探討基于通信的列車控制在軌道交通中的應用

◆摘? 要：隨著我國社會經濟的飛速發展，城鎮化進程不斷加快，城市軌道交通體系建設進入全新階段，軌道交通控制環節質量標準更高。在此背景下，基于通信的列車控制（CBTC）正逐步取代基于軌道電路的列車控制系統，前者在控制精度與實時性層面的優勢，更是極大拓展其應用范圍。在本文中，筆者將會針對基于通信的列車控制（CBTC）在軌道交通中的應用進行初步分析與探討，希望借此可對相關從業人員起到一定借鑒價值。

◆關鍵詞：列車控制;軌道交通;基于通信的列車控制

一、引言

基于通信的列車控制模式在城市軌道交通發展過程中起到極為重要的保障作用，這種全新的技術模式無論是軟件技術還是硬件設備層面，都擁有無可比擬的優勢。在無線通信技術支持下，基于通信的列車控制已逐步實現城市軌道交通網絡的互通互聯，而大量國產化設備的使用，也讓我國相關產業發展駛入高速車道。隨著我國科學技術水平的不斷發展，城市新型軌道交通ATC系統也在不斷創新優化，涵蓋感應環線與無線通信技術支持下的CBTC系統，可實現列車與地面間連續的雙向通信，從而完成列車位置與速度信息的實時采集，最大限度減少列車運行間隔，最終擺脫固定閉塞對列車運行管理的限制。

二、CBTC系統概述

CBTC系統借助計算機信息技術與網絡通信技術，可實現列車運行狀態的實時監測與連續控制，是一種極為先進與高效的列車控制系統，其形成的移動閉塞模式與傳統固定閉塞相比優勢明顯。CBTC系統的核心要點在于車載設備與軌道旁設備之間的雙向通信過程，這一通信可完成列車位置與運行速度的實時監控。以無線通信為基礎的CBTC在實際應用層面的價值尤為突出，與傳統基于軌道電路信號的控制系統相比，系統內部硬件設備需求量大幅下降，因列車控制而產生的設備安裝與維護成本大幅下滑，成本效益明顯。此外，CBTC系統在安裝、調試以及維護階段工作十分簡單，系統全壽命周期內的各項成本支出也很低，可有效降低軌道交通運營管理工作的整體成本。

列車行駛過程中，CBTC系統模式下，地面設備負責向車載設備傳送相應的控制信息，完成列車速度與啟停狀態的控制，而車載設備則需要向地面設備傳送當前列車的各項信息，為位置、速度等，從而形成控制與信息傳輸層面的閉環。

三、CBTC系統的主要特點

（一）移動閉塞

1.移動閉塞制式特性

與傳統控制模式中的固定閉塞相比，移動閉塞是一種全面的閉塞制式，傳統固定閉塞存在的諸多限制與缺點得到有效彌補與優化。移動閉塞具體特性可分為以下幾點：

（1）移動閉塞制式下，線路內部不再存在固定的閉塞分區，列車與列車之間的間隔是一項動態數據，并伴隨著列車的運行而不斷變化。

（2）列車間隔控制環節，系統會將后車當前速度下制動所需距離加上規定的安全距離作為列車間隔計算的核心參數，保證后車與前車不會出現追尾事故。

（3）移動閉塞下，后車制動的起點與終點都是一個動態數據，并且，軌道旁設備的數量不受列車間隔的影響，這就讓列車與列車之間的間隔進一步縮小，并可維持在安全范圍。

（4）列車當前運行數據實時傳送至地面設備，而地面設備可自動完成列車運行控制，在自動化系統幫助下，可實現列車的無人駕駛。

（5）移動閉塞沒有提前預設的閉塞分區，列車追蹤也不再受到固定閉塞分區的限制，而是通過對列車實際運行速度與位置信息的收集，實時計算不同列車之間的安全距離，這就讓固定閉塞制式下經常存在的大間隔徹底消失，列車之間的距離縮短，運行效率提升，運行調整能力調整更為靈活。

2.移動閉塞制式的技術優勢

移動閉塞制式的技術優勢可分為以下幾點：

（1）移動閉塞實現列車運行與控制流程的閉環，當列車與地面設備的通信建立完成后，軌道旁設備可精準獲取到每一輛列車的實時數據，列車位置與運行狀態實時掌握，這些數據信息在地面設備的整合下，可有效提供連續的列車安全間隔控制以及列車超速現象防護，從而讓軌道列車的控制水平全面提升，更具靈活性。此外，移動閉塞的設備需求量很低，設備維護方便，維護成本較低，這對于軌道交通運營單位而言十分有利。

（2）由于列車與列車之間的間隔得到合理控制，在不影響安全的情況下，列車間隔可隨意調整，這就讓小編組、高密度的控制需求得以實現，充分發揮軌道交通的運載能力，減少乘客候車時間，減少單一列車的裝載壓力，從而減少城市軌道交通體系建設成本。

（3）移動閉塞的核心控制部分需要由軟件實現，而軟件自身也會配置相應的安全保障機制，冗余空間很大，因此，整個控制系統可靠性、安全性與實用性非常明顯。

3.列車與地面設備之間的通信

CBTC系統可在列車與地面設備之間建立起連續雙向的通信渠道，地面設備與車載設備之間實現指令及狀態信息的實時交互，因此，想要確保CBTC系統的穩定實施，科學開展列車與地面設備之間的連續通信建設至關重要。地面設備想要對列車發出各項控制指令，就要對不同列車的當前狀態與位置進行獲取。如果通信條件較差，那么控制機制將難以奏效，列車運行將面臨巨大風險。因此，安全可靠的通信技術與設備對于CBTC系統而言更為關鍵。

通常情況下，列車與地面設備之間的數據交換采用無線通信模式，工作人員可采用感應環線，依照數據傳輸媒介的通信方式亦可分為：無線電臺、裂縫波導管與漏纜等。

CBTC系統之中，無線電臺所需空間很小，且此類技術應用十分成熟，設備的安裝與維護工作都十分簡單。為確保數據交互環節的質量與效率，如果是地下軌道交通，則每間隔200米就要設置一臺無線電臺裝置，如果是地面或高架線路，則每間隔300米配備一套無線電臺裝置，同一位置應采用雙網覆蓋的方式，從而避免因無線接入點出現故障而造成通信工作中斷。

以裂縫波導管為核心的無線信號傳輸系統是一種較為新穎的通信模式，其中，波導管是一種可傳送電磁波信號的金屬管，其材質通常為鋁合金，并在表面設置長2毫米，寬3毫米的裂縫，不同裂縫之間的間隔應保持在6厘米左右，這種情況下，無線電波會從這些縫隙中流出來。實驗數據表面，裂縫波導管的物理特性與衰減性能十分良好，信號傳輸抗干擾能力很強，且數據傳輸距離很遠。因此，采用裂縫波導管進行無線傳輸，可減少無線接入點（AP）的數量，單一列車在不同無線接入點之間的切換也同步減少，在此影響下，列車與地面設備之間數據交互的連續性與可靠性將會大幅提升。

四、工程應用案例分析

我國某城市在實施地鐵軌道交通建設過程中，為提高軌道交通運載能力，并降低運營管理工作的成本投入，在經過嚴密論證與實驗后采用CBTC系統作為列車控制的核心模式。工程團隊在搭建信號系統時，將其分為三個子系統進行，分別為：列車狀態自動監督系統、計算機聯鎖系統、ATP/ATO系統。

（1）列車自動監督系統

列車自動監督系統簡稱ATS，工程技術人員為提高列車運行狀態與位置監測的準確性與實時性，采用面向對象的設計模式，整體配置更為靈活，且系統整體可根據具體需求場景與功能變化進行調整，可有效滿足CBTC系統運行模式下的各類調整。

（2）計算機聯鎖系統

該軌道工程所采用的連鎖子系統為國外某企業提供的SICAS，這一系統經過大量工程實踐論證，其可對各類信號系統擁有良好的兼容能力，是一個經過廣泛驗證的連鎖系統裝置?；赟IMIS原理，計算機聯鎖系統內部所采用的良好設計以及安全數字中心通信，讓連鎖系統數量需求被削減到極低程度，系統整體調試時間更短，后續使用與維護壓力更低。此外，SICAS系統擁有良好的模擬能力，可在工廠測試環節實現對室外設備情況的全面模擬，從而減少CBTC系統搭建時間。

（3）ATP/ATO系統

該軌道工程規劃者為保證CBTC系統的穩定性與可靠性，在列車連續通信環節采用ATP/ATO系統，ATP/ATO系統在連續式通信或點式通訊條件下，可對汽車行駛狀態進行自動監督，依照移動閉塞原理，保證列車運行的安全性，基于自動駕駛的功能需求，全面提高列車運行的安全等級。ATP/ATO系統擁有諸多應用優勢，可使用多種不同的運行調度模式，從而為城市軌道交通調度策略變化提供有力支持，讓城市軌道交通運營工作實現最佳性價比。

此外，CBTC系統建設過程中，工程技術人員在無線系統環節采用Airlink TC，并在干擾性較強的區域使用工業以太交換機，從而形成通信控制閉環。無線通信服務器可將各類動態指令與動態數據發送給相應的車載設備，通信網絡采用環網拓撲結構，盡可能保證通信交互環節的可用性，而無線接入點之間的距離被限制在350米左右。如果區間內存在多條軌道，抑或是列車行駛至高空區域，一個無線接入點可同時完成這些軌道上列車的數據通信。無線接入點采用定向天線，從而保證通信信號的覆蓋強度，并預留足夠的冗余空間。而這種設計可避免間隔AP點發生故障后影響到列車運行。

車載無線通信設備被設置在車尾位置，并同時安裝兩個單元，兩者互為冗余，車載單位可快速完成軌道旁通信裝置的數據交互，從而實現列車與地面設備之間的實時溝通以及自動控制。

五、結束語

綜上所述，CBTC系統與傳統控制系統相比優勢明顯，安全可靠性很高，控制精度可達到厘米級別，并可實現列車與地面設備之間的實時雙向通信，列車之間的運行間隔可減至最低，大幅提高軌道交通的運載能力與運行效率。

參考文獻

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作者簡介

唐美玲（1986—），女，漢族，本科，助教，教師，山東省淄博市， 城市軌道交通方向。