波導(dǎo)管滨达、漏泄同軸電纜奶稠、微波和GSM-R等方式。

上述的CBTC系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)捡遍，根據(jù)不同的設(shè)備提供商和實(shí)際工程需要锌订，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)画株。

（三）CBTC系統(tǒng)在我國的發(fā)展情況

如前所述辆飘，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年后谓传，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)蜈项，以WLAN通信為基礎(chǔ)，以無線電臺续挟、漏泄波導(dǎo)管等為傳輸通道實(shí)現(xiàn)地-車信息的雙向傳輸紧卒；而列車定位采用速度傳感器進(jìn)行測速及移動(dòng)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)诗祸；又基于移動(dòng)閉塞原理跑芳，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)速度控制轴总。

目前，CBTC系統(tǒng)在北京博个、廣州怀樟、上海、武漢坡倔、成都漂佩、沈陽等國內(nèi)城市廣泛應(yīng)用。其中罪塔，2010年北京地鐵亦莊線LCF-300型列車的投入使用投蝉，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征堪，第四個(gè)成功掌握CBTC核心技術(shù)并順利應(yīng)用于實(shí)際工程的國家瘩缆，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%左右佃蚜。該國產(chǎn)CBTC系統(tǒng)兼容了無線電臺庸娱、漏泄波導(dǎo)管、漏泄電纜三種傳輸方式谐算，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)閉塞熟尉、固定閉塞、站間閉塞三級控制洲脂，保證了列車高密度斤儿、安全平穩(wěn)運(yùn)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(shí)際工程中的應(yīng)用還未完全成熟恐锦，很多線路仍采用海外設(shè)備提供商的產(chǎn)品往果，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)裝備化一铅，還有不短的路要走陕贮。

<參考>

1.唐濤《列車運(yùn)行控制系統(tǒng)》，中國鐵道出版社潘飘，2016年12月

2.董昱《區(qū)間信號與列車運(yùn)行控制系統(tǒng)》肮之，中國鐵道出版社，2008年4月

3.張強(qiáng)鋒陳林秀楊德友等《城市軌道交通系統(tǒng)概論》卜录，科學(xué)出版社局骤，2013年8月

編輯于 2018-07-04 · 著作權(quán)歸作者所有

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